CN107276067A - 一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,步骤一:设置一个基本时段,收集所有线路的负荷运行数据,得到不同季节不同时间段内各条线路上的负荷值;步骤二:对不同日期的相同时间段内线路上的负荷值进行比较,并进行概率统计;步骤三:对每条线路的各时段值进行连线,得到代表线路的负荷特性曲线;步骤四:建立网络结构优化模型;步骤五:计算可靠性指标和最大供电能力;步骤六:生成网络距离关系矩阵D;步骤七:采用遗传算法对模型进行求解,产生多个不同的联络开关配置优化方案。本发明充分考虑不同线路上的负荷特点,并充分利用配电网的转供能力,从而得到网络内负荷快速转供最佳通道的优化结果,是较为经济可行的优化方案。
Description
技术领域
本发明涉及电力配电网优化技术领域,特别涉及一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法。
背景技术
随着经济社会的发展,城市化规模的扩张,城市配电网的负荷增长越来越迅速,导致城市配电网扩容改造日益频繁。与之相矛盾的是,城市用地日益紧张,电网的升级改造成本越来越高。传统的规划方式以变压器的容载比为基本准则,导致现有配电网的设备在某些时间段利用率较低。随着配电网自动化水平的不断提高,配电网实时监控手段不断完善,负荷的快速转供已经成为可能,因此本发明提出一种可以有效消纳新增负荷的方法——考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法来适应当前的形势。该方法通过提高配电网的最大供电能力来满足负荷的增长需求,结合现有配电网的运行方式变化,考虑负荷特性,通过合理的联络开关配置优化,建立有效的负荷转供通道以充分提高设备的利用率,达到以较小的改造成本来实现提高网络供电能力的目的。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法。该方法通过对现有配电网的分析,在充分考虑不同负荷之间负荷特性差异的基础上,给出经济可行的联络开关配置优化方案,达到投入资本最小、配电网供电能力最大的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:。
该种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,包括以下步骤:
步骤一:设置一个基本时段,收集所有线路的负荷运行数据,得到不同季节不同时间段内各条线路上的负荷值;
步骤二:对不同日期的相同时间段内线路上的负荷值进行比较,并进行概率统计,选择出现小于某负荷值的概率为95%的值作为该线路的代表值,并且代表值与负荷序列中的最大值之差不能超过限值,如果超过限值,则代表值为最大值和限值之差;
步骤三:对每条线路的各时段值进行连线,得到代表线路的负荷特性曲线;
步骤四:建立网络结构优化模型;
步骤五:计算可靠性指标和最大供电能力;
步骤六:生成网络距离关系矩阵D;
步骤七:采用遗传算法对模型进行求解,将每一代中适应度最好的两个个体保存,最终得到一个解集,在这个解集中选出适应度较好的多个个体,对其进行可靠性指标计算,并结合每个个体的最大供电能力值和经济费用,产生多个不同的联络开关配置优化方案。
特别地,所述步骤三)中,首先建立网络关系矩阵,矩阵为N阶方阵;然后建立以配电网的供电能力最大和经济性最优为目标函数的模型,约束条件为潮流约束、可靠性约束和容量约束,其具体模型为:
Rei≥Remin (5)
式中,Si代表第i条馈线所带的负荷,N代表馈线的条数,n代表联络线的条数,Di代表第i条联络线的长度,ΔSi代表第i条馈线上产生的网损,Tm代表第m台变压器的容量,Ii代表第i条馈线允许长期负载电流的最大值,Rei代表第i条馈线的可靠性指标,Remin代表可靠性指标需要满足的最低要求,Uis代表第i条馈线的始端电压,Uim代表第i条馈线的末端电压,Uhi代表第i条馈线产生的横向压降,Uzi代表第i条馈线产生的纵向压降,代表第i条馈线的功率因数角,其中式(1)和式(2)代表目标函数,式(3)-(6)代表约束条件;。
