CN110188972B - 一种10kV配电网非专线客户接入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种10kV配电网非专线客户接入方法，属于配电网技术领域。该方法包括以下步骤：S1：基于大数据的电网规划数据的自动化收资与全过程管理分析；S2：配电网规划网架的数据规划模拟分析；S3：配电网规划发展过程动态可视化；S4：电网数据计算预处理；S5：配电网潮流计算。本发明改变了传统客户接入业务的工作模式，将图形化、信息化完整的贯穿到实际业务中。研究从电网收资、现状电网分析、非专线客户接入方案编制、接入方案量化分析等一系列工作通过系统实现辅助决策和管理。
Description
技术领域
本发明属于配电网技术领域，涉及一种10kV配电网非专线客户接入方法。
背景技术
10kV配电网非专线客户电气设备接入时，主要依靠营销、生产、基建相关人员的人工处理，但由于所处的角度不同，依赖的标准也不一样、联系不紧密，可能会出现接入方式不合理，与检修技改及基建项目冲突，甚至违反规定的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种10kV配电网非专线客户接入方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种10kV配电网非专线客户接入方法，该方法包括以下步骤：
S1：基于大数据的电网规划数据的自动化收资与全过程管理分析；
S2：配电网规划网架的数据规划模拟分析；
S3：配电网规划发展过程动态可视化；
S4：电网数据计算预处理；
S5：配电网潮流计算。
进一步，所述步骤S1具体为：
首先使用建立电网状态断面的定义，电网模型的修改历史过程从初始状态断面1开始，每次对电网模型的修改都被记录在一个状态断面中，依次为状态断面 2,3,…,n-3,n-2,n-1,n,n+1,n+2；电网模型的修改是采用增量记录的形式保存在电网模型数据表中；
基于电网模型数据库的版本化存储和加载优化方法进行设计，实现快速版本化的电网模型数据；
定义配电管理系统与电网GIS平台集成接口，空间信息服务，获取标准的ECIM数据，将电力网络模型与设备参数数据整合贯通，实现模型的完整性传输；
基于数据模型交换标准，提供将标准ECIM拓扑模型转化为系统内部模型的方式，以及将系统内部模型转化为标准CIM模型的功能；通过两种转化方式，实现电网GIS平台提供的电力模型数据，获取配电模型信息，并导入到本地系统中；同时将本地规划模型以算例为单位，使用CIM方式导出、提交给计算服务，作为计算依据；
通过自动化方式获取数据，规划系统定期自动或人工启动获取网架数据作为现状断面，经过自动化简、美化、人工确认和数据二次定义形成面向非专线客户接入业务的现状电网数据库；
通过数据平台定期采集所需的基础数据，经过分析处理自动形成全年最大、最小以及一年四季的平日、周末和节假日典型日运行方式下的配变日负荷曲线、潮流和负荷分布，作为配电网非专线客户接入业务应用的基础数据；
基于电网拓扑、设备参数和潮流计算的计算结果，对现状电网进行综合指标、装备水平和设备运行状况的多维度综合统计和指标计算；
通过分析导线截面分布、供电半径偏长、分段联络不足、转供能力不够常见薄弱环节，实现区县-地市-全省的向上汇总分析和向下逐级钻取；
供电半径分析中根据电网网架结构，计算中压馈线从电源点即变电站出口，到其供电的最远负荷点之间的线路长度，由于供电半径对应的是线路长度而非直线距离，需要通过在网架中供电路径遍历检索最远负荷获得线路供电半径结果；
接线模式识别参考规范中关于架空线和电缆线路中供电模式的典型定义，通过计算识别线路分段、联络情况，以及联络开关所起到的作用，结合联络线路之间的关系，判别线路接线模式，于此同时完成分段、联络计算；并以此为依据根据线路所属供电分区类型，判断是否满足典型接线模式，作为问题识别创建条件；
通过电气N-1计算结果，判断每条线路是否满足N-1，并对系统N-1通过率进行统计，并以此为作为线路问题识别创建的依据；
根据系统中管理的架空线、电缆线导线型号，判断并统计全网和每条线路中线路总长度、电缆线线路长度、架空线线路长度、架空线路中绝缘线长度，计算全网或每条线路的电缆化率、架空线绝缘化率，为线路改造提供依据；另外，通过各导线型号，识别导线截面面积，分类统计全网导线截面分布，辅助判断是否存在线径不足情况，并能依次为以及判断改造电网相对现状电网对网络承载能力的提升；
根据历史负荷数据，通过人工指定典型时刻、识别历史全网最大时刻的方式获取网架运行方式断面，以该断面中各配变有功、无功和负载率参数作为潮流计算依据，计算获得系统潮流计算结果；以此分析网络中节点、负荷潮流分布、电压和相角值基础结果；根据线路注入潮流、负荷潮流计算线路负载率、配变负载率，用于分析展示全网负载率偏高、偏低负荷、线路的分布情况。
进一步，所述步骤S2具体为：
在整体设计基于地理信息基础上，采用面向非专线客户接入业务的数据管理和图形展示方式，辅助营销、基建业务人员完成设计工作。
进一步，所述步骤S3具体为：
