CN110490464B - 一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，涉及配电领域。目前，城市配电网供电能力提升的措施通常为新建或改变联络开关、新建线路，该方法加剧了已有的用电低谷期电网设备利用率普遍低下、大量管道资源被占用的问题。本发明包括：一：获取需要优化区域的环网线路历史负荷数据；二：筛选挖潜目标线路；三：确定目标线路拓扑关系；四：获取配变负荷历史数据；五：负荷数据分组关联；六：重组优化，并计算重组方案的综合指标；七：对比各重组方案的挖潜指标值，生成改造候选方案。本技术方案通过对线路上母线与间隔的负荷布点进行优化重组，利用负荷错峰互补均衡优化，降低线路负荷峰值与波动性，提升配电网的可用供电能力。

Description

一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法

技术领域

本发明涉及电网的配电领域，尤其涉及一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法。

背景技术

配电网作为整个电力网络的末端，和用户之间的联系最为密切，配电网在电力网络中是非常重要的一部分。随着社会经济与城市规模的快速发展，城市用电量增长明显加快，各类业扩用户接入需求量不断上升，现有配电网无法充分满足用户接入需求，在一些经济增长热点区域配电网供电能力不足的问题尤为突出。

目前，城市配电网供电能力提升的措施通常主要为新建或改变联络开关、新建线路，以改善配电网的网络结构，从而达到增大供电能力的目的，该类方法虽然满足了配电网对线路负载率裕度的要求，却加剧了已有的用电低谷期电网设备利用率普遍低下、大量管道资源被占用的问题，且造成了电网建设投资回报率低下和电网建设投资浪费的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，以达到降低线路负荷峰值与波动性，提升配电网的供电能力的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，包括以下步骤：

1)：获取需要优化区域的环网线路历史负荷数据；所取线路历史负荷数据时段处于用电负荷高峰期，且时间跨度大于等于一天；

2)：筛选挖潜目标线路；所述目标线路为属于同一环网的两条或多条线路，且目标线路的供电路径须满足设备条件与负荷特征条件；

3)：确定目标线路拓扑关系；目标线路的拓扑关系包括以下三个方面：

a)路所接的所有开关站母线信息，以及线路与母线的关联关系；

b)开关站母线所接的所有间隔信息，以及母线与间隔的关联关系；

c)间隔所接的所有配变信息，以及间隔与配变的关联关系；

4)：获取配变负荷历史数据；所述配变负荷历史数据的时间跨度大于等于一天；

5)：负荷数据分组关联；所述负荷数据分组关联包括母线负荷分组和间隔负荷分组两种，具体为：

母线负荷分组；母线负荷分组是以开关站母线为单位，将属于同一开关站母线的配变负荷进行叠加组合，计算各开关站母线的历史负荷数据；

间隔负荷分组；间隔负荷分组是以开关站内的间隔为单位，将属于同一间隔的配变负荷进行叠加组合，计算各间隔的历史负荷数据；

6)：负荷重组，并计算重组方案的综合指标；所述负荷重组包括母线重组、间隔重组、母线和间隔组合重组三种方式；

7)：根据重组方案的综合指标，对比各重组方案的挖潜指标值，生成改造候选方案；在对比各重组方案的挖潜指标值时，将各重组方案的综合评价指标值排序，根据排序选择一系列方案作为候选方案，并将候选方案交给相关工程设计、审批与实施工作人员进行各候选方案的可行性评估，选出最优可行方案进行实际改造。

作为优选技术手段：在步骤2)中，所述设备条件为：各条线路之间需同时存在占比达N_set以上的相同开关站，且线路均为电缆或同杆架空线路，即满足下述计算公式：

N_set∈[50％,100％]

式中：n_s为相同开关站占比，Ω_{a_s}、Ω_{b_s}分别为线路a与线路b开关站的集合，n为供电路径集合中的开关站个数，N_set为共有开关站占比门槛值。

上述相同开关站占比n_s值越大，表明环网线路之间共有开关站越多，则线路之间母线重组方案个数越多，反之，相同开关站占比越小，线路之间母线重组方案个数越少。

作为优选技术手段：在步骤2)中，所述负荷特征条件为:目标线路需满足以下三个负荷特征条件之一：

条件(1)：目标线路中至少有一条线路的用电高峰期线路平均负载率

大于P_set，判定公式为：

P_set∈[60％,100％]