进一步,所述步骤五)中,计算可靠性指标的方法如下:在原有负荷基础上,按比例增大负荷,并计算潮流,判断有没有越限,同时进行可靠性指标计算;在进行潮流计算和可靠性计算时,采用蒙特卡洛模拟法模拟各个负荷点可能出现的情况和各个元件可能的运行状态,包括电网设备故障造成的停运和由此产生的联络开关的变动,并根据这些上述情况计算出网络可能出现的潮流分布和各条馈线的可靠性指标,所述可靠性指标包括停电时长和平均供电可用率。
进一步,计算最大供电能力的方法如下:在得到可靠性指标以后,如果潮流分布和可靠性满足要求则输出当前所带负荷总量并继续增大负荷;当负荷增加到一定程度时,如果某个负荷点出现潮流越限和可靠性过低,则将该点负荷减小一个步长,重新计算,直到满足约束条件,然后继续增长其他点负荷;最终,当所有点负荷都不能增长时,此时的供电能力值即为该网络的最大供电能力。
特别地,所述步骤一)中的基本时段为30-60min。
本发明的有益效果是:
(1)经济性突出:本发明可以充分利用原有的电网设备,并在此基础上进行必要的优化改造建设来提升配网的供电能力,以此来消纳网络内的新增负荷,可以延缓电网的升级建设,具有良好的经济性;
(2)实用性强:该方法相对其它算法既照顾到了当前电网内的负荷分配情况,又考虑了网络转供对供电能力的影响,实现了两方面的有效结合,采用该方法得到的结果对电网的优化改造具有实际的指导意义;
(3)具有良好的扩展性:该发明在一定程度上考虑了不确定性的影响,因此对于当下网络内出现的越来越多的不确定性因素具有良好的适应性。本发明在对电网的短期规划改造上采取了一种概率规划方式,而分布式能源出力和一些不确定性负荷都是概率性因素,因此该发明可以很好地结合这些因素进行联合优化,从而适应当前的配电网趋势。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1为本发明的流程示意图;
图2为最大供电能力的计算流程图;
图3为一个42节点配电网算例节点示意图;
图4为图3的算例经过本发明的方法优化后得到的结果节点图。
具体实施方式
以下将参照附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明的方法包括以下步骤:
步骤一:设置一个基本时段,收集所有线路的负荷运行数据,得到不同季节不同时间段内各条线路上的负荷值;
步骤二:对不同日期的相同时间段内线路上的负荷值进行比较,并进行概率统计,选择出现小于某负荷值的概率为95%的值作为该线路的代表值,并且代表值与负荷序列中的最大值之差不能超过限值,如果超过限值,则代表值为最大值和限值之差;
步骤三:对每条线路的各时段值进行连线,得到代表线路的负荷特性曲线;由于不同线路的负荷特性曲线不同,因此并不是所有线路的负荷都会在同一时刻达到最大值,并且每条线路负荷的最大峰值持续时间也不尽相同。该发明提出的方法充分利用各条线路负荷特性的不同,能够在更大程度上挖掘配电网的供电潜力;
步骤四:建立网络结构优化模型,具体步骤如下:
首先建立网络关系矩阵,矩阵为N阶方阵;然后建立以配电网的供电能力最大和经济性最优为目标函数的模型,约束条件为潮流约束、可靠性约束和容量约束,其具体模型为:
Rei≥Remin(5)
式中,Si代表第i条馈线所带的负荷,N代表馈线的条数,n代表联络线的条数,Di代表第i条联络线的长度,ΔSi代表第i条馈线上产生的网损,Tm代表第m台变压器的容量,Ii代表第i条馈线允许长期负载电流的最大值,Rei代表第i条馈线的可靠性指标,Remin代表可靠性指标需要满足的最低要求,Uis代表第i条馈线的始端电压,Uim代表第i条馈线的末端电压,Uhi代表第i条馈线产生的横向压降,Uzi代表第i条馈线产生的纵向压降,代表第i条馈线的功率因数角。其中式(1)和式(2)代表目标函数,式(3)-(6)代表约束条件;
步骤五:计算可靠性指标和最大供电能力,具体步骤如下:在原有负荷基础上,按比例增大负荷,并计算潮流,判断有没有越限,同时进行可靠性指标计算;在进行潮流计算和可靠性计算时,采用蒙特卡洛模拟法模拟各个负荷点可能出现的情况和各个元件可能的运行状态,包括电网设备故障造成的停运和由此产生的联络开关的变动,并根据这些上述情况计算出网络可能出现的潮流分布和各条馈线的停电时长和平均供电可用率等可靠性指标,如果潮流分布和可靠性满足要求则输出当前所带负荷总量并继续增大负荷;当负荷增加到一定程度时,如果某个负荷点出现潮流越限和可靠性过低,则将该点负荷减小一个步长,重新计算,直到满足约束条件,然后继续增长其他点负荷;最终,当所有点负荷都不能增长时,此时的供电能力值即为该网络的最大供电能力;
