CN103093391A

CN103093391A - 城市配电网设置方法

Info

Publication number: CN103093391A
Application number: CN2011103348022A
Authority: CN
Inventors: 王艳杰; 黄起强; 刘涌; 王承民; 衣涛; 冯喜春; 董京; 马靖宇; 邢志坤
Original assignee: SHANGHAI PROINVENT INFORMATION TECH Ltd; Shanghai Jiaotong University; Cangzhou Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI PROINVENT INFORMATION TECH Ltd; Shanghai Jiaotong University; Cangzhou Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明的城市配电网设置方法包括以下步骤：步骤1，确定规划区域高压变电站的数量，以及各个高压变电站的位置和容量；步骤2，根据各个高压变电站的供电半径将规划区域划分为多个子区，在每个子区内部确定低压变电站的数量、以及各个低压变电站的位置和容量；步骤3，设置高压电网；步骤4，设置低压电网。

Description

城市配电网设置方法

技术领域

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种城市配电网设置方法。

背景技术

随着国民经济不断发展，用户对于电力需求逐年上升，电力系统规模也在不断扩大，而电力系统规模的扩大，必须建立在合理的规划基础上。电网规划是电力系统规划的重要组成部分，其任务是根据负荷增长情况以及电源规划方案来确定相应的最佳电网结构，以满足经济可靠地输送电能的要求。配电网位于电力系统末端，与用户直接相联，是电力系统中联系电源与用户的一个重要环节。安全可靠的配电网是保障国民经济稳定持续发展以及人民生活水平的重要物质基础，而科学合理的配电网规划又是保障电网安全可靠运行的重要前提。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市配电网设置方法，通过优化变电站的位置和容量，以及电网线路，设置出运行可靠且经济的配电网。

为了达到上述的目的，本发明提供一种城市配电网设置方法，包括以下步骤：步骤1，确定规划区域高压变电站的数量，以及各个高压变电站的位置和容量；步骤2，根据各个高压变电站的供电半径将规划区域划分为多个子区，在每个子区内部确定低压变电站的数量、以及各个低压变电站的位置和容量；步骤3，设置高压电网；步骤4，设置低压电网。

上述城市配电网设置方法，其中，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1，采用负荷密度法和人均电量法进行规划区域的负荷预测；步骤1.2，根据规划区域的负荷预测、站点容量和站点负载率确定规划区域高压变电站的数量，根据站点的供电半径确定各个高压变电站的位置和容量；确定各个变电站的位置和容量具体采用如下方法：目标函数：minC＝C₁+C₂，约束条件：

i＝1，2，...，K，其中，

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} {g (S_{i}) [\frac{r_{0} {(1 + r_{o})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1}] + u (S_{i})},

表示投资费用和变电站的运行费用，

C_{2} = α Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Subset; J_{i}}{Σ} W_{j}^{2} d_{ij},

表示电网线路上的能量损耗费用，S表示个变电站i的容量，e(S_i)表示变电站i上的变压器的负载率，

表示功率因数，k表示未来变电站的数目，m表示期望的变电站的寿命(年)，K表示现有和未来的变电站的总数，M表示总的连接点的数目，g(S_i)表示未来变电站投资的费用，u(S_i)表示未来变电站运行的费用，W_j表示负荷点j的负荷大小，J_i表示变电站i所接的负荷点，r₀表示年利率，α表示费用系数，d_ij表示变电站i与负荷点j之间的距离。

上述城市配电网设置方法，其中，将规划区域按用地性质进行划分，根据统计数据确定各类用地的负荷密度，再采用负荷密度法和人均电量法进行规划区域的负荷预测。

上述城市配电网设置方法，其中，所述高压变电站包括220KV网络和110KV网络。

上述城市配电网设置方法，其中，所述步骤2具体包括以下步骤：对于每个子区，均采用负荷密度法和人均电量法进行该子区的负荷预测，并根据该子区的负荷预测、站点容量和站点负载率确定该子区内部低压变电站的数量，然后根据站点的供电半径确定各个低压变电站的位置和容量。

上述城市配电网设置方法，其中，确定各个低压变电站的位置和容量具体采用如下方法：目标函数：minC＝C₁+C₂，约束条件：

i＝1，2，...，K，其中，

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} {g (S_{i}) [\frac{r_{0} {(1 + r_{o})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1}] + u (S_{i})},

