CN108306282B - 一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法 - Google Patents

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CN108306282B CN201711472146.6A CN201711472146A CN108306282B CN 108306282 B CN108306282 B CN 108306282B CN 201711472146 A CN201711472146 A CN 201711472146A CN 108306282 B CN108306282 B CN 108306282B
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Abstract

本发明公开了一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，包括以下步骤：S1：对现有电网中存在的典型问题进行分类，电网存在的典型问题分为线路问题、台区问题和其他问题，线路问题主要包括10kV线路过载、10kV线路重载、线路电压不合格、新增负荷供电需求待满足、线路存在安全隐患、网架待完善。本发明从现有电网分析出发，通过对实际规划中的考虑因素进行了简化和抽象，同时借助各类电网计算结果，得到相应的规划项目自动生成方案，规划项目自动生成方案通过AUTO CAD平台进行实现，这对于配电网规划辅助决策的发展具有开创性的意义。

Description

一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法
技术领域
本发明涉及配电网自动规划技术领域，尤其涉及一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法。
背景技术
随着新型城镇化建设加快，以及分布式电源、微电网、电动汽车的快速发展，必然会带来配电网负荷的快速增长、网络功能和形态新的变化，对配电网规划提出了更高的要求。然而，我国城市配电网规划目前仍主要靠规划人员的经验完成，造成规划方案主观性大，不同方案间难以量化比较。从电网长远发展的角度，这种规划方式也使得配电网规划无法做到系统统一、规划随意性较大，难以保证电网投资的经济效益和社会效益。因此，亟需对配电网的规划方法进行研究，加强规划工作的科学性。
在配电网规划领域的现有研究中，一部分文献如《城市配电网规划理论研究与应用》主要是对规划的流程及各环节的常用方法进行介绍，并在此基础上进行某一地区的配电网规划实例分析。此类研究只能从理论层面上对规划工作进行原则性指导，具有较大的局限性。另一类研究则着眼于配电网的优化规划，尤其是其中的网架优化规划或变电站选址定容问题：通过建立配电网规划模型，考虑网络技术及投资经济性约束，采用各类优化算法从一系列备选规划方案中确定最终实施的方案。大部分文献的研究重点均放在规划模型的选取和优化算法的细节调整上，而并未对备选方案的制定方法进行研究，使得所提方法均必须建立在规划人员给出待选馈线走廊/变电站地址集合的基础上。文献《基于改进遗传算法的配电网网架规划及软件开发》虽然基于就近原则提出了无需待选线路集合的配电网最优辐射网络规划方法，并基于此对馈线间联络位置进行了寻优，但仅从经济性上进行了考虑，使得所得方案的接线形式随意而非典型接线。同时，利用优化算法对配电网进行规划时，均难以避免“维数灾”的问题，缺乏实际工程实用性。
基于上述研究现状，本发明提出了一种以解决配电网问题为导向的配电网自动规划方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法。
本发明提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，包括以下步骤：
S1：对现有电网中存在的典型问题进行分类，电网存在的典型问题分为线路问题、台区问题和其他问题，线路问题包括10kV线路过载、10kV线路重载、线路电压不合格、新增负荷供电需求待满足、线路存在安全隐患、网架待完善，台区问题包括配电变压器过载、配电变压器重载、台区电压不合格、新增负荷供电需求待满足、配电变压器存在安全隐患，其他问题包括设备或线路残旧待更换；
S2：针对S1中所述的已经分类的典型问题，在实际规划工作中提出解决思路如表1所示，需按照表中所提思路，结合具体问题情况，搜集有关数据，以对分类后的典型问题从不同角度进行一一分析和梳理：
表1配电网典型问题及解决思路
Figure GDA0002979021320000021
Figure GDA0002979021320000031
S3：基于S2中所述表1提出的解决思路，对最复杂和具有代表性的中压线路重载、过载问题，网架改善问题和配变重载、过载问题的解决方案生成进行详细介绍；
S4：针对S3中提出的中压线路重载、过载问题，首先对中压线路重载、过载线路的负荷进行调整，根据配电网闭合设计开环运行的特点，当交流线路Li发生重载、过载，可通过对Li下游节点进行负荷下调解决，从调整的总量上应满足：
Δp(Li)≥plack(Li) (1)
其中：
plack(Li)＝p(Li)-plimit(Li) (2)
