CN107046284B - 一种配电网转供能力薄弱环节评估方法 - Google Patents

一种配电网转供能力薄弱环节评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，对配电变电站全停后的转供能力进行评估，建立了一种分阶段评估方法，第一阶段是选择变电站单路径馈线，在安全运行约束条件下，计算其最大恢复负荷量，据此找出单路径馈线薄弱环节，并把其处理后转移结果作为第二阶段的初始值，计算每一个供电方案的转供能力，选择最大转供能力的方案，据此找出多路径馈线薄弱环节。此方法有效解决了多条馈线全停后转供能力交叉影响问题，能精确量化配电网薄弱环节，为配电网改造提供量化依据。

Description

一种配电网转供能力薄弱环节评估方法
技术领域
本发明涉及配电自动化领域，尤其涉及一种配电网转供能力薄弱环节评估方法。
背景技术
为了提高供电可靠性，配电网常常采用闭环设计、开环运行的方式。当配电网发生局部停电时，运行人员通常在隔离故障后，把非故障区的失电负荷通过联络开关转移到线路对侧，从而对非故障区恢复供电。
对失电负荷的全部恢复是配电网调控不断努力追求的方向，现有的配电网设计时，由于缺少对多种转供方案的全面深入计算，对配电网薄弱环节缺少量化科学评估方法，依据线路负载率指标常使得配电网过度改造，造成经济上的铺张浪费，有时并不能有效改善配电网薄弱环节。
公知的馈线负载率指标只能反映单条馈线停电后可转移到对侧的最大转供电力，并不能全面客观反映当变电站全停时的多条馈线可能同时转供到一台主变时的容量不足问题，而主变负载率指标只是反映主变所能承载负荷的能力，并不能反映当一个变电站全停后，限制其负荷转供的薄弱环节。
当变电站全停时，存在着多条馈线转供能力与多台主变负荷承载能力交叉影响问题，仅仅依靠馈线与主变的负载率指标无法全面准确发现配电网转供薄弱环节，从而限制了配电网网络转供能力的提升，也无法进一步量化指导配电网改造，当转供能力不足时，会造成部分失电负荷无法有效快速恢复，降低了客户满足度与企业经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种配电网转供能力薄弱环节识别方法，能有效发现并识别配电网转供能力薄弱环节，给出薄弱环节量化评估依据，为薄弱环节进一步改造提升方向，这样既避免了过度改造而造成经济上的浪费，又能够满足配电网故障后负荷转供的实际需要。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：这种配电网转供能力薄弱环节评估方法，包括以下步骤：
(1)收集配电网拓扑与相关参数；
(2)选择某一变电站，计算此变电站全停时的单路径馈线转供能力；
其约束条件包括：
(2.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),kLi)
Figure GDA0002153590960000021
Xi为单路径馈线i所能恢复的负荷，Xi>0,Ri为对侧的线路容量，ai为对侧实际负载率，Li为馈线i的失负荷量，k为馈线i非故障区恢复负荷量占比，其中0<k≤1，Ω3为转移到同一条馈线上的所有馈线的集合；
(2.2)主变限额约束
Figure GDA0002153590960000022
Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，bi为转移前主变的负载率；
其目标函数为：
Figure GDA0002153590960000023
Xi为单路径馈线i所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站单路径所能
恢复的最大负荷量，把约束条件不等式约束化为等式约束；
Xi+X'i＝min(Ri(1-ai),kLi)
Figure GDA0002153590960000024
Figure GDA0002153590960000025
式中：X'i，X”i，X”'i分别为松驰变量；
最终将单路径馈线转供能力目标函数转化成：
Figure GDA0002153590960000026
其中m为转移主变的数量，p为多种单路径馈线转移至同一条馈线的数量；
(2.3)利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值；
(2.4)判断单路径馈线最优解数值是否等于停电负荷全部；
(2.5)识别单路径馈线薄弱环节；
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧主变。
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧线路。
对于所有其薄弱环节是对侧线路的，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，则认为其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，则认为其薄弱环节仅仅是对侧线路。
(3)计算此变电站全停时的多路径馈线转供能力，其约束条件包括：
(3.1)线路限额约束
Xj≤min(Rj(1-aj),kLj)
其中Xj为多路径馈线所能恢复的负荷，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj失电前馈线j的负荷量；
(3.2)主变限额约束，
Figure GDA0002153590960000031
