CN104680427A - 地区配电网综合优化规划系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了地区配电网综合优化规划系统，包括地区基础系统数据输入及预处理模块、专家知识及设备参数信息输入及预处理模块、地区配电网变电站规划模块、分段/联络开关优化配置模块、地区配电网无功-电压规划模块和规划结果输出模块。由于采用了上述技术方案，本发明在保证投资最优的情况下，在一定范围内的地区配网提高变电站容载比的、降低线路负载率，保证运行方式调整的灵活度，利于安全运行和调度管理，且分段开关配置既要保证可靠性，还要充分考虑其经济性；减小地区配电网无功缺额和提升配电网电压质量，保证了电网运行的经济性和高效性。

Description

地区配电网综合优化规划系统

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，具体的说涉及地区配电网综合优化规划系统。

背景技术

地区配电系统是电网主要组成部分，也是电力系统主要的负荷中心，具有负荷密度大、负荷增长迅速和用电可靠性要求高等特点。地区电网的供电质量优质与否是地区经济迅速发展、各项建设稳定快速进行、和地区居民物质文化生活能否得到保障的重要影响因素。地区配电系统主要存在配网变电站普遍存在容载比过低、线路负载率过高、电网无功缺额较大和网络结构存在不合理之处的问题，致使运行方式调整不灵活，不利于安全运行和调度管理。近年来，随着地区经济的迅速发展，地区配电系统的制约性越来越凸显。因此，如何合理的对地区配电系统进行优化规划，是保证地区电网安全、可靠、经济运行的重要手段，也是我们电力部门亟待解决的关键问题。

目前的地区配电网规划系统功能单一，对于输入的数据要求严格，不具备预处理和整合功能，无法实现智能规划，不能全方位、综合多方面因素进行优化规划，另外，由于自身的复杂性，对操作员的专业知识要求较高，界面也不够友好等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种综合多方面因素进行优化规划的地区配电网综合优化规划系统。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

地区配电网综合优化规划系统，包括地区基础系统数据输入及预处理模块、专家知识及设备参数信息输入及预处理模块、地区配电网变电站规划模块、分段/联络开关优化配置模块、地区配电网无功-电压规划模块和规划结果输出模块。

作为一种改进：还包括数据库，所述数据库用于存储预处理和整合过的地理位置信息、负荷信息、设备信息和专家知识等数据。

作为一种改进：还包括配电网建模及网络结构优化分析模块，所述配电网建模及网络结构优化分析模块用于地区配电网自动建模及网络构架特征分析，供地区配电网变电站规划模块、分段/联络开关优化配置模块、地区配电网无功-电压规划模块调用。

作为一种改进：所述地区配电网变电站规划模块采用基于PSO-Voronoi图算法，包括以下步骤，

a1、初始化PSO参数；

a2、计算粒子适应值；

a3、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a4、更新粒子速度和位置；

a5、利用V图进行供电区域划分；

a6、计算粒子适应值；

a7、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a8、判断是否达到最大迭代次数或精度要求，如果是，则输出结果，结束计算，如果否，则将结果代入步骤a4继续计算。

作为一种改进：所述利用V图进行供电区域划分包括以下步骤，

b1：建立现有变电站为顶点的集合P，pi＝(i＝1,2,...,n)，生成相应的V图和D三角网；

b 2：求各V多边形结点qi对应的最大空心圆，找出各V多边形的结点qi对应的最大空心圆；

b 3：各结点之间的距离；

b 4：划区域在规划水平年的负荷水平选择相应电压等级的最佳负荷矩，确定阈值ε；

b 5：比较各节点qi和qj(i与j不等，i,j＝1,2...n)间的距离dij，若dij<ε，再比较点qi和qj对应的最大空心圆的半径，删除半径较小的空心圆对应的结点qx，保留保留空心圆的半径满足阈值dij>ε的对应节点；