表示投资费用和变电站的运行费用，

C_{2} = α Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Subset; J_{i}}{Σ} W_{j}^{2} d_{ij},

上述城市配电网设置方法，其中，所述低压变电站为10KV网路。

上述城市配电网设置方法，其中，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1，求取110KV变电站与负荷点最短路径矩阵；步骤3.2，求取110KV变电站最优负荷分配；步骤3.3，求取220KV变电站与110KV变电站最短路径矩阵；步骤3.4，求取220KV变电站最优负荷分配；步骤3.5，调整各个高压变电站的容载比；步骤3.6，不考虑110KV节点，考虑N-1安全约束，用优化算法求取220KV最优网路；步骤3.7，不考虑N-1安全约束，以220KV高压母线为节点，分别按最优负荷分配对应的110KV变电站，分区规划k个110KV子网路；步骤3.8，将220KV网路和m个子网路作为一个整体，并考虑同一站母线分段的备自投动作，进行故障排序；步骤3.9，考虑N-1安全约束，依次按故障严重程度进行开断和重规划，直至不产生过负荷，重规划决策变量仅为110KV线路；步骤3.10，潮流计算和开断模拟，求得各线路最大负载率，调整各线路路径。

上述城市配电网设置方法，其中，所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1，根据110KV变电站的参数，采用最优拓扑搜索法确定出线走向、线路回数及所带负荷，使10KV网络架设线路总长度最小，并满足N-1要求；步骤4.2，对不同110KV变电站10KV出线进行手拉手接线模式优化，形成可靠性更高的网络接线。

上述城市配电网设置方法，其中，所述110KV变电站的参数包括变压器容量、台数、出线仓位、出线类型、出线负荷约束、最优供电区域、线路走廊约束和接线模式。

本发明的城市配电网设置方法中变电站的选址和定容由计算程序自动完成，大大减轻设置城市配电网的工作量；将费用最小优化问题合理的分解成组合过程和选址过程，更加方便计算和求解；网络设置的模型采用运输模型，采用最小元素法、位势法、闭回路法、非负权值网络最短路径法、Pallottino算法等多种优化方法优化计算，准确性更高，优化效果更好。

附图说明

本发明的城市配电网设置方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明的城市配电网设置方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合图1对本发明的城市配电网设置方法作进一步的详细描述。

参见图1，本发明实施例的城市配电网设置方法包括以下步骤：

步骤1，确定规划区域高压变电站的数量，以及各个高压变电站的位置和容量；

所述高压变电站例如是220KV网络和110KV网络；

步骤1.1，采用负荷密度法和人均电量法进行规划区域的负荷预测；

将规划区域按用地性质进行划分，根据统计数据确定各类用地的负荷密度，再采用负荷密度法和人均电量法进行规划区域的负荷预测；

所述统计数据从各类用地的历史负荷数据中统计出来，各类用地的历史负荷数据可以从供电公司的数据库中获得；

步骤1.2，根据规划区域的负荷预测、站点容量和站点负载率确定规划区域高压变电站的数量，根据站点的供电半径确定各个高压变电站的位置和容量；

确定各个变电站的位置和容量具体采用如下方法：

目标函数：minC＝C₁+C₂，

约束条件：

i＝1，2，...，K，

其中，

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} {g (S_{i}) [\frac{r_{0} {(1 + r_{o})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1}] + u (S_{i})},

表示投资费用和变电站的运行费用，

C_{2} = α Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Subset; J_{i}}{Σ} W_{j}^{2} d_{ij},

表示功率因数，k表示未来变电站的数目，m表示期望的变电站的寿命(年)，K表示现有和未来的变电站的总数，M表示总的连接点的数目，g(S_i)表示未来变电站投资的费用，u(S_i)表示未来变电站运行的费用，W_j表示负荷点j的负荷大小，J_i表示变电站i所接的负荷点，r₀表示年利率，α表示费用系数，d_ij表示变电站i与负荷点j之间的距离；

令

f_{i} (S_{i}) = g (S_{i}) \frac{r_{0} {(1 + r_{0})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1} + u (S_{i}),