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，bj为单路径转移后主变的负载率；
其目标函数为：
Figure GDA0002153590960000032
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量(不包含单路径)，对约束条件进行松弛，把不等式约束转换为等式约束：
Xj+X'j＝min(Rj(1-aj),kLj)
Figure GDA0002153590960000041
其中X'j，X”j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将目标函数转化成
Figure GDA0002153590960000042
其中q为转移主变的数量；
(4)选择多路径转移方案，对每一种转移方案，构建其线性规划方程，应用单纯形法求解多路径馈线转供能力；
(5)对各方案最优解的目标函数值进行比较，选择最大目标函数值所对应的方案作为目标方案；
(6)对目标方案薄弱环节进行识别；
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧主变。
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧线路。
对于所有其薄弱环节是对侧线路的，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，则认为其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，则认为其薄弱环节仅仅是对侧线路。
(7)对所有变电站进行(2)～(6)步骤的处理。
本发明有益的效果是：提出一种配电网转供能力薄弱环节量化评估方法，此方法能够有效发现并识别配电网转供能力薄弱环节，并对薄弱环节进行量化，为薄弱环节的进一步改造提升提供量化决策依据。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是某变电站馈线转移示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。基于本发明中的实施例，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。
配电网转供能力的大小直接影响配电网停电后能否把失电负荷快速转移出去，对于单条馈线而言，其转供能力大小由馈线容量与转移后的裕度决定，并受转移后主变负载率影响，转移后的负载率裕度通常决定此馈线是否存在薄弱环节。
而对于变电站而言，某一条馈线的负载率与某一个主变的负载率并不能完全反映配电网转供能力。负载率指标只表明可以接受的负荷与容量的占比，它只能反映还能承担额外负荷的能力；当一个变电全停后，即使所有的转移线路负载率不超载，但有些转供后的主变可能超载，而主变是否超载，与不同的转移路径有关，因此，不同的转移路径转供的负荷量是不同的。判断配电网转供能力是否存在薄弱环节应以各种转供方案转供能力的最大值为评价标准，如果最大转供方案依然不能满足失电负荷转供的需求，可以认为配电网存在薄弱环节。
(1)收集配电网拓扑与相关参数
收集所有向配电网供电的变电站(110kV、35kV)相关主变、母线及相关的馈线参数与联络关系，进行网络拓扑分析。
获取变电站的网络转供路径。
依据线路转供前的负荷与容量限额，计算转供线路的限额约束。
依据主变转供前的负荷与容量限额，计算转供主变的限额约束。
(2)选择某一变电站，计算此变电站全停时的单路径转供能力。
所述的单路径是指只有一条转移路径的停电馈线。如图1中的龙南421转移至澄浪变I号主变的转移路径、三市415转移到延庆III号主变的转移路径、永丰428转移至延庆变I号主变的转移路径、柳东411转移至延庆变I号主变的转移路径、文昌425转移至文化II号主变的转移路径均是单路径。
单路径转供时满足以下条件：
(2.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),kLi) (1)
Figure GDA0002153590960000061
式(1)中,Xi为单路径馈线i所能恢复的负荷，Xi>0,Ri为对侧的线路容量，ai对侧实际负载率，Li为馈线i的失负荷量，k为馈线i非故障区恢复负荷量占比，其中0<k≤1.Ω3转移到同一条馈线上的所有馈线的集合。
对于转供能力计算而言，k取1，即每条馈线的非故障区恢复量即为此馈线停电前的负荷。
为了评估转供能力薄弱环节，对于Li可以取年度最大负荷日时的负荷。
以图1中的三市415线通过紫金N155线把负荷转移至延庆变III号主变，则此处的Ri为紫金N155线的线路容量。
对于Ω3，可以认为是多条单路径馈线转移至同一条馈线上的集合，像图1中的春芝415线、苗圃430线均通过苍松N241转移至联丰变I号主变。
(2.2)主变限额约束
Figure GDA0002153590960000062
式中：Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bi为转移前主变的负载率。
所述的主变限额并不是一成不变的，它随着方式的调整而调整，可取典型方式的主变限额。
在图1中，春芝415线、苗圃430线均转移至联丰变I号主变，在此处Ti指联丰变I号主变限额，bi为包括春芝415线、苗圃430线转移至联丰变I号主变。
(2.3)建立以单路径馈线最优解为目标的数学模型表达；
所述数学模型表达建立在以下假设基础上：
a.各停电馈线所带负荷为年度最大值。