步骤六:生成网络距离关系矩阵D,网络距离关系矩阵D也为N阶对称方阵,如果存在地理障碍,则可以为该特定元素乘以一个障碍因子,此因子根据实际情况决定其大小。对于配电网内馈线间原有的联络线距离设为某一极小数ε,优化配电网的联络开关配置所产生的经济费用主要跟距离有关;
步骤七:采用遗传算法对模型进行求解,将每一代中适应度最好的两个个体保存,最终得到一个解集,在这个解集中选出适应度较好的多个个体,对其进行可靠性指标计算,并结合每个个体的最大供电能力值和经济费用,产生多个不同的联络开关配置优化方案。
如图1所示,用遗传算法对建立的规划改造模型求解的具体步骤是首先形成初始种群,种群中的每个个体都为一个N阶0-1对称方阵,代表N条馈线间的联络状态,随后则对每个个体进行供电能力和经济性的计算。
经济性的计算则主要和新建联络线的长度有关,因此将网络内原有的联络线两端的馈线距离设为极小数,这样电网种群中含有电网内原有联络的个体则会在经济性指标上占据优势,有利于它的生存和繁衍,以避免无意义地对电网进行大范围改造。
最大供电能力的计算如图2所示,首先需要对当前的网络情况进行可靠性计算。由于种群中的个体都是随机生成的,一些个体的联络结构会存在不够良好、相对分散的问题,从而造成网络的可靠性较低,因此要先将这些个体剔除。然后按照一定的步长对网络内原有的负荷进行增长,由于实际情况中各条馈线的负载率是不太均衡的,因此设置步长时,负载率较高的馈线的步长会小一些。对于增长负荷后的网络进行蒙特卡罗模拟法模拟网络可能会出现的运行状况。首先对网络当前状态进行潮流计算,并对网络的停电时长和停电范围大小等数据进行统计。若出现潮流越限的情况,则将越限处的负荷减小一个步长。若潮流能满足要求,则对所有模拟状态下的可靠性数据进行分析处理,得到相应的可靠性指标,本发明中所采用的指标主要是停电时长和平均供电可用率。对于可靠性不满足要求的馈线,则将其负荷减小一个步长,并重新计算可靠性,直到配电网可靠性满足要求。此时网络的供电能力即为所有馈线所带负荷值之和。最终,当所有点的负荷均不能增大时停止计算,此时的供电能力之即为该配电网的最大供电能力。
本实施例中,当计算出个体的最大供电能力和经济性后,则根据这两个指标从父代中挑出适应度较好的个体作为子代,然后按照一定的交叉概率和变异概率(交叉概率的范围为0.9-0.97,变异概率的范围为0.05-0.15,按照步长0.01,通过穷举法确定最优的交叉概率和变异概率)对当前子代进行重组。再从父代中随机挑选一些未被选中作为子代的个体重新插入子代,以避免过早陷入局部收敛之中。同时记录每一代中适应度较好的个体。当迭代次数达到最大次数时,停止计算。从记录的结果中挑出适应度较好的一些个体生成决策空间,以供规划者参考。同时决策者可以更改供电能力和经济性所占的比重,以满足不同的需要。
本发明基于实践工作中,由于不同负荷的特性曲线不同,线路上的负荷达到用电最大值的时间不同,而且不同线路上负荷最大值的持续时间也不同,因此,本发明充分考虑不同线路上的负荷特点,并充分利用配电网的转供能力,从而得到网络内负荷快速转供最佳通道的优化结果。该优化结果可以在一定程度上提高现有配电网的供电能力,并同时保证系统可靠性不会降低,是较为经济可行的优化方案。
应用举例:
图3为一个42节点配电网算例,其中节点1、15、29为电源节点,一共9回10kV馈线,联络线路有5条。联络线路指联络开关所在的线路,即图中的粗线线路。
将种群规模定为100,迭代次数为50,交叉概率比较后取为0.9,变异概率取为0.1。按照本发明所述方法对该算例进行优化得到图4所示结果。由图可以看出6和11节点间的联络开关移到了11和3节点之间,39和41节点之间的联络开关移到了31和39节点之间,并在14和37节点之间、23和27节点之间新建线路,并将22和23节点之间、36和37节点之间的线路改为联络线路。优化前网络的供电能力和优化后的优化后的网络最大供电能力如下方的表1和表2所示:
表1 优化前网络的供电能力
表2 优化后的网络最大供电能力
