CN107194541A - 一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，包括步骤S1根据街道或自然障碍将供电区域划分成若干小地块，并计算各个地块的用电负荷，S2构造V图生成元，S3以生成元为圆心，计算各个方向上的自适应权重，动态调整生成元在不同方向上的扩散速度，S4完成地块搜索，各生成圆形成多边形Voronoi区域；S5对Voronoi区域进行适当调整，形成变电站供电区域；通过客观、科学、全面、准确的基于配电网评价指标体系和聚类分析的供电区域划分方法，进而可以对划分后的各类配电网在统筹兼顾的原则下因地制宜地提出优化建设指导方案，有效利用电力资源，满足经济社会发展需求，促进电网整体素质提升。
Description
技术领域
本发明涉及配电网区域划分技术领域，具体为一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法。
背景技术
配电网供电分区划分是配电网规划的一个关键问题，其结果直接影响配电网运行的经济性和供电可靠性。对电网区域进行科学合理的划分一直是电网发展过程中的研究热点，通过对某一大区域内多个局域配电网进行划分，可以研究不同类别配电网的发展方向与路线，从而可以差异化满足该区域内电网的整体发展需求。
针对这一大规模、非线性问题，国内外已有一些学者进行了研究。传统的自由分区法、均一网格法和等负荷分区法没有考虑地块间的负荷差异等因素，不能体现分区负荷密度的差异和变电站容量的差异。部分文献中考虑到了地块间的负荷差异，但是是假定负荷均匀分布的前提下提出的，没有考虑负荷分布的不均匀和负荷对可靠性要求的差异，因此亟需一种合理且全面的划分方法为配电网规划提供决策支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，具有客观、科学、全面、准确的基于配电网评价指标体系和聚类分析的供电区域划分方法，进而可以对划分后的各类配电网在统筹兼顾的原则下因地制宜地提出优化建设指导方案，有效利用电力资源，满足经济社会发展需求，促进电网整体素质提升，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，包括以下步骤：
S1：根据街道或自然障碍将供电区域划分成若干小地块，根据各地块的面积、用地属性和发展前景计算各个地块的用电负荷；
S2：构造V图生成元；其具体步骤分为：
S2.1：将供电区域变电站抽象为元点；
S2.2：将满足情况的构造成“虚拟生成元”；
S3：以生成元为圆心，应用搜索策略向各个方向扩散，计算各个方向上的自适应权重，动态调整生成元在不同方向上的扩散速度；
S4：完成地块搜索，各生成圆形成多边形Voronoi区域；
S5：对Voronoi区域进行适当调整，形成变电站供电区域。
优选的，针对S2中V图生成元的容量和位置确定，可以分为以下几种情况：
(1)该区域内有在建或规划建设的变电站，以该变电站的容量和位置作为虚拟生成元即可；
(2)该区域由区外紧邻的变电站供电，按照该变电站供电容量分配拆分变电站，即虚拟生成元的容量为向该区域供电的容量，虚拟生成元的位置为该区域的负荷中心；
(3)该区域内暂时无新建变电站规划，且供电变电站相距较远，根据该区域负荷预测的结果，按照容载比要求，确定虚拟生成元容量，并将虚拟生成布置在负荷中心。
优选的，在步骤S3中，根据变电站主变负载率、负荷密度、供电距离及路径条件和归属地情况构造自适应权重ωi步骤如下：
ωi＝W1rMi+W2rLi+W3rDi+W4rBi+W5rPi
其中,rMi为负荷密度系数，设地块i的负荷密度为ρi，取该地区的平均负荷密度作为基准值，则地块i方向的负荷密度系数为rDi为供电距离系数，设负荷点至变电站的供电距离为Di，则为基准值，城镇取2km，农村取10km；rBi为考虑自然地理屏障的修正系数，根据跨越难度确定，难度越大数值越小，取值范围0-1；rPi为归属地系数，负荷点与变电站在同一管理区域取1，分属不同区域取0；W1,W2,W3,W4,W5为加权系数，W1+W2+W3+W4+W5＝1，由熵权法确定，熵权法求权重步骤如下：
(1)数据标准化处理：
正向指标：
负向指标：
(2)计算地块i的第j项指标值的比重：
(3)计算指标信息熵：
ej＝-k∑(Yij×lnYij)
(4)计算信息熵冗余度：
dj＝1-ej
(5)计算指标权重：
优选的，针对S4中，用自适应Voronoi图基于常规加权Voronoi图，其定义如下：
设欧式平面上的一个点集为P＝{p1,p2,…,pn},3≤n＜∞，对每个顶点pi(i＝1,2,…,n),分别赋以非负实数权重ωi(i＝1,2,…,n)，称D(x,pi)为点x和点pi之间的加权距离，d(x,pi)为点x和点pi之间的欧式距离，则D(x,pi)＝d(x,pi)/ωi,点pi在权重为wi时的Voronoi区域为：
