CN110445123A - 一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，先根据运行状态获取数据源；对网络节点进行分类，并对各类的数据源进行处理；对电网运行状态进行判定，对于处于风险状态的电网，应用风险状态网络重构方法实现可操作开关的优化求解，重构电网状态，消除风险。本发明针对局部负荷水平较高或是馈线装接负载不均衡时，造成的过负荷形成了配网安全运行风险的状态，通过数据源获取、数据处理、运行状态分析，应用风险状态下的网络重构算法对网络进行重构，在实现运行中，通过调整开关的开合状态，实现负荷切改，尽量使馈线负荷均衡，改善局部过负荷的情况，可以有效提升区域电网整体供电能力，提高电网运行可靠性。

Description

一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法

技术领域

本发明涉及配电自动化领域，尤其是一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法。

背景技术

随着城市经济的高速发展，尤其是特大型城市用地的日益紧张使得变电站站址和电力通道走廊的选择十分困难，单纯依赖电网建设规划解决日益增长的负荷需求已不适合。因此可根据配电网运行状态进行实时监控及评估，利用中压配电线路之间灵活的联络结构优化提升区域电网的负荷转移能力，进一步挖掘电网的供电潜力，在到达配网运行安全裕度警戒线时采取相应的控制措施，及时调整运行方式，可极大地提高网络运行的安全性。

配电系统中有大量分段开关及少量的联络开关。配电网络设计成闭环的，而运行时是辐射型的，继电保护整定容易。闭环设计指在正常运行或故障及检修时，将分段开关和联络开关都合上，配电网络瞬间合环或短时合环运行，网络最终还是开环运行，呈辐射状。通过操作分段开关和联络开关从而改变网络结构的过程就是配网重构。配网重构分正常运行重构和事故重构。通常条件下网络重构包含正常重构和故障重构两类：正常重构是在正常运行状态，为满足网损最低或电压质量最佳，通过通断开关，改变网络拓扑，满足目标。故障重构是在配电网发生故障停电后，恢复供电时优化供电路径和供电范围，达到减少停电损失，保证电压质量，保障重要用户供电。

然而，当前的配电网重构策略具有以下不足：

(1)无论是正常运行状态下的网络优化重构还是紧急状态下的故障恢复重构，往往是被动的，无法对系统运行安全性情况起到充分的预警作用，不符合当今智能配电网的发展需求。

(2)当前的配电网重构目标单一，无法充分计及配电网运行时大量外部不确定因素，进而引发系统运行中的潜在安全性隐患。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，改善局部过负荷的情况，本发明提供一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法。

技术方案：一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，包括以下步骤：

(1)根据系统的不同运行状态，通过终端设备采集或系统集成的方式，获取计算各运行状态下的数据源，所述数据源包括在线测量负荷数据、在线修正负荷数据、不同时段负荷预测数据、开关参数及网络参数，并根据负荷预测数据对日负荷曲线进行时段划分，求得负荷持续显著变化的时间分界点，以此作为启动重构操作的参考时间点，得到负荷曲线时间划分结果；根据负荷曲线时间划分结果对不同区域负荷曲线按时间段等值，确定统一分段点，得到负荷等值结果；

(2)将网络节点分为实测节点及非量测节点，针对不同类型的网络节点，采取不同数据处理机制对数据源进行处理；

(3)基于数据处理后的电网断面，设立风险状态网络重构优化启动条件并进行校验，对当前电网运行状态进行分析，判断当前状态是否处于风险状态；若系统处于风险状态，对三相电流进行采集，以最大相和最小相电流的基波有效值之差与额定值之比计算得到负荷不平衡度，并采集节点电压计算得到最大电压稳定指标，以负荷不平衡度最小，最大电压稳定指标最小为目标函数，建立多时间尺度风险状态重构优化模型，应用风险状态网络重构优化方法实现对可操作开关的优化求解，重构电网状态。

