CN108846553A - 基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统及方法，所述评估系统包括：数据库模块；组合结构建立模块，用于调用所述数据库模块中的数据，构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；评估模块，分别计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；组合赋权模块，用于基于所述评估模块获得的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；输出模块，用于输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。与现有技术相比，本发明具有可以协同考虑输配电网、评估结果准确可靠等优点。

Description

基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统及方法

技术领域

本发明涉及输配电网综合评估技术领域，尤其是涉及一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统及方法。

背景技术

输配电网的协调程度是电力系统安全性和经济性的重要基础。为保证各电压等级电网的充分协调，既不形成瓶颈，也不产生过大浪费，研究输配电网协调性评估方法，对提高电网间各个部分之间的协调程度具有重要意义。在我国，各电压等级的电网往往由不同层级的电网企业或供电企业规划、由不同的部门管理。各级电网应相互支援，协调优化规划，确保电网的可靠性和经济性，避免不同电压等级电网之间容量不匹配、供电能力不协调等问题。在我国全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网的大背景下，加快各级电网协调问题的研究是形势所趋。

经对现有文献进行检索，目前已有少量文献研究输配电网协调性。现有文献中，段刚、余贻鑫在《中国电机工程学报》(2002,22(4):109-113)上发表的《输配电系统综合规划和全局优化算法》通过改进的最短路径遗传算法对多个电压等级的纯开环输配电网进行综合规划；张勇军、刘瀚林、蒋金良等在《电力系统自动化》(2010,34(15):37-41)上发表的《主网与配电网协调规划的评价指标和规划方法》提出一种考虑主网与配电网协调程度的110kV变电站选址定容模型；丰颖，贠志皓，孙景文等在电力系统自动化(2016,40(12):37-44)上发表的《输配协同的配电网态势快速感知方法》从输配协同的角度，提出了一种配电网态势快速感知的方法。以上文献缺少协同考虑输配电网的评估方法，因此在输配电网协调性评估方面还值得深入研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，包括：

数据库模块；

组合结构建立模块，用于调用所述数据库模块中的数据，构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；

评估模块，分别计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；

组合赋权模块，用于基于所述评估模块获得的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；

输出模块，用于输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。

进一步地，所述数据库模块存在的数据包括电源数据、负荷数据、输电网典型结构数据和配电网典型结构数据。

进一步地，所述可靠性指标包括负荷削减概率LOLP、电量不足期望值EENS和严重性指标SI，具体表示为：

LOLP＝∑_i≠0p_i

式中，Q_i为削减负荷量，p_i为系统削减负荷值为Q_i的概率，P_max为该系统的最大负荷量，i为网架中第i个节点。

进一步地，所述经济性指标包括投资成本C₁、运行成本C₂、售电收益E_t和综合成本效益F，具体表示为：

E_t＝s_tε₁

F＝E_t-(C₁+C₂)

式中，C₁、C₂分别为投资成本和运行成本，c_ij为待选线路集中线路(i,j)的投资成本，r为贴现率，n为线路经济使用年限，Ω为输电线路集，ε₁和ε₂分别为单位电价和停电损失，τ_ijmax为年最大负荷损耗小时数，R_ij为支路(i,j)的单回线路电阻，为支路(i,j)潮流平方项的期望，s_t为销售电量。

进一步地，所述技术性指标线路平均负载率ρ、线路长度比LR和变电容量比TR，具体表示为：

LR＝L_T/L_D

TR＝S_T/S_D

式中，f_ij为线路潮流，上标max表示其额定容量，N_l为线路条数，L_T为输电网线路长度，L_D为配电网线路长度，S_T为输电网变电容量，S_D为配电网变电容量。

进一步地，所述组合赋权模块包括：

主动赋权单元，基于专家打分法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行主观赋权；

被动赋权单元，基于熵权法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行客观赋权；

综合单元，基于所述主动赋权和被动赋权获得最终各组合结构的综合评估指标。

一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估方法，包括以下步骤：

构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；

计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；

对各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；

输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明建立具有典型结构的输电网与配电网的组合结构，以典型网架结构的形式协同考虑了输电网与配电网，协调性评估结果更加可靠，且原理简单，便于实现。

