CN104102952B - 一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法，包括以下步骤：计算相应行业样本用户的日拟合负荷；计算进驻用户的预测负荷；不同进驻用户组合的设备选型，并计算导线负载率；通过建立负荷优化配置模型实现负荷优化配置。本发明提供一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法，通过优化工业园区内各配电线路所带负荷，使得网络运行效率提高，为配电网的规划奠定理论基础。

Description

一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法。

背景技术

配电网是电力网络中最接近用户的部分，对其进行科学的优化规划，可以保证电网建设改造的合理性和电网运行的安全性、经济性，提高配电网供电质量。目前，学术界对城市中低压配电网的研究较多，侧重于讨论如何通过最优化新建变电站和馈线的建设地点及容量，得到运行投资费用小、可靠性高的配电网建设方案。其中，负荷预测是针对以聚合的负荷点的展开的。而对于具体的某个工业园区的配电网规划研究较少，特别是负荷具体到用户层面，考虑导线上负荷的组合配置问题，目前还尚未见相关报道。事实上，由于用户生产班制、设备启停时间等原因，用户的日负荷曲线总是波动的，而不同用户间的负荷可能存在时序上的互补性，这种互补性有可能使不同用户的负荷曲线相叠加后的负荷最大值要远小于这几个用户的最大负荷直接相加的结果。如果基于用户负荷特性的互补性对用户进行合理组合就能够大大提高导线负载率和电网运行效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法，通过优化工业园区内各配电线路所带负荷，使得网络运行效率提高，为配电网的规划奠定理论基础。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于网运行效率的负荷优化配置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算相应行业样本用户的日拟合负荷；

步骤2：计算进驻用户的预测负荷；

步骤3：不同进驻用户组合的设备选型，并计算导线负载率；

步骤4：通过建立负荷优化配置模型实现负荷优化配置。

所述步骤中，将第i类行业中样本用户的日负荷以该用户日最大负荷为基值标幺化，标幺化后的值以该第i类行业中选取的样本用户个数加权平均，得到工业园区内规划进驻用户相应行业的日拟合负荷；具体有：

其中，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷；为第i类行业中在t时刻标幺化后的叠加负荷值；K_i为第i类行业选取的样本用户数；J_i为第i类行业选取的计算天数；f_ijkt为第i类行业中第k个样本用户的第j日在t时刻的负荷，其采集于SCADA系统；F_ik为第i类行业中第k个样本用户计算日的最大负荷。

所述步骤2中，根据工业园区内规划进驻用户规划容量，在行业综合负荷特性曲线的基础上进行等比例放大，获得进驻用户的预测负荷，具体表示为：

P_lt＝f_it*C_l l∈i (3)

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷，C_l为第l个进驻用户的报装容量。

所述步骤3中，不同进驻用户组合的设备选型采用以下步骤进行：

1)根据供电电压和导线负荷，假定三相负荷为对称平衡负载，忽略线损，且不考虑三相负荷在导线上的位置分布，计算导线电流，有

其中，为第m条导线的电流，为第m条导线的首端电压，P_{m_max}为第m条导线所带最大有功负荷，为功率因数；

2)按照长期允许发热电流查表选择第m条导线的截面面积S；

第m条导线的电流幅值用I_m表示，其满足：

I_m≤KI_al (5)

其中，K为实际温度环境和海拔相关的综合修正系数，I_al为额定环境温度θ₀为25℃时第m条导线允许通过的电流；

由公式(4)得知第m条导线的电流幅值I_m，再通过公式(5)取等号得到I_al，最后通过查导体长期允许通过载流量表，得到第m条导线的截面面积S；

3)对第m条导线进行热稳定校验，若满足S≥S_min，则表明第m条导线具有热稳定性，其中S_min为第m条导线的最小截面面积，其表示为：

其中，Q_m为第m条导线的短路电流热效应，单位为A²·s；K_f为集肤效应系数；H为热稳定系数；

4)计及导线有功损耗，重新计算第m条导线的电流，有：

其中，为计及导线有功损耗时的第m条导线的电流，ΔP_m为第m条导线的有功损耗，U_m为第m条导线的末端电压幅值；为功率因数，R为第m条导线的线路电阻，表示为：

其中，l_m为第m条导线的长度；

5)将计算出的带入式(5)判断是否满足，若不满足则根据重新查表选择第m条导线的截面面积，并重复步骤3)和4)，直至满足式(5)。

所述步骤3中，第m条导线的负载率用η_m表示，有：

其中，P_{m_max}为第m条导线的最大负荷，C_m为第m条导线的最大载容量。

所述步骤4中，由于不同进驻用户的预测负荷在时序上的互补性，建立负荷优化配置模型，有：

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷；x_lm表示第l个进驻用户是否与第m条导线连接，x_lm＝0表示第l个进驻用户未与第m条导线连接，x_lm＝1表示第l个进驻用户与第m条导线连接；C_m为第m条导线的最大载容量；β_m为第m条导线上负载率上限值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明针对配电网规划中线路负荷的配置问题进行了基础研究，为配电网规划提供了科学理论支持，充分发挥了其运行效率。所建立的负荷优化配置模型，充分计及了不同用户负荷特性的互补性，使线路所带负荷的日负荷曲线较为平缓，进一步保证线路的负载率较高，提高了运行效率。