非专线客户接入方案可视化模拟编制技术是通过结合地理信息可视化技术与规划信息化技术形成的综合性可视化技术；面向GIS的可视化图模管理技术包括背景地图支持、电力资源图形化管理技术、设备查询统计技术、基于空间的额资源统计分析技术、图形化拓扑模型管理技术和自动成图技术；面向规划业务信息化包括数据导入及修复技术、业务参数完整性校验技术、辅助制图技术；
为实现面向多业务口应用的网络协同，规划客户端采用C/S模式，为多客户端的协同工作提供了完整的架构基础；同时基于账号和授权管理的底层管理功能支持，以及在数据层面，面向多用户的并发加载电网图模数据和设备级并发编辑的支持，能够使软件很好的实现多用户协同编辑功能；
客户端在对服务器的计算请求过程中，需要增量提交非专线客户接入方案的模型数据，在服务端形成计算模型；使用增量机制只在必要时同步计算所需部分中新增、修改和删除的模型信息，降低模型数据量、减少通信量、提高系统性能。
进一步，所述步骤S4具体为：
S41：设备属性校验；
S42：网络连通性分析；
S43：网络连接分析。
进一步，所述步骤S5具体为：
配电网潮流计算基本原理
电力系统计算的标幺制
标幺值的定义：
配电网通常处理10kV的网络，选取：Ud＝Uav≈UN＝10kV，Sd＝100MVA
作为计算的基准值；
由此推出其它两项的基准值：
辐射型配电网前推回代基本原理
(1)前推计算
设节点i的电压为Vi，功率为Pi+jQi，节点j的电压为Vj，功率Pj+jQj
功率损耗计算公式为：
节点j折算到节点i的功率值为：
Pj+jQj+ΔSij
(2)回代计算
和前推类似，回代是用节点的功率值求取一条支路的电压损耗，电压损耗忽略垂直分量δV；
(3)收敛判据
用前后代的电压幅值差作为收敛判据；
max|Vi k+1-Vi k|＜ε (3)
环形网络配电网潮流计算基本原理
1.节点电压方程
一个3节点的简单两端供电弱环网，其中节点3和节点4为电源点；y1，y2，y3为支路导纳，
为支路电流；
根据基尔霍夫第一定律，每个节点的流入电流之和为0，列出节点电流方程如下：
以节点电压V为变量，以支路电流为因变量i，经过整理得：
节点电压方程反映各节点和注入功率或电流的关系；
将为0的导纳值补齐，得节点电压方程的标准表达式：
显然，其中的导纳值等于以下的算式：
以上为节点的自导纳；
以上为节点的互导纳；
导纳统一表示成：
Yij＝Gij+jBij
2.节点导纳矩阵
由上面的节点电压方程的推导，得到节点的导纳矩阵为以下形式：
节点导纳矩阵具有以下特点：
(1)因为配电网不存在移相器，所以导纳矩阵为对称矩阵；
(2)即使考虑大规模分布式电源的接入，负荷节点数还是远远大于电源节点数，也就是说10kV配电网还是大体保留有辐射状特征，节点之间的关联度不高，导纳矩阵一定是一个比高压输电网还要稀疏的矩阵；
(3)阶数等于网络节点数；
(4)各对角元，即各节点的自导纳，等于相应节点所连支路的导纳之和；
(5)各行非对角元中非零元个数等于对应节点所连的支路数；非对角元素Yij等于节点 i与j之间的支路导纳负值；
3.潮流计算方程
从节点电压方程中看出，如果已知各个节点的注入电流，里面潮流计算将是一个线性方程，求解将会非常容易，直接得到解析解；但在实践中，计算系统的潮流分布时，已知的既不是节点电压，也不是注入电流，而是功率，也就是各节点的注入功率，以
代入公式中，节点电压方程就变成了非线性方程组；
将节点电流用功率代入后，将会得到如下的潮流计算方程式：
用两种方式来表示潮流计算方程形式：
(1)直角坐标形式
(2)极坐标形式
潮流方程列出后，剩下的就是如何求解这个非线性方程组；
在计算时，将节点划分为平衡节点、PQ节点、PV节点、PI节点、PQ(V)五类；在10kV配电网中，节点类型选取基于以下规则：
(1)平衡节点：将馈线首端的节点作为平衡节点，如果有两条及以上联络馈线，需要选取裕度最大的馈线电源点作为平衡节点，或任意选取其中的一个作为平衡节点；
(2)PQ节点：负荷点全部为PQ节点；在进行简易计算时，分布式电源视为“负的负荷”；
(3)PV节点；使用旋转设备拖动装置发电采用同步发电机，通过电压控制逆变器接入电网的分布式电源，将其作为PV节点；
(4)PI节点；在使用电流逆变器接入电网的小型分布式电源，其有功和电流恒定，相应的无功功率由前次迭代的电压、电流和有功求出；
(5)PQ(V)；异步发电机靠网络提供的无功功率来建立磁场；
PV节点、PI节点向PQ节点的转化是有条件的，在迭代次数小于5次时，即使判断无功越限，也要继续迭代，不需要进行转换，只有大于5次后，才转化成PQ节点问题；
牛顿法潮流计算总体流程
雅可比矩阵元素计算公式：
功率不平衡量的计算公式：
节点优化编号有三种方式：静态优化编号、半动态优化编号、动态优化编号；
形成雅可比矩阵
如果考虑子阵，雅可比矩阵具有和导纳矩阵相同的结构，雅可比矩阵为由2×2阶子阵
所组成，在对雅可比元素进行存储时，先要确定子阵
在导纳矩阵中的位置；
按顺序存储就是把非对角元素以行为单位，从第一行开始，把其中的非0元素全部按顺序存到数组中，一行存完后，再存第二行，一行一行地按顺序存储，直到全部非零元素存储完毕，在存储时要把其对应的列号加入，以便查找该元素；
