CN104753067A - 一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，包括以下步骤：步骤一，计算配电网中所有馈线在某一时间范围内的最大负载率R_max，根据最大负载率R_max判断馈线的负荷属性；步骤二，当馈线的负荷属性为过载或重载时，根据过载或重载的时长和幅值进行过载或重载严重程度量化，构建待优化馈线队列；步骤三，遍历待优化馈线队列中的所有馈线，模拟联络开关位置调整并进行过载或重载指数的试算，根据最符合均衡方案调整联络开关的位置。利用馈线的海量历史数据确定馈线的负荷属性并对过载或重载严重程度进行了量化，选择出最优的负荷均衡调整方案，最终实现全网的负荷均衡，为配网的安全和经济运行提供重要支撑。

Description

一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法

技术领域

本发明涉及一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，属于配网安全性与经济性运行领域。

背景技术

配网作为电网向用户供电的最终环节，直接影响着社会正常生产生活秩序。由于地域分散、设备庞杂、规划和信息化水平落后等因素，配网的运行管理水平明显低于主网，配网负荷不均衡现象广泛存在。大量馈线长期重过载运行，在迎峰度夏、度冬期间该现象尤为严重，不利于电网运行的安全性和经济性。针对该问题，相关专家学者提出了配网负荷均衡重构的方法，然而这些方法存在不足之处，往往仅针对某个时间断面进行优化重构，并未考虑配网潮流时变特性，具有一定的局限性。

随着智能电网建设的不断推进，配电网的信息化水平不断提升，目前南京电网已逐步实现了配电EMS(能量管理系统)、配电PMS(生产管理系统)和用电采集系统的全面覆盖。通过这些系统，可以获取配网拓扑结构以及馈线、配变的海量运行数据，开展配网负荷分析并进而制定负荷均衡重构方案。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，克服了现有配网负荷均衡方法的局限性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，包括以下步骤：

步骤一，计算配电网中所有馈线在某一时间范围内的最大负载率R_max，根据最大负载率R_max判断馈线的负荷属性；

步骤二，当馈线的负荷属性为过载或重载时，根据过载或重载的时长和幅值进行过载或重载严重程度量化，构建待优化馈线队列；

步骤三，遍历待优化馈线队列中的所有馈线，模拟联络开关位置调整并进行过载或重载指数的试算，根据最符合均衡方案调整联络开关的位置。

前述步骤一中，馈线的负荷属性包括过载、重载和正常；其中，

当R_max≥R_f时，馈线的负荷属性为过载；

R_f＞R_max≥R_h时，该馈线的负荷属性为重载；

R_h＞R_max≥0时，该馈线的负荷属性为正常；

R_f＝1，为线路过载阈值；R_h＝0.75，为线路重载阈值。

前述步骤二包括以下步骤：

步骤A.假设某一馈线在选定时间段内的负载率曲线为R(t)，则过载或重载成分曲线O(t)计算公式为：

$O\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(t\right)-R_h& R\left(t\right)>R_h\\ 0& R\left(t\right)\≤R_h\end{array}\right.$

步骤B.根据过载或重载成分曲线O(t)，得到过载或重载修正成分曲线F(t)，计算公式为：

$F\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{O\left(t\right)}& O_h>O\left(t\right)\≥0\\ e^{O_h}& O\left(t\right)\≥O_h\end{array}\right.$

其中，O_h＝2，为最大过载或重载指数阈值；

步骤C.步骤A中选定的时间段为t₁至t₂范围内，对过载或重载修正成分曲线F(t)在该时间范围内积分得到馈线的过载或重载指数IDX，计算公式为：

$\mathrm{IDX}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1)}$

步骤D.为了避免对过载或重载程度较轻的馈线进行优化，设定过载或重载阈值TH，当馈线满足平均负载率R_avg小于TH1且过载或重载指数IDX小于TH2条件时，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则该馈线无需优化调整；否则将该馈线加入待优化馈线队列，并按照过载或重载指数IDX的大小从高到低进行排列。