2、本发明在对各组合结构进行评估时，同时计及了可靠性、经济性和技术性指标，评价更为准确可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为输电网典型网架结构图；

图3为配电网典型网架结构图；

图4为输配电网典型网架结构组合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估方法，获得了国家重点研发计划(2016YFB0900100)支持。

如图1所示，本发明提供一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，包括数据库模块1、组合结构建立模块2、评估模块3、组合赋权模块4和输出模块5。其中，数据库模块1用于存储基础数据，包括电源数据、负荷数据、输电网典型结构数据和配电网典型结构数据；组合结构建立模块2用于调用所述数据库模块中的数据，构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；评估模块3分别计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；组合赋权模块4用于基于所述评估模块获得的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；输出模块5用于输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。

评估模块3对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行评价，可以获得准确可靠的评价结构。

可靠性指标包括负荷削减概率LOLP、电量不足期望值EENS和严重性指标SI，具体表示为：

LOLP＝∑_i≠0p_i

式中，Q_i为削减负荷量，p_i为系统削减负荷值为Q_i的概率，P_max为该系统的最大负荷量，i为网架中第i个节点。LOLP表示系统在某一负荷水平下因种种原因需要削减负荷的概率。EENS表示在被研究的一段时间内由于负荷需要超过可用发电容量而引起用户停电的平均值。SI表示在尖峰负荷情况下失去全部负荷持续的时间。

经济性指标包括投资成本C₁、运行成本C₂、售电收益E_t和综合成本效益F，投资成本C₁主要包括输配电线路投资成本，运维成本C₂主要包括网损成本和失负荷费用，售电收益E_t为电网卖售电量获得的收益，综合成本效益F包括投资成本、运维成本和售电效益，具体表示为：

E_t＝s_tε₁

F＝E_t-(C₁+C₂)

式中，C₁、C₂分别为投资成本和运行成本，c_ij为待选线路集中线路(i,j)的投资成本，r为贴现率，n为线路经济使用年限，Ω为输电线路集，ε₁和ε₂分别为单位电价和停电损失，τ_ijmax为年最大负荷损耗小时数，R_ij为支路(i,j)的单回线路电阻，为支路(i,j)潮流平方项的期望，s_t为销售电量。

技术性指标线路平均负载率ρ、线路长度比LR和变电容量比TR。

线路平均负载率用于反映线路的利用率。

式中：f_ij为线路潮流，上标max表示其额定容量，N_l为线路条数。

线路长度比为输配电网线路长度比例，反映各输配电网线路长度的协调性。

LR＝L_T/L_D

式中：L_T为输电网线路长度；L_D为配电网线路长度；L_R为输配电网线路长度比值。

变电容量比为输配电网变电容量比例，反映各电压等级变(配)电容量的协调性。

TR＝S_T/S_D

式中：S_T为输电网变电容量；S_D为配电网变电容量；T_R为输配电网变电容量比值。

组合赋权模块4包括主动赋权单元41、被动赋权单元42和综合单元43，主动赋权单元41基于专家打分法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行主观赋权；被动赋权单元42基于熵权法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行客观赋权；综合单元43基于所述主动赋权和被动赋权获得最终各组合结构的综合评估指标。

熵权法进行被动赋权的具体过程为：

(1)构建评价指标的特征值矩阵。假设共有n个电网评价指标，同时有p个待评价对象，指标的特征数据矩阵可表示为：

其中，x_ij第i个评价对象第j项指标的特征值。

(2)指标特征值的非负化，将某些特征值取正，具体为：

(3)计算第j项指标下，第i个评价对象指标特征值x_ij所占的比重。

从而得到以下矩阵：

(4)计算第j项指标的熵值e_j。

(5)计算表征指标j相对重要性的熵值E_j，当所有指标p_ij相等时，熵值最大，为lnp。归一化处理后，可得：

(6)计算第j项指标的差异系数。由于指标熵值E_j越小，指标的变异程度越大，反之，指标熵值E_j越大，指标的变异程度越小。

g_j＝1-E_j,(j＝1,2,...,n)