b.非故障区恢复负荷量为失电前全部负荷量
c.对于三双接线的馈线认为其停电前的负荷就是其恢复后的负荷，不考虑因送电时间差异所导致的两条馈线间的负荷转移；
d.不考虑停电变电站母线间互供的运行方式。
所述第一阶段数学模型表达的初始目标函数如下：
Figure GDA0002153590960000071
式中：Xi代表单路径馈线i所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站单路径所能恢复的最大负荷量。
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束；
式(1)、(2)、(3)可转换成如下形式：
Xi+X'i＝min(Ri(1-ai),kLi)(5)
Figure GDA0002153590960000072
Figure GDA0002153590960000073
式中：X'i，X”i，X”'i分别松驰变量；
最终将第一阶段目标函数转化成：
Figure GDA0002153590960000074
其中m为转移主变的数量，p为多种单路径馈线转移至同一条馈线的数量。
(2.4)建立数学模型后，以X'i，X”i，X”'i，作为数学模型的基变量，得到一个单位矩阵，令非基变量为0，得到初始基可行解，利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值。
(2.5)判断单路径最优解数值是否等于停电负荷全部
如果最优解数值等于此变电站全部单路径停电负荷的汇总，则说明此变电站单路径馈线负荷转供不存在薄弱环节。如果小于此变电站全部单路径停电负荷的汇总，则说明此变电站某些单路径馈线存在薄弱环节
(2.6)识别单路径馈线薄弱环节。
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧主变。
对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧线路。
对于所有其薄弱环节是对侧线路的，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，则认为其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，则认为其薄弱环节仅仅是对侧线路。
(3)选择多路径转移方案，对每一种转移方案，构建其数学模型，应用单纯形法求解多路径馈线转供能力。
所述的转移方案具有以下特征：
a.在每一次方案生成时，一条多路径馈线只能从其可行的转移方案中选择一种；
b.所有的多路径馈线在每一次方案生成时，都必须选择一次；
c.每种选择方案至少有一条转移路径与其它方案不同；
(4)构建每个方案所对应的变电站全停时多路径最大转供能力线性规划方程。
(4.1)把所有单路径负荷全部转移到对侧，排除掉转移后主变裕度为零的主变，建立多路径最大转供能力运行约束。
(4.2)线路负荷时效限额约束
Xj≤min(Rj(1-aj),kLj) (9)
其中Xj为多路径馈线转移的某条路径的负荷量，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj失电前馈线j的负荷量。
(4.3)主变限额约束，
Figure GDA0002153590960000081
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，限额由运行方式所确定，bj为单路径转移后主变的负载率。
(4.4)建立多路径馈线最优解为目标的数学模型表达；所述数学模型表达建立在以下假设基础上：
a.不同多路径馈线可以转移到同一台主变；
b.一条多路径馈线转移路径至少有两条；
所述数学模型表达的初始目标函数如下：
Figure GDA0002153590960000091
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量
对约束条件进行松弛，引入松弛变量将函数不等式约束(9)和(10)化为等式约束
Xj+X'j＝min(Rj(1-aj),kLj) (12)
Figure GDA0002153590960000092
其中X'j，X”j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将第二阶段目标函数转化成
Figure GDA0002153590960000093
其中q为转移主变的数量。
(5)对每一种转移方案，应用单纯形法求最优解。
建立数学模型后，以X'j，X”j作为数学模型的基变量，得到一个单位矩阵，令非基变量为0，得到初始基可行解，利用单纯形法进行迭代，求出目标函数优解。
(6)把各方案的最优解的目标函数值进行比较，选择最大目标函数值作为目标方案。
(7)对目标方案薄弱环节进行识别：
对于多路径馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧主变。
对于多路径馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，认为其薄弱环节是对侧线路。
对于所有其薄弱环节是对侧线路的，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，则认为其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，则认为其薄弱环节仅仅是对侧线路。