则C₁函数可表示为

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} f_{1} (S_{i}),

同时假定

W = Σ_{i = 1}^{M} W_{j} / M, γ = αW,

则C₂函数可以线性化成

C_{2} = γ Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Element; J_{i}}{Σ} W_{j} d_{ij},

因此，确定各个变电站的位置和容量最终为求解最优化问题：

\min C = Σ_{i = 1}^{k} f_{1} (S_{i}) + γ Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Element; J_{i}}{Σ} W_{j} d_{ij}

当S是一个不连续的变数，k是一个整数，J是一个给定值，为了简化问题，假定：

(1)

其中，∑W表示负荷的总数，∑P表示现有变电站的总容量，IT表示一个正的整数；

(2)

S_{\min} = \min_{S_{1}} {S_{i} | S_{i} &Element; Q};

(3)L＝{S_i|S_i∈QorS_i＝0，i＝1.，2，...，k₁}；

因此，最佳化问题能抽象地表达成：从集合L到找到个约束条件(e)，而且将客观的功能减到最小的组合的一个子集T，这种程序可以被分成2个子过程：组合过程和选址过程；

本发明将费用最小优化问题合理的分解成组合过程和选址过程，更加方便计算和求解；

步骤2，根据各个高压变电站的供电半径将规划区域划分为多个子区，在每个子区内部确定低压变电站的数量、以及各个低压变电站的位置和容量；

所述低压变电站例如10KV网路；

对于每个子区，均采用负荷密度法和人均电量法进行该子区的负荷预测，并根据该子区的负荷预测、站点容量和站点负载率确定该子区内部低压变电站的数量，然后根据站点的供电半径确定各个低压变电站的位置和容量；

采用与高压变电站相同的原则确定每个子区内部低压变电站的数量、以及各个低压变电站的位置和容量；

步骤3，设置高压电网；

假设高压电网为220KV网络和110KV网络；

步骤3.1，求取110KV变电站与负荷点最短路径矩阵；

较佳地，采用非负权值网络最短路径算法或Pallottino算法求取110KV变电站与负荷点最短路径矩阵；

步骤3.2，求取110KV变电站最优负荷分配；

较佳地，采用运筹学中的运输模型作为各个110KV变电站最优负荷分配模型进行求解，求解方法可采用表上作业法中的最小元素法求得初始可行解，并采用位势法和闭回路法求得最优解；

步骤3.3，求取220KV变电站与110KV变电站最短路径矩阵；

较佳地，采用非负权值网络最短路径算法或Pallottino算法求取220KV变电站与与110KV变电站最短路径矩阵；

步骤3.4，求取220KV变电站最优负荷分配；

较佳地，采用运筹学中的运输模型作为各个220KV变电站最优负荷分配模型进行求解，求解方法可采用表上作业法中的最小元素法求得初始可行解，并采用位势法和闭回路法求得最优解；

步骤3.5，调整各个高压变电站的容载比；

步骤3.6，不考虑110KV节点，考虑N-1安全约束，用优化算法求取220KV最优网路；

所述N-1安全约束，是指将电力网络中的某条线路或变压器等设备人为去掉，再经过计算看电力网络是否安全稳定；

不考虑110KV节点，考虑N-1安全约束，根据220KV网络电源情况，在220KV变电站高压母线注入电源有无功，并带最优分配的负荷，电源节点注入功率可按购电协议或根据网公司发布的电源供电情况进行电能平衡，可采用多种优化规划方法求解最优220KV电网；

例如采用粒子群优化方法、牛顿梯度法或者神经网络求解最优220KV电网；

步骤3.7，不考虑N-1安全约束，以220KV高压母线为节点，分别按最优负荷分配对应的110KV变电站，分区规划k个110KV子网路；

不考虑N-1安全约束，即只规划正常运行时的电网结构，根据正常运行时，110KV电网为分片分区方式运行，可将规划问题分解成m个单独的规划，m为220KV变电站的个数，220KV变电站的高压母线为平衡节点，其所带的110KV节点为负荷节点，通过第一步m个单独规划的求解可得到正常运行时的网络；

步骤3.8，将220KV网路和m个子网路作为一个整体，并考虑同一站母线分段的备自投动作，进行故障排序；

步骤3.9，考虑N-1安全约束，依次按故障严重程度进行开断和重规划，直至不产生过负荷，重规划决策变量仅为110KV线路；

步骤3.10，潮流计算和开断模拟，求得各线路最大负载率，调整各线路路径；

本发明网络设置的模型采用运输模型，采用最小元素法、位势法、闭回路法、非负权值网络最短路径法、Pallottino算法等多种优化方法优化计算，准确性更高，优化效果更好；

