CN106327025B - 基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，确定各分区内变电站间以及与上级电源点间的初始拓扑连接关系；建立高压配电网典型接线方式的专家经验数据库；筛选出适合于待优化地区的接线方式，结合步骤一得到的初始连接网络和专家经验数据库得到初始网架方案集合；构建方案评价体系，利用评价体系确定规划区域的目标网架；根据远景目标网架结果确定过渡网架方式和建设标准，利用过渡网架方式和建设标准优化得到的目标网架，得到最终待规划区域的高压配电网网架。可有效提高各局部优化结果的水平，且在各优化目标间引入实际的专家经验和成熟的规则方法，实现交互式的处理思想，最大程度上减少规划过程中不确定因素的影响。
Description
技术领域
本发明涉及配电网规划领域，尤其涉及一种基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法。
背景技术
高压配电网规划的基本目标是在已知规划水平年负荷预测和电源规划的基础上，结合现有网络结构和参数，通过合理选择接线方式和设备型号，在保证供电安全性和可靠性的前提下，实现电网的建设和运行费用最小。
目前针对高压配电网的规划研究思路通常分为两种，一种是结合已有的负荷预测和待规划电网的实际情况，通过专家经验确定高压配电网的线路通道规划和接线模式选择，然后通过后校验的方式对确定的网架情况进行仿真分析；另一种则是将高压配电网的规划问题描述为一个数学优化模型，通常将网架的建设和运行费用作为目标函数，将电量平衡、容量限制、N-1安全校验等作为约束条件，然后选择合适的优化方法(诸如常规的数学优化方法、人工智能算法)对上述模型进行求解。
采用上述第一种的规划方法，即主要依靠实际的工程经验来进行高压配电网规划时，其结果好坏受规划人员水平高低影响较大常难以获得数学上的最优解。高压配电网的规划问题是一种多目标、多约束的半结构型优化问题，各目标间存在联系又具有独立性，具有复杂的耦合关系，基于单一的综合优化模型处理时，即采用上述的第二类优化方法，需要对实际规划中难以用数学模型描述的部分进行简化处理，然后进行优化求解，由于优化模型中的简化处理且难以有效处理规划中的不确定因素造成优化结果常难以满足实际的规划要求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，将整个规划问题分解为多个局部的优化目标，针对各个相对局部独立的优化目标通过采用成熟的数学规划或人工智能算法，可有效提高各局部优化结果的水平，且在各优化目标间引入实际的专家经验和成熟的规则方法，实现交互式的处理思想，最大程度上减少规划过程中不确定因素的影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，包括以下步骤：
步骤一，确定优化变电站间的初始连接网络，各分区内变电站间以及与上级电源点间的初始拓扑连接关系；
步骤二，建立高压配电网典型接线方式的专家经验数据库；
步骤三，筛选出适合于待优化地区的接线方式，在此基础上结合步骤一得到的初始连接网络和专家经验数据库得到待规划区域的初始网架方案集合；
步骤四，构建方案评价体系，利用此评价体系确定规划区域的目标网架；
步骤五，根据区域发展定位及行业导则确定过渡网架方式和建设标准，利用过渡网架方式和建设标准优化所述步骤四得到的目标网架，得到最终待规划区域的高压配电网网架。
所述步骤一中根据负荷预测和变电站选址定容的结果，结合分层分区的原则要求，确定优化变电站间的初始连接网络。
所述步骤一中变电站间的初始连接网络的优化方法包括，
分析相关变电站周围供电负荷的容量水平和供电区域要求，确定相应区域的供电安全标准和可靠性要求；
高压线路按N-1原则配置，35kV及以上各变电所至少有路电源进线，结合供电安全标准和可靠性要求的结果和实际各变电站的实际地理分布，确定相应站点上级电源的可靠性水平要求；
仅优化各变电站点间的拓扑连接关系，忽略实际线路走廊通道情况，两变电站点间采用欧氏距离表达式。