由表1、表2可以看到,由于原始网络的负荷分布不均,因此其最大供电能力比较低,只有变压器总容量的61.39%,但可靠性指标也较高,达到了99.8171。而优化后的网络,网络内的负荷分布较均匀,同时考虑到线路和节点间负荷最大值的不同时性,因此计算得到的最大供电能力值有了很大的提高,达到了变压器容量的82.52%,并且在考虑负荷特性后,负荷会在负荷特性曲线互补的线路和节点间增大的较多,即负荷分布受到了负荷特性的影响,网络的转供能力也比较大,因此可靠性指标改变不大。
附:
表3 各变压器数据
表4 线路数据
线路型号 | 导体电阻(Ω/km) | 导体电抗(Ω/km) | 导体载流量(A) |
LGJ-120 | 0.263 | 0.348 | 335 |
表5 各节点的初始负荷数据
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤一:设置一个基本时段,收集所有线路的负荷运行数据,得到不同季节不同时间段内各条线路上的负荷值;
步骤二:对不同日期的相同时间段内线路上的负荷值进行比较,并进行概率统计,选择出现小于某负荷值的概率为95%的值作为该线路的代表值,并且代表值与负荷序列中的最大值之差不能超过限值,如果超过限值,则代表值为最大值和限值之差;
步骤三:对每条线路的各时段值进行连线,得到代表线路的负荷特性曲线;
步骤四:建立网络结构优化模型;
步骤五:计算可靠性指标和最大供电能力;
步骤六:生成网络距离关系矩阵D;
步骤七:采用遗传算法对模型进行求解,将每一代中适应度最好的两个个体保存,最终得到一个解集,在这个解集中选出适应度较好的多个个体,对其进行可靠性指标计算,并结合每个个体的最大供电能力值和经济费用,产生多个不同的联络开关配置优化方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,其特征在于:所述步骤三)中,首先建立网络关系矩阵,矩阵为N阶方阵;然后建立以配电网的供电能力最大和经济性最优为目标函数的模型,约束条件为潮流约束、可靠性约束和容量约束,其具体模型为:
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Rei≥Remin (5)
式中,Si代表第i条馈线所带的负荷,N代表馈线的条数,n代表联络线的条数,Di代表第i条联络线的长度,ΔSi代表第i条馈线上产生的网损,Tm代表第m台变压器的容量,Ii代表第i条馈线允许长期负载电流的最大值,Rei代表第i条馈线的可靠性指标,Remin代表可靠性指标需要满足的最低要求,Uis代表第i条馈线的始端电压,Uim代表第i条馈线的末端电压,Uhi代表第i条馈线产生的横向压降,Uzi代表第i条馈线产生的纵向压降,代表第i条馈线的功率因数角,其中式(1)和式(2)代表目标函数,式(3)-(6)代表约束条件。
3.根据权利要求1所述的一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,其特征在于:所述步骤五)中,计算可靠性指标的方法如下:在原有负荷基础上,按比例增大负荷,并计算潮流,判断有没有越限,同时进行可靠性指标计算;在进行潮流计算和可靠性计算时,采用蒙特卡洛模拟法模拟各个负荷点可能出现的情况和各个元件可能的运行状态,包括电网设备故障造成的停运和由此产生的联络开关的变动,并根据这些上述情况计算出网络可能出现的潮流分布和各条馈线的可靠性指标,所述可靠性指标包括停电时长和平均供电可用率。
4.根据权利要求3所述的一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,其特征在于:计算最大供电能力的方法如下:在得到可靠性指标以后,如果潮流分布和可靠性满足要求则输出当前所带负荷总量并继续增大负荷;当负荷增加到一定程度时,如果某个负荷点出现潮流越限和可靠性过低,则将该点负荷减小一个步长,重新计算,直到满足约束条件,然后继续增长其他点负荷;最终,当所有点负荷都不能增长时,此时的供电能力值即为该网络的最大供电能力。
5.根据权利要求1所述的一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法,其特征在于:所述步骤一)中的基本时段为30-60min。
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