其中，Δp(Li)为下游负荷调整总量，plack(Li)为Li的欠缺容量值，等于该线路实际有功潮流p(Li)与允许最大有功plimit(Li)的差值，对于重载、过载线路指标plack(Li)非负；考虑安全约束及负荷的未来发展plimit(Li)在数值上可按照下式简化计算：
plimit(Li)＝αLpmax(Li) (3)
pmax(Li)为线路的额定最大载流量，αL为线路裕量修正系数，取值为[0,1]；
设参与负荷调整的备选节点集合为Q，对于任意节点Ni∈Q，应满足如下条件：
(1)Ni有负荷配出且自身非配变节点：即Ni应为负荷配出等效节点，从Ni可以配出多条线路连至配变，设Ni共连配变m个，分别挂接负荷Pload_k(k＝1,2,L m)，则Ni处等效负荷为：
Figure GDA0002979021320000041
(2)Ni处于Li的下游：基于配电网辐射状运行的特点，同一馈线T上的节点间上下游关系可以通过比较节点到电源的距离disToS来确定，即：
Figure GDA0002979021320000042
若有disToS(Ni)＞disToS(Nj)，则Ni处于Nj下游，其中，Ni、Nj同为馈线T上的节点；
这里到达电源的距离disToS并非二者物理直线距离，而等于从电源沿潮流流动方向向下搜索所经线路段数；
根据上述条件(1)、(2)所述原则得到plack(Li)和Q的基础上，则可将需改接的负荷总量集合Q所含节点间进行分配，此时又可采用两种不同的分配思路：
(1)基于负荷分布均匀度的负荷调整方式
指以负荷调整后馈线各节点间的负荷分布情况尽量均匀为指导原则对负荷进行调整，具体方式如下；
a.计算下游负荷总量Psum及切负荷后单节点负荷参考值Pref，其中n为集合Q大小；
Figure GDA0002979021320000051
Figure GDA0002979021320000052
b.若
Figure GDA0002979021320000053
则从Q中剔除节点Nj；
c.基于更新后的备选节点集合Q，再次利用式(5)，(6)计算切负荷后的单点负荷参考值Pref'；
d.根据Pref'调整各节点负荷，使得各节点调整后的负荷值Pload(Ni)new满足：Pref'-Pload(Ni)new≥0，且尽可能小；
(2)基于负荷集中处理的负荷调整方式
指从问题线路的下游节点集合中最靠近供电路径末端的负荷节点处开始调整，且每次都尽可能多的减少负荷，从而使得发生负荷调整的节点尽量集中在馈线末端；
a.按照disToS值的大小对集合Q中的n个节点进行排序；
b.从当前disToS值最大的节点Ni farest开始进行负荷调整，直至负荷调整总量超过plack(Li)；
以上原则为线路重载、过载后负荷的调整提供了基本参考，但在对单点负荷进行调整时，由于负荷调整的最小单元为单一配变，因而节点Ni不一定能够精准地按照计算所得的期望值Pref'进行调整应而是受制于所接各配变的负荷值；因此应补充考虑等效负荷节点的实际负荷构成情况，并根据节点实际调整量对下一待调整节点的参考值进行修正；
S5：在确定负荷调整方案后，则应逐个确定相关负荷的接入位置，即在满足一定约束条件的前提下搜索各负荷的接入节点，基于S2中表1所示的解决思路，可将网络中的节点分为变电站节点和非变电站的节点两类，当改接负荷接入节点为变电站节点则对应新出线的问题解决思路，否则意味着采取由现有线路对重载、过载线路负荷进行转接的方法，设配变节点Nk处的Pload_kMW负荷需被转接，R为备选可接入节点集合，则对于任意节点Wi∈R，应满足如下条件：
(1)距离约束：考虑负荷应就近供电的原则，Nk与Wi间距离应满足：
β·dist(Nk,Wi)≤Dmax (7)
式中，dist(Nk,Wi)表示计算两点的欧氏距离；β为距离修正系数，旨在体现实际走径对直线距离的影响；Dmax为负荷转接线路长度允许最大距离范围，其值可由规划人员决定；
(2)接入馈线的负载能力约束：接入点Wi的供电路径上的所有线路段均有足够裕量承担转接负荷：
min{-plack(Li)|Li∈U}≥Pload_k (8)
U为Wi供电路径上的线路集合，-plack(Li)亦保证了供电路径中不存在已重载、过载线路；
(3)配变、变电站容量约束：接入点Wi所在馈线Tj允许容量所带配变容量ATC(Tj)及该线路所属变电站的容量ASC(Tj)均充足，即：
Figure GDA0002979021320000061
Figure GDA0002979021320000071
其中，
Figure GDA0002979021320000072
为配变节点Nk的配变额定容量；ATC(Tj)max为Tj允许所带配变容量上限，此值由规划人员决定；
Figure GDA0002979021320000073
为馈线Tj现已挂接配变的容量之和；式(10)中，ASC(Tj)rated为Tj所出线的变电站额定容量；
Figure GDA0002979021320000074
为包含Tj在内的所有该变电站所出馈线现挂接负荷之和，pf为待转接负荷的功率因数；
(4)出线间隔约束：特别的，当Wi为变电站节点时，还应保证相应变电站尚有可用间隔数以新出线路；
S6：针对网架待改善问题，对于网络中的单辐射线路，一般考虑将其与其他单辐射线路建立联络形成单环网接线的改造方式，设有单辐射馈线TA和TB，若二者能够分别经末端环网点ENA和ENB形成单环网则需满足如下约束：