式中：p_t为t时刻线路功率值，T为时间长度，p_max为线路额定容量，P_set为负载率门槛值；

所述线路平均负载率

越大，表明线路负载越重，剩余供电能力越小，越需要进行供电能力挖潜；若

小于P_set，表明线路负载轻，无需进行挖潜。

条件(2)：不同线路之间具有明显错峰现象的线路，若不同线路的峰值出现时间差Δt_ab大于T_set，则判定其具有错峰现象，判定公式为：

Δt_ab＝|t_{a_max}-t_{b_max}|≥T_set

T_set∈[1,23]

式中：t_{a_max}为线路a的波峰时间点，t_{b_max}为线路b的波峰时间点，T_set为时间差门槛值；

所述峰值出现时间差Δt_ab大于T_set，说明各线路负荷用电高峰时刻错开，存在供电能力挖潜空间。

条件(3)：不同线路之间负荷峰值Δp_ab差大于D_set，判定公式为：

D_set∈[20％,100％]

式中：p_{a_max}、p_{b_max}分别为线路a、b的最大功率值，p_{a_rat}、p_{b_rat}为线路额定容量，D_set为峰值差门槛值。

所述负荷峰值Δp_ab差大于D_set，说明各线路负载不均衡，存在供电能力挖潜空间。

作为优选技术手段：在步骤6)中，负荷重组包括以下三种方式：

母线重组，即以每条母线作为一个负荷整体，改变各线路上所接入的母线组合；

间隔重组，即以每个间隔作为一个负荷整体，改变各条母线上所接入的间隔；

母线和间隔组合重组，即包括上述两种重组方式，既改变各线路上所接入的母线，也改变母线上所接入的间隔。

所述母线重组方式，在实际工程改造中的实施工作量小，且不需停电即可完成操作，无停电成本。

与母线重组方式相比，间隔重组方式在实际工程改造中的实施工作量稍大，通常无需停电即可完成操作，但由于现场情况存在差异，有些现场需短时停电才可完成操作。

因此，考虑到实施改造工作量与停电成本因素，本方法优先选择母线重组方式，其次选择母线与间隔组合重组方式，最后再选择间隔组合重组方式。

作为优选技术手段：所述步骤6)中，挖潜指标V的计算方法为：

V＝αP_max+βP_var+γC

其中：

C＝γ₁c_bus+γ₂c_branch

式中：P_max为归一化后的优化方案线路峰值下降幅度；P_var为归一化后的线路负荷均衡度；C为优化方案实施成本；h为数据时间点；H为数据点个数；μ为负荷平均值；c_bus为母线调整量；c_branch为间隔调整量；α、β、γ、γ₁、γ₂分别为各指标权重系数。

作为优选技术手段：在步骤7)中，候选方案为将各重组方案的综合评价指标按从小到大的顺序排列得到的排名靠前的一系列方案，且各候选方案包括下述内容：

重组方式；即该候选方案与初始方案相比，发生接线关系改变的母线或间隔负荷的名称、母线或间隔负荷的调整方式；

各条线路的负荷峰值；所述线路负荷峰值为依据该候选方案进行对线路上的负荷进行叠加计算出线路峰值；

各候选方案与初始方案相比，线路负荷曲线的变化情况。

作为优选技术手段：在步骤7)中，候选方案将交给相关工程设计、审批与实施工作人员进行各候选方案的可行性评估，选出最优可行方案进行实际改造。

所述可行性评估内容主要有：开关站所处位置与周边情况、开关站内设备情况、开关站近期运行计划等，以确认优化方案中开关站、母线、间隔是否具备在实际工作中进行改造的条件。

有益效果：本技术方案在最小化配电网投资的条件下，以现有配电网环网为基础，筛选出线路之间存在一定比例相同开关站，且在负荷峰值日有部分线路负载过高或者线路之间负荷峰值时刻错开、负荷峰值差较大三个特征之一的环网线路，对其进行线路上开关站母线与间隔的负荷布点优化重组，并计算各候选方案的综合评价指标利用负荷错峰互补、均衡优化，以降低线路负荷峰值与波动性，提升配电网供电能力与对新用户的接纳性。同时,本技术方案能有效避免传统增容方式粗放、浪费有限的管道资源等弊端，可快速提升现有配电网网架下的配电网供电能力，具有较为显著的可推广性。

