CN104463710B - 一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，属于电力系统规划和可靠性评估技术领域。技术方案：形成典型分区电网结构可靠性集合，对各片区进行可靠性快速评估；找出短路电流越限点，根据短路电流分布和解环分区决策函数，制定分区方案；对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性‑短路电流目标函数的最优解；根据各分区的工业负荷水平，提高薄弱分区可靠性，并输出最终的分区方案。本发明通过典型分区结构，建立分区供电方案的可靠性快速评估模型，并分析工业负荷对各分区可靠性的影响，根据可靠性水平提出相应的提升措施，可应用在工业城市分区方案中，并且该评估及优化方法具有普遍适用性。

Description

一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法

技术领域

本发明涉及一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，特别是涉及一种考虑工业城市负荷特性影响，进行分区可靠性快速评估及目标优化的方法，属于电力系统规划和可靠性评估技术领域。

背景技术

随着高电压等级电网的发展和传输负荷的不断增大，电磁环网在电力系统中的不利影响日益明显，其不利影响主要包括局部地区短路水平偏高、高低压电网间正常运行时潮流穿越和故障后功率转移等。国内省级电网已逐步形成以负荷密集的大型、特大型城市电网为中心的供电格局，但是，这些城市电网的不断增大，也使得系统短路电流不断增大。在我国电网发展较成熟的地区均采用地区电网分层分区运行的格局以限制短路电流。

分区供电是指以受端系统为核心，将外部电源连接到受端系统，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻区域相连。分区供电能够有效简化网络接线，合理控制短路电流水平，使结构更加清晰、调度运行更加灵活，降低连锁反应导致的电网大面积停电的可能性，有利于电网经济运行。但是分区供电必然会导致电网可靠性下降，尤其是对于工业负荷重的工业城市，其可靠性要求很高。如何保证城市电网供电可靠性，是省级电网建设发展的核心任务。目前国内广州、上海、天津、北京、安徽、江苏等多个省市已开展电网分区供电的研究和实施工作，但是，背景技术的分区供电方法主要集中在确定解环点、针对各省市的分区供电方案进行短路电流和稳定性评估，较少考虑薄弱片区的可靠性，也没有根据分区负荷特性进行可靠性定制，分区供电可以有效降低短路电流水平，但也将降低可靠性。实施分区供电是解决高电压等级电网发展中带来的电磁环网问题的一个重要趋势，考虑工业城市负荷特性，对分区供电方案进行优化设计具有重要的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，通过建立可靠性-短路电流目标函数，对分区方案进行快速可靠性评估，有利于实现最优供电分区方案，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，包含如下步骤：

根据目标电网数据，分析分区前电网的现状，包括电源出力、线路潮流、计算短路电流和可靠性指标；

对城市的负荷特性进行分析，确定工业城市的发展阶段，以饱和负荷确定分区规模；形成典型分区电网结构可靠性集合，对各片区进行可靠性快速评估；

找出短路电流越限点，根据短路电流分布和解环分区决策函数，制定分区方案；建立可靠性-短路电流目标函数，以此得到分区可靠性最优方案；

计算分区方案的短路电流水平，判断其值是否超过遮断容量，若超过，则说明该方案不可行，舍弃该方案；

对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性-短路电流目标函数的最优方案；形成网络集合N和可靠性集合 R，根据实际地区的负荷量计算可靠性集合中的元素；得到目标函数的最优方案后，根据该地区的工业负荷特性和预测，利用设置备自投线路提升措施改善薄弱片区的可靠性；

根据各分区的工业负荷水平，提高薄弱分区可靠性，并输出最终的分区方案。

本发明的有益效果：本发明通过典型分区结构，建立分区供电方案的可靠性快速评估模型，并分析工业负荷对各分区可靠性的影响，根据可靠性水平提出相应的提升措施，可应用在工业城市分区方案中，并且该评估及优化方法具有普遍适用性。

附图说明

图1为本发明实施例流程图；

图2为本发明实施例的单电源中双放射电网结构示意图；

图3为本发明实施例的单电源中自环网电网结构示意图；

图4为本发明实施例的单电源中花瓣结构电网示意图；

图5为本发明实施例的多电源中双链电网结构示意图；

图6为本发明实施例的多电源中球拍型电网结构示意图；

图7为本发明实施例的多电源中哑铃型电网结构示意图；

图8为本发明实施例的多电源中花瓣形结构电网示意图；

图9为本发明实施例的模拟计算分区供电方案示意图。

图10为本发明实施例的分区供电方案可靠性优化措施的指标对比示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，包含如下步骤：