b 6：保留下来的结点形成结点集q，把各结点对应的最大空心圆按其半径大小进行排序；

b 7：已知新增变电站的个数m，那么新增变电站的位置就是前m个空心圆对应的结点位置。

作为一种改进：所述分段/联络开关优化配置模块采用GA算法，包括以下步骤，

c1、输入原始数据及所需参数；

c2、随机初始化种群；

c3、适应度计算；

c4、判断是否满足GA终止条件，如果是，则输出开关优化结果，结束计算，若果否，则进行选择操作、交叉操作、变异操作，结果代入步骤c3继续计算。

作为一种改进：所述地区配电网无功-电压规划模块采用MOPSO优化算法，包括以下步骤，

d1、输入配电网基本数据、运行参数、无功补偿设备新型等原始参数；

d2、设定种群规模，令迭代次数为零，并初始化种群；

d3、计算出网损、电压偏置量及补偿成本；

d4、适应度fitness评估；

d5、粒子最优更新；

d6、非劣解更新；

d7、比较每个粒子的历史最优位置和群体最优位置；

d8、判断是否满足终止条件，如果是，则得到最佳方案，结束计算，若果否，则将结果代入步骤d3继续计算。

由于采用了上述技术方案，本发明在保证投资最优的情况下，在一定范围内的地区配网提高变电站容载比的、降低线路负载率，采用PSO算法与V图相结合求解变电站规划问题，使两者算法优势互补，保证了规划方案的经济最优性和合理性；优化网络结构，保证运行方式调整的灵活度，利于安全运行和调度管理，且分段开关配置既要保证可靠性，还要充分考虑其经济性；减小地区配电网无功缺额和提升配电网电压质量，保证了电网运行的经济性和高效性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明一种地区配电网综合优化规划系统的结构示意图；

附图2为基于PSO-Voronoi图的地区配网变电站规划计算流程图；

附图3为基于改进GA算法的分段/联络开关优化计算流程图；

附图4为基于MOPSO优化算法的地区配网无功-电压规划计算流程图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，地区配电网综合优化规划系统，包括地区基础系统数据输入及预处理模块(1)、专家知识及设备参数信息输入及预处理模块(2)、数据库(3)、地区配电网变电站规划模块(4)、分段/联络开关优化配置模块(5)、配电网建模及网络结构优化分析模块(7)、地区配电网无功-电压规划模块(6)和规划结果输出模块(8)。用于地区配电网优化规划，能够有效解决变电站存在容载比过低、线路负载率过高、电网无功缺额较大、电压质量难以保证、网络运行不经济和运行方式调整不灵活等问题；地区基础系统数据输入及预处理模块(1)和专家知识及设备参数信息输入及预处理模块(2)是将该地区地理信息系统(GIS)的地理位置信息、负荷信息、设备信息和专家知识等进行预处理和整合，然后将预处理结果输入优化规划系统数据库(3)；地区配电网变电站规划模块(4)，通过建立数学模型，并采用PSO-Voronoi图法进行求解，进而确定目标年份内待建站站址和供电区域划分，实现变电站的定容、选址规划。分段/联络开关优化模块(5)，通过建立分段/联络开关优化的数学模型，并运用遗传(GA)算法进行求解，从而得出配电网中分段/联络开关的优化配置方案；地区配电网无功-电压规划模块(6)，根据该地区的负荷和网架结构情况，建立配电网无功-电压规划优化模型，并运用多目标粒子群算法(MOPSO)进行求解，从而实现在满足系统正常运行要求的前提下，根据目标函数和某种算法，得出多控制目标最优的无功电源类型及容量的配置方案，所述配电网建模及网络结构优化分析模块(7)用于地区配电网自动建模及网络构架特征分析，供地区配电网变电站规划模块(4)、分段/联络开关优化配置模块(5)、地区配电网无功-电压规划模块(6)调用。

如图2所示，地区配电网变电站规划模块(4)采用基于PSO-Voronoi图算法，其依据是基于V图求解变电站规划，是一种局部寻优算法，无法保证规划方案的全局最优性，因此，本研究采用PSO算法与V图相结合求解变电站规划问题。从而使两者算法优势互补，并保证了规划方案的经济最优性和合理性。

包括以下步骤，

a1、初始化PSO参数；

a2、计算粒子适应值；

a3、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a4、更新粒子速度和位置；

a5、利用V图进行供电区域划分；

a6、计算粒子适应值；

a7、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a8、判断是否达到最大迭代次数或精度要求，如果是，则输出结果，结束计算，如果否，则将结果代入步骤a4继续计算。

所述利用V图进行供电区域划分包括以下步骤，

b1：建立现有变电站为顶点的集合P，pi＝(i＝1,2,...,n)，生成相应的V图和D三角网；

b2：求各V多边形结点qi对应的最大空心圆，找出各V多边形的结点qi对应的最大空心圆；

b3：各结点之间的距离；

b4：划区域在规划水平年的负荷水平选择相应电压等级的最佳负荷矩，确定阈值ε；

b5：比较各节点qi和qj(i与j不等，i,j＝1,2...n)间的距离dij，若dij<ε，再比较点qi和qj对应的最大空心圆的半径，删除半径较小的空心圆对应的结点qx，保留保留空心圆的半径满足阈值dij>ε的对应节点；

b6：保留下来的结点形成结点集q，把各结点对应的最大空心圆按其半径大小进行排序；

b7：已知新增变电站的个数m，那么新增变电站的位置就是前m个空心圆对应的结点位置。

如图3所示，所述分段/联络开关优化配置模(5)块采用GA算法，主要依据为：分段开关配置既要保证可靠性，还要充分考虑其经济性因而有必要采用优化算法实现分段/联络开关优化配置。