(1)馈线负载能力约束：与负荷转接点确定时的负载能力校验方法一致，此处即指ENA和ENB供电路径容量分别能承担TB和TA的负荷总量；
(2)变电站容量约束：与负荷转接点确定时对变电站容量校验的方法一致，此处即指TA和TB出线的变电站可用裕量分别大于TB和TA的负荷总量；
(3)距离约束：在满足上述容量检验的基础上，期望TA和TB间的联络线长度尽可能短，也即环网点ENA和ENB间距离应满足规划人员允许的最大距离限制；
除形成单环网接线以外，亦可采用新增一条备用线路与两条单辐射馈线共同构成两供一备的接线模式对单辐射馈线进行改造，解决方案生成的实质即为在一定约束条件下，搜索配出备用线的变电站节点NS，此时NS，TA和TB应满足：
(1)负载匹配程度约束：由两供一备接线模式的结构特点可知，备用线的容量大小应能够满足单独转接其他两条单辐射线路中的任意一条的全部负荷的要求；因此从经济性出发，形成两供一备接线的两条单辐射馈线所带负荷量应尽可能接近，即：
Figure GDA0002979021320000081
其中，Pload(TA)、Pload(TB)分别为馈线TA和TB的最大负荷，ε为馈线负荷量差异允许量限值，可由规划人员决定；
(2)变电站容量及间隔约束：出备用线变电站应仍有可用出线间隔，且容量裕量足以承担其他两条馈线中的最大负荷，即：
ASC(TS)≥max{Sload(TA),Sload(TB)} (12)
其中，Sload(TA)、Sload(TB)为馈线TA和TB的馈线容量，ASC(TS)为备用线容量裕量。
(3)距离约束：即两条单辐射馈线间及新建备用线路与两条单辐射馈线间距离之和尽可能短；
S7：针对网架待改善问题，还可以对于网络中的首端环网接线进行改造，首先拆除原有无效联络，其次优先考虑仍利用原始两馈线形成正确的单环网接线的解决方案，当容量校验不通过时，则说明原有两条馈线不具备形成单环网的转供能力要求，进而考虑新建备用线路与其构成两供一备接线，并按照上文进行可行性校验，当以上两种校验均无法满足，则将原有两条馈线按照两条独立的单辐射馈线进行处理，此时首端环网问题被转化为单辐射馈线的改造问题；
S8：针对S3中提出的配变重载、过载问题，通过将原有配变更换为大变压器和新增配变两种方式解决；因此，解决方案生成将主要包含如下两步：
(1)新增或扩大配变容量确定
首先按计算重载、过载配变所需额外容量ΔST：
Figure GDA0002979021320000082
式中Pload_T和pf分别为配变当前有功负荷及其功率因数；ST为配变额定运行容量；αT为变压器容量修正系数，用于体现负荷发展及实际运行约束对变压器可用最大容量的修正，取值为[0,1]；
其次，根据ΔST或ΔST+ST的大小，从相应规划技术指导原则的推荐配变型号中选择新增配变或更换大容量配变的型号；
(2)配变接入位置确定
在不考虑0.4kV低压线路建模的前提下，配变的布点问题即为确定配变所属网络中哪条10kV馈线的问题；基于就近供电的原则，应选择将新增或更换的变压器仍接至原配变接入点附近，仍归属原配变所在馈线，此外应对新增或更换配变后的原馈线可带配变容量约束进行校核；
(3)若校核不通过，则新增或更换的配变需接入网络其他节点，问题本质转为将问题配变的部分负荷切改至他处供电；因而此时配变重载、过载的问题的解决方案可以依据新增负荷供电问题的处理方法进行生成，等效新增负荷量即为ΔpT＝ΔST·pf；
S9：针对上述问题的严重性，对出问题设备的问题类型进行排序；
S10：针对S9中已排序的问题依次与计算机进行结合，然后利用计算机来对实际规划中的考虑因素进行了简化和抽象，得到多套相应的规划项目自动生成方案；
S11：S10中所述的多套规划项目自动生成方案分别利用C++技术在AUTO CAD平台上进行实现；
S12：针对S11中所述的AUTO CAD平台所实现的多套规划自动生成方案进行经济成本估算；
S13：针对S12中所述的所估算的经济成本，选出最优的规划项目自动生成方案。
优选地，所述S2中，利用DTU设备、电压电流型FTU、电压时间型FTU、架空线故障指示器和电缆线故障指示器进行搜集有关数据。
优选地，所述S2中，利用计算机对典型问题进行分析和梳理。
优选地，所述S9中，利用计算机对出问题设备的问题类型进行排序。
优选地，所述S11中，AUTO CAD平台安装在计算机上。
优选地，所述S13中，利用计算机选出最优的规划项目自动生成方案。
本发明所提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法从现有电网分析出发，通过对实际规划中普适的边界条件进行抽象和量化，同时借助各类电网计算结果，得到相应的规划项目自动生成方案，规划项目自动生成方案通过AUTO CAD平台进行实现，这对于配电网规划辅助决策的发展具有开创性的意义。
附图说明
图1为本发明提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法的测试配电网拓扑图；
图2为本发明提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法的1#线路段及其附近局部电网图；
图3为本发明提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法的单电源辐射馈线及其附近局部电网图；