根据目标电网数据，分析分区前电网的现状，包括电源出力、线路潮流、计算短路电流和可靠性指标；

对城市的负荷特性进行分析，确定工业城市的发展阶段，以饱和负荷确定分区规模；形成典型分区电网结构可靠性集合，对各片区进行可靠性快速评估；

找出短路电流越限点，根据短路电流分布和解环分区决策函数，制定分区方案；建立可靠性-短路电流目标函数，以此得到分区可靠性最优方案；

计算分区方案的短路电流水平，判断其值是否超过遮断容量，若超过，则说明该方案不可行，舍弃该方案；

对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性-短路电流目标函数的最优方案；形成网络集合N和可靠性集合 R，根据实际地区的负荷量计算可靠性集合中的元素；得到目标函数的最优方案后，根据该地区的工业负荷特性和预测，利用设置备自投线路提升措施改善薄弱片区的可靠性；

根据各分区的工业负荷水平，提高薄弱分区可靠性，并输出最终的分区方案。

所述的步骤，对城市的负荷特性进行分析，确定工业城市的发展阶段，以饱和负荷确定分区规模，具体步骤如下：

（1）根据工业城市的增长速度判断目标城市处于工业化初期阶段、工业化过渡阶段和饱和阶段中的某一阶段；

（2）预测饱和阶段负荷水平，以饱和负荷确定电网及分区发展规模。

所述的步骤，找出短路电流越限点，根据短路电流分布和解环分区决策函数，制定分区方案，具体步骤如下：

（1）根据步骤中的短路电流计算结果，找到短路电流水平超过断路器遮断容量的节点；

（2）以是否存在故障后的大功率转移和短路电流超标为依据，判断是否需要解环分区；假定线路功率的最大值为，短路容量的阀值为，则解环决策函数如式(1)所示：

(1)

其中为系统故障，为系统故障数；为电磁回路低一级电压线路总数；为大功率转移的决策影响因子，为短路容量的决策影响因子；为第i次系统故障时，第j条线路的功率；为第i次系统故障时，第j条线路的短路电流水平。

若解环决策函数输出值为1，说明需要解环分区；若解环决策函数输出值为0，说明可暂时保持电磁环网运行。

所述步骤，对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性-短路电流目标函数的最优方案；具体步骤如下：

（1）根据单电源结构和多电源结构两类，形成典型网络结构集合N，如式(2)所示：

集合中N ₁，N ₂，…，N ₇分别表示单电源中的双放射、自环网、花瓣结构和多电源中的双链、球拍型、哑铃型、花瓣形结构，共七种基本结构。单电源典型结构和多电源典型结构分别如图2、3、4和图5、6、7、8所示；

（2）在相同的负荷、可靠性参数条件下，计算典型的七种电网结构的可靠性，形成典型结构可靠性集合R，如式(3)所示：

集合中R ₁，R ₂，…，R ₇分别对应7种基本结构N ₁，N ₂，…，N ₇的可靠性指标；

（3）根据各分区的网络结构，从集合N中搜索到对应的元素，然后对应找到可靠性集合中的指标，可实现各分区供电方案的片区可靠性快速评估，并通过优化函数求出最优可靠性分区方案；分区可靠性-短路电流最优化目标函数如式(4)所示：

其中，是第j个分区的短路电流水平，为断路器的遮断容量；为第j个分区的功率，为该分区内第k个负荷，n为负荷总数；是满足分区负荷水平的最低可靠性要求，为考虑投资成本效益的最大可靠性。

本实施例是基于我国华北某工业城市电网数据进行模拟计算，具体步骤如下：

（1）在输入目标城市电网相关的原始运行数据和可靠性统计数据后，根据步骤分析电网的现状，判断当前短路电流是否超标；

（2）根据步骤，该工业城市目前最大负荷为10640MW，总装机7021.85MW，增长速度有所放慢，处于工业化中后期，即过渡阶段与饱和阶段之间，但工业负荷水平仍会有较大增长；

（3）根据步骤，制定分区方案，如图9所示；

（4）根据步骤，以图9所示圆弧包围的片区为例，根据该地区3200 MW负荷预测量，可计算得到集合R中的指标，如表1所示。根据该地区的实际，可形成球拍型、双链型和哑铃型结构，其中结果显示哑铃型结构可靠性R ₅最优，适合该地区分区方案；

（5）通过设置备自投线路，可计算得该方案可靠性优化前后的可靠性结果对比如图10所示。

Claims (3)

