CN111431173B - 考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统 - Google Patents

考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷；2)采用0‑1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合；3)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定，本发明可以广泛应用于配电网规划设计领域中。

Description

考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统
技术领域
本发明是关于一种考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统，属于配电网规划设计领域。
背景技术
配电网是电能供应链中联系电网企业和终端用电客户的关键环节，是电网的重要组成部分之一，是连接终端用电客户和上级输电网的纽带。随着经济社会的快速发展，电力负荷特性日趋多样化，城市电网建设环境越来越复杂，城市配电网的规划建设面临的外部条件也越来越复杂。安全可靠、经济高效的配电网结构是配电网高质量健康发展的物理基础。10kV配电网的网络结构主要包括电缆单环网、电缆双环网、架空多分段单联络、架空多分段适度联络等结构，10kV配电网结构具有一条馈线装接多组配电变压器的特点，在进行10kV配电网网络结构设计时，传统方法是考虑满足配变最高负荷供电需求，以及10kV馈线持续极限传输能力约束，其数学型式为
Figure BDA0002430801150000011
式中，Pmaxi为网络中第i座配电变压器的最大负荷(单位：MW)，PLmax为10kV配电线路的持续极限传输能力(单位：MW)。
随着10kV配电网自动化终端在配电网中覆盖率不断提高，配电网规划、设计、运行人员对配电网状态(例如电压水平、运行电流和负荷特性)的感知能力和认识水平不断深入，利用海量的配电网数据，提升配电网运行效率，提升配电网结构合理性，成为近年来配电网规划和工程设计研究领域的热点。
然而，现有的配变接入方案在设计时未考虑负荷特性，存在相似负荷特性的配变负荷叠加恶化负荷特性的现象，造成配电线路传输的有功功率平均负荷率水平不高、峰谷差大等问题，降低了网络中配电线路的利用效率，从而未能充分发挥配网设施和通道资源应有的作用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够增加配电线路利用效率的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，包括以下内容：1)基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷；2)采用0-1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合；3)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定。
进一步地，所述步骤1)的具体过程为：1.1)获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换：
Figure BDA0002430801150000021
其中，y为配电负荷曲线集合，yi*为配变负荷曲线在第i点的标幺值，yi为配变负荷曲线在第i点的实际值，max(y)为配电负荷曲线集合y中的最大值；1.2)基于皮尔逊模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷。
进一步地，所述步骤1.2)中的皮尔逊模型为：
Figure BDA0002430801150000022
其中，X、Y分别为标幺变换后的配变负荷曲线，N为配变负荷曲线的点数，r为相关系数，其具有如下性质：①r的值介于–1与+1之间，即–1≤r≤+1；②当r<0时，表明两变量X、Y具有互补特性。
进一步地，所述步骤2)中0-1整数规划优化算法的模型为：
Figure BDA0002430801150000023
Figure BDA0002430801150000024
其中，Z为目标函数；m为配电变压器的数量；n为单一配变负荷曲线的点数；B为馈线最高持续供电负荷；yk为第k个配变电变压器的配电负荷曲线集合；yki为第k个配变电变压器的配电负荷曲线在第i点的负荷原值；xk为决策变量。
进一步地，所述步骤3)的具体过程为：3.1)构建馈线拓扑路径优化模型；3.2)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定。
进一步地，所述步骤3.1)中馈线拓扑路径优化模型的目标函数为：
Figure BDA0002430801150000025
其中，ZP为目标函数；O为路径的条数；Xj为第j条路径的决策变量；Ej为第j条路径的边权重；目标函数的约束条件包括：①支路路径两侧节点构成节点集合V，路径必须始于变电站中压母线位置节点VS，止于变电站中压母线位置节点VE，其余节点为中压配电网环网结构中的配电变压器位置节点；②路径必须经过特定节点集合；③每条路径只能被选择一次。
进一步地，所述步骤3.2)中考虑节点约束的单源路径搜索算法的具体过程为：A)设置起始节点S和终止节点E，求取中间约束节点序列的全排列集合；B)设置中间序列起始节点MS和中间序列终止节点ME；C)调用迪赫斯特拉算法，求取全排列集合中的中间序列起始节点MS到中间序列终止节点ME的最短路径，形成中间节点全排列最短路径集合；D)将中间节点全排列最短路径集合与中间节点约束进行匹配，若存在匹配，则进入步骤E)；否则，进入步骤G)；E)调用迪赫斯特拉算法，求取起始节点S到中间序列起始节点MS的最短路径，以及求取中间序列终止节点ME到终止节点E的最短路径；F)将步骤D)和步骤E)得到的三段路径进行拼接，形成最终路径；G)结束。