优选的，针对S4中，将供电区域按照街道、河流划分为若干地块单元，自适应权重V图发生元在扩散过程中，根据各单元地块具体情况及变电站负载情况动态调整发生元的权重。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，具有客观、科学、全面、准确的基于配电网评价指标体系和聚类分析的供电区域划分方法，进而可以对划分后的各类配电网在统筹兼顾的原则下因地制宜地提出优化建设指导方案，有效利用电力资源，满足经济社会发展需求，促进电网整体素质提升。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
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亲楚、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。
实施例一：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，包括以下步骤：
S1：根据街道或自然障碍将供电区域划分成若干小地块，根据各地块的面积、用地属性和发展前景计算各个地块的用电负荷；
S2：构造V图生成元；其具体步骤分为：
S2.1：将供电区域变电站抽象为元点；
S2.2：将满足情况的构造成“虚拟生成元”；其中，以变电站为生成元，应用V图分区时，当某些乡镇(或新建开发区)内无变电站时，该乡镇(或开发区)就会被分割后，划分到周边相邻分区中；这一结果往往与实际运行管理的情况不相符，还有可能造成部分分区过大，达不到配电网分区指导配电网规划、建设和运行的目的；针对这一情况，本发明引入了“虚拟生成元”的概念，即一个虚拟的变电站，该虚拟生成元的容量和位置确定，可以分为以下几种情况：
(1)该区域内有在建或规划建设的变电站，以该变电站的容量和位置作为虚拟生成元即可；
(2)该区域由区外紧邻的变电站供电，按照该变电站供电容量分配拆分变电站，即虚拟生成元的容量为向该区域供电的容量，虚拟生成元的位置为该区域的负荷中心；
(3)该区域内暂时无新建变电站规划，且供电变电站相距较远，根据该区域负荷预测的结果，按照容载比要求，确定虚拟生成元容量，并将虚拟生成布置在负荷中心；
在步骤S3中，根据变电站主变负载率、负荷密度、供电距离及路径条件和归属地情况构造自适应权重ωi步骤如下：
ωi＝W1rMi+W2rLi+W3rDi+W4rBi+W5rPi
其中,rMi为负荷密度系数，设地块i的负荷密度为ρi，取该地区的平均负荷密度作为基准值，则地块i方向的负荷密度系数为rDi为供电距离系数，设负荷点至变电站的供电距离为Di，则为基准值，城镇取2km，农村取10km；rBi为考虑自然地理屏障的修正系数，根据跨越难度确定，难度越大数值越小，取值范围0-1；rPi为归属地系数，负荷点与变电站在同一管理区域取1，分属不同区域取0；W1,W2,W3,W4,W5为加权系数，W1+W2+W3+W4+W5＝1，由熵权法确定，熵权法求权重步骤如下：
数据标准化处理：
正向指标：
负向指标：
计算地块i的第j项指标值的比重：
计算指标信息熵：
ej＝-k∑(Yij×lnYij)
计算信息熵冗余度：
dj＝1-ej
计算指标权重：
S4：完成地块搜索，各生成圆形成多边形Voronoi区域；用自适应Voronoi图基于常规加权Voronoi图，其定义如下：
设欧式平面上的一个点集为P＝{p1,p2,…,pn},3≤n＜∞，对每个顶点pi(i＝1,2,…,n),分别赋以非负实数权重ωi(i＝1,2,…,n)，称D(x,pi)为点x和点pi之间的加权距离，d(x,pi)为点x和点pi之间的欧式距离，则D(x,pi)＝d(x,pi)/ωi,点pi在权重为wi时的Voronoi区域为：
S5：对Voronoi区域进行适当调整，形成变电站供电区域；常规加权Voronoi图应用于分区划分时，各发生元的权重是固定的，即假定在同一个分区内各地块的负荷密度相同；实际上因为各地块的功能定位不同，在同一分区内，位于发生元不同方向上的地块负荷情况可能差异较大；另外，常规加权V图也不能准确反映归属地及地理因素对供电分区划分的影响；考虑以上因素，将供电区域按照街道、河流划分为若干地块单元，自适应权重V图发生元在扩散过程中，根据各单元地块具体情况及变电站负载情况动态调整发生元的权重，发生元在各个方向上的扩散速度将不再固定；自适应权重主要考虑的是变电站带负载能力、供电半径、归属地、及地理障碍对供电分区划分的影响。变电站主变容量不同，当前负载率不同，周边负荷供电的能力也就不同。
实施例二：
