CN108512215A - 基于提升可靠性的配电网开关规划方法 - Google Patents

Abstract

针对现有技术的不足，本发明公开基于提升可靠性的配电网开关规划方法，通过结合地理信息，对配网区域或单一线路进行开关优化配置，根据不同的需求提供不同的开关配置方案。为实现以上目的，本发明包括所述步骤：从PMS中获取配电网的基础图模数据；解析并校验步骤1中导出的数据图模数据，并检查基础数据的图数一致性；输入可靠性参数和经济性参数；对配网区域或单一线路进行开关优化配置；配置方案选择并进行计算；根据输出结果设置开关加装的位置。本发明通过这样的技术方案，通过一整套配电网的优化配置方案，根据不同需求提供不同的开关设置方法。同时获取的开关信息能直接标注在图上重新回传到PMS系统中，使得数据即时更新。

Description

基于提升可靠性的配电网开关规划方法

技术领域

本发明涉及配电网控制技术领域，具体涉及基于提升可靠性的配电网开关规划方法。

背景技术

配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。随着地区的用电情况变化或者行政区域的改变，在运作中的配电网也需要不断的调整，这些调整大多依靠开关来完成。对此，现有技术中，申请号201510924782.2的发明专利《考虑分布式电源特性的有源配电网智能软开关规划方法》中就公开了一种考虑分布式电源特性的有源配电网智能软开关规划方法：根据选定的配电系统分别输入相应参数；得到考虑风光不确定性的智能软开关规划场景及对应的概率；依据所给的配电系统参数和生成的规划场景建立有源配电网智能软开关规划问题数学模型；根据锥规划的标准形式对有源配电网智能软开关规划问题数学模型中非线性约束进行锥模型转化；产生智能软开关规划方案，优化各场景运行状态，并计算上层与下层目标函数值；分析产生方案的适应度，不是最优解继续产生智能软开关规划方案；是最优解输出结果。本发明实现了考虑分布式电源特性的有源配电网SNOP规划问题求解，使规划结果具有更好的适用性，在保证解的最优性前提下，有效提高了求解效率。

但是该专利主要处于理论层面，而且是针对分布式电源特性的有源配电网，因此局限性较大，无法应用到实际的通过开关控制的配电网转化工作中来。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开基于提升可靠性的配电网开关规划方法，通过结合地理信息，对配网区域或单一线路进行开关优化配置，根据不同的需求提供不同的开关配置方案。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于提升可靠性的配电网开关规划方法，包括所述步骤：

步骤1：从PMS中获取配电网的基础图模数据；从PMS中导出线路的CIM/SVG文件和台账信息，

步骤2：解析并校验步骤1中导出的数据图模数据，并检查基础数据的图数一致性；

步骤3：输入可靠性参数和经济性参数；

步骤4：对配网区域或单一线路进行开关优化配置；

步骤5：配置方案选择并进行计算；

步骤6：根据输出结果设置开关加装的位置，将计算结果执行后获取的开关位置加至线路上；更新基础图模数据。

优选的，步骤2中检查基础数据的图数一致性的具体方法包括进行语法校验和错误检查，通过对源文件数据的每一层设备信息解析，判断设备的连接关系、拓扑点信息、主要信息有无空值。

优选的，配置时提供三种开关配置方案供选择，具体为：

(1)固定设备数量方案：手动设置断路器、熔丝、负荷开关的数量，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置；

(2)固定总投资费用方案：设置总的投资费用和开关加装的费用，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置；

(3)最经济：确保配电网使用效果的前提下投入资金最少的开关安装方案，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置。

优选的，所述步骤5中配置方案确认后对于固定设备数量方案，开关数目为N，设该系统最优配置的开关数目为M，如果N＜M，那么就从第N阶段开始向前确定对应的最优配置组合；反之，如果N＞M，那么在第M阶段时停止。