前述步骤三包括以下步骤：

步骤1)遍历待优化馈线队列，找出队列头部的馈线；

步骤2)对配电网络进行拓扑分析，得到包含队列头部馈线的所有馈线偶列表；

步骤3)对每个馈线偶，以两端馈线连线为主干将联络开关位置从热馈线一侧向冷馈线一侧逐步移动，每次将一个支路的负荷从热馈线转移至冷馈线，并判断两端馈线的负荷属性及计算两端馈线过载或重载指数，选择该馈线偶的优化方案；

步骤4)对各个馈线偶的优化方案进行比较，并选择最为均衡的方案作为该馈线的运行方式调整方案；完成调整后，如果两端馈线满足平均负载率R_avg≥TH1或过载或重载指数IDX≥TH2两个条件之一，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则将满足上述条件的馈线加入待优化馈线队列；

步骤5)检查待优化馈线队列是否为空，如果为非空则进入步骤1)，如果为空则结束所有步骤。

前述步骤3)的具体方法为：

假设原热馈线的功率曲线为P_HOT₀(t)，原冷馈线的功率曲线为P_COLD₀(t)，原热馈线侧各分支i的等效负荷曲线为P_PB_i(t)，当联络开关移至位置k，那么在该运行方式下，热馈线与冷馈线的功率曲线调整为：

$P\_{\mathrm{HOT}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{HOT}}_0\left(t\right)-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

$P\_{\mathrm{COLD}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{COLD}}_0\left(t\right)+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

热馈线的过载或重载指数IDX_HOT_k、冷馈线的过载或重载指数IDX_COLD_k当满足以下关系时：

IDX_HOT_k+IDX_COLD_k＝min_0＜i＜n(IDX_HOT_i+IDX_COLD_i)

则第k位置为最均衡运行方式下的联络开关的位置。

前述步骤4)中还包括对馈线进入队列次数进行累计，当累计值大于3时不再加入队列，将该馈线信息记录供后期人工分析。

前述步骤4)中最均衡的优化方案满足以下条件，热馈线过载或重载指数IDX_HOT和冷馈线过载或重载指数IDX_COLD之和值最小。

本发明所达到的有益技术效果：利用馈线的海量历史数据确定馈线的负荷属性并对过载或重载严重程度进行了量化，进而利用调整联络开关位置的方法重新计算馈线的过载或重载指数，选择出最优的负荷均衡调整方案，最终实现全网的负荷均衡，为配网的安全和经济运行提供重要支撑。

附图说明

图1本发明流程示意图；

图2本发明的馈线联络开关位置调整编号示意图。

具体实施方式

为了审查员能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。然而，所示附图，只是为了更好的说明本发明的技术方案，并不是本发明的全部技术内容，所以，请审查员不要就附图限制本发明的权利要求保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，包括以下步骤：

步骤一，计算配电网中所有馈线在某一时间范围内的最大负载率R_max，根据最大负载率R_max判断馈线的负荷属性；选定某一时间段t₁到t₂，时间段长度为一周或数个月，在该时间段内馈线运行方式相对稳定；假设某馈线的功率曲线为P(t)，额定功率为Pe，则该馈线的负载率曲线R(t)＝P(t)/Pe，最大负载率为R_max＝min_t1＜t＜t2R(t)。根据最大负载率的区段判断馈线的负荷属性：

当R_max≥R_f时，馈线的负荷属性为过载；

R_f＞R_max≥R_h时，该馈线的负荷属性为重载；

R_h＞R_max≥0时，该馈线的负荷属性为正常；

R_f＝1，为线路过载阈值；R_h＝0.75，为线路重载阈值。

步骤二，当馈线的负荷属性为过载或重载时，根据过载或重载的时长和幅值进行过载或重载严重程度量化，构建待优化馈线队列，具体为：

步骤A.假设某一馈线在选定时间段内的负载率曲线为R(t)，则过载或重载成分曲线O(t)计算公式为：

$O\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(t\right)-R_h& R\left(t\right)>R_h\\ 0& R\left(t\right)\≤R_h\end{array}\right.$