进一步的，步骤(1)中的运行状态包括正常运行状态、风险运行状态及恢复状态；正常运行状态下的数据源包括日前负荷预测数据、短时负荷预测数据、在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及开关操作费用、网络参数，风险运行状态下的数据源短时负荷预测数据、在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及风险持续时间、开关参数、网络参数；恢复状态下的数据源包括在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及开关动作次数限制、负荷重要程度。

进一步的，步骤(2)中，所述实测节点为安装有测量装置的网络节点，所述非量测节点为未安装测量装置的网络节点；非量测节点又分为可获取月度电量数据的第一类非量测节点及不可获取月度电量数据的第二类非量测节点。

进一步的，步骤(2)中，采取不同数据处理机制对数据源进行处理包括：对于实测节点的数据源，直接利用测量得到的数据；对于第一类非量测节点，先采用首端功率系数法对负荷点的月度电量数据进行估算，得到伪测量功率数据，再采用基于支路电流的状态估计法对伪测量功率数据进行在线修正；对于第二类非量测节点，仅有配电变压器的容量信息，则根据该节点配电变压器的容量，对第二类非量测节点的总负荷进行分配，得到未测量数据，并根据状态估计对未测量数据进行修正。

进一步的，步骤(3)中，风险状态网络重构优化启动条件包括在线风险评估及启动重构操作判定；

(a1)在线风险评估：首先设立风险状态重构启动阈值，计算风险指数，若风险指数大于风险状态重构启动阈值，则判定此时系统处于风险状态，启动风险状态网络重构优化；

(a2)启动重构操作判定：当系统处于风险状态时，启动风险状态网络重构优化，制定重构方案，在新的重构方案下重新进行在线风险评估；若系统判定不处于风险状态，则按照新的重构方案启动开关操作。

进一步的，步骤(a1)中的风险包括节点电压风险与线路负载率风险，风险指数包括测量得到的节点电压以及计算得到的线路负载率，相应的，风险状态重构启动阈值包括节点电压风险阈值和负载率风险阈值。

进一步的，步骤(3)中，风险状态网络重构优化方法具体包括以下步骤：

(b1)采用启发式规则，缩小可操作开关的范围：

1)输入风险时刻的网络结构、各支路阻抗、各节点负荷数据；

2)求出初始状态下各重构环联络开关两端的电压差和使网损最小的最优电流I_opt；

3)设定一给定值ε，根据电压差和I_opt确定搜索范围，若电压差绝对值大于给定值ε，则将搜索范围缩小到电压低的一侧；若电压差小于给定值ε，则将有效搜索范围缩小到联络开关的相邻支路；

(b2)确定搜索范围后，采用遗传算法对可操作开关进行优化求解：

4)对可操作开关进行编码，将每条可操作支路对应的开关作为染色体中的一个基因，各开关状态组合在一起形成一条染色体；

5)选取染色体，生成初始种群；

6)比较种群内染色体的适应度，考虑约束条件，将功率匹配约束以罚函数的形式加入适值函数中；

7)对得到的染色体个体采用Pareto非劣解集保留策略，优化解集；

8)进行遗传操作，经过选择、交叉、变异后，得到新一代种群；

9)判断是否达到最大迭代次数，若未达到，重复步骤6)到9)；

10)译码，并输出结果。

有益效果：本发明提供一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，针对局部负荷水平较高或是馈线装接负载不均衡时，造成的过负荷形成了配网安全运行风险的状态，通过数据源获取、数据处理、运行状态分析，应用风险状态下的网络重构算法对网络进行重构，在实现运行中，通过调整开关的开合状态，实现负荷切改，尽量使馈线负荷均衡，改善局部过负荷的情况，可以有效提升区域电网整体供电能力，提高电网运行可靠性。