图4为本发明提出的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法的首端环网问题馈线及其附近局部电网图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
本实施例中提出了一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，包括以下步骤：
S1：对现有电网中存在的典型问题进行分类，电网存在的典型问题分为线路问题、台区问题和其他问题，线路问题包括10kV线路过载、10kV线路重载、线路电压不合格、新增负荷供电需求待满足、线路存在安全隐患、网架待完善，台区问题包括配电变压器过载、配电变压器重载、台区电压不合格、新增负荷供电需求待满足、配电变压器存在安全隐患，其他问题包括设备或线路残旧待更换；
S2：针对S1中所述的已经分类的典型问题，在实际规划工作中提出解决思路如表1所示，需按照表中所提思路，结合具体问题情况，利用DTU设备、电压电流型FTU、电压时间型FTU、架空线故障指示器和电缆线故障指示器进行搜集有关数据，然后利用计算机以对分类后的典型问题从不同角度进行一一分析和梳理：
表1配电网典型问题及解决思路
Figure GDA0002979021320000111
Figure GDA0002979021320000121
S3：基于S2中所述表1提出的解决思路，对最复杂和具有代表性的中压线路重载、过载问题、网架改善问题和配变重载、过载问题的解决方案生成进行详细介绍；
S4：针对S3中提出的中压线路重载、过载问题，首先对中压线路重载、过载线路的负荷进行调整，根据配电网闭合设计开环运行的特点，当交流线路Li发生重载、过载，可通过对Li下游节点进行负荷下调解决，从调整的总量上应满足：
Δp(Li)≥plack(Li) (1)
其中：
plack(Li)＝p(Li)-plimit(Li) (2)
其中，Δp(Li)为下游负荷调整总量，plack(Li)为Li的欠缺容量值，等于该线路实际有功潮流p(Li)与允许最大有功plimit(Li)的差值，对于重载、过载线路指标plack(Li)非负；考虑安全约束及负荷的未来发展plimit(Li)在数值上可按照下式简化计算：
plimit(Li)＝αLpmax(Li) (3)
pmax(Li)为线路的额定最大载流量，αL为线路裕量修正系数，取值为[0,1]；
设参与负荷调整的备选节点集合为Q，对于任意节点Ni∈Q，应满足如下条件：
(1)Ni有负荷配出且自身非配变节点：即Ni应为负荷配出等效节点，从Ni可以配出多条线路连至配变，设Ni共连配变m个，分别挂接负荷Pload_k(k＝1,2,L m)，则Ni处等效负荷为：
Figure GDA0002979021320000131
(2)Ni处于Li的下游：基于配电网辐射状运行的特点，同一馈线T上的节点间上下游关系可以通过比较节点到电源的距离disToS来确定，即：
Figure GDA0002979021320000132
若有disToS(Ni)＞disToS(Nj)，则Ni处于Nj下游，其中，Ni、Nj同为馈线T上的节点；
这里到达电源的距离disToS并非二者物理直线距离，而等于从电源沿潮流流动方向向下搜索所经线路段数；
根据上述条件(1)、(2)所述原则得到plack(Li)和Q的基础上，则可将需改接的负荷总量集合Q所含节点间进行分配，此时又可采用两种不同的分配思路：
(1)基于负荷分布均匀度的负荷调整方式
指以负荷调整后馈线各节点间的负荷分布情况尽量均匀为指导原则对负荷进行调整，具体方式如下；
a.计算下游负荷总量Psum及切负荷后单节点负荷参考值Pref，其中n为集合Q大小；
Figure GDA0002979021320000141
Figure GDA0002979021320000142
b.若
Figure GDA0002979021320000143
则从Q中剔除节点Nj；
c.基于更新后的备选节点集合Q，再次利用式(5)，(6)计算切负荷后的单点负荷参考值Pref'；
d.根据Pref'调整各节点负荷，使得各节点调整后的负荷值Pload(Ni)new满足：Pref'-Pload(Ni)new≥0，且尽可能小；
(2)基于负荷集中处理的负荷调整方式
指从问题线路的下游节点集合中最靠近供电路径末端的负荷节点处开始调整，且每次都尽可能多的减少负荷，从而使得发生负荷调整的节点尽量集中在馈线末端；
a.按照disToS值的大小对集合Q中的n个节点进行排序；
b.从当前disToS值最大的节点Ni farest开始进行负荷调整，直至负荷调整总量超过plack(Li)；
以上原则为线路重载、过载后负荷的调整提供了基本参考，但在对单点负荷进行调整时，由于负荷调整的最小单元为单一配变，因而节点Ni不一定能够精准地按照计算所得的期望值Pref'进行调整应而是受制于所接各配变的负荷值；因此应补充考虑等效负荷节点的实际负荷构成情况，并根据节点实际调整量对下一待调整节点的参考值进行修正；
S5：在确定负荷调整方案后，则应逐个确定相关负荷的接入位置，即在满足一定约束条件的前提下搜索各负荷的接入节点，基于S2中表1所示的解决思路，可将网络中的节点分为变电站节点和非变电站的节点两类，当改接负荷接入节点为变电站节点则对应新出线的问题解决思路，否则意味着采取由现有线路对重载、过载线路负荷进行转接的方法，设配变节点Nk处的Pload_kMW负荷需被转接，R为备选可接入节点集合，则对于任意节点Wi∈R，应满足如下条件：