步骤B.根据过载或重载成分曲线O(t)，得到过载或重载修正成分曲线F(t)，计算公式为：

$F\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{O\left(t\right)}& O_h>O\left(t\right)\≥0\\ e^{O_h}& O\left(t\right)\≥O_h\end{array}\right.$

其中，O_h＝2，为最大过载或重载指数阈值；

步骤C.步骤A中选定的时间段为t₁至t₂范围内，对过载或重载修正成分曲线F(t)在该时间范围内积分得到馈线的过载或重载指数IDX，计算公式为：

$\mathrm{IDX}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1)}$

步骤D.为了避免对过载或重载程度较轻的馈线进行优化，设定过载或重载阈值TH，当馈线满足平均负载率R_avg小于TH1且过载或重载指数IDX小于TH2条件时，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则该馈线无需优化调整；否则将该馈线加入待优化馈线队列，并按照过载或重载指数IDX的大小从高到低进行排列。

步骤三，遍历待优化馈线队列中的所有馈线，模拟联络开关位置调整并进行过载或重载指数的试算，根据最符合均衡方案调整联络开关的位置，包括以下步骤：

步骤1)遍历待优化馈线队列，找出队列头部的馈线；

步骤2)对配电网络进行拓扑分析，得到包含队列头部馈线的所有馈线偶列表；

步骤3)对每个馈线偶，以两端馈线连线为主干将联络开关位置从热馈线一侧向冷馈线一侧逐步移动，每次将一个支路的负荷从热馈线转移至冷馈线，并判断两端馈线的负荷属性及计算两端馈线过载或重载指数，选择该馈线偶的优化方案；

假设热馈线一侧共有n个分支(n≥2)，那么联络开关有n-1种调整位置。规定分支编号从联络开关位置向热馈线逐个增大，联络开关调整位置也按规定编号，具体如附图2所示。

假设原热馈线的功率曲线为P_HOT₀(t)，原冷馈线的功率曲线为P_COLD₀(t)，原热馈线侧各分支i的等效负荷曲线为P_PB_i(t)，当联络开关移至位置k，那么在该运行方式下，热馈线与冷馈线的功率曲线调整为：

$P\_{\mathrm{HOT}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{HOT}}_0\left(t\right)-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

$P\_{\mathrm{COLD}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{COLD}}_0\left(t\right)+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

计算热馈线的过载或重载指数IDX_HOT_k和冷馈线的过载或重载指数IDX_COLD_k当之和满足以下关系时：

IDX_HOT_k+IDX_COLD_k＝min_0＜i＜n(IDX_HOT_i+IDX_COLD_i)

则第k位置为最均衡运行方式下的联络开关的位置。

值得注意的是为规避历史上运行方式调整而可能造成的影响，应将馈线偶中任一馈线运行方式发生调整的时间段排除在外，不参与过载或重载指数统计。

步骤4)对各个馈线偶的优化方案进行比较，并选择最为均衡的方案作为该馈线的运行方式调整方案，热馈线过载或重载指数IDX_HOT和冷馈线过载或重载指数IDX_COLD之和值最小时为最均衡的方案；完成调整后，如果两端馈线满足平均负载率R_avg≥TH1或过载或重载指数IDX≥TH2两个条件之一，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则将满足上述条件的馈线加入待优化馈线队列；为避免死循环，保证收敛性，对馈线进入队列次数进行累计，当累计值大于3时不再加入队列，将该馈线信息记录供后期人工分析。

步骤5)检查待优化馈线队列是否为空，如果为非空则进入步骤1)，如果为空则结束所有步骤。

以上已以较佳地实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，计算配电网中所有馈线在某一时间范围内的最大负载率R_max，根据最大负载率R_max判断馈线的负荷属性；

步骤二，当馈线的负荷属性为过载或重载时，根据过载或重载的时长和幅值进行过载或重载严重程度量化，构建待优化馈线队列；

步骤三，遍历待优化馈线队列中的所有馈线，模拟联络开关位置调整并进行过载或重载指数的试算，根据最符合均衡方案调整联络开关的位置。

2.根据权利要求1所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：所述步骤一中，馈线的负荷属性包括过载、重载和正常；其中，