所述步骤二中，所述高压配电网典型接线方式包括高压配电网结构和变电站接入方式，所述高压配电网结构包括链式、环网和辐射状结构，所述变电站接入方式包括T接和π接。
所述步骤三中，根据行业导则《配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012》中关于基于不同供电分区的典型接线模式规定确定出适用于待优化地区的接线方式。
所述步骤四中，结合现有的高压配电网规划模型，综合考虑配电网规划中的经济性、安全性及可靠性的约束条件，通过加权求和的方式形成方案评价体系，其中权重控制参数结合实际待规划地区的工程要求和偏好来进行调整，调整的原则遵循行业导则《配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012》。
步骤四中的约束条件包括，安全水平和设备利用率最高，建设费用和运行费用最低；还需满足的条件包括满足N-1校验、电力平衡及设备容量限制。
所述步骤五中，根据远景目标网架结果，结合规划时间区间内的负荷增长预测情况分析，确定各重要时间节点的过渡网架方式，所述重要时间节点是由市政规划规定确定的，确定相应一次场所或设备的建设标准，此时约束条件的边界值高于步骤八中约束条件设定的边界值，而小于目标值的1.2倍，实现资源配置综合效益的最大化。
所述步骤五中，利用过渡网架方式和建设标准优化所述步骤四得到的目标网架时还可以结合专家经验进行优化。
本发明的有益效果：
本发明首先结合高压配电网的实际规划特点，将整个规划问题分解为多个局部的优化目标，针对各个相对局部独立的优化目标通过采用成熟的数学规划或人工智能算法，可有效提高各局部优化结果的水平，且在各优化目标间引入实际的专家经验和成熟的规则方法，实现交互式的处理思想，最大程度上减少规划过程中不确定因素的影响。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为初始连接网络优化算例；
图3为几种可能的配电网架方案。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法：包括
步骤一，首先根据负荷预测和变电站选址定容的结果，结合已提出的分层分区原则要求，确定优化变电站间的初始连接网络，即各分区内主要变电站间以及与上级电源点间的初始拓扑连接关系；
步骤二，建立高压配电网典型接线方式的专家经验数据库；
步骤三，通过对高压配电网典型接线方式进行分析，基于具体规划过程中的差异性原则，分析待规划区域的实际特点要求，过滤筛选出适用于该地区的合理接线方式；在此基础上根据已提出的网络拓扑关系，通过结合专家经验数据库，确定待规划区域的初始网架方案集合；
根据行业导则(配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012)中关于基于不同供电分区的典型接线模式规定确定出适用于该地区的合理接线方式。流程：确定研究区域定位——(规范中各不同区域定位所对应的接线模式集库)——确定本区域适用性的典型接线模式集；
步骤四，结合已有的高压配电网规划模型，综合考虑配电网规划中的经济性、安全性、可靠性以及相关的约束条件，构建合理的方案评价体系，其中权重控制参数可结合实际待规划地区的工程要求和偏好来进行调整；根据评价结果确定规划区域的目标网架；约束条件是根据本发明进行配套筛选确定的，权重是根据区域发展定位对于约束条件中各项指标的要求进行经验判定的。
步骤五，根据远景目标网架结果，结合规划时间区间内的负荷增长预测情况分析，确定各重要时间节点的过渡网架方式，重要时间节点是由市政规划规定确定的，并结合实际情况和市政规划需要，确定相应一次场所或设备的建设标准，在保证适度超前的前提下充分发挥各设备的经济利用率，实现资源配置综合效益的最大化；由远景目标网架指导确定网架过渡方式和建设标准的过程中，前后网架和站址选择方面可能存在不匹配的情况，需要根据实际的规划区域情况，还可以专家经验介入实现负反馈的循环调整。