附图说明

图1为本发明配电网供电能力挖潜方法的流程图。

图2为线路与开关站母线的拓朴关系示意图。

图3为开关站母线与间隔的拓朴关系示意图。

图4为开关站母线重组示意图。

图5为间隔重组示意图。

图6(a)、6(b)为两条目标线路优化前后的线路负荷对比。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括如下步骤：

步骤1：获取需要优化区域的环网线路历史负荷数据。

上述步骤1中，所选优化区域可为某城市的部分区域，例如杭州市未来科技城。

上述环网线路历史负荷数据为所在优化区域配电网中各环网中所有线路的历史负荷数据，在本实施例中，所选数据时段为2018年7月27日0点0分至2018年7月27日23点45分，采样间隔为15分钟。

步骤2：筛选挖潜目标线路。所述目标线路为属于同一环网的两条或多条线路，且通过对步骤1所取线路数据进行设备条件与负荷特征条件判定，判定结果均满足要求。

上述设备条件为：各条线路之间需同时存在N_set以上相同开关站，且线路均为电缆或同杆架空线路，即满足下述计算公式：

N_set∈[50％,100％]

式中：n_s为相同开关站占比，Ω_{a_s}、Ω_{b_s}分别为线路a与线路b开关站的集合，n为供电路径集合中的开关站个数，N_set为共有开关站占比门槛值。

在本实施例中，设定N_set为60％，以图2为例，某环网中包含线路A和线路B，线路A和线路B均为电缆，且线路A上接入9个开关站：a开关站、b开关站、i开关站等，线路B接入8个开关站：a开关站、b开关站、h开关站等，且线路A和线路B共有8个相同开关站，则8/(9+8-8)＝88.89％，满足上述设备条件。

上述负荷特征条件有三个，目标线路需至少满足其中一个负荷特征条件，具体地:

负荷特征条件1为目标线路中至少有一条线路的用电高峰期线路平均负载率

大于P_set，判定公式为：

P_set∈[60％,100％]

式中：p_t为t时刻线路功率值，T为时间长度，p_max为线路额定容量，P_set为负载率门槛值。

负荷特征条件2为不同线路之间具有明显错峰现象的线路，若不同线路的峰值出现时间差Δt_ab大于T_set，，则判定其具有错峰现象，判定公式为：

Δt_ab＝|t_{a_max}-t_{b_max}|≥T_set

T_set∈[1,23]

式中：t_{a_max}为线路a的波峰时间点，t_{b_max}为线路b的波峰时间点，T_set为时间差门槛值。

负荷特征条件3为优化对象之间负荷峰值Δp_ab差大于D_set，判定公式为：

D_set∈[20％,100％]

式中：p_{a_max}、p_{b_max}分别为路径a、b的最大功率值，p_{a_rat}、p_{b_rat}为线路额定容量，D_set为峰值差门槛值。

在本实施例中，以线路重载标准80％为依据设定负载率门槛值P_set＝65％,根据供电能力挖潜需求设定时间差门槛值T_set＝2、峰值差门槛值D_set＝30％。线路A平均负载率为71％，线路B平均负载率为52％，两条线路中线路A平均负载率71％>65％,因此满足所述负荷特征条件1；线路A负荷峰值为10点，线路B负荷峰值为22点，Δt_ab＝|22-10|＝12，因此满足所述负荷特征条件2；线路A负荷峰值为6000kW,线路A负荷峰值为3000kW,则

满足所述负荷特征条件3。

步骤3：确定目标线路的拓扑关系。所述目标线路的拓扑关系，包括以下三个方面：

(1)各线路所接的所有开关站母线清单，以及线路与母线的关联关系；

(2)各开关站母线所接的所有间隔清单，以及母线与间隔的关联关系；

(3)各间隔所接的所有配变清单，以及间隔与配变的关联关系。

在本实施例中，图2、图3所示线路的拓朴关系如表1所示，线路A所接母线包括a开关站I母、b开关站I母等，a开关站I母上所接的间隔包括间隔11和间隔12，间隔11接入配变11，间隔12接入配变12。线路B所接母线包括a开关站II母、b开关站II母等，a开关站II母上所接的间隔包括间隔21和间隔22，间隔21接入配变21，间隔22接入配变22。

