CN102820648A - 一种钢铁企业配电网重构的方法 - Google Patents
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一种钢铁企业配电网重构的方法，属于钢铁企业综合节电领域。钢铁企业配电网采用的是由联络开关连接起来的多环网，本方法首先对配电网络进行拓扑结构分析，结合钢铁企业配电网特点，利用专家知识和经验最终给出一种钢铁企业配电网重构的方法。克服了现有技术上要么过多考虑精度但计算速度不能得到保证，要么过于追求计算速度，从而导致求解陷入局部最优，又或者所得重构结果理论上可行但不能满足实际生产的需要等弊端。该方法一方面能够缩短重构时间，短时间内为企业调度人员提供可行的配电网接线方式，从而降低网损，节约用电成本，另一方面能够结合专家知识和经验，重构之后能够保证系统安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明属于钢铁企业综合节电领域，特别是提供了一种钢铁企业配电网重构的方法。
背景技术
配电系统中普遍存在联络开关和分段开关这两类开关。联络开关在两个变电站、两条主馈线或者环路型分支线之间起联络作用，通常是断开的；分段开关则把一条长线路分成多个线路段，通常是闭合的。配电网络重构，又称配电网络再组合，是配电网络分析与优化的一个有效手段，它通过切换联络开关和分段开关的开/合状态来改变网络拓扑结构，从而提高可靠性，降低线损，均衡负荷和改善供电电压质量。
最优配电网络重构技术主要是以网损最小为目标函数，相应产生了许多求解算法，这些算法主要分为：传统优化技术和人工智能算法。但无论是传统优化算法还是人工智能算法，都有其各自的优缺点，网络重构本身就是一个寻求最优网络结构的过程，研究人员都在算法精度和速度之间徘徊，过多的考虑精度，就必然以求解速度慢为代价；而片面追求计算速度，则易使求解陷入局部最优。同时理论研究与实际应用的结合方面还有进一步深入的空间。
钢铁企业电力系统的配电网具有电压等级多（220，110，35，10，6，0.4kV），配电节点多，配电网络拓扑复杂，配电变压器多，负载功率密度大，负荷的冲击性、不对称性和非线性严重，配电网内包括自备电厂，电力设备功率大，连续生产等特点。钢铁企业配电网重构应按专家知识和经验制定配电网重构规则，尽管不一定最优，但最可靠，可以得到在满足安全可靠运行及供电质量前提下优化的配电网结构。
发明内容
本发明目的在于提供一种钢铁企业配电网重构的方法，克服了现有技术上要么过多考虑精度但计算速度不能得到保证，要么过于追求计算速度，从而导致求解陷入局部最优，又或者所得重构结果理论上可行但不能满足实际生产的需要等弊端，考虑钢铁企业配电网特点，基于专家知识和经验，利用潮流计算分析验证，最终给出一种钢铁企业配电网重构的方法。该方法一方面能够缩短重构时间，短时间内为企业调度人员提供可行的配电网接线方式，从而降低网损，节约用电成本，另一方面能够结合专家知识和经验，重构之后能够保证系统安全可靠运行。因此，该方法对于钢铁企业电力系统配电网重构而言具有较强的实用应用价值。
本发明的钢铁企业配电网采用的是由联络开关连接起来的多环网，本方法首先对配电网络进行拓扑结构分析，结合钢铁企业配电网特点，利用专家知识和经验最终给出一种钢铁企业配电网重构的方法。具体步骤如下：
步骤S1，拓扑分析步骤，将配电网分为变电站层和线路层来进行分层分析，最终得到全网初始的拓扑结构；详细内容如下：
步骤S11，变电站层接线分析步骤，因厂站的接线类型数量有限，且运行方式规律，故首先对变电站常见的接线和运行方式进行搜集整理，最终以规则的形式体现，从而当系统运行时，根据电网运行的实时数据可以方便的确定电网的拓扑结构，实现变电站接线分析；
