CN109829602A - 一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法，属于配电网规划方法技术领域，包括以下步骤，S100、搜集资料；S200、划分供电区域、供电网格；S300、现状进行诊断；S400、进行用电负荷预测；S500、确定建设目标；S600、基于四步式网格链对建设目标进行分析；S700、确定中压配电网的建设方案；S800、成效分析。本发明提供的基于四步式网格链的中压配电网规划方法，能在区块链的基础上合理构建目标网架，全面提升变电站的转供转带能力，有利于实现试点区域全停全转的高可靠性。

Description

一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法

技术领域

本发明涉及配电网规划方法技术领域，尤其涉及一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法。

背景技术

随着中压配电网规模的不断扩大，针对整个供电区域的规划难度也越来越高。传统配电网规划模式主要以满足负荷近期增长需求、解决存量问题为导向进行，配电网建设容易导致网架混乱，增加其运行调度困难，降低设备运维效率。近年来，许多地市相继展开了配电网网格化研究与规划工作，并取得了一定的研究成果。

为了合理、有效的减小配电网规划的规模和复杂性，需要先将整个规划区域划分为相对独立的供电分区、网格或单元，再进行配电网网架规划。配电网网格化方法体系在现有配电网规划基础上进行扩展、细化，实现了规划的精细化，进一步提高了规划报告的编制质量和规划人员的技术水平，也提高了配电网的供电能力和供电可靠性，为以供电网格或单元承载配电网规划、设计、建设、运行和营销等多个环节的整体优化奠定了基础。

现有的配电网规划方法主要从负荷预测、变电站规划、网架优化和方案评估等几个方面展开，2018年9月18日公布的、申请号为2018101884173的中国发明申请公布了一种考虑运行灵活性的配电网规划方法，该配电网规划方法主要包括建立配电网总体规划流程、建立变电站优化规划流程和建立中压线路优化规划流程，并以规划总成本最小确定最优规划方案。该发明申请公布的技术方案旨在通过考虑运行控制手段对配电网规划的影响，采用多层优化规划技术解决配电网规划方案容量利用率低、建设成本高等问题。但是，该发明申请未对网格划分方法、供电单元内的网架拓扑结构匹配进行研究。

2018年2月27日公布的、申请号为2017109798186的中国发明申请公布了一种基于三层宏观组网约束的中压配网精准规划方法，其中，三层宏观组网约束包括通道组网、网格组网和主变组网，体现了全局组网的顶层决定性和网架的整体关联性，提升了规划方案的可操作性、科学性和精准性。但网格组网方法采用主供备枚举方式，人为因素影响较大且尚未涉及网架拓扑结构的匹配内容研究。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供的基于四步式网格链的中压配电网规划方法，包括以下步骤，

S100、搜集资料：包括指定规划区域内经济发展现状及规划资料信息，指定规划区域内配电网拓扑结构和设备基础台账信息，及指定规划区域内负荷电量数据和用户报装信息；

S200、根据步骤S100中搜集的资料对指定规划区域划分供电区域、供电网格；

S300、根据步骤S200的划分结果对指定规划区域内配电网的现状进行诊断：梳理、分析指定规划区域内中压配电网的运行指标，包括容载比、10kV配电网间隔使用信息、主变负载、线路负载及N-1通过率；