当R_max≥R_f时，馈线的负荷属性为过载；

R_f＞R_max≥R_h时，该馈线的负荷属性为重载；

R_h＞R_max≥0时，该馈线的负荷属性为正常；

R_f＝1，为线路过载阈值；R_h＝0.75，为线路重载阈值。

3.根据权利要求1所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：所述步骤二包括以下步骤：

步骤A.假设某一馈线在选定时间段内的负载率曲线为R(t)，则过载或重载成分曲线O(t)计算公式为：

$O\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}R\left(t\right)-R_h& R\left(t\right)>R_h\\ 0& R\left(t\right)\≤R_h\end{array}\right.$

步骤B.根据过载或重载成分曲线O(t)，得到过载或重载修正成分曲线F(t)，计算公式为：

$F\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{O\left(t\right)}& O_h>O\left(t\right)\≥0\\ e^{O_h}& O\left(t\right)\≥O_h\end{array}\right.$

其中，O_h＝2，为最大过载或重载指数阈值；

步骤C.步骤A中选定的时间段为t₁至t₂范围内，对过载或重载修正成分曲线F(t)在该时间范围内积分得到馈线的过载或重载指数IDX，计算公式为：

$\mathrm{IDX}=\frac{{\∫}_{t_1}^{t_2}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{(t_2-t_1)}$

步骤D.为了避免对过载或重载程度较轻的馈线进行优化，设定过载或重载阈值TH，当馈线满足平均负载率R_avg小于TH1且过载或重载指数IDX小于TH2条件时，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则该馈线无需优化调整；否则将该馈线加入待优化馈线队列，并按照过载或重载指数IDX的大小从高到低进行排列。

4.根据权利要求1所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：所述步骤三包括以下步骤：

步骤1)遍历待优化馈线队列，找出队列头部的馈线；

步骤2)对配电网络进行拓扑分析，得到包含队列头部馈线的所有馈线偶列表；

步骤3)对每个馈线偶，以两端馈线连线为主干将联络开关位置从热馈线一侧向冷馈线一侧逐步移动，每次将一个支路的负荷从热馈线转移至冷馈线，并判断两端馈线的负荷属性及计算两端馈线过载或重载指数，选择该馈线偶的优化方案；

步骤4)对各个馈线偶的优化方案进行比较，并选择最为均衡的方案作为该馈线的运行方式调整方案；完成调整后，如果两端馈线满足平均负载率R_avg≥TH1或过载或重载指数IDX≥TH2两个条件之一，其中，TH1的值为0.5，TH2的值为0.01，则将满足上述条件的馈线加入待优化馈线队列；

步骤5)检查待优化馈线队列是否为空，如果为非空则进入步骤1)，如果为空则结束所有步骤。

5.根据权利要求4所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：所述步骤3)的具体方法为：

假设原热馈线的功率曲线为P_HOT₀(t)，原冷馈线的功率曲线为P_COLD₀(t)，原热馈线侧各分支i的等效负荷曲线为P_PB_i(t)，当联络开关移至位置k，那么在该运行方式下，热馈线与冷馈线的功率曲线调整为：

${P\_\mathrm{HOT}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{HOT}}_0\left(t\right)-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

${P\_\mathrm{COLD}}_k\left(t\right)={P\_\mathrm{COLD}}_0\left(t\right)+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^k{P\_\mathrm{PB}}_i\left(t\right)$

热馈线的过载或重载指数IDX_HOT_k、冷馈线的过载或重载指数IDX_COLD_k当满足以下关系时：

IDX_HOT_k+IDX_COLD_k＝min_0＜i＜n(IDX_HOT_i+IDX_COLD_i)

则第k位置为最均衡运行方式下的联络开关的位置。

6.根据权利要求4所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：所述步骤4)中还包括对馈线进入队列次数进行累计，当累计值大于3时不再加入队列，将该馈线信息记录供后期人工分析。

7.根据权利要求4所述的基于海量历史数据的配网负荷均衡重构方法，其特征在于：

所述步骤4)中最均衡的优化方案满足以下条件，热馈线过载或重载指数IDX_HOT和冷馈线过载或重载指数IDX_COLD之和值最小。