(1)距离约束：考虑负荷应就近供电的原则，Nk与Wi间距离应满足：
β·dist(Nk,Wi)≤Dmax (7)
式中，dist(Nk,Wi)表示计算两点的欧氏距离；β为距离修正系数，旨在体现实际走径对直线距离的影响；Dmax为负荷转接线路长度允许最大距离范围，其值可由规划人员决定；
(2)接入馈线的负载能力约束：接入点Wi的供电路径上的所有线路段均有足够裕量承担转接负荷：
min{-plack(Li)|Li∈U}≥Pload_k (8)
U为Wi供电路径上的线路集合，-plack(Li)亦保证了供电路径中不存在已重载、过载线路；
(3)配变、变电站容量约束：接入点Wi所在馈线Tj允许容量所带配变容量ATC(Tj)及该线路所属变电站的容量ASC(Tj)均充足，即：
Figure GDA0002979021320000151
Figure GDA0002979021320000152
其中，
Figure GDA0002979021320000153
为配变节点Nk的配变额定容量；ATC(Tj)max为Tj允许所带配变容量上限，此值由规划人员决定；
Figure GDA0002979021320000154
为馈线Tj现已挂接配变的容量之和；式(10)中，ASC(Tj)rated为Tj所出线的变电站额定容量；
Figure GDA0002979021320000155
为包含Tj在内的所有该变电站所出馈线现挂接负荷之和，pf为待转接负荷的功率因数；
(5)出线间隔约束：特别的，当Wi为变电站节点时，还应保证相应变电站尚有可用间隔数以新出线路；
S6：针对网架待改善问题，对于网络中的单辐射线路，一般考虑将其与其他单辐射线路建立联络形成单环网接线的改造方式，设有单辐射馈线TA和TB，若二者能够分别经末端环网点ENA和ENB形成单环网则需满足如下约束：
(1)馈线负载能力约束：与负荷转接点确定时的负载能力校验方法一致，此处即指ENA和ENB供电路径容量分别能承担TB和TA的负荷总量；
(2)变电站容量约束：与负荷转接点确定时对变电站容量校验的方法一致，此处即指TA和TB出线的变电站可用裕量分别大于TB和TA的负荷总量；
(3)距离约束：在满足上述容量检验的基础上，期望TA和TB间的联络线长度尽可能短，也即环网点ENA和ENB间距离应满足规划人员允许的最大距离限制；
除形成单环网接线以外，亦可采用新增一条备用线路与两条单辐射馈线共同构成两供一备的接线模式对单辐射馈线进行改造，解决方案生成的实质即为在一定约束条件下，搜索配出备用线的变电站节点NS，此时NS，TA和TB应满足：
(1)负载匹配程度约束：由两供一备接线模式的结构特点可知，备用线的容量大小应能够满足单独转接其他两条单辐射线路中的任意一条的全部负荷的要求；因此从经济性出发，形成两供一备接线的两条单辐射馈线所带负荷量应尽可能接近，即：
Figure GDA0002979021320000161
其中，Pload(TA)、Pload(TB)分别为馈线TA和TB的最大负荷，ε为馈线负荷量差异允许量限值，可由规划人员决定；
(2)变电站容量及间隔约束：出备用线变电站应仍有可用出线间隔，且容量裕量足以承担其他两条馈线中的最大负荷，即：
ASC(TS)≥max{Sload(TA),Sload(TB)} (12)
其中，Sload(TA)、Sload(TB)为馈线TA和TB的馈线容量，ASC(TS)为备用线容量裕量。
(4)距离约束：即两条单辐射馈线间及新建备用线路与两条单辐射馈线间距离之和尽可能短；
S7：针对网架待改善问题，还可以对于网络中的首端环网接线进行改造，首先拆除原有无效联络，其次优先考虑仍利用原始两馈线形成正确的单环网接线的解决方案，当容量校验不通过时，则说明原有两条馈线不具备形成单环网的转供能力要求，进而考虑新建备用线路与其构成两供一备接线，并按照上文进行可行性校验，当以上两种校验均无法满足，则将原有两条馈线按照两条独立的单辐射馈线进行处理，此时首端环网问题被转化为单辐射馈线的改造问题；
S8：针对S3中提出的配变重载、过载问题，通过将原有配变更换为大变压器和新增配变两种方式解决；因此，解决方案生成将主要包含如下两步：
(1)新增或扩大配变容量确定
首先按计算重载、过载配变所需额外容量ΔST：
Figure GDA0002979021320000171
式中Pload_T和pf分别为配变当前有功负荷及其功率因数；ST为配变额定运行容量；αT为变压器容量修正系数，用于体现负荷发展及实际运行约束对变压器可用最大容量的修正，取值为[0,1]；
其次，根据ΔST或ΔST+ST的大小，从相应规划技术指导原则的推荐配变型号中选择新增配变或更换大容量配变的型号；
(2)配变接入位置确定
在不考虑0.4kV低压线路建模的前提下，配变的布点问题即为确定配变所属网络中哪条10kV馈线的问题；基于就近供电的原则，应选择将新增或更换的变压器仍接至原配变接入点附近，仍归属原配变所在馈线，此外应对新增或更换配变后的原馈线可带配变容量约束进行校核；
(3)若校核不通过，则新增或更换的配变需接入网络其他节点，问题本质转为将问题配变的部分负荷切改至他处供电；因而此时配变重载、过载的问题的解决方案可以依据新增负荷供电问题的处理方法进行生成，等效新增负荷量即为ΔpT＝ΔST·pf；