层次间的协调应结合负荷预测结果和现有变电容量，确定该电压等级所需新增的变电容量，通过对不同电压等级间的变电容量进行配合规划协调，消除容量不匹配产生的瓶颈问题，有效保障电网容量满足最大负荷的要求；具体的协调优化调整方法为结合《城市电力网规划设计导则》中的容载比要求(220kV电网变电所容载比1.6-1.9，35kV-110kV电网变电所容载比1.8-2.1)，根据上下级变电站的容量对比情况，分析调整已有变电站容量规划方案中的不协调部分。
分区协调是从空间分布上保证电网满足负荷需求，是高压变电所优化规划的基础。通过根据电力负荷预测结果分析系统和分区电网的容量需求，确定上级电源点(高电压等级的变电站)的初始供电范围和高压配网中相关变电站的隶属范围，在此基础上对不同分区间的线路联络要求进行初步分析判断。
变电站间的点线连接方式作为电网结构的重要组成部分，根据图1所示流程，本专利将该问题作为独立目标进行初始优化确定，其优化过程中依据的主要原则包括：
1)分析相关变电站周围供电负荷的容量水平和供电区域要求，确定相应区域的供电安全标准和可靠性要求；
2)高压线路应按N-1原则配置，35kV及以上各变电所应至少有路电源进线，结合原则1的分析结果和实际各变电站的实际地理分布，确定相应站点上级电源的可靠性水平要求；
3)该目标下仅优化各站点间的拓扑连接关系，忽略实际线路走廊通道情况，两点间可采用欧氏距离表达式；
针对35kV及以上各变电所进行逐个分析确定初始接线，判据为与上级电源的欧氏距离值，选取距离最短的两个电源点(ris_1和ris_2)，若该变电所要求的可靠性水平较低(基于导则《配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012》中规定的各个分区可靠性平均水平，低于这个水平或者结合实际情况根据人为规定即为低。)，则表明电源可来自同一变电站，因此，在选择时应加入约束条件，例如若ris_2>1.5*ris_1，则仅选取距离最短的一个电源点，具体算例如图2所示。
如图2算例中，i1-i7为110kV变电站，s1-s7为电源点，其中i1站点所供区域为C类区域，其电源点可来自同一变电站的不同母线，根据上述分析策略，其初始连接网络如图2b所示。
典型接线方式分析和初始方案集的形成，高压配电网结构主要有：链式、环网和辐射状结构；变电站接入方式主要有：T接和π接。基于地区差异性的要求，结合实际待规划区域的地区适用性原则，对典型的接线方式进行筛选调整，确定适合待规划地区的典型接线方式。
在上述初始连接网络的基础上，通过实际专家工程经验形成几种具有可行性的高电压配网规划方案，结合图2所示算例，假设该地区的高压配电网接线方式主要为链式和辐射状，以T接的变电站接入方式为例，则几种可能的方案集如图3所示。
网架方案评价体系构建，该模块主要基于已确定的配电网架方案，通过合理的评价体系对方案进行分析评价，来确定综合效益最优的方案。评价体系的构建可参考已有的高压配电网规划模型，主要涉及
即将上述各因素通过加权求和的方式形成对已有配网方案的评价体系方法，各权重的设置可参考实际的工程经验和待规划电网的实际要求进行灵活调整，调整的原则遵循行业导则《配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012》。
步骤五中所说的在保证适度超前的前提下充分发挥各设备的经济利用率，适度超前是指高于公式1中的边界值，而小于目标值的1.2倍范围内。
过渡方式和建设标准，电网结构的过渡方式应根据已确定的目标网架和待规划电网的实际要求来灵活选取。考虑到待规划区域在建设初期及过渡期，高压配电网存在单线单变，暂不具备故障负荷转移条件时，可适当放宽N-1的校验标准，但应根据负荷增长，通过建设与改造，逐步满足供电安全标准。
针对设备的选择建设标准应遵循设备全寿命周期管理的理念，根据供电区域的类型、差异化选配，同时各设备应具有较强的适应性，留有合理的裕度。特别针对高压配电网的线路部分应综合饱和负荷状况、线路全寿命周期选定、电网结构、变压器容量和台数、安全电流裕度、经济载荷范围等因素综合确定。另外配电网设备选型和配置应同步考虑智能配网和配电自动化的建设需求。