步骤S12，线路层接线分析步骤，首先对馈线段主干线路进行分析，（馈线段：即开关节点与开关节点，或开关节点与负荷分支节点组成的线路），取变电站的一个母线节点，然后取出与该母线节点相连的出线开关，若闭合则利用深度优先搜索向下搜索，与出线开关相连的非负荷节点即为该馈线的拓扑结构，同理遍历所有类似馈线即得馈线主干线路的分析结果；然后对线路元进行分析（线路元：由负荷节点和负荷节点或负荷节点与开关节点组成的线路）在馈线段分析基础上，继续扩展负荷节点，即馈线段上生成线路元的过程；由于考虑的负荷节点多，故采用广度优先搜索法，首先取待分析馈线段上的节点，搜索与该节点相连的所有负荷节点，再依次搜索与这些负荷节点相连的节点，直到没有可扩展的其他节点为止，得到线路元的分析结果；最终得到全网的初始拓扑结构分析结果；
步骤S2，节点关系矩阵获取步骤，根据拓扑分析结果，得出节点关系矩阵，并依据如下三点：
其一，不在任何环路内之路上的断路器必须是闭合的，
其二，在网架结构合理的情况下，与电源点相连的出口断路器应该是闭合的；
其三，钢铁企业现场的实际生产情况和检修计划等，消除部分开关节点和负荷节点，得到最终简化后的节点关系矩阵；
步骤S3，初始潮流计算步骤，利用节点支路法进行初始潮流和网络损耗的计算，计算每个联络开关两端的电压差；
步骤S4，联络开关获取步骤，根据配网损估算公式： △P=2×∣∑Ii∣Re(Vm+Vn)+Ri(∣∑Ii∣)2，降低网损需要闭合两端电压差最大的联络开关；
步骤S5，分段开关获取步骤，步骤S4中公式可以看成是∑Ii的二次函数，即利用二次函数极值的方法，可以找到与△P最小值对应∑Ii的值计为Iopt，在合上联络开关后，应选择电流值最为接近理想转移电流Iopt的支路断开；
步骤S6，局部拓扑分析步骤，实施可以达到最大降损效果的开关操作，根据开关节点变位情况，首先判断变位开关类型，若是母线开关，需对该开关所在变电站内的母线重新分析，依据步骤S11中的规则给出该变电站母线开关变位后的分析结果；若是馈线开关，馈线开关断开，使得正常运行的馈线的一部分从树中脱离；馈线开关闭合，则使得正在运行的馈线树上增加了一部分负荷，使树上多了一些树枝；对于馈线开关变位需要以变位开关为起始节点进行步骤S12中的广度优先搜索方法，实现线路层的局部修改，快速得到馈线开关变位后的拓扑分析结果。从而得到变位后的节点关系矩阵；
步骤S7，合理性判断步骤，对现有配电网进行潮流计算，并判断是否满足约束条件， 若不存在电压，电流等越限的情况，则转至步骤S8；若存在电压，电流等越限的情况，则放弃这一次的开关操作，转至步骤S5，选择其他满足条件的分段开关；
步骤S8，重构方式确定步骤，循环步骤S4到S7，直至网络损耗不能在降低为止，得到最低网损的配电网结构。
步骤S9，输出配电网重构结果。
在上述钢铁企业配电网重构方法中，步骤S4,S5中，一般配电网沿线电压相角变化很小，网损估算公式忽略了对Vm和Vn相角的考虑，利用估算公式来寻找最佳的开关操作，降低了总的搜索次数；每次交换开关只考虑降损效果最大的开关操作策略，减小了搜索的空间。
本发明的有益效果是：本发明的钢铁企业配电网重构的方法，基于配电拓扑结构分析，结合钢铁企业配电特点，得到配电网的节点关系矩阵，利用支路节点支路法进行潮流计算，然后依据启发式规则和网损估算公式减少需要考虑的开关组合，局部拓扑分析获取开关变位后的节点关系矩阵，进行变位后的潮流计算，最终得到钢铁企业配电网重构结果。本方法降低了开关操作的搜索次数和空间，提高潮流计算的速度，大大缩短重构的时间，能够在短时间内为企业调度人员提供可行的配电网接线方式，从而降低网损，提高供电效率，节约用电成本；本发明利用专家知识和经验来确定配电网重构规则，重构之后能够保证系统安全可靠运行；因此，该方法对于钢铁企业电力系统配电网重构而言具有较强的实用应用价值。
附图说明
图1为本发明的钢铁企业配电网重构方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明
