CN105678416B - 一种配电台区建设与改造智能决策系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种配电台区建设与改造智能决策系统，系统的架构包括应用层、数据层及现场层，且系统的应用层包括用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块。本发明提出的系统有效解决了配电台区供电保障能力计算分析与评估手段以及辅助工具缺乏、建设改造方案制定存在盲目性等实际问题，提升配电台区建设改造的科学性与合理性，避免重复性改造与建设，节约资金，提高设备利用效率，提升供电保障能力；同时为配电台区运维管理人员及时准确发现问题、评估供电能力、查找薄弱环节提供有效技术支撑手段。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统配电网技术领域，具体涉及一种配电台区建设与改造智能决策系统。
背景技术
一直以来，农村电网都是整个电力网中较为薄弱的部分，配备的专业技术力量不足，管理较为粗放，设备性能水平相对城市电网存在较大差距，自动化、信息化水平偏低，经过一、二次城乡电网改造、农网升级改造和新一轮的农网升级改造等一系列举措，部分农村电网有了较大幅度的改善，但一、二次城乡电网改造时的主要目标是用上电，设备容量配置缺乏依据，主要凭借设备管理与设计人员的经验判断，建设标准相对快速增长的农村负荷明显偏低，近年来农村电网配电设备重过载现象和供电“卡脖子”问题突出。
农村配电台区作为连接主网与广大低压用户的关键环节，发挥着重要的承上启下作用，台区数量庞大，分布广泛，布局各异，是解决用户“低电压”问题，保障优质供电的最基础单元。农村“低电压”问题的不断出现，发生原因多样化，配电台区层面的因素占比较高，但配电台区建设与改造辅助工具缺乏，存在改造后效果不佳、短期内重复投资、过度投资等现象。
因此，亟需设计了一种配电台区建设与改造智能决策系统，解决目前农村配电台区建设改造决策工具缺乏等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种配电台区建设与改造智能决策系统，该系统有效解决了配电台区供电保障能力计算分析与评估手段以及辅助工具缺乏、建设改造方案制定存在盲目性等实际问题，提升配电台区建设改造的科学性与合理性，避免重复性改造与建设，节约资金，提高设备利用效率，提升供电保障能力；同时为配电台区运维管理人员及时准确发现问题、评估供电能力、查找薄弱环节提供有效技术支撑手段。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种配电台区建设与改造智能决策系统，所述系统的架构包括应用层、数据层及现场层，且所述系统的应用层包括用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块；
所述现场层为所述用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供数据支持；
所述数据层为所述用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供仿真数据与运行数据的隔离计算。
优选的，所述用电需求分析模块将经济社会现状与负荷售电现状作为基础数据，进行用电负荷分析、户均容量预测及预测分析校验，并通过曲线显示配电台区的用电需求情况。
优选的，所述用电需求分析模块包括用电负荷分析单元、户均容量预测单元及预测分析校验单元；
所述用电负荷分析单元根据所述现场层中的数据、在所述应用层中分析经济社会现状、售电量与负荷情况并根据经济社会情况、售电量与负荷情况进行负荷预测；
所述户均容量预测单元基于所述用电负荷分析单元的数据分析、在所述应用层中进行户均容量预测，并得到电力弹性系数与户均容量配置；
所述预测分析校验单元基于所述用电负荷分析单元的数据分析、在所述应用层中得到区域历史负荷情况、售电量和拟合值之间的比对结果。
优选的，所述供电能力评估模块用于对新建或改造后的所述配电台区的技术措施与管理措施进行在线仿真操作，并比较仿真结果，得到所述配电台区的综合评估结果。
优选的，所述供电能力评估模块包括实时或自由拓扑单元、单相或三相潮流计算单元、新建或改造后的在线仿真单元及评估指标对比分析单元；
所述实时或自由拓扑单元根据所述用电需求分析模块得到所述配电台区的设备拓扑关系；
所述单相或三相潮流计算单元根据运行数据及所述设备拓扑关系进行潮流计算；
所述新建或改造后的在线仿真单元根据潮流计算的结果仿真新的设备参数配置或负荷分配情况下所述配电台区的供电能力变化情况；
所述评估指标对比分析单元分析当前所述配电台区供电质量状况和供电能力水平，修改相应设备属性及调节相应负荷，并根据新的设备参数配置或负荷分配情况下所述配电台区的供电能力变化情况的仿真结果，提供仿真前后的所述配电台区运行指标对比结果。