S400、根据步骤S100中搜集的资料和步骤S300的诊断结果对指定规划区域内的用电负荷进行预测，包括负荷总量预测和空间负荷预测；

S500、根据步骤S400的预测结果结合步骤S100中搜集的资料确定指定规划区域内配电网的建设目标；

S600、基于四步式网格链对步骤S500确定的建设目标进行分析；

S700、根据步骤S600的分析结果确定中压配电网的建设方案；

S800、对步骤S700确定的建设方案进行成效分析。

优选的，所述步骤S600包括以下步骤，

S610、最优供电单元划分：量化测算指定规划区域内每个供电区域、供电网格的最优主备供电源，将主备供电源相同的地块聚类归并为最优供电单元；

S620、基于链式结构对步骤S610中划分的最优供电单元进行网架拓扑匹配；

S630、根据步骤S620的网架拓扑匹配结果优化主变间的中压侧联络，增加转供主变数量；

S640、根据步骤630的优化结果对步骤S500确定的建设目标进行分析。

优选的，所述步骤S610中采用K-means聚类算法进行聚类归并，包括以下步骤，

S611、从数据对象中随机选取k个点作为各簇的初始聚类中心；

S612、计算每个数据对象到各初始聚类中心的测算距离，根据测算距离将各数据对象分配给距离最近的初始聚类中心所在的簇；

S613、对步骤S612分配后得到的簇重新计算其聚类中心；

S614、若步骤S613相对于步骤S611出现聚类中心变化的情况，则重复步骤S612，直至步骤S613中重新确定的聚类中心与步骤S611中的初始聚类中心一致。

优选的，所述步骤S611中采用冗余网格动态减少法确定初始聚类中心，包括以下步骤，

S6111、将包含所有数据对象的特征空间均匀分成m个类，m>>k，将各个区域的中心作为初始聚类中心；

S6112、根据各数据对象到初始聚类中心的测算距离就近将各数据对象分配至m个类，将各类的数据对象的数量作为该类的聚类密度；

S6113、删除密度最小的类，得到m-1个聚类中心；

S6114、若m-1>k，则令步骤S6111中的m＝m-1重新进行步骤S6112；

S6115、重复步骤S6114直至得到k个初始聚类中心。

优选的，所述步骤S620包括以下步骤，

S621、建立站间供电单元网架拓扑匹配模型，在满足主干通道连通性的条件下，各站间供电单元网架拓扑优化匹配模型的公式为公式一，

其中，表示第i个站间供电单元中第j个主干转供线路综合造价；表示对应的各站间供电单元主干线路连通性判断函数，当等于1时表示连通，当表示0时表示不连通；基于站间供电单元i中两个子供区区数确定；

S622、对步骤S621中的模型进行求解，

若两个供区的子供区数相同，则为任一供区的子供区数，

若两个供区的子供区数不同，则采用最小权匹配法或枚举法求解子供区数。

本发明提供的基于四步式网格链的中压配电网规划方法，能在基于区块链的基础上合理构建目标网架，全面提升变电站的转供转带能力，有利于实现试点区域全停全转的高可靠性。

具体实施方式

实施例一

本发明实施例一提供的一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法，包括以下步骤，

S100、搜集资料：包括指定规划区域内经济发展现状及规划资料信息，指定规划区域内配电网拓扑结构和设备基础台账信息，及指定规划区域内负荷电量数据和用户报装信息；

S200、根据步骤S100中搜集的资料对指定规划区域划分供电区域、供电网格，

供电区域划分：根据《DL/T 5729-2016配电网规划设计技术导则》，主要依据行政级别或规划水平年的负荷密度，可参考经济发达程度、用户重要程度、用电水平、GDP等因素确定，

供电网格划分：应遵循电网规模适中且供电范围相对独立的原则，结合道路、河流、山丘等明显的地理形态进行划分，与城乡控制性详细规划中的功能分区相对应；

S300、根据步骤S200的划分结果对指定规划区域内配电网的现状进行诊断：梳理、分析指定规划区域内中压配电网的运行指标，包括容载比、10kV配电网间隔使用信息、主变负载、线路负载及N-1通过率；

对于中压配电网的诊断主要从电网结构、装备水平和供电能力等方面开展分析诊断：电网结构指标包括接线模式及占比、非标准接线比例等内容；装备水平包括供电半径、分段数、绝缘化率、线路装接配变容量和设备运行年限等内容；供电能力包括线路负载率、线路N-1通过率等内容；

S400、根据步骤S100中搜集的资料和步骤S300的诊断结果对指定规划区域内的用电负荷进行预测，包括负荷总量预测和空间负荷预测；

负荷总量预测可以通过回归分析法、时间序列法、产量单耗法、电力弹性系数法和大用户加自然增长法等方法的结合进行预测；

空间负荷预测可以通过设置各地块饱和密度指标、容积率和需用系数，以及估计新、老地块不同规划年限的饱和度，可得到各地块逐年负荷值，再采用负荷曲线叠加或同时率方法可自下而上地得到逐年分区或总负荷预测结果；

S500、根据步骤S400的预测结果结合步骤S100中搜集的资料确定指定规划区域内配电网的建设目标；

建设目标包括配电网在规划期间内不同供电区应实现的总体目标，并根据总体目标提出到规划期末应达到的相关指标，阐述规划期内要解决的建设问题；

S600、基于四步式网格链对步骤S500确定的建设目标进行分析；

S700、根据步骤S600的分析结果确定中压配电网的建设方案；

依据饱和年中压目标网架，结合现状网架、变电站建设时序、用户报装和市政道路建设情况制定逐供电单元、逐年过度的建设方案，建设方案应考虑分类、分年度统计规划区域的规划项目建设规模和投资估算；