请参阅图1，本发明的钢铁企业配电网重构的方法，基于配电拓扑分析，结合钢铁企业配电系统特点，依据启发规则和网损估算公式，利用潮流计算来进行配电网重构的一种方法，所述配电网是钢铁企业内部由联络开关连接起来的多环网。所述钢铁企业配电网重构方法包括以下步骤：
步骤S1，拓扑分析步骤，将配电网分为变电站层和线路层来进行分层分析，最终得到全网初始的拓扑结构；详细内容如下：
步骤S11，变电站层接线分析步骤，因厂站的接线类型数量有限，且运行方式规律，故首先对变电站常见的接线和运行方式进行搜集整理，最终以规则的形式体现，从而当系统运行时，根据电网运行的实时数据可以方便的确定电网的拓扑结构，实现变电站接线分析；
步骤S12，线路层接线分析步骤，首先对馈线主干线路进行分析，（馈线段：即开关节点与开关节点，或开关节点与负荷分支节点组成的线路），取变电站的一个母线节点，然后取出与该母线节点相连的出线开关，若闭合则利用深度优先搜索向下搜索，与出线开关相连的非负荷节点即为该馈线的拓扑结构，同理遍历所有类似馈线即得馈线主干线路的分析结果；然后对线路元进行分析（线路元：由负荷节点和负荷节点或负荷节点与开关节点组成的线路）在馈线分析基础上，继续扩展负荷节点，即馈线段上生成线路元的过程。由于考虑的负荷节点多，故采用广度优先搜索法，首先取待分析馈线段上的节点， 搜索与该节点相连的所有负荷节点，再依次搜索与这些负荷节点相连的节点，直到没有可扩展的其他节点为止，得到线路元的分析结果；最终得到全网的初始拓扑结构分析结果；
步骤S2，节点关系矩阵获取步骤，根据拓扑分析结果，得出节点关系矩阵，并利用相关规则和专家经验对节点关系矩阵进行相应的简化；
步骤S3，初始潮流计算步骤，利用节点支路法进行初始潮流和网络损耗的计算，计算每个联络开关两端的电压差；
步骤S4，联络开关获取步骤，根据配网损估算公式： △P=2×∣∑Ii∣Re(Vm+Vn)+Ri(∣∑Ii∣)2，降低网损需要闭合两端电压差最大的联络开关；
步骤S5，分段开关获取步骤，步骤S4中公式可以看成是∑Ii的二次函数，即利用二次函数极值的方法，可以找到与△P最小值对应∑Ii的值计为Iopt，在合上联络开关后，应选择电流值最为接近理想转移电流Iopt的支路断开；
步骤S6，局部拓扑分析步骤，实施可以达到最大降损效果的开关操作，根据开关节点变位情况，以变位开关为起始节点进行搜索，实现线路层的局部修改，得到变位后的拓扑分析结果和节点关系矩阵；
步骤S7，合理性判断步骤，对现有配电网进行潮流计算，并判断是否满足约束条件，步骤S7，合理性判断步骤，对现有配电网进行潮流计算，并判断是否满足约束条件， 若不存在电压，电流等越限的情况，则转至步骤S8；若存在电压，电流等越限的情况，则放弃这一次的开关操作，转至步骤S5，选择其他满足条件的分段开关；
步骤S8，重构方式确定步骤，循环步骤S4到S7，直至网络损耗不能在降低为止，得到最低网损的配电网结构。
步骤S9，输出配电网重构结果。
在上述钢铁企业配电网重构方法中，步骤S4,S5中，一般配电网沿线电压相角变化很小，网损估算公式忽略了对Vm和Vn相角的考虑，利用估算公式来寻找最佳的开关操作，降低了总的搜索次数；每次交换开关只考虑降损效果最大的开关操作策略，减小了搜索的空间。
本发明的钢铁企业配电网重构方法，基于配电拓扑分析，结合钢铁企业配电系统特点，依据启发规则和网损估算公式，利用潮流计算来进行配电网重构的一种方法。本方法降低了开关操作的搜索次数和搜索空间，提高潮流计算的速度，大大缩短重构的时间，能够达到降低网损，提高供电效率，节约用电成本的目的，同时利用专家知识和经验制定配电网重构规则，能够得到在满足安全可靠运行及供电质量前提下优化的配电网结构。因此，该方法对于钢铁企业电力系统配电网重构而言具有较强的实用应用价值。