优选的，所述方案决策支持模块提供新建或改造后的所述配电台区的选择方案，并根据全寿命周期综合经济性计算方法，实时比对选择结果；其中，所述选择方案包括配电变压器双选或多选对比方案、基于户均负荷的导线选型方案及基于配变容量的导线选型方案。
优选的，所述方案决策支持模块包括配电台区新建配电选型单元、配电台区改造配变选型单元、基于配变容量导线选型单元及基于户均负荷导线选型单元；
所述配电台区新建配电选型单元及配电台区改造配变选型单元均根据用户填写的配变型号、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型；
所述基于配变容量导线选型单元根据两种及以上型号、且运行多于20年的配变的综合损耗、价差及运行费用，以全寿命期内总费用最小为判断依据，根据判断结果对导线进行选型；
所述基于户均负荷导线选型单元根据用户填写的户均负荷、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型。
优选的，所述在线智能绘图模块对单一的电气设备进行台帐与绘图模型的统一在线绘图，所述在线智能绘图模块提供多种规范图形的绘制标准及导出格式；其中，所述统一在线绘图包括模型、台帐及图形；所述规范图形包括自助引导式智能成图、自由拖拽功能绘制模式与集工程施工图及接线图。
优选的，所述在线智能绘图模块包括在线多种模式绘图单元、引导式智能绘图单元及优化分层模式单元。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种配电台区建设与改造智能决策系统，系统的架构包括应用层、数据层及现场层，且系统的应用层包括用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块。本发明提出的系统有效解决了配电台区供电保障能力计算分析与评估手段以及辅助工具缺乏、建设改造方案制定存在盲目性等实际问题，提升配电台区建设改造的科学性与合理性，避免重复性改造与建设，节约资金，提高设备利用效率，提升供电保障能力；同时为配电台区运维管理人员及时准确发现问题、评估供电能力、查找薄弱环节提供有效技术支撑手段。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明所提供的技术方案中，通过对区域的历年和未来经济社会情况、历年的台区售电量和负荷情况实现用电负荷分析、户均容量预测及预测分析校验等功能；针对配电台区的设备拓扑关系和运行数据进行潮流计算，分析当前台区供电质量状况和供电能力水平，通过修改相应设备属性、调节相应负荷，仿真分析在新的设备参数配置或负荷分配情况下台区供电能力变化情况，可以提供仿真前后的配电台区运行指标对比结果；可以针对两种及以上型号配变和导线运行20年综合损耗、价差、运行费用等情况，实现优选方案的确定。系统设计具有在线实时/仿真双环境、基础/模拟双台帐等特点，可实现配电台区规划绘图设计、单/三相潮流计算到仿真决策分析全过程的辅助支撑。该发明设计可有效解决配电台区供电保障能力计算分析与评估手段以及辅助工具缺乏，建设改造方案制定存在盲目性等实际问题，提升配电台区建设改造的科学性与合理性，避免重复性改造与建设，节约资金，提高设备利用效率，提升供电保障能力。
2、本发明所提供的技术方案，为配电台区运维管理人员及时准确发现问题、评估供电能力、查找薄弱环节提供有效技术支撑手段。
3、本发明所提供的技术方案，解决了目前农村配电台区建设改造决策工具缺乏等问题，提高农村配电台区建设改造方案提出的合理性和资金投入的有效性。
4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种配电台区建设与改造智能决策系统的结构示意图；
图2是本发明的具体应用例中的系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明提供一种配电台区建设与改造智能决策系统，系统的架构包括应用层、数据层及现场层，且系统的应用层包括用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块；
现场层为用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供数据支持；
数据层为用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供仿真数据与运行数据的隔离计算。
其中，用电需求分析模块将经济社会现状与负荷售电现状作为基础数据，进行用电负荷分析、户均容量预测及预测分析校验，并通过曲线显示配电台区的用电需求情况。
用电需求分析模块包括用电负荷分析单元、户均容量预测单元及预测分析校验单元；
用电负荷分析单元根据现场层中的数据、在应用层中分析经济社会现状、售电量与负荷情况并根据经济社会情况、售电量与负荷情况进行负荷预测；
户均容量预测单元基于用电负荷分析单元的数据分析、在应用层中进行户均容量预测，并得到电力弹性系数与户均容量配置；