S800、对步骤S700确定的建设方案进行成效分析，

从电网技术性能指标、负荷供应能力、网架结构水平、现状问题解决程度和社会经济效益等方面进行评估，对建设方案的合理性、有效性和经济性进行分析。

上述步骤S600具体包括以下步骤，

S610、最优供电单元划分：量化测算指定规划区域内每个供电区域、供电网格的最优主备供电源，将主备供电源相同的地块聚类归并为最优供电单元；

划分应遵循配电网发展需求相对一致的原则，一般由若干个相邻的、开发程度相近、供电可靠性要求基本一致的地块或用户区块组成；

S620、基于链式结构对步骤S610中划分的最优供电单元进行网架拓扑匹配；

对每个供电单元进行上级变电站双侧联络、转供转带的链式组网，实现建设规模最为经济的全停全转网架拓扑；

S630、根据步骤S620的网架拓扑匹配结果优化主变间的中压侧联络，增加转供主变数量；

进一步优化主变间的中压侧联络，增加转供主变数量，从而提升主变安全负载率；

S640、根据步骤630的优化结果对步骤S500确定的建设目标进行分析。

上述步骤S610中采用K-means聚类算法进行聚类归并，综合考虑负荷区块至主供备电源距离大小、区块用地性质及其对供电可靠性要求情况将相似的负荷区块聚类形成最优供电单元，具体包括以下步骤，

S611、从数据对象中随机选取k个点作为各簇的初始聚类中心；

S612、计算每个数据对象到各初始聚类中心的测算距离，根据测算距离将各数据对象分配给距离最近的聚类中心所在的簇；

S613、对步骤S612分配后得到的簇重新计算其聚类中心；

S614、若步骤S613相对于步骤S611出现聚类中心发生变化的情况，则重复步骤S612，直至步骤S613中重新确定的聚类中心与步骤S611中的初始聚类中心一致。

上述步骤S611中，由于初始聚类中心的选取对最终聚类结果的影响较大，采用冗余网格动态减少法确定初始聚类中心，包括以下步骤，

S6111、将包含所有数据对象的特征空间均匀分成m个类，m>>k，将各个区域的中心作为初始聚类中心；当m足够大时，可以认为整个特征空间均有相同机会成为初始聚类中心，可以在较大程度上提高初始聚类中心的质量；

S6112、根据各数据对象到初始聚类中心的测算距离就近将各数据对象分配至m个类，将各类的数据对象的数量作为该类的聚类密度；

S6113、删除密度最小的类，得到m-1个聚类中心；

S6114、若m-1>k，则令步骤S6111中的m＝m-1重新进行步骤S6112；

S6115、重复步骤S6114直至得到k个初始聚类中心。

上述步骤S620，通过网架拓扑方法可以得到该供电单元内供电负荷、供电线路条数及其互联关系等关键信息，分别针对各站间供电网格，以主干转供路径综合造价最小为目标，将由不同变电站主供的供区进行优化匹配形成站间供电单元，具体包括以下步骤，

S621、建立站间供电单元网架拓扑匹配模型，在满足主干通道连通性的条件下，各站间供电单元网架拓扑优化匹配模型的公式为公式一，

其中，表示第i个站间供电单元中第j个主干转供线路综合造价；表示对应的各站间供电单元主干线路连通性判断函数，当等于1时表示连通，当表示0时表示不连通；基于站间供电单元i中两个子供区区数确定；

S622、对步骤S621中的模型进行求解，

若两个供区的子供区数相同，则为任一供区的子供区数；

若两个供区的子供区数不同，则采用以下两种处理方式，

1、对子供区数较小的供区，可调整负荷临界值P_cr的大小重新划分子供区，以使得两供区的子供区数相同，

2、将设置为较小的那个子供区数，先采用模型进行优化匹配，然后在匹配结果中将还没有配对的子供区就近并入相邻的供电单元，可采用最小权匹配法或枚举法求解子供区数。

上述步骤S630中，具体包括以下三种情况：

1、若主变间只连1回，主变安全负载率最高，但与每一主变发生联络的主变数较多，接线复杂，而且对于负荷密度较低的区域或电网发展过渡期间，单主变和两主变站较多，变电站较为分散，难以按两主变间只连1回组网；