以上实施例仅供说明本发明之用，并非是对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变换或变型，因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由个权利要求所限定。
Claims (3)
1.一种钢铁企业配电网重构的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1，拓扑分析步骤，将配电网分为变电站层和线路层来进行分层分析，最终得到全网初始的拓扑结构；内容如下：
步骤S11，变电站层接线分析步骤，因厂站的接线类型数量有限，首先对变电站常见的接线和运行方式进行搜集整理，最终以规则的形式体现，从而当系统运行时，根据电网运行的实时数据可以方便的确定电网的拓扑结构，实现变电站接线分析；
步骤S12，线路层接线分析步骤，首先对馈线段主干线路进行分析，取变电站的一个母线节点，然后取出与该母线节点相连的出线开关，当闭合则利用深度优先搜索向下搜索，与出线开关相连的非负荷节点即为该馈线的拓扑结构，同理遍历所有类似馈线即得馈线主干线路的分析结果；然后对线路元进行分析，在馈线段分析基础上，继续扩展负荷节点，即馈线段上生成线路元的过程；采用广度优先搜索法，首先取待分析馈线段上的节点， 搜索与该节点相连的所有负荷节点，再依次搜索与这些负荷节点相连的节点，直到没有可扩展的其他节点为止，得到线路元的分析结果；最终得到全网的初始拓扑结构分析结果；
步骤S2，节点关系矩阵获取步骤，根据拓扑分析结果，得出节点关系矩阵，并依据如下三点：
其一，不在任何环路内之路上的断路器必须是闭合的，
其二，在网架结构合理的情况下，与电源点相连的出口断路器应该是闭合的；
其三，钢铁企业现场的实际生产情况和检修计划，消除部分开关节点和负荷节点，得到最终简化后的节点关系矩阵；
步骤S3，初始潮流计算步骤，利用节点支路法进行初始潮流和网络损耗的计算，计算每个联络开关两端的电压差；
步骤S4，联络开关获取步骤，根据配网损估算公式： △P=2×∣∑Ii∣Re(Vm+Vn)+Ri(∣∑Ii∣)2，降低网损需要闭合两端电压差最大的联络开关；
步骤S5，分段开关获取步骤，步骤S4中公式可以看成是∑Ii的二次函数，即利用二次函数极值的方法，可以找到与△P最小值对应∑Ii的值计为Iopt，在合上联络开关后，应选择电流值最为接近理想转移电流Iopt的支路断开；
步骤S6，局部拓扑分析步骤，实施可以达到最大降损效果的开关操作，根据开关节点变位情况，首先判断变位开关类型，若是母线开关，需对该开关所在变电站内的母线重新分析，依据步骤S11中的规则给出该变电站母线开关变位后的分析结果；若是馈线开关，馈线开关断开，使得正常运行的馈线的一部分从树中脱离；馈线开关闭合，则使得正在运行的馈线树上增加了一部分负荷，使树上多了一些树枝；对于馈线开关变位需要以变位开关为起始节点进行步骤S12中的广度优先搜索方法，实现线路层的局部修改，快速得到馈线开关变位后的拓扑分析结果。从而得到变位后的节点关系矩阵；
步骤S7，合理性判断步骤，对现有配电网进行潮流计算，并判断是否满足约束条件， 若不存在电压，电流等越限的情况，则转至步骤S8；若存在电压，电流等越限的情况，则放弃这一次的开关操作，转至步骤S5，选择其他满足条件的分段开关；
步骤S8，重构方式确定步骤，循环步骤S4到S7，直至网络损耗不能在降低为止，得到最低网损的配电网结构；
步骤S9，输出配电网重构结果。
2.根据权利要求1所述的钢铁企业配电网重构的方法，其特征在于，所述的馈线段是指开关节点与开关节点，或开关节点与负荷分支节点组成的线路。
3.根据权利要求1所述的钢铁企业配电网重构的方法，其特征在于，所述的线路元由负荷节点和负荷节点或负荷节点与开关节点组成的线路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121212 |