预测分析校验单元基于用电负荷分析单元的数据分析、在所竖应用层中得到区域历史负荷情况、售电量和拟合值之间的比对结果。
其中，供电能力评估模块用于对新建或改造后的配电台区的技术措施与管理措施进行在线仿真操作，并比较仿真结果，得到配电台区的综合评估结果。
供电能力评估模块包括实时或自由拓扑单元、单相或三相潮流计算单元、新建或改造后的在线仿真单元及评估指标对比分析单元；
实时或自由拓扑单元根据用电需求分析模块得到配电台区的设备拓扑关系；
单相或三相潮流计算单元根据运行数据及设备拓扑关系进行潮流计算；
新建或改造后的在线仿真单元根据潮流计算的结果仿真新的设备参数配置或负荷分配情况下配电台区的供电能力变化情况；
评估指标对比分析单元分析当前配电台区供电质量状况和供电能力水平，修改相应设备属性及调节相应负荷，并根据新的设备参数配置或负荷分配情况下配电台区的供电能力变化情况的仿真结果，提供仿真前后的配电台区运行指标对比结果。
其中，方案决策支持模块提供新建或改造后的配电台区的选择方案，并根据全寿命周期综合经济性计算方法，实时比对选择结果；其中，选择方案包括配电变压器双选或多选对比方案、基于户均负荷的导线选型方案及基于配变容量的导线选型方案。
方案决策支持模块包括配电台区新建配电选型单元、配电台区改造配变选型单元、基于配变容量导线选型单元及基于户均负荷导线选型单元；
配电台区新建配电选型单元及配电台区改造配变选型单元均根据用户填写的配变型号、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型；
基于配变容量导线选型单元根据两种及以上型号、且运行多于20年的配变的综合损耗、价差及运行费用，以全寿命期内总费用最小为判断依据，根据判断结果对导线进行选型；
基于户均负荷导线选型单元根据用户填写的户均负荷、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型。
其中，在线智能绘图模块对单一的电气设备进行台帐与绘图模型的统一在线绘图，在线智能绘图模块提供多种规范图形的绘制标准及导出格式；其中，统一在线绘图包括模型、台帐及图形；规范图形包括自助引导式智能成图、自由拖拽功能绘制模式与集工程施工图及接线图。
在线智能绘图模块包括在线多种模式绘图单元、引导式智能绘图单元及优化分层模式单元。
本发明提供一种配电台区建设与改造智能决策系统的具体应用例，如下：
(1)用电需求分析
①经济社会现状：统计分析区域的历年和未来经济社会情况及GDP、第一产业GDP、第二产业GDP、第三产业GDP、居民数、人均GDP等情况。
②售电量与负荷情况：统计分析区域的历年售电量、一般工商业售电量、居民生活售电量、配变总容量、最大最小负荷情况。
③用电负荷分析：根据经济社会情况、售电量与负荷情况进行负荷预测。
④户均容量预测：基于数据分析实现户均容量预测，并得到电力弹性系数与户均容量配置。
⑤预测分析校验：基于数据分析得到区域历史负荷情况、售电量和拟合值之间的比对结果。
⑥具体实现方法：
输入的已知条件：a.区域的历年(最少5年)和未来经济社会情况及GDP、第一产业GDP、第二产业GDP、第三产业GDP、居民数、人均GDP情况；b.区域历年(最少5年)的售电量、一般工商业售电量、居民生活售电量、配变总容量、最大最小负荷情况。
输出的求解结果：利用偏最小二乘法模型函数对此区域的经济社会和用电量数据进行关系分析，并进行区域负荷预测，输出此区域未来的负荷发展情况，及预测出未来的售电量和负荷情况，显示数据分析后的GDP增长率、电量增长率、电力弹性系、配变(公变)总容量(MVA)、户均容量(kVA)等数据变化趋势。
(2)供电能力评估
针对配电台区的设备拓扑关系和运行数据进行潮流计算，分析当前台区供电质量状况和供电能力水平，修改相应设备属性、调节相应负荷，仿真分析新的设备参数配置或负荷分配情况下台区供电能力变化情况，可以提供仿真前后的配电台区运行指标对比结果。
①配电低压侧电压：大于等于198V、小于252V为合格。如果电压低于198V，则如果配变分接头还有调节裕度，可调整变压器分接档位，以提高配变低压侧电压。如果大于252V，需调整变压器分接档位，以降低配变低压侧电压。
②三相不平衡率：小于等于0.15为合格。如果大于0.15，则调整台区低压负荷分配，使其尽量平衡分配。
③功率因数：大于等于0.9为合格。如果功率因数小于0.9，则增加配变的无功补偿输出。
④过负荷、重载情况：各类配变型号不同，正常负载情况也不同，一般情况下负载小于0.8为正常。低压侧视在功率与配变容量两者比值大于0.8并小于1.0为重载，大于1.0为过负荷。
⑤线径情况：如果线路的载流量和允许最大流量比值大于0.8，属于重载；该台区低压线路的线径过细，建议增大导线截面积。
⑥配变仿真模拟：用户侧负荷可以根据户均容量和同时率进行未来台区运行仿真。
(3)方案决策支持
①两种及以上型号配变选型：
综合考虑两种及以上型号配变运行20年综合损耗、价差、运行费用等情况，以全寿命期内总费用最小为判断依据，实现配变优选配置方案的确定。