包括以下步骤，

c1、输入原始数据及所需参数；

c2、随机初始化种群；

c3、适应度计算；

c4、判断是否满足GA终止条件，如果是，则输出开关优化结果，结束计算，若果否，则进行选择操作、交叉操作、变异操作，结果代入步骤c3继续计算。

如图4所示，所述地区配电网无功-电压规划模块(6)采用MOPSO优化算法，主要依据为：无功优化制变量比较多且都是离散变量。为了更好的求解上述数学模型所描述的优化问题，本研究采用多目标粒子群优化算法(MOPSO)，该算法是基于群体智能的全局随机优化算法，可以针对整个配电网进行全局最优搜索，可以处理大量的离散变量，且搜索速度受网络规模的影响很小。

包括以下步骤，

d1、输入配电网基本数据、运行参数、无功补偿设备新型等原始参数；

d2、设定种群规模，令迭代次数为零，并初始化种群；

d3、计算出网损、电压偏置量及补偿成本；

d4、适应度fitness评估；

d5、粒子最优更新；

d6、非劣解更新；

d7、比较每个粒子的历史最优位置和群体最优位置；

d8、判断是否满足终止条件，如果是，则得到最佳方案，结束计算，若果否，则将结果代入步骤d3继续计算。

Claims (7)

1.地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：包括地区基础系统数据输入及预处理模块(1)、专家知识及设备参数信息输入及预处理模块(2)、地区配电网变电站规划模块(4)、分段/联络开关优化配置模块(5)、地区配电网无功-电压规划模块(6)和规划结果输出模块(8)。

2.根据权利要求1所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：还包括数据库(3)，所述数据库(3)用于存储预处理和整合过的地理位置信息、负荷信息、设备信息和专家知识等数据。

3.根据权利要求1所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：还包括配电网建模及网络结构优化分析模块(7)，所述配电网建模及网络结构优化分析模块(7)用于地区配电网自动建模及网络构架特征分析，供地区配电网变电站规划模块(4)、分段/联络开关优化配置模块(5)或地区配电网无功-电压规划模块(6)调用。

4.根据权利要求1所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：所述地区配电网变电站规划模(4)块采用基于PSO-Voronoi图算法，包括以下步骤，

a1、初始化PSO参数；

a2、计算粒子适应值；

a3、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a4、更新粒子速度和位置；

a5、利用V图进行供电区域划分；

a6、计算粒子适应值；

a7、计算粒子群的个体极限和全局极限；

a8、判断是否达到最大迭代次数或精度要求，如果是，则输出结果，结束计算，如果否，则将结果代入步骤a4继续计算。

5.根据权利要求4所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：所述利用V图进行供电区域划分包括以下步骤，

b1：建立现有变电站为顶点的集合P，pi＝(i＝1,2,...,n)，生成相应的V图和D三角网；

b2：求各V多边形结点qi对应的最大空心圆，找出各V多边形的结点qi对应的最大空心圆；

b3：各结点之间的距离；

b4：划区域在规划水平年的负荷水平选择相应电压等级的最佳负荷矩，确定阈值ε；

b5：比较各节点qi和qj(i与j不等，i,j＝1,2...n)间的距离dij，若dij<ε，再比较点qi和qj对应的最大空心圆的半径，删除半径较小的空心圆对应的结点qx，保留保留空心圆的半径满足阈值dij>ε的对应节点；

b6：保留下来的结点形成结点集q，把各结点对应的最大空心圆按其半径大小进行排序；

b7：已知新增变电站的个数m，那么新增变电站的位置就是前m个空心圆对应的结点位置。

6.根据权利要求1所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：所述分段/联络开关优化配置模块(5)采用GA算法，包括以下步骤，

c1、输入原始数据及所需参数；

c2、随机初始化种群；

c3、适应度计算；

c4、判断是否满足GA终止条件，如果是，则输出开关优化结果，结束计算，若果否，则进行选择操作、交叉操作、变异操作，结果代入步骤c3继续计算。

7.根据权利要求1所述的地区配电网综合优化规划系统，其特征在于：所述地区配电网无功-电压规划模块(6)采用MOPSO优化算法，包括以下步骤，

d1、输入配电网基本数据、运行参数、无功补偿设备新型等原始参数；

d2、设定种群规模，令迭代次数为零，并初始化种群；

d3、计算出网损、电压偏置量及补偿成本；

d4、适应度fitness评估；

d5、粒子最优更新；

d6、非劣解更新；

d7、比较每个粒子的历史最优位置和群体最优位置；

d8、判断是否满足终止条件，如果是，则得到最佳方案，结束计算，若果否，则将结果代入步骤d3继续计算。