表1线路拓朴关系表

步骤4：获取配变负荷历史数据。所述配变为目标线路上接入的所有配变，且配变负荷历史数据的时间跨度大于等于一天。

在本实施例中，所选数据时段为2018年7月27日0点0分至2018年7月27日23点45分，采样间隔为15分钟。

步骤5：负荷数据分组关联。所述负荷数据分组关联包括母线负荷分组和间隔负荷分组两种，具体为：

(1)母线负荷分组。母线负荷分组是以开关站母线为单位，将属于同一开关站母线的配变负荷进行叠加组合，计算各开关站母线的历史负荷数据。

在本实施例中，对图2所示线路进行上述母线负荷分组，可分为a开关站I母、b开关站I母、a开关站II母、b开关站II母等，其中a开关站I母负荷为配变111、配变112、配变121的叠加。

(2)间隔负荷分组。间隔负荷分组是以开关站内的间隔为单位，将属于同一间隔的配变负荷进行叠加组合，计算各间隔的历史负荷数据。

在本实施例中，对图2所示线路进行上述间隔负荷分组，可分为间隔11、间隔12、间隔13、间隔21、间隔22、间隔23等，其中间隔11负荷为配变111、配变112的叠加。

步骤6：负荷重组，并计算重组方案的综合指标。所述负荷重组包括母线重组、间隔重组、母线和间隔组合重组三种方式。具体为：

所述母线重组方式，是以每条母线作为一个负荷整体，改变各线路上所接入的母线组合。如图4所示，将线路A上的a开关站I母与线路B上的a开关站II母进行互换，使线路A接入a开关站II母，线路B接入a开关站I母。

所述间隔重组方式，是以每个间隔作为一个负荷整体，改变各条母线上所接入的间隔。如图5所示，将a开关站I母上的间隔11与a开关站II母上的间隔21进行互换，使线路A接入间隔21，线路B接入间隔11。

所述母线和间隔组合重组，即包括上述两种重组方式，既改变各线路上所接入的母线，也改变母线上所接入的间隔。结合图4和图5，将线路A上的b开关站I母与线路B上的b开关站II母进行互换，并且将a开关站I母上的间隔11与a开关站II母上的间隔21进行互换的方式，即为母线和间隔组合重组方式。

所述步骤6中重组方案的综合评价指标V由峰值指标P_max、均衡度指标P_var、成本指标C三项指标结合权重组合而成，且各项指标的权重可根据实际情况调整，具体的计算方法为：

V＝αP_max+βP_var+γC

其中：

C＝γ₁c_bus+γ₂c_branch

式中：P_max为归一化后的优化方案线路峰值下降幅度；P_var为归一化后的线路负荷均衡度；C为优化方案实施成本；h为数据时间点；H为数据点个数；μ为负荷平均值；c_bus为母线调整量；c_branch为间隔调整量；α、β、γ、γ₁、γ₂分别为各指标权重系数。

进一步地，综合评价指标V值最小的重组方案为计算最优方案。

步骤7：将各重组方案的综合评价指标值从小到大排序，指标排名靠前的一系列方案为候选方案，且各候选方案包括重组方式、各条线路的负荷峰值、线路负荷曲线对比结果。

所述重组方式即该候选方案与初始方案相比，发生接线关系改变的母线或间隔负荷的名称、母线或间隔负荷的调整方式。在本实施例中，重组方式为线路A的a开关站I母改接至线路B，线路B的a开关站II母改接至线路A。

所述线路负荷峰值为依据该候选方案进行对线路上的负荷进行叠加计算出线路峰值。在本实施例中，线路A优化前峰值为6118.82kW，经最优方案优化后峰值降为5192.80kW；线路B优化前峰值为5635.09kW,经最优方案优化后峰值降为5190.74kW。

在本实施例中，将所述负荷曲线对比结果绘制成图如图6(a)、6(b)所示，经挖潜优化后，可有效释放1370.37kW的供电潜力，有效降低了线路负荷峰值，并提升了线路的负荷均衡度与稳定度。

在本实施例中，挑选排名前20的方案为候选方案，并将候选方案推送给运行方式专职、施工方进行可行性评判，运行方式专职、施工方结合施工现场、开关站内设备等相关情况，确定最终施工方案。