S9：针对上述问题的严重性，利用计算机对出问题设备的问题类型进行排序；
S10：针对S9中已排序的问题依次与计算机进行结合，然后利用计算机来对实际规划中的考虑因素进行了简化和抽象，得到多套相应的规划项目自动生成方案；
S11：S10中所述的多套规划项目自动生成方案分别利用C++技术在AUTO CAD平台上进行实现，且AUTO CAD平台安装在计算机上；
S12：针对S11中所述的AUTO CAD平台所实现的多套规划自动生成方案进行经济成本估算；
S13：针对S12中所述的所估算的经济成本，利用计算机选出最优的规划项目自动生成方案。
现对具体算例的分析如下：
参照图1，1.选取包含全部配电网各典型接线模式的某区域电网，该电网含变电站6座，从各电源站出10kV线路共32条。
参照图2，2.经现状电网分析计算后，识别出该电网存在如下重载、过载线路，如表2所示：
表2重载、过载线路表
线路名称 负载率(％) 线路名称 负载率(％)
1#线路段 113.4707 521#线路段 90.9984
457#线路段 103.4094 522#线路段 89.3783
458#线路段 103.2251 27#线路段 80.5746
26#线路段 96.8730
现以其中问题最严重1#线路段为例，对解决线路重载、过载问题的方案生成自动方法进行验证。
1#线路段的下游依次接有环网柜1#环网柜、5#环网柜、2#环网柜、3#环网柜、6#环网柜、4#环网柜和80#环网柜，各环网柜均挂接额定容量为800kVA的配变四台，每台配变配出负荷0.4MW，功率因数0.95。
经计算，为解决1#线路段问题，应至少削减线路下游负荷共3.3600MW。设置单条馈线允许所带最大配变容量为12MVA，方案生成时允许搜索距离范围为1km，另外图2中的圆圈及标记数字为各解决方案涉及的杆塔及其编号,采用潮流计算和线损计算的算法，可得在两种不同负荷改切策略下，分别以距离最近最优和裕量最大最优为原则得到的共四种解决方法，如表3所示：
表3不同原则下1#线路段过载问题的解决方案
Figure GDA0002979021320000191
Figure GDA0002979021320000201
Figure GDA0002979021320000211
对比表3中不同原则下生成的方案可见在基于负荷分布均匀度的原则下1#线路段下游的所有环网柜处均参与了负荷的改切，而在基于负荷集中处理的原则下则仅有馈线末端的三个环网柜进行了负荷调整。而无论在哪种切负荷原则下，基于距离最近最优生成的负荷转接方案所需总转接线路长度都远小于在容量裕量最优原则下生成方案所需线路总长度。
参照图3，3.单电源辐射线路改造，算例电网所含单电源辐射线路共四条，其中馈线1为电缆单辐射，其余均为架空单辐射线路。
设最大允许联络线长度为1.7km，允许负载匹配度限制为20％，根据算法，得到网络中各单电源辐射线路处理方式如下：
馈线1：由于网络中无其他电缆单辐射馈线，因此类型不匹配的问题使得无法通过形成单环网/两供一备的方式解决此问题；
馈线2：距离该馈线末端环网点8#杆塔最近的同类型环网点为馈线5上的51#杆塔，二者距离约4.0867km，已超过了最大允许联络线长度，因此距离不匹配的问题使得无法通过形成单环网/两供一备的方式解决此问题；
馈线5：将与馈线12构成不同电源站架空单环网接线，环网点分别为馈线5上的51#杆塔和馈线12上的56#杆塔，形成联络线距离1.6099km。
参照图4，4.首端环网线路改造，馈线34和馈线35在接线模式识别中被识别为同站不同母线电缆单环网接线，然而两环网点81#环网柜、85#环网柜均为馈线出线的首个环网柜，因此造成无效联络。
根据潮流计算和线损计算的算法，应首先考虑仅修正联络线位置，而计算结果显示馈线34的上游线路可用容量仅为3.2162MW，不足以转接馈线35上的全部4.8MW负荷，同样馈线35的上游线路仅能提供3.2195MW的容量裕量，小于馈线34的总负荷4.8MW，因此无法通过形成正确电缆单环网的问题解决方案；
进而对两馈线的负荷匹配度进行校验，负载偏差0％满足匹配度20％的约束，因此最终生成首端环网的解决方案：拆除原无效联络线590#线路段，从馈线34上的83#环网柜及馈线35上的86#环网柜出线至二者中位坐标(80149.4725，-3360.1795)，备用线出自5#变电站，形成该两供一备接线形式共需电缆长度约2.8376km。
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 (6)

1.一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对现有电网中存在的典型问题进行分类，电网存在的典型问题分为线路问题、台区问题和其他问题，线路问题包括10kV线路过载、10kV线路重载、线路电压不合格、新增负荷供电需求待满足、线路存在安全隐患、网架待完善，台区问题包括配电变压器过载、配电变压器重载、台区电压不合格、新增负荷供电需求待满足、配电变压器存在安全隐患，其他问题包括设备或线路残旧待更换；
S2：针对S1中所述的已经分类的典型问题，在实际规划工作中提出解决思路，结合具体问题情况，搜集有关数据，以对分类后的典型问题从不同角度进行一一分析和梳理；
S3：基于S2中提出的解决思路，对最复杂和具有代表性的中压线路重载、过载问题，网架改善问题和配变重载、过载问题的解决方案生成进行详细介绍；