对角元素的存储，做一个数组DD[]用来专门存储对角元素，那么这个数组将为[7,6,4,5,2,1]，对角元素检索按行检索；
做一个数组UX[]用来专门存储导纳矩阵的上三角非对角元素，UJ[]存储上三角元素列号， UD[]存储上三角元素在行中对应的首地址；LX[]用来存储导纳矩阵的下三角非对角元素，LJ[] 存储下三角元素的列号，LD[]存储下三角元素在行中对应的首地址；
导纳矩阵是对称阵，但雅可比矩阵是非对称阵，用两个数组来分别存储更加方便检索，也便于程序的复用，用两个矩阵来存储导纳矩阵；
元素13在上三角矩阵第2行的第一个元素，它在排在数组UX[]中第3，那么第2行的首地址就是3；
在对这个元素进行检索时也将会比较方便；如果要想取第1行的全部元素，先计算本行元素的个数，第2行的首地址-第1行首地址＝2，然后从UX[]中循环取2列元素，第一个元素14，列为3，第二个元素为16，列为4；
形成每个非对角元素的首地址以及每一个元素所在列后，为更加方便检索，以支路为单位进行存储，当处理一条支路的时候，分别取其首末端节点，节点号小的排在上三角，节点号大的排在下三角；通过这个首末端的节点号检索到节点分别在上三角和下三角的位置；
形成节点雅可比矩阵的过程如下：
(1)循环读取电气岛内支路，统计每个节点所连的支路数，节点的度，决定该节点对应的行在互导纳中非0元素的个数，统计上三角和下三角元素的总的个数；
(2)根据每行的非0元素的个数，确定每行的第一个元素的首地址，也就是在上或下三角顺序表中的位置；
(3)利用每一行的首地址，确定本行中其它非0上或下三角的位置；也就是所在的列；
(4)根据首地址和所在的列，计算每条支路的在上三角和下三角中的位置，便于下一步计算雅可比矩阵元素；
(5)对雅可比矩阵的N、L、J、H项进行初始化，并计算节点的功率注入；此处的N、 L、J、H均为累加量，是其它相关节点的累加值；
(6)循环每个支路，求取所连的两个节点的导纳值，将该导纳值累加到自导纳中，根据步骤(5)中确定的列的位置，计算互导纳并累加到该列的互导纳中；根据节点的上一次迭代形成的电压值，计算节点的功率不平衡量；循环完毕后，即得到雅可比矩阵的修正方程式；
计算结果分析。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明改变了传统客户接入业务的工作模式，将图形化、信息化完整的贯穿到实际业务中。研究从电网收资、现状电网分析、非专线客户接入方案编制、接入方案量化分析等一系列工作通过系统实现辅助决策和管理。
(2)在支撑技术层面研发了面向非专线客户接入业务，支持大规模配电网设备管理应用的配电网信息处理技术，实现了电网GIS系统、生产系统自动化、半自动化收资，解决“信息孤岛”问题；研究支持信息和多维应用的动态可视化技术，开发新一代基于网拓扑、运行方式及实时运行非专线客户接入方案模拟优选系统。
(3)本发明能够很好地衔接配电系统的基础设备数据及负荷运行数据，在优化配电网非专线客户接入方式的同时，可大大减轻各业务口人员的工作量，规避违规接线、项目冲突等问题，对公司信息化管理、精益化管理有着重要促进意义。
(4)提出以电网GIS网架拓扑为核心的电网大数据自动化收资技术，基于电网GIS平台同步电网GIS网架数据及设备台账数据，面向配电网非专线客户接入业务进行电网拓扑、设备参数的化简，保留站、线、变、主要开关等关键设备，构建能够支撑规划收资、诊断及规划编制业务的精简数据模型；基于海量准实时数据平台获取调度与计量的历史运行数据，自动通过关联映射表、大数据匹配实现与电网模型中的设备进行匹配、融合，实现配电网基础数据自动化收资。
(5)基于面向电网资源的版本化存储和管理技术的专利技术，实现了对不同年度同一客户不同接入方案的规划网架图层、指标分析数据的版本化管理，支撑非专线客户接入方案的电网结构合理化、指标改善程度对比和优选。
(6)基于简化处理后的电网GIS拓扑及可视化的图形操作界面，采用图模一体化技术，实现电网GIS拓扑上直接进行规划线路建模，在构建电网图形的同时，建立新建/改造设备与原始GIS网架的拓扑关系，支持设备关键参数的维护，形成的规划网架可支持电气计算分析和工程量统计，为客户接入方案编制工作提供可视化支撑。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明系统框图；
图2为电网模型处理示意图；
图3为电网模型版本化示意图；
图4为数据模型交换标准；
图5为分析服务访问示意图；
图6为广度优先算法示意图；
图7为深度搜索示意图；
图8为配电网孤岛-环网示意图；
图9为电网10kV配电网示意图；
图10为母线-支路模型；
图11为前推回代基本原理图；
图12为潮流计算基本原理图；
图13为分层优化编号示意图；
图14为前推回代潮流计算示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
请参阅图1～图14，为本发明关键技术。
1基于大数据的电网规划数据的自动化收资与全过程管理关键技术研究
基于海南电网GIS平台和海南电网数据中心等系统，研究海南电网规划核心数据自动化收资管理关键技术，建设电网规划数据管理模型，实现基础数据自动化或半自动化采集、存储和数据再定义，实现基础数据的智能统计分析，为海南电网规划提供数据，对配电网规划过程和成果数据实行版本化的全过程管理。
