CN104299046A - 一种高压配电网优化规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压配电网优化规划方法。其特征是以综合优化电源容量、线路建设及分区和联络方式为目标，建立2阶段的高压配电网优化规划模型。本发明用于实现对220kV电源点位置及容量规划、110kV及以下线路规划以及负荷优化分区和联络方案的全面综合优化。

Description

一种高压配电网优化规划方法

技术领域

本发明属于电网优化规划领域，尤其涉及一种高压配电网优化规划方法。

背景技术

在城市电网中，高压配电网是连接输电网和中压配电网的重要环节，在接受220kV变电站送入电能的同时作为电源将电能进一步输送到负荷中心附近的10kV开闭所或配变，其规划结果将影响城市供配电系统整体的经济性和可靠性。然而目前高压配电网规划与输电网规划之间缺乏协调，其规划模型和方法不够精细。

本发明针对该问题提出了改进的输电网与高压配电网协调规划的流程，建立了高压配电网优化规划的2阶段模型，综合考虑了220kV变电站容量规划、110kV高压配电网线路规划和负荷优化分区，可实现220kV变电站、110kV高压配电网线路扩建和网络损耗总费用的最小化。应用改进遗传算法求解该模型，在始终保持遗传算法中解的可行性前提下进行大规模寻优，提升了算法的全局搜索性能和收敛速度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高压配电网优化规划方法，用以实现对220kV电源点位置及容量规划、110kV及以下线路规划以及负荷优化分区和联络方案的全面综合优化。

其特征是以综合优化电源容量、线路建设及分区和联络方式为目标，建立2阶段的高压配电网优化规划模型。

第1阶段线路规划模型参考目前已有的配电网“手拉手”型网络的规划方法，建立以投资费用最小为目标的线路建设规划模型，考虑线路“N-1”约束。

第2阶段模型对线路建设方案已经确定的网络进行开环点的优化，形成多个单电源的辐射型网络，保证各变电站容量负荷分配合理，并满足运行中各项约束的前提下，最小化变电站的扩建费用和全网的网损费用。目标函数为变电站扩建费用和网络运行费用之和最小：

$\min Z=\underset{l\∈\left\{L\right\}}{\mathrm{\Σ}}{q}_0{\mathrm{\τ}}_{\max }{r}_l({P_l}^2+{Q_l}^2)/U_l^2+\underset{i\∈\left\{S_S\right\}}{\mathrm{\Σ}}{C}_i+C*$

约束条件：

AP＝D

P_l≤P_l,max

E_i≤E_i,max

U_min≤U_k≤U_max

T_i≤T_i,max

R_s.min≤R_all≤R_s.max

式中q₀——单位电价；

τ_max——年最大负荷利用小时数；

L、S_S——所有线路集合和所有变电站集合；

r_l、P_l、Q_l、U_l——线路l的电阻、有功潮流、无功潮流和电压；

C_i——第i号变电站的扩建费用；

C*——用于满足全网容载比约束而需补充扩建的费用；

A、P、D——节点线路关联矩阵、线路潮流矩阵、负荷矩阵；

P_l、P_l,max——线路l的实际传输容量和最大传输容量；

E_i、E_i,max——变电站i的扩建容量和最大可扩建容量；

T_i、T_i,max——变电站i的负载率和最大安全运行率；

R_all、R_s,min、R_s,max——整个220kV电压等级的容载比和最小最大容载比；

为便于处理单个变电站负载率约束和全电压等级容载比约束，可通过2个子模型相应地转化为目标函数中的单个变电站扩建费用以及全电压等级的补充扩建费用。

在上述复杂的2阶段优化规划模型中，第1阶段模型已有成熟算法可以借鉴，而第2阶段综合分区优化模型是一个多变量、高度离散性、多峰值的组合优化问题。对第2阶段的综合分区优化模型，采用遗传算法求解该问题，可给出一个最优解和多个次优解，适合规划问题的方案比较。通过遗传算法求解配电网规划或分区优化问题时，计算过程中易产生不可行解、过早陷入局部极值点难以跳出。为避免上述问题而进行针对性的算法设计，采取以下多种措施提高算法全局寻优能力和收敛速度：