2、若主变间连2回，较大容量主变的最大安全负载率为85.7％～88.9％，接近三主变站安全负载率87％；

3、若变间连3回或4回，主变最大安全负载率偏低，低于相关导则中三主变站安全负载率87％的规定，主变设备利用率不高。

基于成片组网原则，间隔调配优化各主变间的联络馈线条数或联络结构，在兼顾接线简洁的基础上实现设备利用率的全面优化。经过大量调研、计算和分析，异站主变间以仅连2回为主的方式组网，对于因通道紧张而出线困难的情况，也可连1回来提高主变设备利用率。

可以理解的是，上述记载的最小权匹配法、枚举法采用现有的计算方法。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (5)

1.一种基于四步式网格链的中压配电网规划方法，其特征在于，包括以下步骤，S100、搜集资料：包括指定规划区域内经济发展现状及规划资料信息，指定规划区域内配电网拓扑结构和设备基础台账信息，及指定规划区域内负荷电量数据和用户报装信息；

S200、根据步骤S100中搜集的资料对指定规划区域划分供电区域、供电网格；

S300、根据步骤S200的划分结果对指定规划区域内配电网的现状进行诊断：梳理、分析指定规划区域内中压配电网的运行指标，包括容载比、10kV配电网间隔使用信息、主变负载、线路负载及N-1通过率；

S400、根据步骤S100中搜集的资料和步骤S300的诊断结果对指定规划区域内的用电负荷进行预测，包括负荷总量预测和空间负荷预测；

S500、根据步骤S400的预测结果结合步骤S100中搜集的资料确定指定规划区域内配电网的建设目标；

S600、基于四步式网格链对步骤S500确定的建设目标进行分析；

S700、根据步骤S600的分析结果确定中压配电网的建设方案；

S800、对步骤S700确定的建设方案进行成效分析。

2.根据权利要求1所述的中压配电网规划方法，其特征在于，所述步骤S600包括以下步骤，

S610、最优供电单元划分：量化测算指定规划区域内每个供电区域、供电网格的最优主备供电源，将主备供电源相同的地块聚类归并为最优供电单元；

S620、基于链式结构对步骤S610中划分的最优供电单元进行网架拓扑匹配；

S630、根据步骤S620的网架拓扑匹配结果优化主变间的中压侧联络，增加转供主变数量；

S640、根据步骤630的优化结果对步骤S500确定的建设目标进行分析。

3.根据权利要求2所述的中压配电网规划方法，其特征在于，所述步骤S610中采用K-means聚类算法进行聚类归并，包括以下步骤，

S611、从数据对象中随机选取k个点作为各簇的初始聚类中心；

S612、计算每个数据对象到各初始聚类中心的测算距离，根据测算距离将各数据对象分配给距离最近的初始聚类中心所在的簇；

S613、对步骤S612分配后得到的簇重新计算其聚类中心；

S614、若步骤S613相对于步骤S611出现聚类中心变化的情况，则重复步骤S612，直至步骤S613中重新确定的聚类中心与步骤S611中的初始聚类中心一致。

4.根据权利要求3所述的中压配电网规划方法，其特征在于，所述步骤S611中采用冗余网格动态减少法确定初始聚类中心，包括以下步骤，

S6111、将包含所有数据对象的特征空间均匀分成m个类，m>>k，将各个区域的中心作为初始聚类中心；

S6112、根据各数据对象到初始聚类中心的测算距离就近将各数据对象分配至m个类，将各类的数据对象的数量作为该类的聚类密度；

S6113、删除密度最小的类，得到m-1个聚类中心；

S6114、若m-1>k，则令步骤S6111中的m＝m-1重新进行步骤S6112；

S6115、重复步骤S6114直至得到k个初始聚类中心。

5.根据权利要求2所述的中压配电网规划方法，其特征在于，所述步骤S620包括以下步骤，

S621、建立站间供电单元网架拓扑匹配模型，在满足主干通道连通性的条件下，各站间供电单元网架拓扑优化匹配模型的公式为公式一，

其中，表示第i个站间供电单元中第j个主干转供线路综合造价；表示对应的各站间供电单元主干线路连通性判断函数，当等于1时表示连通，当表示0时表示不连通；基于站间供电单元i中两个子供区区数确定；

S622、对步骤S621中的模型进行求解，

若两个供区的子供区数相同，则为任一供区的子供区数，

若两个供区的子供区数不同，则采用最小权匹配法或枚举法求解子供区数。