研究基于版本化的电气网络图模管理技术，其核心是实现对存储于通用关系数据库中的版本化电网模型数据进行有效管理，并能够快速加载的方法。在该方法中，首先使用建立电网状态断面的定义，电网模型的修改历史过程从初始状态断面1开始，每次对电网模型的修改都被记录在一个状态断面中，依次为状态断面2、3。。。n-3、n-2、n-1、n、n+1、n+2。例如在状态断面n-1的基础上，电网模型修改集合n就保存在状态断面n中。电网模型的修改是采用增量记录的形式保存在电网模型数据表中。
基于电网模型数据库的版本化存储和加载优化方法进行设计的，研究基于预先生成的基线主键记录集和动态生成的增量主键记录集结合的方法，实现快速版本化的电网模型数据。使用该机制，系统可以保存所有电网版本断面的完整数据，保证每个版本的网络拓扑、设备参数和相关属性都是通过历史版本链增量新建、修改、删除获得的和可追溯的，如图3所示。
通过电网图模的版本化管理，软件能够实现非专线客户多方案管理方式。通过系统底层的版本化数据管理，程序能够实现不同方案间的网架对比，电气计算结果对比等功能。
2.基于南网公司统一电网信息模型的数据转换技术
项目中参考南网公司统一电网信息模型(ECIM)标准，研究定义了配电管理系统与电网 GIS平台集成接口，空间信息服务，获取标准的ECIM数据，将电力网络模型与设备参数数据整合贯通，实现模型的完整性传输。
基于该标准，本系统提供了将标准ECIM拓扑模型转化为系统内部模型的方式，以及将系统内部模型转化为标准CIM模型的功能。通过两种转化方式，本系统可以接入南方电网公司GIS平台提供的电力模型数据，获取配电模型信息，并导入到本地系统中；同时可以将本地规划模型以算例为单位，使用CIM方式导出、提交给计算服务，作为计算依据。
3.面向配电网网架与运行数据自动收资技术
目前电网GIS平台建设已经完成，中压电网数据录入工作也已经完成第一轮录入，数据质量提升工作逐步开展，数据可用性正在提高。非专线客户接入方式分析系统通过自动化方式获取数据已经具备了应用条件，支持省级规模的工程化应用。规划系统定期自动或人工启动获取网架数据作为现状断面，经过自动化简、美化、人工确认和数据二次定义形成面向非专线客户接入业务的现状电网数据库。
另一方面，随着海量准实时数据平台的逐步建成，电网SCADA、配变运行、用采电量等数据将不断填充，并平台中进行维护。规划系统通过数据平台定期采集所需的基础数据，经过分析处理自动形成全年最大、最小以及一年四季的平日、周末和节假日典型日运行方式下的配变日负荷曲线、潮流和负荷分布，作为配电网非专线客户接入业务应用的基础数据。
4.基于电网基础数据的统计分析相关技术
基于电网拓扑、设备参数和潮流计算等计算结果，对现状电网进行综合指标、装备水平、设备运行状况等多维度综合统计和指标计算。
通过分析导线截面分布、供电半径偏长、分段联络不足、转供能力不够等常见薄弱环节，实现区县-地市-全省的向上汇总分析和向下逐级钻取。
供电半径分析中根据电网网架结构，计算中压馈线从电源点即变电站出口，到其供电的最远负荷点之间的线路长度，由于供电半径对应的是线路长度而非直线距离，因此需要通过在网架中供电路径遍历检索最远负荷获得线路供电半径结果。
接线模式识别参考规范中关于架空线和电缆线路中供电模式的典型定义，通过计算识别线路分段、联络情况，以及联络开关所起到的作用，结合联络线路之间的关系，判别线路接线模式，于此同时完成分段、联络计算。并以此为依据根据线路所属供电分区类型，判断是否满足典型接线模式，作为问题识别创建条件。
通过电气N-1计算结果，判断每条线路是否满足N-1，并对系统N-1通过率进行统计。并以此为作为线路问题识别创建的依据。
根据系统中管理的架空线、电缆线导线型号，判断并统计全网和每条线路中线路总长度、电缆线线路长度、架空线线路长度、架空线路中绝缘线长度，计算全网或每条线路的电缆化率、架空线绝缘化率，为线路改造提供依据。另外，通过各导线型号，识别导线截面面积，分类统计全网导线截面分布，辅助判断是否存在线径不足情况，并能依次为以及判断改造电网相对现状电网对网络承载能力的提升。
根据历史负荷数据，通过人工指定典型时刻、识别历史全网最大时刻等方式获取网架运行方式断面，以该断面中各配变有功、无功、负载率等参数作为潮流计算依据，计算获得系统潮流计算结果。以此分析网络中节点、负荷潮流分布、电压、相角值等基础结果。根据线路注入潮流、负荷潮流计算线路负载率、配变负载率，用于分析展示全网负载率偏高、偏低负荷、线路的分布情况。
5.配电网规划网架的数据规划模拟分析技术研究
结合GIS及图模数一体化的非专线客户接入方案可视化模拟编制技术
在项目的研究设计开发过程中，充分考虑到可视化对非专线客户接入方案编制设计的重要性，在整体设计基于地理信息基础上，采用面向非专线客户接入业务的数据管理和图形展示方式，辅助营销、基建业务人员完成设计工作。
例如提供基于GIS的图形的可视化拓扑维护功能，通过图形的方式建立或者修改拓扑连接。对于架空线段、电缆与开关、站所等数据量最大的拓扑关系维护，避免了传统的采用列表方式。面向站内设备，采用站所展开显示和编辑方式，便于规划设计人员直观便捷的对站内出现情况、空闲间隔进行查看和编辑，减少站内图打开等操作。