(8)对所有变电站进行(2)～(7)步骤的处理。每个变电站全停时的单路径馈线薄弱环节与多路径馈线薄弱环节均为此变电站全停时的薄弱环节，所有变电站的薄弱环节构成配电网薄弱环节。
本发明的有益效果是：提出一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，此方法能够有效发现变电站全停时的配电网转供环节，为薄弱环节的进一步改造提升提供量化决策依据。

Claims (4)

1.一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)收集配电网拓扑与相关参数；
(2)选择某一变电站，计算此变电站全停时的单路径馈线转供能力；
其约束条件包括：
(2.1)线路限额约束
Xi≤min(Ri(1-ai),kLi)
Figure FDA0002220458120000011
Xi为单路径馈线i所能恢复的负荷，Xi>0,Ri为对侧的线路容量，ai为对侧实际负载率，Li为馈线i的失负荷量，k为馈线i非故障区恢复负荷量占比，其中0<k≤1，Ω3为转移到同一条馈线上的所有馈线的集合；
(2.2)主变限额约束
Figure FDA0002220458120000012
Ω1为转移到同一台主变上的所有单路径停电馈线的组合，Ti为转移到同一台主变的限额，bi为转移前主变的负载率；
其目标函数为：
Figure FDA0002220458120000013
Xi代表单路径馈线i上所能恢复的负荷，n为单路径馈线的数量，F为停电变电站单路径所能恢复的最大负荷量，
把约束条件不等式约束化为等式约束；
Xi+X′i＝min(Ri(1-ai),kLi)
Figure FDA0002220458120000014
Figure FDA0002220458120000015
式中：X'i，X”i，X”'i分别为松驰变量；
最终将单路径馈线转供能力目标函数转化成：
Figure FDA0002220458120000016
其中m为转移主变的数量，p为多种单路径馈线转移至同一条馈线的数量；
(2.3)利用单纯形法进行迭代，求出目标函数最大值；
(2.4)判断单路径馈线最优解数值是否等于停电负荷全部；
(2.5)识别单路径馈线薄弱环节；在识别馈线薄弱环节时，识别准则为：
a.对于馈线失电前的负荷量大于最优解的，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，其薄弱环节是对侧主变；
b.对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，其薄弱环节是对侧线路；
c.对于其薄弱环节是对侧线路，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，其薄弱环节仅是对侧线路；
(3)计算此变电站全停时的多路径馈线转供能力，其约束条件包括：
(3.1)线路限额约束
Xj≤min(Rj(1-aj),kLj)
其中Xj为多路径馈线j上所能恢复的负荷，Rj转移侧的线路容量，aj为转移侧目前的负载率，Lj失电前馈线j的负荷量；
(3.2)主变限额约束，
Figure FDA0002220458120000021
其中，Ω2为转移到同一台主变上的所有多路径停电馈线的组合，Tj为转移到同一台主变的限额，bj为单路径转移后主变的负载率；
其目标函数为：
Figure FDA0002220458120000022
式中：Xj代表多路径馈线j上所能恢复的负荷，d为多路径馈线的数量，F'为停电变电站所能恢复的最大负荷量，对约束条件进行松弛，把不等式约束转换为等式约束：
Xj+X'j＝min(Rj(1-aj),kLj)
Figure FDA0002220458120000023
其中X'j，X”j分别为对应Xj与Tj的松驰变量；
最终将目标函数转化成
Figure FDA0002220458120000031
其中q为转移主变的数量；
(4)选择多路径转移方案，对每一种转移方案，构建其线性规划方程，应用单纯形法求解多路径馈线转供能力；
(5)对各方案最优解的目标函数值进行比较，选择最大目标函数值所对应的方案作为目标方案；
(6)对目标方案薄弱环节进行识别；在识别馈线薄弱环节时，识别准则为：
a.对于馈线失电前的负荷量大于最优解的，并且失电前的负荷量小于对侧线路转移裕量的，其薄弱环节是对侧主变；
b.对于馈线失电前的负荷量大于最优解，并且失电前的负荷量大于对侧线路转移裕量的，其薄弱环节是对侧线路；
c.对于其薄弱环节是对侧线路，如果其失电前的负荷量全部转移到对侧主变超过主变的转移裕量，其薄弱环节也包括对侧主变，如果不超主变的转移裕量，其薄弱环节仅是对侧线路；
(7)对所有变电站进行(2)～(6)步骤的处理。
2.根据权利要求1所述的一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，其特征在于：在计算多路径馈线转供能力时，预先排除掉所有单路径失电负荷全部转移到对侧后主变负载率裕度为零的主变。
3.根据权利要求1所述的一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，其特征在于：
在线路限额约束时，考虑到不同单路径馈线转移至同一条馈线的特殊情况。
4.根据权利要求1所述的一种配电网转供能力薄弱环节评估方法，其特征在于：
所述的单路径馈线具有以下特征：
a.有且仅有一条只能转移到非所在变电站的路径；
b.所带负荷为年度最大值；
c.非故障区恢复负荷量为失电前全部负荷量。
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