附图说明

图1是本发明扩大配电网供电能力的网络重构控制方法处理流程示意图；

图2是本发明扩大配电网供电能力的网络重构控制方法中数据源分析流程示意图；

图3是本发明扩大配电网供电能力的网络重构控制方法的数据处理机制示意图；

图4是本发明扩大配电网供电能力的网络重构控制方法中风险状态网络重构算法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，包括数据源获取、数据处理、电网运行状态分析、风险状态下的网络重构四部分内容，如图1所示，包括：

(1)根据系统的不同运行状态，获取计算各运行状态下的数据源。

其中系统的运行状态包括正常运行状态、风险运行状态及恢复状态；

数据源获取分析，如图2所示，显示了不同运行状态所需的数据源，具体如下：当网络处于正常运行状态下，数据需求为日前负荷预测数据、短时负荷预测数据、在线量测负荷数据以及在线负荷修正数据，并需要结合电价、开关操作费用、网络参数等；当网络处于风险运行状态下，数据需求为短时负荷预测数据、在线量测负荷数据和在线负荷修正数据，并需要结合风险持续时间、开关参数、网络参数等；当网络处于恢复状态下，数据需求为在线量测负荷数据和在线负荷修正数据，并需要结合开关动作次数限制、负荷重要程度等。

此外，从理论上讲每个时间段面都可能对应一个网络优化运行结构，使得系统损耗、负荷点电压水平等优于其他可能的网络结构。但在实际电网运行管理中，无论从组态优化的计算速度、设备寿命还是电网运行维护习惯来说，都不可能允许开关高频次动作、网络结构不断调整。因此，需要根据负荷的波动情况寻找进行配电网组态优化的操作时机，故考虑依据负荷波动趋势对日负荷曲线进行时段划分，求得负荷持续显著变化的时间分界点，以此作为启动重构操作的参考时间点进行组态优化。不仅简化了计算过程，同时符合了网络运行维护习惯和开关动作次数限制。联合分段方法可以很好地解决多区域负荷曲线划分结果不同的情况，确定统一分段点，得到进行网络组态优化操作的时间节点，从而实现各个时段网络从正常状态到优化状态的转移。因此，正常状态同时需要负荷曲线时间划分结果以及负荷等值结果。

(2)将网络节点分为实测节点及非量测节点，所述实测节点为安装有测量装置的网络节点，所述非量测节点为未安装测量装置的网络节点；非量测节点又分为可获取月度电量数据的第一类非量测节点及不可获取月度电量数据的第二类非量测节点。针对不同类型的网络节点，采取不同数据处理机制对数据源进行处理，如图3所示：

1)对于实测节点的数据源，直接利用测量得到的数据。要充分利用已存储的负荷数据，直接应用于配电网组态优化的过程中，同时通过状态估计对配电系统负荷数据进行处理，修正实际测量数据中的不良数据，数据处理机制通过直接测量以及状态估计方法提供在线测量数据和在线修正数据。

2)对于没有安装自动测量装置但可以按月得到月有功电量和无功电量信息的第一类非量测节点，需要根据该节点已知的电量数据，标准负荷系数曲线和首端负荷系数曲线计算近似得到伪测量功率；由于首端功率系数法只能对非量测节点的功率数据进行估算，与实测负荷数据有一定的偏差，会影响配电网组态优化分析结果，故采用状态估计的数学方法对伪测量功率数据进行处理，修正非量测负荷数据，使非量测负荷数据的准确度达到或接近实测负荷数据的准确度。数据处理机制通过首端功率系数法以及状态估计的方法提供在线生成数据和在线修正数据。

3)对于第二类非量测节点，仅有配电变压器容量信息，应根据该节点配电变压器的容量，对第二类非量测节点的总负荷进行分配。并根据状态估计对未测量数据进行修正，数据处理机制通过首端功率系数法以及状态估计的方法提供在线生成数据和在线修正数据。