非专线客户接入方案可视化模拟编制技术是通过结合地理信息可视化(GIS可视化)技术与规划信息化技术形成的综合性可视化技术。面向GIS的可视化图模管理技术包括背景地图支持、电力资源图形化管理技术、设备查询统计技术、基于空间的额资源统计分析技术、图形化拓扑模型管理技术、自动成图技术等；面向规划业务信息化包括数据导入及修复技术、业务参数完整性校验技术、辅助制图技术等。
6.基于网络协同的规划编辑和分析计算
项目为实现面向多业务口应用的网络协同，规划客户端采用C/S模式，为多客户端的协同工作提供了完整的架构基础。同时基于账号、授权管理等的底层管理功能支持，以及在数据层面，面向多用户的并发加载电网图模数据和设备级并发编辑的支持，能够使软件很好的实现多用户协同编辑功能。
在软件的电气计算部分，采用了基于计算分析服务器的方式完成。通过该方式进行规划计算，不仅可以有效地利用服务器的计算性能，增加计算过程的稳定性，同时可以减小对客户端计算机的性能压力，降低客户端配置要求。
客户端在对服务器的计算请求过程中，需要增量提交非专线客户接入方案的模型数据，在服务端形成计算模型。使用增量机制只在必要时同步计算所需部分中新增、修改和删除的模型信息，降低模型数据量、减少通信量、提高系统性能。
7.电网数据计算预处理技术研究
本想技术研究主要为计算分析服务平滑运行提供必要条件。
有必要说明计算数据预处理和电力系统状态估计的区别。很多数据本身就是预测或者规划人员设定，计算时只需要考虑相对的正确性和大体趋势。
对网络参数的数据质量有较高要求，因为这些参数涉及到造价、可靠性指标、N-1等计算与分析。计算数据预处理主要包括电网设备和参数的识别、网络拓扑分析与检查、计算数据校验等方面。
8.设备属性校验
设备属性的基本要求主要包括以下五部分内容：
1.关键信息不能缺失。如导线型号、长度，变压器(电抗器、电容器)类型、容量，开关性质(是否常开)等；
2.数据类型正确。如导线长度为数值类型，导线型号为字符类型等；
3.数据在合理范围内。如单条线路内线路段长度累加不能超过馈线的总长度；
4.数据在合理的序列内。如变压器容量序列、导线截面序列等；
5.时间标识。所有的输入、输出数据都需要有时间标识。
9.孤岛
当某个设备处于无电源点供电的情况时，拓扑分析程序判定其为孤岛状态，将不参与电气计算，可能会造成计算结果不够精确，比如连接8号节点的配变。需要用户判断孤岛是否需要连通电源点。
10.环网
目前程序不支持合环计算，当两条联络线路的联络开关闭合时，拓扑分析程序判定其为环网状态，会导致无法计算，比如a联络开关，处于闭合状态，拓扑分析程序检测出环网，需要用户判断联络处并进行消除。
11.网络连接分析
12.配电网潮流计算方法研究
潮流计算属于基础计算，对于规划计算而言，用潮流计算结果来分析电网发展趋势和进行方案对比，依然是非常有效的途径。适用于辐射型网络的前推回代法因为计算简单，收敛可靠，在10kV配电网潮流计算中广泛使用。近年来，配电网开始接入分布式电源，加上转供操作需要短时环网运行，在这两种情况下进行潮流计算时，前推回代法遇到了困难；因为 R/X过大，常规用于输电网的PQ分解法基本不能使用，牛顿法成为解决环网潮流计算的有效方法。本章介绍前推回代法和牛顿法这两种潮流计算方法。
13.配电网潮流计算基本原理
电力系统计算的标幺制
标幺值的定义：
配电网通常处理10kV的网络，选取：Sd＝100MVA，Ud＝Uav≈UN＝10kV
作为计算的基准值。
由此可以推出其它两项的基准值：
标幺值的优势很明显
但问题似乎并没有那么简单，事实上，中压配电网的电压等级不仅仅是10kV，还包括 20kV，6kV的网络。即使是10kV配电网，也存在跨电压等级的问题，如配电网变压器的量测一般在低压侧，这就涉及到400/380量测值的标幺值归算。
14.辐射型配电网前推回代基本原理
1.计算公式
2.计算公式
(1)前推计算
设节点i的电压为Vi，功率为Pi+jQi，节点j的电压为Vj，功率Pj+jQj
功率损耗计算公式为：
节点j折算到节点i的功率值为：
Pj+jQj+ΔSij
(2)回代计算
和前推类似，回代是用节点的功率值求取一条支路的电压损耗，电压损耗一般忽略垂直分量δV。
(3)收敛判据
一般用前后代的电压幅值差作为收敛判据。
max|Vi k+1-Vi k|＜ε (3)
前推回代法虽然有上述优点，但事物总是在矛盾发展着。
15.环形网络配电网潮流计算基本原理
1.节点电压方程
为讨论方便，进行简单改造，变成一个3节点的简单两端供电弱环网。其中节点3和节点4为电源点。y1，y2，y3为支路导纳，
为支路电流。
根据基尔霍夫第一定律，每个节点的流入电流之和为0，可以列出节点电流方程如下：
以节点电压V为变量，以支路电流为因变量i，经过整理可得：
节点电压方程反映了各节点和注入功率(电流)的关系，本例中只有节点3和节点4有功率注入，其余节点都是0注入。
将为0的导纳值补齐，可得节点电压方程的标准表达式：
显然，其中的导纳值等于以下的算式：
以上为节点的自导纳。