(7)计算第j项指标的权重w_j。

主观赋权与客观赋权相结合，对主观权重与客观权重进行几何平均值处理：

其中，p_k是与w_i(k)相关联的加权系数，且满足当加权系数都相等时，上式即为简单的几何平均算法。

实施例

图2为本实施例选用的220kV输电网典型网架结构，包括链式结构(A)、辐射网(B)、单环网(C)、双并列环网(D)、双环网(E)。各典型网架结构均是以四节点为最小单元进行组网。节点包括1座500kV变电站与3座220kV变电站。

图3为本实施例选用的6种110kV配电网典型网架结构，包括结构1(a)、结构2(b)、结构3(c)、结构4(d)、结构5(e)、结构6(f)。其中结构1与结构2适用于双电源单变电站，结构3至6适用于双电源双变电站。

输配电网不同网架结构的组合，可得到如图4所示的输配电网网架结构。其组合方式如表1所示。

表1

一共可生成5×2×4×4，共160种输配电网组合。组合图示例如图4所示。

对上述160种输配电网典型网架组合进行协调性评估，对应于每种负荷削减概率等级，选出一个推荐方案，得到结果如表2所示。

表2

针对负荷削减概率要求为10^-3数量级，根据综合指标，可推荐方案1(A-a-f-f)型输配电网结构；针对负荷削减概率要求为10^-4数量级，根据综合指标，可推荐方案2(C-b-c-c)型输配电网结构；针对负荷削减概率要求为10^-5数量级，根据综合指标，可推荐方案3(C-b-e-c)型输配电网结构；针对负荷削减概率要求为10^-6数量级，根据综合指标，可推荐方案5(C-b-e-e)型输配电网结构；针对负荷削减概率要求为10^-7数量级，根据综合指标，可推荐方案5(E-b-e-e)型输配电网结构。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，包括：

数据库模块；

组合结构建立模块，用于调用所述数据库模块中的数据，构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；

评估模块，分别计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；

组合赋权模块，用于基于所述评估模块获得的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；

输出模块，用于输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。

2.根据权利要求1所述的基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，所述数据库模块存在的数据包括电源数据、负荷数据、输电网典型结构数据和配电网典型结构数据。

3.根据权利要求1所述的基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，所述可靠性指标包括负荷削减概率LOLP、电量不足期望值EENS和严重性指标SI，具体表示为：

LOLP＝∑_i≠0p_i

式中，Q_i为削减负荷量，p_i为系统削减负荷值为Q_i的概率，P_max为该系统的最大负荷量，i为网架中第i个节点。

4.根据权利要求1所述的基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，所述经济性指标包括投资成本C₁、运行成本C₂、售电收益E_t和综合成本效益F，具体表示为：

E_t＝s_tε₁

F＝E_t-(C₁+C₂)

式中，C₁、C₂分别为投资成本和运行成本，c_ij为待选线路集中线路(i,j)的投资成本，r为贴现率，n为线路经济使用年限，Ω为输电线路集，ε₁和ε₂分别为单位电价和停电损失，τ_ijmax为年最大负荷损耗小时数，R_ij为支路(i,j)的单回线路电阻，为支路(i,j)潮流平方项的期望，s_t为销售电量。

5.根据权利要求1所述的基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，所述技术性指标线路平均负载率ρ、线路长度比LR和变电容量比TR，具体表示为：

LR＝L_T/L_D

TR＝S_T/S_D

式中，f_ij为线路潮流，上标max表示其额定容量，N_l为线路条数，L_T为输电网线路长度，L_D为配电网线路长度，S_T为输电网变电容量，S_D为配电网变电容量。

6.根据权利要求1所述的基于典型网架结构的输配电网协调性评估系统，其特征在于，所述组合赋权模块包括：

主动赋权单元，基于专家打分法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行主观赋权；

被动赋权单元，基于熵权法对各组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行客观赋权；

综合单元，基于所述主动赋权和被动赋权获得最终各组合结构的综合评估指标。

7.一种基于典型网架结构的输配电网协调性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建多个具有典型结构的输电网与配电网的组合结构；

计算各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标；

对各所述组合结构的可靠性指标、经济性指标和技术性指标进行赋权计算，获得各所述组合结构的综合评估指标；

输出所述综合评估指标，并基于所述综合评估指标获得推荐组合结构。