其中，在线修正指根据拟合估计的预测数据对测量得到的不良数据或伪测量数据进行辨识与替换，使数据更加准确。

(3)基于数据处理后的电网断面，设立风险状态网络重构优化启动条件并进行校验，对当前电网运行状态进行分析，判断当前状态是否处于风险状态；若系统处于风险状态，对三相电流进行采集，以最大相和最小相电流的基波有效值之差与额定值之比计算得到负荷不平衡度，并采集节点电压计算得到最大电压稳定指标，以负荷不平衡度最小，最大电压稳定指标最小为目标函数，建立多时间尺度风险状态重构优化模型，应用风险状态网络重构优化方法实现对可操作开关的优化求解，重构电网状态。

其中，风险状态网络重构优化启动条件包括两部分，一是在线风险评估，二是启动重构操作判定；

(a1)在线风险评估：首先设立风险状态重构启动阈值，计算风险指数，若风险指数大于风险状态重构启动阈值，则判定此时系统处于风险状态，启动风险状态网络重构优化。其中所说的风险包括节点电压风险与线路负载率风险，风险指数包括测量得到的节点电压以及计算得到的线路负载率，相应的，风险状态重构启动阈值包括节点电压风险阈值和负载率风险阈值。

风险状态重构启动阈值、节点电压风险阈值和线路负载率风险阈值根据各地实际情况而定，一般节点电压风险阈值为标称电压的±7％，线路负载率风险阈值为80％，风险状态重构启动阈值为2。

(a2)启动重构操作判定：当系统处于风险状态时，启动风险状态网络重构优化，制定重构方案，在新的重构方案下重新进行在线风险评估；若通过改变开关状态，有效降低了负载率，消除了重载，系统判定不处于风险状态，则按照新的重构方案启动开关操作。

其中，多时间尺度风险状态重构优化模型的建立，是以负荷不平衡度最小，最大电压稳定指标最小为目标函数。由于风险状态都是在短时时间尺度上发生的，不会持续很长时间，所以在恢复状态下仅有在小时短时时间尺度上的网络重构优化模型。

如图4所示，风险状态网络重构优化方法具体包括以下步骤：

(b1)采用启发式规则，缩小可操作开关的范围：

1)输入风险时刻的网络结构、各支路阻抗、各节点负荷数据；

2)求出初始状态下各重构环联络开关两端的电压差和I_opt(使网损最小的最优电流)；

3)设定一给定值ε，根据电压差和I_opt确定搜索范围，若电压差绝对值大于给定值ε，则将搜索范围缩小到电压低的一侧；若电压差小于给定值ε，则将有效搜索范围缩小到联络开关的相邻支路；

(b2)确定搜索范围后，采用遗传算法对可操作开关进行优化求解：

4)对可操作开关进行编码，将每条可操作支路对应的开关作为染色体中的一个基因，各开关状态组合在一起形成一条染色体；

5)选取染色体，生成初始种群；

6)比较种群内染色体的适应度，考虑约束条件，将功率匹配约束以罚函数的形式加入适值函数中；

7)对得到的染色体个体采用Pareto非劣解集保留策略，优化解集；

8)进行遗传操作，经过选择、交叉、变异后，得到新一代种群；

9)判断是否达到最大迭代次数，若未达到，重复步骤6)到9)；

10)译码，并输出结果。

Claims (7)

1.一种扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据系统的不同运行状态，通过终端设备采集或系统集成的方式，获取计算各运行状态下的数据源，所述数据源包括在线测量负荷数据、在线修正负荷数据、不同时段负荷预测数据、开关参数及网络参数，并根据负荷预测数据对日负荷曲线进行时段划分，求得负荷持续显著变化的时间分界点，以此作为启动重构操作的参考时间点，得到负荷曲线时间划分结果；根据负荷曲线时间划分结果对不同区域负荷曲线按时间段等值，确定统一分段点，得到负荷等值结果；