整个配电网规划的建设标准还应综合考虑各过渡阶段下的发展要求，综合分析确定是否应一次性建成还是通过过渡的建设方案逐步实现目标要求。
专家系统的知识原则确定，整个流程体系中需要专家经验多次介入，该部分可通过人工交互实现，也可建立基于规则的专家系统来实现。
专家系统其核心主要是知识库和推理机，其中知识库的完善与否以及知识如何表达很大程度上影响了专家系统应用的好坏，专家系统是否具有足够丰富的知识，是其分析问题能力的关键。就高压配电网规划来说，其相应专家系统需结合实际的工程经验和待规划区域电网的具体要求，形成多个成熟的知识规则，并通过“if…else…”作为知识表现的形式。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，首先根据负荷预测和变电站选址定容的结果，结合已提出的分层分区原则要求，确定优化变电站间的初始连接网络，各分区内变电站间以及与上级电源点间的初始拓扑连接关系；其中：
根据负荷预测和变电站选址定容的结果，结合分层分区的原则要求，确定优化变电站间的初始连接网络；变电站间的初始连接网络的优化方法包括，分析相关变电站周围供电负荷的容量水平和供电区域要求，确定相应区域的供电安全标准和可靠性要求；
高压线路按N-1原则配置，35kV及以上各变电所至少有路电源进线，结合供电安全标准和可靠性要求的结果和实际各变电站的实际地理分布，确定相应站点上级电源的可靠性水平要求；
仅优化各变电站点间的拓扑连接关系，忽略实际线路走廊通道情况，两变电站间采用欧氏距离表达式；
针对35kV及以上各变电所进行逐个分析确定初始接线，判据为与上级电源的欧氏距离值，选取距离最短的两个电源点；若该变电所要求的可靠性水平较低，在选择时加入约束条件，则仅选取距离最短的一个电源点；
步骤二，建立高压配电网典型接线方式的专家经验数据库；
步骤三，筛选出适合于待优化地区的接线方式，在此基础上结合步骤一得到的初始连接网络和专家经验数据库得到待规划区域的初始网架方案集合；
步骤四，构建方案评价体系，利用此评价体系确定规划区域的目标网架；
所述步骤四中，结合现有的高压配电网规划模型，综合考虑配电网规划中的经济性、安全性及可靠性的约束条件，通过加权求和的方式形成方案评价体系，其中权重控制参数结合实际待规划地区的工程要求和偏好来进行调整；该步骤中的约束条件包括，安全水平和设备利用率最高，建设费用和运行费用最低；还需满足的条件包括满足N-1校验、电力平衡及设备容量限制；
步骤五，根据区域发展定位及行业导则确定过渡网架方式和建设标准，利用过渡网架方式和建设标准优化所述步骤四得到的目标网架，得到最终待规划区域的高压配电网网架；其中：
根据远景目标网架结果，结合规划时间区间内的负荷增长预测情况分析，确定各重要时间节点的过渡网架方式，所述重要时间节点是由市政规划规定确定的，确定相应一次场所或设备的建设标准，此时约束条件的边界值高于步骤四中约束条件设定的边界值，而小于目标值的1.2倍，实现资源配置综合效益的最大化；并且，利用过渡网架方式和建设标准优化所述步骤四得到的目标网架时还结合专家经验进行优化，实现负反馈的循环调整。
2.如权利要求1所述基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，其特征是，所述步骤二中，所述高压配电网典型接线方式包括高压配电网结构和变电站接入方式，所述高压配电网结构包括链式、环网和辐射状结构，所述变电站接入方式包括T接和π接。
3.如权利要求1所述基于局部优化目标的交互式高压配电网规划方法，其特征是，所述步骤三中，根据行业导则《配电网规划设计技术导则Q/GDW1738-2012》中关于基于不同供电分区的典型接线模式规定确定出适用于待优化地区的接线方式。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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