附图说明

图1是基于网运行效率的负荷优化配置方法流程图；

图2是不同进驻用户组合的设备选型流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种基于网运行效率的负荷优化配置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算相应行业样本用户的日拟合负荷；

步骤2：计算进驻用户的预测负荷；

步骤3：不同进驻用户组合的设备选型，并计算导线负载率；

步骤4：通过建立负荷优化配置模型实现负荷优化配置。

所述步骤中，将第i类行业中样本用户的日负荷以该用户日最大负荷为基值标幺化，标幺化后的值以该第i类行业中选取的样本用户个数加权平均，得到工业园区内规划进驻用户相应行业的日拟合负荷；具体有：

其中，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷；为第i类行业中在t时刻标幺化后的叠加负荷值；K_i为第i类行业选取的样本用户数；J_i为第i类行业选取的计算天数；f_ijkt为第i类行业中第k个样本用户的第j日在t时刻的负荷，其采集于SCADA系统；F_ik为第i类行业中第k个样本用户计算日的最大负荷。

所述步骤2中，根据工业园区内规划进驻用户规划容量，在行业综合负荷特性曲线的基础上进行等比例放大，获得进驻用户的预测负荷，具体表示为：

P_lt＝f_it*C_l l∈i (3)

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷，C_l为第l个进驻用户的报装容量。

如图2，不同进驻用户组合的设备选型采用以下步骤进行：

1)根据供电电压和导线负荷，假定三相负荷为对称平衡负载，忽略线损，且不考虑三相负荷在导线上的位置分布，计算导线电流，有

其中，为第m条导线的电流，为第m条导线的首端电压，P_{m_max}为第m条导线所带最大有功负荷，为功率因数；

2)按照长期允许发热电流查表选择第m条导线的截面面积S；

第m条导线的电流幅值用I_m表示，其满足：

I_m≤KI_al (5)

其中，K为实际温度环境和海拔相关的综合修正系数，I_al为额定环境温度θ₀为25℃时第m条导线允许通过的电流；

由公式(4)得知第m条导线的电流幅值I_m，再通过公式(5)取等号得到I_al，最后通过查导体长期允许通过载流量表，得到第m条导线的截面面积S；

3)对第m条导线进行热稳定校验，若满足S≥S_min，则表明第m条导线具有热稳定性，其中S_min为第m条导线的最小截面面积，其表示为：

其中，Q_m为第m条导线的短路电流热效应，单位为A²·s；K_f为集肤效应系数；H为热稳定系数；

4)计及导线有功损耗，重新计算第m条导线的电流，有：

其中，为计及导线有功损耗时的第m条导线的电流，ΔP_m为第m条导线的有功损耗，U_m为第m条导线的末端电压幅值，近似计算时其取值与首端电压幅值相等；为功率因数，R为第m条导线的线路电阻，表示为：

其中，l_m为第m条导线的长度；

5)将计算出的带入式(5)判断是否满足，若不满足则根据重新查表选择第m条导线的截面面积，并重复步骤3)和4)，直至满足式(5)。

所述步骤3中，第m条导线的负载率用η_m表示，有：

其中，P_{m_max}为第m条导线的最大负荷，C_m为第m条导线的最大载容量。

所述步骤4中，由于不同进驻用户的预测负荷在时序上的互补性，建立负荷优化配置模型，有：

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷；x_lm表示第l个进驻用户是否与第m条导线连接，x_lm＝0表示第l个进驻用户未与第m条导线连接，x_lm＝1表示第l个进驻用户与第m条导线连接；C_m为第m条导线的最大载容量；β_m为第m条导线上负载率上限值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于电网运行效率的负荷优化配置方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算相应行业样本用户的日拟合负荷；