S4：针对S3中提出的中压线路重载、过载问题，首先对中压线路重载、过载线路的负荷进行调整，根据配电网闭合设计开环运行的特点，当交流线路Li发生重载、过载，可通过对Li下游节点进行负荷下调解决，从调整的总量上应满足：
Δp(Li)≥plack(Li) (1)
其中：
plack(Li)＝p(Li)-plimit(Li) (2)
其中，Δp(Li)为下游负荷调整总量，plack(Li)为Li的欠缺容量值，等于该线路实际有功潮流p(Li)与允许最大有功plimit(Li)的差值，对于重载、过载线路指标plack(Li)非负；考虑安全约束及负荷的未来发展plimit(Li)在数值上可按照下式简化计算：
plimit(Li)＝αLpmax(Li) (3)
pmax(Li)为线路的额定最大载流量，αL为线路裕量修正系数，取值为[0,1]；
设参与负荷调整的备选节点集合为Q，对于任意节点Ni∈Q，应满足如下条件：
(1)Ni有负荷配出且自身非配变节点：即Ni应为负荷配出等效节点，从Ni可以配出多条线路连至配变，设Ni共连配变m个，分别挂接负荷Pload_k(k＝1,2,L m)，则Ni处等效负荷为：
Figure FDA0002979021310000021
(2)Ni处于Li的下游：基于配电网辐射状运行的特点，同一馈线T上的节点间上下游关系可以通过比较节点到电源的距离disToS来确定，即：
Figure FDA0002979021310000022
若有disToS(Ni)＞disToS(Nj)，则Ni处于Nj下游；
这里到达电源的距离disToS并非二者物理直线距离，而等于从电源沿潮流流动方向向下搜索所经线路段数；
根据上述条件(1)、(2)得到plack(Li)和Q的基础上，则可将需改接的负荷总量集合Q所含节点间进行分配，此时又可采用两种不同的分配思路：
(1)基于负荷分布均匀度的负荷调整方式
指以负荷调整后馈线各节点间的负荷分布情况尽量均匀为指导原则对负荷进行调整，具体方式如下；
a.计算下游负荷总量Psum及切负荷后单节点负荷参考值Pref，其中n为集合Q大小；
Figure FDA0002979021310000023
Figure FDA0002979021310000024
b.若
Figure FDA0002979021310000025
则从Q中剔除节点Nj；
c.基于更新后的备选节点集合Q，再次利用式(5)，(6)计算切负荷后的单点负荷参考值Pref'；
d.根据Pref'调整各节点负荷，使得各节点调整后的负荷值Pload(Ni)new满足：Pref'-Pload(Ni)new≥0，且尽可能小；
(2)基于负荷集中处理的负荷调整方式
指从问题线路的下游节点集合中最靠近供电路径末端的负荷节点处开始调整，且每次都尽可能多的减少负荷，从而使得发生负荷调整的节点尽量集中在馈线末端；
a.按照disToS值的大小对集合Q中的n个节点进行排序；
b.从当前disToS值最大的节点Ni farest开始进行负荷调整，直至负荷调整总量超过plack(Li)；
以上原则为线路重载、过载后负荷的调整提供了基本参考，但在对单点负荷进行调整时，由于负荷调整的最小单元为单一配变，因而节点Ni不一定能够精准地按照计算所得的期望值Pref'进行调整应而是受制于所接各配变的负荷值；因此应补充考虑等效负荷节点的实际负荷构成情况，并根据节点实际调整量对下一待调整节点的参考值进行修正；
S5：在确定负荷调整方案后，则应逐个确定相关负荷的接入位置，即在满足一定约束条件的前提下搜索各负荷的接入节点，基于S2中的解决思路，可将网络中的节点分为变电站节点和非变电站的节点两类，当改接负荷接入节点为变电站节点则对应新出线的问题解决思路，否则意味着采取由现有线路对重载、过载线路负荷进行转接的方法，设配变节点Nk处的Pload_kMW负荷需被转接，R为备选可接入节点集合，则对于任意节点Wi∈R，应满足如下条件：
(1)距离约束：考虑负荷应就近供电的原则，Nk与Wi间距离应满足：
β·dist(Nk,Wi)≤Dmax (7)
式中，dist(Nk,Wi)表示计算两点的欧氏距离；β为距离修正系数，旨在体现实际走径对直线距离的影响；Dmax为负荷转接线路长度允许最大距离范围，其值可由规划人员决定；
(2)接入馈线的负载能力约束：接入点Wi的供电路径上的所有线路段均有足够裕量承担转接负荷：
min{-plack(Li)|Li∈U}≥Pload_k (8)
U为Wi供电路径上的线路集合，-plack(Li)亦保证了供电路径中不存在已重载、过载线路；
(3)配变、变电站容量约束：接入点Wi所在馈线Tj允许容量所带配变容量ATC(Tj)及该线路所属变电站的容量ASC(Tj)均充足，即：
Figure FDA0002979021310000041
Figure FDA0002979021310000042
其中，
Figure FDA0002979021310000043
为配变节点Nk的配变额定容量；ATC(Tj)max为Tj允许所带配变容量上限，此值由规划人员决定；
Figure FDA0002979021310000044
为馈线Tj现已挂接配变的容量之和；式(10)中，ASC(Tj)rated为Tj所出线的变电站额定容量；
Figure FDA0002979021310000045
为包含Tj在内的所有该变电站所出馈线现挂接负荷之和，pf为待转接负荷的功率因数；