优选的，所述步骤5中配置方案确认后对于开关数目不确定的网络，按停止准则对开关元件进行优化配置；设每一阶段的状态数为M(k)，k表示阶段；那么开关优化配置的动态规划算法为：

①计算初始状态的潮流及供电可靠性，令k＝1；

②计算第k阶段每一状态的目标函数C_k-1，k(A)，其中，A∈X_k，进而确定C(k)，如果C(k)≥C_L0，转步骤⑦，否则令k＝k+1，m＝0；C_L0为初始状态系统停电损失；

③k阶段的第m个状态A，设B为第k-1阶段某一状态，A∈X_k，B∈X_k-1；当以上组合无效时，令m＝m+1，若m＜M(k)，转步骤③；否则，转步骤⑤；

④算该组合对应系统的供电可靠性，进而得到第k阶段第m个状态A的最优值函数C_k-1，k(A)，并设状态B为其最佳组合(B∈X_k-1)，记录下状态B；当C_k-1，k(A)≥C(k-1)，依照优胜劣汰准则，在以后各阶段的操作中不再考虑状态A；若m＜M(k)，令m＝m+1，转步骤③；

⑤算第k阶段的最优目标函数C(k)，如果满足最优配置条件C(k)≥C(k-1)，转步骤⑥，否则令k＝k+1，m＝0，转步骤(3)；

⑥k即为开关设备最佳配置数目，从第k阶段向前以确定开关设备的最优配置位置及其类型；

⑦输出结果。

优选的，所述停止准则为：如果C(k+1)≥C(k)，则表明系统配置k台开关设备后系统已达到最优，停止开关配置。

所述优胜劣汰准则为每阶段的状态与前阶段的状态组成开关配置方案，任一配置方案即构成一个策略，这些策略所对应不同的开关配置模式，因而对应有不同系统总费用，其中费用最小者称为该状态的最优值，记为X_k，其在第k阶段的所有状态X_k＝[A₁，A₂，...，A_n]；对于第k阶段的某一状态A，A∈X_k，则状态A的最优函数值为

记C(k)为第k阶段的目标函数最小值，当D_k阶段某一状态的目标函数小于第k-1阶段最优的目标函数时，表明该状态可继续增装开关；反之，若C_k-1，k(A)≥C(k-1)，则状态A所对应的配置模式属于淘汰模式，在以后各阶段中，将去掉与该配置模式有关的方案；这样，可大量减少计算的状态数目。

其中函数序列{C_k(x_k)}，{b_k(x_k)}分别是最优值函数和最优决策函数序列的充要条件是它们满足递推方程C_k(x_k)＝Opt{b_k(x_k)+C_k+1(x_k，u_k)}在以后各阶段中，将去掉与该配置模式有关的方案；这样，可大量减少计算的状态数目。

其中函数序列分别是最优值函数和最优决策函数序列的充要条件是它们满足递推方程。

优选的，还包括加装效果的后期对比检测，用于判断区域或线路供电可靠性是否提升，并计算所减少的停电损失金额。这样对整个系统进行

本发明通过这样的技术方案，通过一整套配电网的优化配置方案，根据不同需求提供不同的开关设置方法。同时获取的开关信息能直接标注在图上重新回传到PMS系统中，使得数据即时更新。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本发明的主要工作步骤如下：

数据获取：由PMS设备运维精益管理系统中导出线路的CIM/SVG文件和台账信息，将导出的数据导入至开关规划软件。数据检查：数据在导入过程中会进行语法校验和错误检查，通过对源文件数据的每一层设备信息解析，判断设备的连接关系、拓扑点信息、主要信息有无空值等。

输入项1：可靠性参数(计算供电可靠性指标的参数)

输入项2：经济性参数(主要为开关投资费用和停电损失费用)