1.一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，其特征在于包含如下步骤：

①根据目标电网数据，分析分区前电网的现状，包括电源出力、线路潮流、计算短路电流和可靠性指标；

②对城市的负荷特性进行分析，确定工业城市的发展阶段，以饱和负荷确定分区规模；形成典型分区电网结构可靠性集合，对各片区进行可靠性快速评估；

具体步骤如下：

(1)根据工业城市的增长速度判断目标城市处于工业化初期阶段、工业化过渡阶段和饱和阶段中的某一阶段；

(2)预测饱和阶段负荷水平，以饱和负荷确定电网及分区发展规模；

③找出短路电流越限点，根据短路电流分布和解环分区决策函数，制定分区方案；建立可靠性-短路电流目标函数，以此得到分区可靠性最优方案；

④计算分区方案的短路电流水平，判断其值是否超过遮断容量，若超过，则说明该方案不可行，舍弃该方案；

⑤对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性-短路电流目标函数的最优方案；形成网络集合N和可靠性集合R，根据实际地区的负荷量计算可靠性集合中的元素；得到目标函数的最优方案后，根据该地区的工业负荷特性和预测，利用设置备自投线路提升措施改善薄弱片区的可靠性；

⑥根据各分区的工业负荷水平，提高薄弱分区可靠性，并输出最终的分区方案。

2.根据权利要求1所述的一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，其特征在于所述的步骤③，具体步骤如下：

(1)根据步骤①中的短路电流计算结果，找到短路电流水平超过断路器遮断容量的节点；

(2)以是否存在故障后的大功率转移和短路电流超标为依据，判断是否需要解环分区；假定线路功率的最大值为P_lmax，短路容量的阀值为I_lmax，则解环决策函数如式(1)所示：

$\begin{array}{c}{J}_o=\underset{i=1}{\overset{N_S}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{N_L}{\Σ}}(k_{pj}\⊕k_{Ij})\\ s.t.\left\{\begin{array}{c}{k}_{pj}=1,P_{jl}\left(S_i\right)>P_{il\max }\\ k_{pj}=0,P_{jl}\left(S_i\right)\≤P_{il\max }\\ k_{Ij}=1,I_{jl}\left(S_i\right)>I_{il\max }\\ k_{Ij}=0,I_{jl}\left(S_i\right)\≤I_{il\max }\end{array}\right.\end{array}---\left(1\right)$

其中S_i为系统故障，N_S为系统故障数；N_L为电磁回路低一级电压线路总数；k_pj为大功率转移的决策影响因子，k_Ij为短路容量的决策影响因子；P_jl(S_i)为第i次系统故障时，第j条线路的功率；I_jl(S_i)为第i次系统故障时，第j条线路的短路电流水平；

若解环决策函数输出值为1，说明需要解环分区；若解环决策函数输出值为0，说明可暂时保持电磁环网运行。

3.根据权利要求1所述的一种考虑工业城市负荷特性的分区供电方法，其特征在于所述步骤⑤，对于满足短路电流水平要求的方案，进行安全稳定评估和可靠性评估，求出可靠性-短路电流目标函数的最优方案；具体步骤如下：

(1)根据单电源结构和多电源结构两类，形成典型网络结构集合N，如式(2)所示：

N＝{N_i}(i＝1，2，…，7） （2）

集合中N₁，N₂，…，N₇分别表示单电源中的双放射、自环网、花瓣结构和多电源中的双链、球拍型、哑铃型、花瓣形结构，共七种基本结构；

(2)在相同的负荷、可靠性参数条件下，计算典型的七种电网结构的可靠性，形成典型结构可靠性集合R，如式(3)所示：

R＝{R_i}(i＝1，2，…，7) （3）

集合中R₁，R₂，…，R₇分别对应7种基本结构N₁，N₂，…，N₇的可靠性指标；

(3)根据各分区的网络结构，从集合N中搜索到对应的元素，然后对应找到可靠性集合中的R_i指标，可实现各分区供电方案的片区可靠性快速评估，并通过优化函数求出最优可靠性分区方案；分区可靠性-短路电流最优化目标函数如式(4)所示：

$\begin{array}{c}\max \frac{R_i}{I_j}\\ \begin{array}{cc}s.t.& I_j<I_{j\max }\\ & \underset{k=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{S}_k<S_j\\ & R_{e\max }>R_i>R_{j\min }\end{array}\end{array}---\left(4\right)$

其中，I_j是第j个分区的短路电流水平，I_jmax为断路器的遮断容量；S_j为第j个分区的功率，S_k为该分区内第k个负荷，n为负荷总数；R_jmin是满足分区负荷水平的最低可靠性要求，R_emax为考虑投资成本效益的最大可靠性。