步骤2：计算进驻用户的预测负荷；

步骤3：不同进驻用户组合的设备选型，并计算导线负载率；

步骤4：通过建立负荷优化配置模型实现负荷优化配置；

所述步骤3中，不同进驻用户组合的设备选型采用以下步骤进行：

1)根据供电电压和导线负荷，假定三相负荷为对称平衡负载，忽略线损，且不考虑三相负荷在导线上的位置分布，计算导线电流，有

其中，为第m条导线的电流，为第m条导线的首端电压，P_{m_max}为第m条导线所带最大有功负荷，为功率因数；

2)按照长期允许发热电流查表选择第m条导线的截面面积S；

第m条导线的电流幅值用I_m表示，其满足：

I_m≤KI_al (2)

其中，K为实际温度环境和海拔相关的综合修正系数，I_al为额定环境温度θ₀为25℃时第m条导线允许通过的电流；

由公式(1)得知第m条导线的电流幅值I_m，再通过公式(2)取等号得到I_al，最后通过查导体长期允许通过载流量表，得到第m条导线的截面面积S；

3)对第m条导线进行热稳定校验，若满足S≥S_min，则表明第m条导线具有热稳定性，其中S_min为第m条导线的最小截面面积，其表示为：

$S_{\min }=\frac{Q_m{K}_f}{H}---\left(3\right)$

其中，Q_m为第m条导线的短路电流热效应，单位为A²·s；K_f为集肤效应系数；H为热稳定系数；

4)计及导线有功损耗，重新计算第m条导线的电流，有：

其中，为计及导线有功损耗时的第m条导线的电流，ΔP_m为第m条导线的有功损耗，U_m为第m条导线的末端电压幅值；为功率因数，R为第m条导线的线路电阻，表示为：

其中，l_m为第m条导线的长度；

5)将计算出的带入式(2)判断是否满足，若不满足则根据重新查表选择第m条导线的截面面积，并重复步骤3)和4)，直至满足式(2)。

2.根据权利要求1所述的基于电网运行效率的负荷优化配置方法，其特征在于：所述步骤1中，将第i类行业中样本用户的日负荷以该用户日最大负荷为基值标幺化，标幺化后的值以该第i类行业中选取的样本用户个数加权平均，得到工业园区内规划进驻用户相应行业的日拟合负荷；具体有：

$f_{it}=\frac{{\stackrel{\‾}{f}}_{it}}{K_i*J_i},t=0,1,2,3,4,...,96---\left(7\right)$

${\stackrel{\‾}{f}}_{it}=\underset{j=1}{\overset{J_i}{\Σ}}\underset{k=1}{\overset{K_i}{\Σ}}{f}_{ijkt}/F_{ik}---\left(8\right)$

其中，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷；为第i类行业中在t时刻标幺化后的叠加负荷值；K_i为第i类行业选取的样本用户数；J_i为第i类行业选取的计算天数；f_ijkt为第i类行业中第k个样本用户的第j日在t时刻的负荷，其采集于SCADA系统；F_ik为第i类行业中第k个样本用户计算日的最大负荷。

3.根据权利要求1或2所述的基于电网运行效率的负荷优化配置方法，其特征在于：所述步骤2中，根据工业园区内规划进驻用户规划容量，在行业综合负荷特性曲线的基础上进行等比例放大，获得进驻用户的预测负荷，具体表示为：

P_lt＝f_it*C_l l∈i (9)

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷，f_it为第i类行业中在t时刻的日拟合负荷，C_l为第l个进驻用户的报装容量。

4.根据权利要求1所述的基于电网运行效率的负荷优化配置方法，其特征在于：所述步骤3中，第m条导线的负载率用η_m表示，有：

${\mathrm{\η}}_m=\frac{P_{m\_\max }}{C_m}*100\%---\left(10\right)$

其中，P_{m_max}为第m条导线的最大负荷，C_m为第m条导线的最大载容量。

5.根据权利要求1所述的基于电网运行效率的负荷优化配置方法，其特征在于：所述步骤4中，由于不同进驻用户的预测负荷在时序上的互补性，建立负荷优化配置模型，有：

$\begin{array}{cc}max& \underset{m}{\Σ}\frac{max\left(\underset{l}{\Σ}{P}_{lt}{x}_{lm}\right)}{C_m}\end{array}---\left(11\right)$

$\begin{array}{cc}s.t& \frac{max\left(\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{P}_{lt}{x}_{lm}\right)}{C_m}\≤{\mathrm{\β}}_m\end{array}---\left(12\right)$

其中，P_lt为第l个进驻用户在t时刻的预测负荷；x_lm表示第l个进驻用户是否与第m条导线连接，x_lm＝0表示第l个进驻用户未与第m条导线连接，x_lm＝1表示第l个进驻用户与第m条导线连接；C_m为第m条导线的最大载容量；β_m为第m条导线上负载率上限值。