以上为节点的互导纳。
导纳可以统一表示成：
Yij＝Gij+jBij
2.节点导纳矩阵
由上面的节点电压方程的推导，可以得到节点的导纳矩阵为以下形式：
节点导纳矩阵具有以下特点：
(1)因为配电网不存在移相器，所以导纳矩阵为对称矩阵；
(2)即使考虑大规模分布式电源的接入，负荷节点数还是远远大于电源节点数，也就是说10kV配电网还是大体保留有辐射状特征，节点之间的关联度不高，所以导纳矩阵一定是一个比高压输电网还要稀疏的矩阵；
(3)阶数等于网络节点数；
(4)各对角元，即各节点的自导纳，等于相应节点所连支路的导纳之和；
(5)各行非对角元中非零元个数等于对应节点所连的支路数；非对角元素Yij等于节点 i与j之间的支路导纳负值。
3.潮流计算方程
从节点电压方程中可以看出，如果已知各个节点的注入电流，里面潮流计算将是一个线性方程，求解将会非常容易，可以直接得到解析解。但在实践中，计算系统的潮流分布时，已知的既不是节点电压，也不是注入电流，而是功率，也就是各节点的注入功率，如以
代入公式中，节点电压方程就变成了非线性方程组。
将节点电流用功率代入后，将会得到如下的潮流计算方程式：
可以用两种方式来表示潮流计算方程形式：
(1)直角坐标形式
(2)极坐标形式
潮流方程列出后，剩下的就是如何求解这个非线性方程组。有关计算过程将在后面详细介绍。
在计算时，将节点划分为平衡节点、PQ节点、PV节点、PI节点、PQ(V)等五类。在10kV配电网中，节点类型选取基于以下规则：
(1)平衡节点：一般将馈线首端的节点作为平衡节点(如果有两条及以上联络馈线，需要选取裕度最大的馈线电源点作为平衡节点，也可以任意选取其中的一个作为平衡节点)；
(2)PQ节点：负荷点全部为PQ节点。在进行简易计算时，分布式电源可简单视为“负的负荷”，比如风力发电机为异步电机，可以简单认为其P和Q为负的定值。根据空气密度、风速、风力发电机的扫描面积、风能利用系数可以大体得出其恒定有功功率P，根据功率因素，可以求出恒定的Q。
(3)PV节点。使用旋转设备拖动装置发电(如小型燃气机等)一般采用同步发电机，通过电压控制逆变器接入电网的分布式电源，可以将其作为PV节点；
(4)PI节点。在使用电流逆变器接入电网的小型分布式电源，其有功和电流恒定，相应的无功功率由前次迭代的电压、电流和有功求出；
(5)PQ(V)。异步发电机靠网络提供的无功功率来建立磁场，它没有电压调节的能力，通常做法是在风力发电机组处安装并联电容器，有电容器组提供补偿无功，其出力大小与电压有关。每次迭代后根据修正后的电压幅值计算异步发电机吸收的无功功率和功率因素，在根据节点的功率因素计算需要投切的电容器组数和补偿的无功功率。发电机吸收的无功功率与电容器组的发出无功功率的差值即为节点的总的Q。
从上面的分析中可以看出，传统的配电网只有(1)、(2)两种类型的节点，(3)、(4)、(5)都是分布式电源接入后需要精确建模时出现的。在计算潮流时，(3)、(4)还有可能涉及到功率越限的问题，也就是PV节点、PI节点向PQ节点转化。PV节点、PI节点向PQ节点的转化是有条件的，一般在迭代次数小于5次时，即使判断无功越限，也要继续迭代，不需要进行转换，只有大于5次后，才考虑转化成PQ节点问题。
前推回代潮流计算
牛顿法潮流计算总体流程
雅可比矩阵元素计算公式：
功率不平衡量的计算公式：
节点优化编号主要有三种方式：静态优化编号、半动态优化编号、动态优化编号。
1.静态优化编号。
2.半动态优化编号。
3.动态优化编号。
形成雅可比矩阵
如果考虑子阵，雅可比矩阵具有和导纳矩阵相同的结构，只不过雅可比矩阵为由2×2阶子阵
所组成，这是一个可以利用的特点，在对雅可比元素进行存储时，先要确定子阵
在导纳矩阵中的位置。
第二章已经介绍了按坐标存储大型稀疏邻接矩阵问题。在潮流计算中的节点导纳矩阵和与其相对应的雅可比矩阵也具有高度稀疏的特点，和拓扑分析不同，在进行存储时还需要考虑便于参与计算，按坐标进行存储显然不再适合，需要考虑其它的方案。
按顺序存储、按链表方式存储是电力系统计算最常使用的两种主要方式，按链表方式比按顺序存储方式灵活，更便于参与计算，但就检索效率而言，不如按顺序存储方式。在配电网计算中，效率始终是一个不好解决的问题，在进行存储时，作者推荐以按顺序存储为宜。
按顺序存储就是把非对角元素以行为单位，从第一行开始，把其中的非0元素全部按顺序存到数组中，一行存完后，再存第二行，一行一行地按顺序存储，直到全部非零元素存储完毕，在存储时要把其对应的列号加入，以便查找该元素。
对角元素的存储比较简单，做一个数组DD[]用来专门存储对角元素，那么这个数组将为 [7,6,4,5,2,1]，对角元素检索按行检索即可。
做一个数组UX[]用来专门存储导纳矩阵的上三角非对角元素，UJ[]存储上三角元素列号， UD[]存储上三角元素在行中对应的首地址；LX[]用来存储导纳矩阵的下三角非对角元素，LJ[] 存储下三角元素的列号，LD[]存储下三角元素在行中对应的首地址。
导纳矩阵是对称阵，但雅可比矩阵是非对称阵，用两个数组来分别存储更加方便检索，也便于程序的复用，所以用两个矩阵来存储导纳矩阵。
UX[]按顺序存储的上三角非对角元素如下：