②基于配变容量的导线选型：
针对用户填写的配变型号、户数、低压线路回数、最大负荷利用小时数，进行分析计算，实现导线选型。
③基于户均负荷的导线选型：
针对用户填写的户均负荷、户数、低压线路回数、最大负荷利用小时数，进行分析计算，实现导线选型。
(4)在线智能绘图
针对单一电气设备进行台帐与绘图模型统一对应，实现在线一体式绘图操作，具有集模型、台帐、图形于一体的绘图功能；提供自助引导式智能成图、自由拖拽功能绘制模式与集工程施工图、接线图等多种规范图形的绘制标准，并可导出主流的如XML、SVG、JPG等图形格式。
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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种配电台区建设与改造智能决策系统，其特征在于，所述系统的架构包括应用层、数据层及现场层，且所述系统的应用层包括用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块；
所述现场层为所述用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供数据支持；
所述数据层为所述用电需求分析模块、供电能力评估模块、方案决策支持模块及在线智能绘图模块提供仿真数据与运行数据的隔离计算；所述供电能力评估模块用于对新建或改造后的所述配电台区的技术措施与管理措施进行在线仿真操作，并比较仿真结果，得到所述配电台区的综合评估结果；
所述供电能力评估模块包括实时或自由拓扑单元、单相或三相潮流计算单元、新建或改造后的在线仿真单元及评估指标对比分析单元；
所述实时或自由拓扑单元根据所述用电需求分析模块得到所述配电台区的设备拓扑关系；
所述单相或三相潮流计算单元根据运行数据及所述设备拓扑关系进行潮流计算；
所述新建或改造后的在线仿真单元根据潮流计算的结果仿真新的设备参数配置或负荷分配情况下所述配电台区的供电能力变化情况；所述评估指标对比分析单元分析当前所述配电台区供电质量状况和供电能力水平，修改相应设备属性及调节相应负荷，并根据新的设备参数配置或负荷分配情况下所述配电台区的供电能力变化情况的仿真结果，提供仿真前后的所述配电台区运行指标对比结果；
所述方案决策支持模块提供新建或改造后的所述配电台区的选择方案，并根据全寿命周期综合经济性计算方法，实时比对选择结果；其中，所述选择方案包括配电变压器双选或多选对比方案、基于户均负荷的导线选型方案及基于配变容量的导线选型方案；
所述方案决策支持模块包括配电台区新建配变选型单元、配电台区改造配变选型单元、基于配变容量导线选型单元及基于户均负荷导线选型单元；
所述配电台区新建配变选型单元及配电台区改造配变选型单元均根据用户填写的配变型号、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型；
所述基于配变容量导线选型单元根据两种及以上型号、且运行多于20年的配变的综合损耗、价差及运行费用，以全寿命期内总费用最小为判断依据，根据判断结果对导线进行选型；
所述基于户均负荷导线选型单元根据用户填写的户均负荷、户数、低压线路回数及最大负荷利用小时数进行分析计算，根据计算结果对导线进行选型。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用电需求分析模块将经济社会现状与负荷售电现状作为基础数据，进行用电负荷分析、户均容量预测及预测分析校验，并通过曲线显示配电台区的用电需求情况。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述用电需求分析模块包括用电负荷分析单元、户均容量预测单元及预测分析校验单元；
所述用电负荷分析单元根据所述现场层中的数据、在所述应用层中分析经济社会现状、售电量与负荷情况并根据经济社会情况、售电量与负荷情况进行负荷预测；
所述户均容量预测单元基于所述用电负荷分析单元的数据分析、在所述应用层中进行户均容量预测，并得到电力弹性系数与户均容量配置；所述预测分析校验单元基于所述用电负荷分析单元的数据分析、在所述应用层中得到区域历史负荷情况、售电量和拟合值之间的比对结果。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述在线智能绘图模块对单一的电气设备进行台帐与绘图模型的统一在线绘图，所述在线智能绘图模块提供多种规范图形的绘制标准及导出格式；其中，所述统一在线绘图包括模型、台帐及图形；所述规范图形包括自助引导式智能成图、自由拖拽功能绘制模式与集工程施工图及接线图。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述在线智能绘图模块包括在线多种模式绘图单元、引导式智能绘图单元及优化分层模式单元。
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