此时提供三种开关配置方案供选择：

(1)配置数量：手动设置断路器、熔丝、负荷开关的数量，系统通过计算得出最优安装路径。

(2)总投资费用：设置总的投资费用和开关加装的费用，系统能够计算出在此费用下的开关最优安装位置。

(3)最经济：最少的投资最大的收益的开关安装方案。

根据开关规划计算方法获取开关的具体安装位置：

如果k+1阶段某状态的总费用比k阶段最优值大，则第k+1阶段的该状态不可取。换句话说，k+1台开关设备所取得的效益原则上不能比k台的效益差。该准则可减少后续阶段状态数，因而减少了相应的组合数，进而减少计算量，提高计算效率。

每阶段的状态与前阶段的状态组成开关配置方案，任一配置方案即构成一个策略。每一策略可确定其总费用。每一状态可有多种策略，这些策略所对应不同的开关配置模式，因而对应有不同系统总费用，其中费用最小者称为该状态的最优值。

记X_k第k阶段的所有状态X_k＝[A₁，A₂，...，A_n]。对于第k阶段的某一状态A，A∈X_k，则状态A的最优函数值为

记C(k)为第k阶段的目标函数最小值。由“优胜劣汰准则”知，如果D_k阶段某一状态的目标函数小于第k-1阶段最优的目标函数，那么表明该状态可继续增装开关；反之，若C_k-1，k(A)≥C(k-1)，则状态A所对应的配置模式属于淘汰模式。在以后各阶段中，将去掉与该配置模式有关的方案。这样，可大量减少计算的状态数目。

可知：函数序列{C_k(x_k)}，{b_k(x_k)}分别是最优值函数和最优决策函数序列的充要条件是它们满足递推方程C_k(x_k)＝Opt{b_k(x_k)+C_k+1(x_k，u_k)}。

最优性准则：式(1)满足动态规划最优递推关系，故其目标函数所得到的序列即为最优决策序列，即为开关优化配置的最优解。计算中会产生同一位置配置多种类型开关设备的状态，如某一位置上同时配置了断路器、隔离开关等，显然这是一无效组合。对于无效组合不需计算，故可减少状态组合数，进而减少计算量。

停止准则：如果C(k+1)≥C(k)，则表明系统配置k台开关设备后系统已达到最优，停止开关配置。

系统的目标函数达到最小，即如果C(k+1)≥C(k)，则表明配置k台开关设备后系统已达到最优，故可停止开关配置。

当最优开关配置数目n确定后，可从第n阶段开始向前以确定每一阶段的配置位置及开关类型。由于已记录D_t阶段每一状态在D_t-1阶段的最优组合状态，因而可方便地确定上一阶段的配置位置及类型，如此继续，直到D₁阶段。

对于配置开关设备数目确定的系统，设开关数目为N，设该系统最优配置的开关数目为M，如果N＜M，那么就从第N阶段开始向前确定对应的最优配置组合；反之，如果N＞M，那么在第M阶段时停止，这样可以节省N-M台开关设备的投资以及规划年内的维护费用。

对于开关数目不确定的网络则可按前述停止准则对开关元件进行优化配置。如果某状态的最优函数值不小于上一阶段的最优目标函数值，则该状态在后续阶段不再参与计算。

最终将计算结果执行后开关加至线路上，并将开关名称定位至线路图中。系统配置一定数量开关元件后，随着开关配置的增加，投资会增加而停电损失费用的减少量会急剧减少，即系统可靠性水平越高则提高相同的可靠性需要的投资就越多。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：包括所述步骤：

步骤1：从PMS中获取配电网的基础图模数据；从PMS中导出线路的CIM/SVG文件和台账信息，

步骤2：解析并校验步骤1中导出的数据图模数据，并检查基础数据的图数一致性；

步骤3：输入可靠性参数和经济性参数；

步骤4：对配网区域或单一线路进行开关优化配置；

步骤5：配置方案选择并进行计算；

步骤6：根据输出结果设置开关加装的位置，将计算结果执行后获取的开关位置加至线路上；更新基础图模数据。

2.如权利要求1所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：步骤2中检查基础数据的图数一致性的具体方法包括进行语法校验和错误检查，通过对源文件数据的每一层设备信息解析，判断设备的连接关系、拓扑点信息、主要信息有无空值。