本发明提供一种具体实例说明：以某市城区的供电区域总面积为52.61km2为例，包括城区(中干河以东、新328国道以北)、经济开发区(中干河以西)和桥头镇(中干河以东、新328国道以南)三个行政单位；根据城市规划，城市空间布局分为5个居住组团(旧城、城北、城西、城南、城东)和4个工业组团(开发区北、开发区南组团、石黄-梁徐工业组团、民营产业中心组团)，基于自适应V图的分区结果如下表：
综上所述：本基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，根据城市规划中区域功能定位、各变电站供电区域的面积及归属地，适当合并变电站供电区域，最终确定配电网分区；通过客观、科学、全面、准确的基于配电网评价指标体系和聚类分析的供电区域划分方法，进而可以对划分后的各类配电网在统筹兼顾的原则下因地制宜地提出优化建设指导方案，有效利用电力资源，满足经济社会发展需求，促进电网整体素质提升。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据街道或自然障碍将供电区域划分成若干小地块，根据各地块的面积、用地属性和发展前景计算各个地块的用电负荷；
S2：构造V图生成元；其具体步骤分为：
S2.1：将供电区域变电站抽象为元点；
S2.2：将满足情况的构造成“虚拟生成元”；
S3：以生成元为圆心，应用搜索策略向各个方向扩散，计算各个方向上的自适应权重，动态调整生成元在不同方向上的扩散速度；
S4：完成地块搜索，各生成圆形成多边形Voronoi区域；
S5：对Voronoi区域进行适当调整，形成变电站供电区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，其特征在于，针对S2中V图生成元的容量和位置确定，可以分为以下几种情况：
(1)该区域内有在建或规划建设的变电站，以该变电站的容量和位置作为虚拟生成元即可；
(2)该区域由区外紧邻的变电站供电，按照该变电站供电容量分配拆分变电站，即虚拟生成元的容量为向该区域供电的容量，虚拟生成元的位置为该区域的负荷中心；
(3)该区域内暂时无新建变电站规划，且供电变电站相距较远，根据该区域负荷预测的结果，按照容载比要求，确定虚拟生成元容量，并将虚拟生成布置在负荷中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，其特征在于，
在步骤S3中，根据变电站主变负载率、负荷密度、供电距离及路径条件和归属地情况构造自适应权重ωi步骤如下：
ωi＝W1rMi+W2rLi+W3rDi+W4rBi+W5rPi
其中,rMi为负荷密度系数，设地块i的负荷密度为ρi，取该地区的平均负荷密度作为基准值，则地块i方向的负荷密度系数为rDi为供电距离系数，设负荷点至变电站的供电距离为Di，则 为基准值，城镇取2km，农村取10km；rBi为考虑自然地理屏障的修正系数，根据跨越难度确定，难度越大数值越小，取值范围0-1；rPi为归属地系数，负荷点与变电站在同一管理区域取1，分属不同区域取0；W1,W2,W3,W4,W5为加权系数，W1+W2+W3+W4+W5＝1，由熵权法确定，熵权法求权重步骤如下：
(1)数据标准化处理：
正向指标：
负向指标：
(2)计算地块i的第j项指标值的比重：
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(3)计算指标信息熵：
ej＝-k∑(Yij×ln Yij)
(4)计算信息熵冗余度：
dj＝1-ej
(5)计算指标权重：
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4.根据权利要求1所述的一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，其特征在于，针对S4中，用自适应Voronoi图基于常规加权Voronoi图，其定义如下：
设欧式平面上的一个点集为P＝{p1,p2,…,pn},3≤n＜∞，对每个顶点pi(i＝1,2,…,n),分别赋以非负实数权重ωi(i＝1,2,…,n)，称D(x,pi)为点x和点pi之间的加权距离，d(x,pi)为点x和点pi之间的欧式距离，则D(x,pi)＝d(x,pi)/ωi,点pi在权重为wi时的Voronoi区域为：
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5.根据权利要求1所述的一种基于自适应权重Voronoi图的配电网供电分区方法，其特征在于，针对S4中，将供电区域按照街道、河流划分为若干地块单元，自适应权重V图发生元在扩散过程中，根据各单元地块具体情况及变电站负载情况动态调整发生元的权重。
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