步骤4，设置低压电网；

假设低压电网为10KV网络，且10KV网络的出线站是110KV变电站；

步骤4.1，根据110KV变电站的参数，采用最优拓扑搜索法确定出线走向、线路回数及所带负荷，使10KV网络架设线路总长度最小，并满足N-1要求；

所述110KV变电站的参数包括变压器容量、台数、出线仓位、出线类型、出线负荷约束、最优供电区域、线路走廊约束和接线模式；

步骤4.2，对不同110KV变电站10KV出线进行手拉手接线模式优化，形成可靠性更高的网络接线，即将单辐射、树状等供电可靠性较低的接线模式变成手拉手接线模式，以提高供电可靠性。

本发明的城市配电网设置方法通过优化变电站的位置和容量，以及电网线路，设置出运行可靠且经济的配电网。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种城市配电网设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3，设置高压电网；

步骤4，设置低压电网。

2.如权利要求1所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

确定各个变电站的位置和容量具体采用如下方法：

目标函数：min C＝C₁+C₂，

约束条件：

i＝1，2，...，K，

其中，

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} {g (S_{i}) [\frac{r_{0} {(1 + r_{o})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1}] + u (S_{i})},

表示投资费用和变电站的运行费用，

C_{2} = α Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Subset; J_{i}}{Σ} W_{j}^{2} d_{ij},

表示电网线路上的能量损耗费用，S表示个变电站i的容量，e(S_i)表示变电站i上的变压器的负载率，表示功率因数，k表示未来变电站的数目，m表示期望的变电站的寿命(年)，K表示现有和未来的变电站的总数，M表示总的连接点的数目，g(S_i)表示未来变电站投资的费用，u(S_i)表示未来变电站运行的费用，W_j表示负荷点j的负荷大小，J_i表示变电站i所接的负荷点，r₀表示年利率，α表示费用系数，d_ij表示变电站i与负荷点j之间的距离。

3.如权利要求2所述的城市配电网设置方法，其特征在于，将规划区域按用地性质进行划分，根据统计数据确定各类用地的负荷密度，再采用负荷密度法和人均电量法进行规划区域的负荷预测。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述高压变电站包括220KV网络和110KV网络。

5.如权利要求1所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：对于每个子区，均采用负荷密度法和人均电量法进行该子区的负荷预测，并根据该子区的负荷预测、站点容量和站点负载率确定该子区内部低压变电站的数量，然后根据站点的供电半径确定各个低压变电站的位置和容量。

6.如权利要求5所述的城市配电网设置方法，其特征在于，确定各个低压变电站的位置和容量具体采用如下方法：

目标函数：min C＝C₁+C₂，

约束条件：i＝1，2，...，K，

其中，

C_{1} = Σ_{i = 1}^{k} {g (S_{i}) [\frac{r_{0} {(1 + r_{o})}^{m}}{{(1 + r_{0})}^{m} - 1}] + u (S_{i})},

表示投资费用和变电站的运行费用，

C_{2} = α Σ_{i = 1}^{K} \underset{j &Subset; J_{i}}{Σ} W_{j}^{2} d_{ij},

7.如权利要求1、5或6所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述低压变电站为10KV网路。

8.如权利要求4所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1，求取110KV变电站与负荷点最短路径矩阵；

步骤3.2，求取110KV变电站最优负荷分配；

步骤3.3，求取220KV变电站与110KV变电站最短路径矩阵；

步骤3.4，求取220KV变电站最优负荷分配；

步骤3.5，调整各个高压变电站的容载比；

步骤3.10，潮流计算和开断模拟，求得各线路最大负载率，调整各线路路径。

9.如权利要求7所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.2，对不同110KV变电站10KV出线进行手拉手接线模式优化，形成可靠性更高的网络接线。

10.如权利要求9所述的城市配电网设置方法，其特征在于，所述110KV变电站的参数包括变压器容量、台数、出线仓位、出线类型、出线负荷约束、最优供电区域、线路走廊约束和接线模式。