3.如权利要求1所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：配置时提供三种开关配置方案供选择，具体为：

(1)固定设备数量方案：手动设置断路器、熔丝、负荷开关的数量，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置；

(2)固定总投资费用方案：设置总的投资费用和开关加装的费用，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置；

(3)最经济：确保配电网使用效果的前提下投入资金最少的开关安装方案，系统计算出在此费用下的开关最优安装位置。

4.如权利要求3所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：所述步骤5中配置方案确认后对于固定设备数量方案，开关数目为N，设该系统最优配置的开关数目为M，如果N＜M，那么就从第N阶段开始向前确定对应的最优配置组合；反之，如果N＞M，那么在第M阶段时停止。

5.如权利要求1所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：所述步骤5中配置方案确认后对于开关数目不确定的网络，按停止准则对开关元件进行优化配置；设每一阶段的状态数为M(k)，k表示阶段；那么开关优化配置的动态规划算法为：

①计算初始状态的潮流及供电可靠性，令k＝1；

②计算第k阶段每一状态的目标函数C_k-1，k(A)，其中，A∈X_k，进而确定C(k)，如果C(k)≥C_L0，转步骤⑦，否则令k＝k+1，m＝0；C_L0为初始状态系统停电损失；

③k阶段的第m个状态A，设B为第k-1阶段某一状态，A∈X_k，B∈X_k-1；当以上组合无效时，令m＝m+1，若m＜M(k)，转步骤③；否则，转步骤⑤；

④算该组合对应系统的供电可靠性，进而得到第k阶段第m个状态A的最优值函数C_k-1，k(A)，并设状态B为其最佳组合(B∈X_k-1)，记录下状态B；当C_k-1，k(A)≥C(k-1)，依照优胜劣汰准则，在以后各阶段的操作中不再考虑状态A；若m＜M(k)，令m＝m+1，转步骤③；

⑤算第k阶段的最优目标函数C(k)，如果满足最优配置条件C(k)≥C(k-1)，转步骤⑥，否则令k＝k+1，m＝0，转步骤(3)；

⑥k即为开关设备最佳配置数目，从第k阶段向前以确定开关设备的最优配置位置及其类型；

⑦输出结果。

6.如权利要求5所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：所述停止准则为：如果C(k+1)≥C(k)，则表明系统配置k台开关设备后系统已达到最优，停止开关配置。

7.如权利要求5所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：所述优胜劣汰准则为每阶段的状态与前阶段的状态组成开关配置方案，任一配置方案即构成一个策略，这些策略所对应不同的开关配置模式，因而对应有不同系统总费用，其中费用最小者称为该状态的最优值，记为X_k，其在第k阶段的所有状态X_k＝[A₁，A₂，...，A_n]；对于第k阶段的某一状态A，A∈X_k，则状态A的最优函数值为

记C(k)为第k阶段的目标函数最小值，当D_k阶段某一状态的目标函数小于第k-1阶段最优的目标函数时，表明该状态可继续增装开关；反之，若C_k-1，k(A)≥C(k-1)，则状态A所对应的配置模式属于淘汰模式，在以后各阶段中，将去掉与该配置模式有关的方案；这样，可大量减少计算的状态数目。

其中函数序列{C_k(x_k)}，{b_k(x_k)}分别是最优值函数和最优决策函数序列的充要条件是它们满足递推方程C_k(x_k)＝Opt{b_k(x_k)+C_k+1(x_k，u_k)}。

8.如权利要求2-7其中任一所述的基于提升可靠性的配电网开关规划方法，其特征在于：还包括加装效果的后期对比检测，用于判断区域或线路供电可靠性是否提升，并计算所减少的停电损失金额。