数组UD[]来表示每一行的第一个非零元素在UX[]中的首地址。
| 行号(数组下标) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 行中首地址 | 1 | 3 | 4 | 6 | 6 | 6 |
元素13在上三角矩阵第2行的第一个元素，它在排在数组UX[]中第3，那么第2行的首地址就是3。
在对这个元素进行检索时也将会比较方便。如果要想取第1行的全部元素，先计算本行元素的个数(第2行的首地址-第1行首地址＝2)，然后从UX[]中循环取2列元素，第一个元素14，列为3，第二个元素为16，列为4。
形成每个非对角元素的首地址以及每一个元素所在列后，为更加方便检索，可以以支路为单位进行存储，当处理一条支路的时候，分别取其首末端节点，节点号小的排在上三角，节点号大的排在下三角。通过这个首末端的节点号可以检索到节点分别在上三角和下三角的位置。
支路编号在上三角的位置数组存放在数组UP_SEC[]中。
下三角与上三角的保存方法相同。
有关导纳矩阵或雅可比矩阵存储的总结如下：
(1)经过优化编号后的节点编号对应于导纳矩阵的行号，比如节点号为0的节点在最前面的行，节点号为n的节点在导纳矩阵第n行。“度”最小的节点在最前面的行，电源节点在最后一行或最后几行，一个节点对应一行；
(2)雅可比矩阵元素的计算是以支路为中心的，每一个支路编号对应的两个节点对应着雅可比矩阵的两行，节点号小的决定上三角元素，节点号大的决定下三角元素，需要记录支路编号对应的上三角元素的位置(索引号，数组UX[]角标)，和下三角元素的位置(索引号，数组LX[]角标)；
(3)对于每一个行，其中对角元素存储在DD[]数组中，其中行号和数组的下标一一对应；上三角元素存储在UX[]中，其中第一个元素在UX[]的位置用UD[]来存储；下三角元素存储在LX[]中，其中第一个元素在LX[]的位置用LD[]来存储；
(4)对于每一个行，其中上三角元素对应的列存储在UJ[]中，，UX[]和UJ[]一一对应。下三角元素对应的列存储在LJ[]中，LX[]和LJ[]一一对应；
(5)需要将雅可比矩阵的元素位置和雅可比矩阵中元素计算分开进行。首先根据支路循环得到节点导纳矩阵进而雅可比矩阵的位置，然后再根据位置求取相应的H、N、J、K值。
形成节点雅可比矩阵的过程如下：
(1)循环读取电气岛内支路，统计每个节点所连的支路数(节点的度，决定该节点对应的行在互导纳中非0元素的个数)，也统计上三角和下三角元素的总的个数；
(2)根据每行的非0元素的个数，确定每行的第一个元素的首地址，也就是在上(下) 三角顺序表中的位置；
(3)利用每一行的首地址，确定本行中其它非0上(下)三角的位置；也就是所在的列；
(4)根据首地址和所在的列，计算每条支路的在上三角和下三角中的位置，便于下一步计算雅可比矩阵元素；
(5)对雅可比矩阵的N、L、J、H项进行初始化，并计算节点的功率注入；此处的N、 L、J、H均为累加量，是其它相关节点的累加值；
(6)循环每个支路，求取所连的两个节点的导纳值，将该导纳值累加到自导纳中，根据步骤(5)中确定的列的位置，计算互导纳并累加到该列的互导纳中；根据节点的上一次迭代形成的电压值，计算节点的功率不平衡量；循环完毕后，即可得到雅可比矩阵的修正方程式。
计算结果分析
采用附录D的算例进行验证，两种方法得到相同的计算结果，其迭代次数和计算耗时(从连接数据库开始，一直到结果文件形成，包括读写数据库、拓扑分析等步骤，不同的硬件设备具有不同的计算速度，本章数据仅仅用做三种方法的对比)如下：
| 计算方法 | 前推回代 | 牛顿法 | 高斯-赛德尔-牛顿法 |
| 迭代次数(次) | 2 | 3 | 3 |
| 计算耗时(ms) | 1638 | 1669 | 1732 |
在本章的最后，有必要提到配电网三相潮流的计算问题。
小结
(1)前推回代法具有数值稳定性好和程序设计简单的特点，配电网潮流计算首选前推回代算法。在计算合环运行以及分布式电源接入情况下，牛顿法更显优势。
(2)配电网节点优化编号方法，辐射型网络和环形网络有所不同。辐射型网络一般采用分层优化编号，便于进行前推回代；环形网络可以采用静态优化编号，也可以采用半动态优化编号，一般采用半动态优化方法。
(3)雅可比矩阵非对角元素存储时一般采用顺序存储方式，因为该方式更具有检索效率，这个在配电网中是一个明显的优点。牛顿法潮流计算可以采用上三角和下三角分别存储，这样可以提高检索效率。
(4)在形成雅可比矩阵的时候，可以直接在形成每行的之后立即进行消除运算。本章采用直接形成雅可比矩阵的方式求解修正方程式，将高斯消去编程一个纯数学问题进行表述，该方法计算结果和常规方法一样，但更适合配电网潮流计算以及后续的无功优化计算。
(5)在迭代运算时，还可能涉及到PV(PI)节点向PQ转化，以迭代5次为界，超过5 次后，如果无功越限，则需要进行转化，否则用越界的无功值继续计算，因为过早进行无功限制容易出现计算震荡。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种10kV配电网非专线客户接入方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：基于大数据的电网规划数据的自动化收资与全过程管理分析；