(2)将网络节点分为实测节点及非量测节点，针对不同类型的网络节点，采取不同数据处理机制对数据源进行处理；

(3)基于数据处理后的电网断面，设立风险状态网络重构优化启动条件并进行校验，对当前电网运行状态进行分析，判断当前状态是否处于风险状态；若系统处于风险状态，对三相电流进行采集，以最大相和最小相电流的基波有效值之差与额定值之比计算得到负荷不平衡度，并采集节点电压计算得到最大电压稳定指标，以负荷不平衡度最小，最大电压稳定指标最小为目标函数，建立多时间尺度风险状态重构优化模型，应用风险状态网络重构优化方法实现对可操作开关的优化求解，重构电网状态。

2.根据权利要求1所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(1)中的运行状态包括正常运行状态、风险运行状态及恢复状态；正常运行状态下的数据源包括日前负荷预测数据、短时负荷预测数据、在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及开关操作费用、网络参数，风险运行状态下的数据源短时负荷预测数据、在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及风险持续时间、开关参数、网络参数；恢复状态下的数据源包括在线量测负荷数据、在线负荷修正数据及开关动作次数限制、负荷重要程度。

3.根据权利要求1所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述实测节点为安装有测量装置的网络节点，所述非量测节点为未安装测量装置的网络节点；非量测节点又分为可获取月度电量数据的第一类非量测节点及不可获取月度电量数据的第二类非量测节点。

4.根据权利要求1所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(2)中，采取不同数据处理机制对数据源进行处理包括：对于实测节点的数据源，直接利用测量得到的数据；对于第一类非量测节点，先采用首端功率系数法对负荷点的月度电量数据进行估算，得到伪测量功率数据，再采用基于支路电流的状态估计法对伪测量功率数据进行在线修正；对于第二类非量测节点，仅有配电变压器的容量信息，则根据该节点配电变压器的容量，对第二类非量测节点的总负荷进行分配，得到未测量数据，并根据状态估计对未测量数据进行修正。

5.根据权利要求1所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(3)中，风险状态网络重构优化启动条件包括在线风险评估及启动重构操作判定；

(a1)在线风险评估：首先设立风险状态重构启动阈值，计算风险指数，若风险指数大于风险状态重构启动阈值，则判定此时系统处于风险状态，启动风险状态网络重构优化；

(a2)启动重构操作判定：当系统处于风险状态时，启动风险状态网络重构优化，制定重构方案，在新的重构方案下重新进行在线风险评估；若系统判定不处于风险状态，则按照新的重构方案启动开关操作。

6.根据权利要求5所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(a1)中的风险包括节点电压风险与线路负载率风险，风险指数包括测量得到的节点电压以及计算得到的线路负载率，相应的，风险状态重构启动阈值包括节点电压风险阈值和负载率风险阈值。

7.根据权利要求1所述的扩大配电网供电能力的网络重构控制方法，其特征在于，步骤(3)中，风险状态网络重构优化方法具体包括以下步骤：

(b1)采用启发式规则，缩小可操作开关的范围：

1)输入风险时刻的网络结构、各支路阻抗、各节点负荷数据；

2)求出初始状态下各重构环联络开关两端的电压差和使网损最小的最优电流I_opt；

3)设定一给定值ε，根据电压差和I_opt确定搜索范围，若电压差绝对值大于给定值ε，则将搜索范围缩小到电压低的一侧；若电压差小于给定值ε，则将有效搜索范围缩小到联络开关的相邻支路；

(b2)确定搜索范围后，采用遗传算法对可操作开关进行优化求解：

4)对可操作开关进行编码，将每条可操作支路对应的开关作为染色体中的一个基因，各开关状态组合在一起形成一条染色体；

5)选取染色体，生成初始种群；

6)比较种群内染色体的适应度，考虑约束条件，将功率匹配约束以罚函数的形式加入适值函数中；

7)对得到的染色体个体采用Pareto非劣解集保留策略，优化解集；

8)进行遗传操作，经过选择、交叉、变异后，得到新一代种群；

9)判断是否达到最大迭代次数，若未达到，重复步骤6)到9)；

10)译码，并输出结果。