(4)出线间隔约束：特别的，当Wi为变电站节点时，还应保证相应变电站尚有可用间隔数以新出线路；
S6：针对网架待改善问题，对于网络中的单辐射线路，一般考虑将其与其他单辐射线路建立联络形成单环网接线的改造方式，设有单辐射馈线TA和TB，若二者能够分别经末端环网点ENA和ENB形成单环网则需满足如下约束：
(1)馈线负载能力约束：与负荷转接点确定时的负载能力校验方法一致，此处即指ENA和ENB供电路径容量分别能承担TB和TA的负荷总量；
(2)变电站容量约束：与负荷转接点确定时对变电站容量校验的方法一致，此处即指TA和TB出线的变电站可用裕量分别大于TB和TA的负荷总量；
(3)距离约束：在满足上述容量检验的基础上，期望TA和TB间的联络线长度尽可能短，也即环网点ENA和ENB间距离应满足规划人员允许的最大距离限制；
除形成单环网接线以外，亦可采用新增一条备用线路与两条单辐射馈线共同构成两供一备的接线模式对单辐射馈线进行改造，解决方案生成的实质即为在一定约束条件下，搜索配出备用线的变电站节点NS，此时NS，TA和TB应满足：
(1)负载匹配程度约束：由两供一备接线模式的结构特点可知，备用线的容量大小应能够满足单独转接其他两条单辐射线路中的任意一条的全部负荷的要求；因此从经济性出发，形成两供一备接线的两条单辐射馈线所带负荷量应尽可能接近，即：
Figure FDA0002979021310000051
ε为馈线负荷量差异允许量限值，可由规划人员决定；
(2)变电站容量及间隔约束：出备用线变电站应仍有可用出线间隔，且容量裕量足以承担其他两条馈线中的最大负荷，即：
ASC(TS)≥max{Sload(TA),Sload(TB)} (12)
(3)距离约束：即两条单辐射馈线间及新建备用线路与两条单辐射馈线间距离之和尽可能短；
S7：针对网架待改善问题，还可以对于网络中的首端环网接线进行改造，首先拆除原有无效联络，其次优先考虑仍利用原始两馈线形成正确的单环网接线的解决方案，当容量校验不通过时，则说明原有两条馈线不具备形成单环网的转供能力要求，进而考虑新建备用线路与其构成两供一备接线，并按照上文进行可行性校验，当以上两种校验均无法满足，则将原有两条馈线按照两条独立的单辐射馈线进行处理，此时首端环网问题被转化为单辐射馈线的改造问题；
S8：针对S3中提出的配变重载、过载问题，通过将原有配变更换为大变压器和新增配变两种方式解决；因此，解决方案生成将主要包含如下两步：
(1)新增或扩大配变容量确定
首先按计算重载、过载配变所需额外容量ΔST：
Figure FDA0002979021310000061
式中Pload_T和pf分别为配变当前有功负荷及其功率因数；ST为配变额定运行容量；αT为变压器容量修正系数，用于体现负荷发展及实际运行约束对变压器可用最大容量的修正，取值为[0,1]；
其次，根据ΔST或ΔST+ST的大小，从相应规划技术指导原则的推荐配变型号中选择新增配变或更换大容量配变的型号；
(2)配变接入位置确定
在不考虑0.4kV低压线路建模的前提下，配变的布点问题即为确定配变所属网络中哪条10kV馈线的问题；基于就近供电的原则，应选择将新增或更换的变压器仍接至原配变接入点附近，仍归属原配变所在馈线，此外应对新增或更换配变后的原馈线可带配变容量约束进行校核；
(3)若校核不通过，则新增或更换的配变需接入网络其他节点，问题本质转为将问题配变的部分负荷切改至他处供电；因而此时配变重载、过载的问题的解决方案可以依据新增负荷供电问题的处理方法进行生成，等效新增负荷量即为ΔpT＝ΔST·pf；
S9：针对上述问题的严重性，对出问题设备的问题类型进行排序；
S10：针对S9中已排序的问题依次与计算机进行结合，然后利用计算机来对实际规划中的考虑因素进行了简化和抽象，得到多套相应的规划项目自动生成方案；
S11：S10中所述的多套规划项目自动生成方案分别利用C++技术在AUTO CAD平台上进行实现；
S12：针对S11中所述的AUTO CAD平台所实现的多套规划自动生成方案进行经济成本估算；
S13：针对S12中所述的所估算的经济成本，选出最优的规划项目自动生成方案。
2.根据权利要求1所述的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，所述S2中，利用DTU设备、电压电流型FTU、电压时间型FTU、架空线故障指示器和电缆线故障指示器进行搜集有关数据。
3.根据权利要求1所述的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，所述S2中，利用计算机对典型问题进行分析和梳理。
4.根据权利要求1所述的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，所述S9中，利用计算机对出问题设备的问题类型进行排序。
5.根据权利要求1所述的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，所述S11中，AUTO CAD平台安装在计算机上。
6.根据权利要求1所述的一种以解决电网诊断问题为导向的配电网自动规划方法，其特征在于，所述S13中，利用计算机选出最优的规划项目自动生成方案。
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