S2：配电网规划网架的数据规划模拟分析；
S3：配电网规划发展过程动态可视化；
S4：电网数据计算预处理；
S5：配电网潮流计算；
所述步骤S1具体为：
首先使用建立电网状态断面的定义，电网模型的修改历史过程从初始状态断面1开始，每次对电网模型的修改都被记录在一个状态断面中，依次为状态断面2,3,…,n-3,n-2,n-1,n,n+1,n+2；电网模型的修改是采用增量记录的形式保存在电网模型数据表中；
基于电网模型数据库的版本化存储和加载优化方法进行设计，实现快速版本化的电网模型数据；
定义配电管理系统与电网GIS平台集成接口，空间信息服务，获取标准的ECIM数据，将电力网络模型与设备参数数据整合贯通，实现模型的完整性传输；
基于数据模型交换标准，提供将标准ECIM拓扑模型转化为系统内部模型的方式，以及将系统内部模型转化为标准CIM模型的功能；通过两种转化方式，实现电网GIS平台提供的电力模型数据，获取配电模型信息，并导入到本地系统中；同时将本地规划模型以算例为单位，使用CIM方式导出、提交给计算服务，作为计算依据；
通过自动化方式获取数据，规划系统定期自动或人工启动获取网架数据作为现状断面，经过自动化简、美化、人工确认和数据二次定义形成面向非专线客户接入业务的现状电网数据库；
通过数据平台定期采集所需的基础数据，经过分析处理自动形成全年最大、最小以及一年四季的平日、周末和节假日典型日运行方式下的配变日负荷曲线、潮流和负荷分布，作为配电网非专线客户接入业务应用的基础数据；
基于电网拓扑、设备参数和潮流计算的计算结果，对现状电网进行综合指标、装备水平和设备运行状况的多维度综合统计和指标计算；
通过分析导线截面分布、供电半径偏长、分段联络不足、转供能力不够常见薄弱环节，实现区县-地市-全省的向上汇总分析和向下逐级钻取；
供电半径分析中根据电网网架结构，计算中压馈线从电源点即变电站出口，到其供电的最远负荷点之间的线路长度，由于供电半径对应的是线路长度而非直线距离，需要通过在网架中供电路径遍历检索最远负荷获得线路供电半径结果；
接线模式识别参考规范中关于架空线和电缆线路中供电模式的典型定义，通过计算识别线路分段、联络情况，以及联络开关所起到的作用，结合联络线路之间的关系，判别线路接线模式，于此同时完成分段、联络计算；并以此为依据根据线路所属供电分区类型，判断是否满足典型接线模式，作为问题识别创建条件；
通过电气N-1计算结果，判断每条线路是否满足N-1，并对系统N-1通过率进行统计，并以此为作为线路问题识别创建的依据；
根据系统中管理的架空线、电缆线导线型号，判断并统计全网和每条线路中线路总长度、电缆线线路长度、架空线线路长度、架空线路中绝缘线长度，计算全网或每条线路的电缆化率、架空线绝缘化率，为线路改造提供依据；另外，通过各导线型号，识别导线截面面积，分类统计全网导线截面分布，辅助判断是否存在线径不足情况，并能依次为以及判断改造电网相对现状电网对网络承载能力的提升；
根据历史负荷数据，通过人工指定典型时刻、识别历史全网最大时刻的方式获取网架运行方式断面，以该断面中各配变有功、无功和负载率参数作为潮流计算依据，计算获得系统潮流计算结果；以此分析网络中节点、负荷潮流分布、电压和相角值基础结果；根据线路注入潮流、负荷潮流计算线路负载率、配变负载率，用于分析展示全网负载率偏高、偏低负荷、线路的分布情况；
所述步骤S3具体为：
非专线客户接入方案可视化模拟编制技术是通过结合地理信息可视化技术与规划信息化技术形成的综合性可视化技术；面向GIS的可视化图模管理技术包括背景地图支持、电力资源图形化管理技术、设备查询统计技术、基于空间的额资源统计分析技术、图形化拓扑模型管理技术和自动成图技术；面向规划业务信息化包括数据导入及修复技术、业务参数完整性校验技术、辅助制图技术；
为实现面向多业务口应用的网络协同，规划客户端采用C/S模式，为多客户端的协同工作提供了完整的架构基础；同时基于账号和授权管理的底层管理功能支持，以及在数据层面，面向多用户的并发加载电网图模数据和设备级并发编辑的支持，能够使软件很好的实现多用户协同编辑功能；
客户端在对服务器的计算请求过程中，需要增量提交非专线客户接入方案的模型数据，在服务端形成计算模型；使用增量机制同步计算所需部分中新增、修改和删除的模型信息，降低模型数据量、减少通信量、提高系统性能。
2.根据权利要求1所述的一种10kV配电网非专线客户接入方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
在整体设计基于地理信息基础上，采用面向非专线客户接入业务的数据管理和图形展示方式，辅助营销、基建业务人员完成设计工作。
3.根据权利要求1所述的一种10kV配电网非专线客户接入方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：
S41：设备属性校验；
S42：网络连通性分析；
S43：网络连接分析。
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