以上图1所示的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于包括以下步骤：

1)：获取需要优化区域的环网线路历史负荷数据；所取线路历史负荷数据时段处于用电负荷高峰期，且时间跨度大于等于一天；

2)：筛选挖潜目标线路；所述目标线路为属于同一环网的两条或多条线路，且目标线路的供电路径须满足设备条件与负荷特征条件；

3)：确定目标线路拓扑关系；目标线路的拓扑关系包括以下三个方面：

a)路所接的所有开关站母线信息，以及线路与母线的关联关系；

b)开关站母线所接的所有间隔信息，以及母线与间隔的关联关系；

c)间隔所接的所有配变信息，以及间隔与配变的关联关系；

4)：获取配变负荷历史数据；所述配变负荷历史数据的时间跨度大于等于一天；

5)：负荷数据分组关联；所述负荷数据分组关联包括母线负荷分组和间隔负荷分组两种，具体为：

母线负荷分组；母线负荷分组是以开关站母线为单位，将属于同一开关站母线的配变负荷进行叠加组合，计算各开关站母线的历史负荷数据；

间隔负荷分组；间隔负荷分组是以开关站内的间隔为单位，将属于同一间隔的配变负荷进行叠加组合，计算各间隔的历史负荷数据；

6)：负荷重组，并计算重组方案的综合指标；所述负荷重组包括母线重组、间隔重组、母线和间隔组合重组三种方式；

7)：根据重组方案的综合指标，对比各重组方案的挖潜指标值，生成改造候选方案；在对比各重组方案的挖潜指标值时，将各重组方案的综合评价指标值排序，根据排序选择一系列方案作为候选方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于：在步骤2)中，所述设备条件为：各条线路之间需同时存在占比达N_set以上的相同开关站，且线路均为电缆或同杆架空线路，即满足下述计算公式：

N_set∈[50％,100％]

式中：n_s为相同开关站占比，Ω_{a_s}、Ω_{b_s}分别为线路a与线路b开关站的集合，n为供电路径集合中的开关站个数，N_set为共有开关站占比门槛值。

3.根据权利要求2所述的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于：在步骤2)中，所述负荷特征条件为:目标线路需满足以下三个负荷特征条件之一：

条件(1)：目标线路中至少有一条线路的用电高峰期线路平均负载率

大于P_set，判定公式为：

P_set∈[60％,100％]

式中：p_t为t时刻线路功率值，T为时间长度，p_max为线路额定容量，P_set为负载率门槛值；

条件(2)：不同线路之间具有明显错峰现象的线路，若不同线路的峰值出现时间差Δt_ab大于T_set，则判定其具有错峰现象，判定公式为：

Δt_ab＝|t_{a_max}-t_{b_max}|≥T_set

T_set∈[1,23]

式中：t_{a_max}为线路a的波峰时间点，t_{b_max}为线路b的波峰时间点，T_set为时间差门槛值；

条件(3)：优化对象之间负荷峰值Δp_ab差大于D_set，判定公式为：

D_set∈[20％,100％]

式中：p_{a_max}、p_{b_max}分别为线路a、b的最大功率值，p_{a_rat}、p_{b_rat}为线路额定容量，D_set为峰值差门槛值。

4.根据权利要求1所述的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于：在步骤6)中，负荷重组包括以下三种方式：

母线重组，即以每条母线作为一个负荷整体，改变各线路上所接入的母线组合；

间隔重组，即以每个间隔作为一个负荷整体，改变各条母线上所接入的间隔；

母线和间隔组合重组，即包括上述两种重组方式，既改变各线路上所接入的母线，也改变母线上所接入的间隔。

5.根据权利要求4所述的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于：所述步骤6)中，挖潜指标V的计算方法为：

V＝αP_max+βP_var+γC

其中：

C＝γ₁c_bus+γ₂c_branch

式中：P_max为归一化后的优化方案线路峰值下降幅度；P_var为归一化后的线路负荷均衡度；C为优化方案实施成本；h为数据时间点；H为数据点个数；μ为负荷平均值；c_bus为母线调整量；c_branch为间隔调整量；α、β、γ、γ₁、γ₂分别为各指标权重系数。

6.根据权利要求5所述的一种基于线路负荷重组的城市配电网供电能力挖潜方法，其特征在于：在步骤7)中，候选方案为将各重组方案的综合评价指标按从小到大的顺序排列得到的排名靠前的一系列方案，且各候选方案包括下述内容：

重组方式；即该候选方案与初始方案相比，发生接线关系改变的母线或间隔负荷的名称、母线或间隔负荷的调整方式；

各条线路的负荷峰值；所述线路负荷峰值为依据该候选方案进行对线路上的负荷进行叠加计算出线路峰值；

各候选方案与初始方案相比，线路负荷曲线的变化情况。

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