1)改进编码方式和遗传算子确保解的可行性。

2)采用合适的选择方式。

3)在交叉和变异运算中设置自适应交叉和变异率。

4)应用“灾变”策略。

具体实施方式

下面对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

步骤1：建立以投资费用最小为目标的线路建设规划模型。

步骤2：采用两层多目标优化遗传算法求解第1阶段模型。

步骤3：使用改进编码方式和遗传算子确保解的可行性。

步骤4：采取最优个体保留策略，将当前代的适应值最优的个体直接进入下一代不参与交叉和变异操作。选用随机联赛选择结合最优个体保留作为最终的选择方式。

步骤5：在迭代初期使用较小的交叉率和变异率，保证算法的局部搜索性能；而在计算后期，不断提高变异概率和交叉概率，提高群体中新个体的比例。

步骤6：设定在最优个体保留代数超过设定值后，保留群体中适应值靠前的30％个体，剩余的个体用随机生成的新个体加以替换。

步骤7：第二阶段模型求解。

Claims (1)

1.一种高压配电网优化规划方法，其特征是以综合优化电源容量、线路建设及分区和联络方式为目标，建立2阶段的高压配电网优化规划模型。

第1阶段线路规划模型参考目前已有的配电网“手拉手”型网络的规划方法，建立以投资费用最小为目标的线路建设规划模型，考虑线路“N-1”约束。

第2阶段模型对线路建设方案已经确定的网络进行开环点的优化，形成多个单电源的辐射型网络，保证各变电站容量负荷分配合理，并满足运行中各项约束的前提下，最小化变电站的扩建费用和全网的网损费用。目标函数为变电站扩建费用和网络运行费用之和最小：

$\min Z=\underset{l\∈\left\{L\right\}}{\mathrm{\Σ}}{q}_0{\mathrm{\τ}}_{\max }{r}_l({P_l}^2+{Q_l}^2)/U_l^2+\underset{i\∈\left\{S_S\right\}}{\mathrm{\Σ}}{C}_i+C*$

约束条件：

AP＝D

P_l≤P_l,max

E_i≤E_i,max

U_min≤U_k≤U_max

T_i≤T_i,max

R_s.min≤R_all≤R_s.max

式中q₀——单位电价；

τ_max——年最大负荷利用小时数；

L、S_S——所有线路集合和所有变电站集合；

r_l、P_l、Q_l、U_l——线路l的电阻、有功潮流、无功潮流和电压；

C_i——第i号变电站的扩建费用；

C*——用于满足全网容载比约束而需补充扩建的费用；

A、P、D——节点线路关联矩阵、线路潮流矩阵、负荷矩阵；

P_l、P_l,max——线路l的实际传输容量和最大传输容量；

E_i、E_i,max——变电站i的扩建容量和最大可扩建容量；

T_i、T_i,max——变电站i的负载率和最大安全运行率；

R_all、R_s,min、R_s,max——整个220kV电压等级的容载比和最小最大容载比；

为便于处理单个变电站负载率约束和全电压等级容载比约束，可通过2个子模型相应地转化为目标函数中的单个变电站扩建费用以及全电压等级的补充扩建费用。

在上述复杂的2阶段优化规划模型中，第1阶段模型已有成熟算法可以借鉴，而第2阶段综合分区优化模型是一个多变量、高度离散性、多峰值的组合优化问题。对第2阶段的综合分区优化模型，采用遗传算法求解该问题，可给出一个最优解和多个次优解，适合规划问题的方案比较。通过遗传算法求解配电网规划或分区优化问题时，计算过程中易产生不可行解、过早陷入局部极值点难以跳出。为避免上述问题而进行针对性的算法设计，采取以下多种措施提高算法全局寻优能力和收敛速度：

1)改进编码方式和遗传算子确保解的可行性。

2)采用合适的选择方式。

3)在交叉和变异运算中设置自适应交叉和变异率。

4)应用“灾变”策略。