考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定系统，包括：相关性分析模块，用于基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷；配变组合确定模块，用于采用0-1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合；中压配电网环网结构确定模块，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定。
进一步地，所述相关性分析模块包括：配变负荷曲线获取单元，用于获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换；相关性分析单元，用于基于皮尔逊模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷。
进一步地，所述中压配电网环网结构确定模块包括：模型构建单元，用于构建馈线拓扑路径优化模型；中压配电网环网结构确定单元，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明充分利用配电网终端采集的负荷特性数据，通过优化组合实现配电网网络资源的优化，改善配电网中网络馈线设施的负荷特性，为提高配电网馈线利用效率提供技术保障，同时也为识别和挖掘配电网负荷特征、负荷优化提供技术保障。
2、本发明采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，能够实现中压配电网环网结构条件下，多重建设方案的路径优化，为中压配电网建设中多方案比选提供技术经济最优的技术方案，为提升配电网建设的效益提供技术保障，可以广泛应用于配电网规划设计领域中。
附图说明
图1是本发明方法的整体流程图；
图2是现有技术中狄克斯特拉算法的流程图；
图3是本发明考虑中间节点约束的单源路径优化算法流程图；
图4是本发明实施例中10kV配电网的地理接线示意图；
图5是本发明实施例中10kV配电网的电气接线示意图；
图6是本发明实施例中10kV配电网装接配变的负荷特性曲线示意图；
图7是本发明实施例中居民、办公和商业三类典型配电负荷曲线示意图；
图8是本发明实施例中居民、办公、商业三类标幺变换后的配电负荷曲线示意图；
图9是本发明实施例中第一环网拓扑结构可选路径拓扑(含边权重)示意图；
图10是本发明实施例中第一环网拓扑结构路径确定结果拓扑示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，包括以下步骤：
1)基于Pearson(皮尔逊)模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷，具体为：
1.1)获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换：
Figure BDA0002430801150000041
其中，y为配电负荷曲线集合；yi*为配变负荷曲线在第i点的标幺值；yi为配变负荷曲线在第i点的实际值，单位为MW；max(y)为配电负荷曲线集合y中的最大值，单位为MW。
1.2)基于Pearson模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷，其中，Pearson模型为：
Figure BDA0002430801150000051
其中，X、Y分别为标幺变换后的配变负荷曲线；N为配变负荷曲线的点数；r为相关系数，其具有如下性质：
①r的值介于–1与+1之间，即–1≤r≤+1。
②当r>0时，表明两变量X、Y为(即当X的值增大或减小，Y值增大或减小)正相关。
③当r<0时，表明两变量X、Y为负相关，说明两变量即两条配变负荷曲线间具有互补特性。
④当|r|＝1时，表明两变量X、Y为完全线性相关。
⑤当r＝0时，表明两变量X、Y间无线性相关关系。
⑥当0<|r|<1时，表明两变量X、Y存在一定程度的线性相关，且|r|越接近1，则两变量X、Y间的线性关系越密切，|r|越接近0，则两变量X、Y间的线性相关越弱。一般可按三级划分：|r|<0.4为低度线性相关，0.4≤|r|<0.7为显著性相关，0.7≤|r|<1为高度线性相关。
2)采用0-1整数规划优化算法，根据中压配电网环网结构中具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合，具体为：
0-1整数规划优化算法的模型为：
Figure BDA0002430801150000052
Figure BDA0002430801150000053
其中，Z为目标函数；m为配电变压器的数量；n为单一配变负荷曲线的点数；B为馈线最高持续供电负荷；yk为第k个配变电变压器的配电负荷曲线集合；yki为第k个配变电变压器的配电负荷曲线在第i点的负荷原值，单位为MW；xk为决策变量，取值为0或1，1表示选择配变负荷，0表示不选择配变负荷。
0-1整数规划优化算法采用分支定界法，其基本思想如下：
将全部可行解空间反复地分割为越来越小的子集(称为分枝)，且对每一子集内的解集计算一个目标函数下界(称为定界)，在每次分枝后，凡是界限超出已知可行解集目标值的子集不再进一步分枝(称为剪枝)，通过广度优先等方法搜索解空间树，直至求取得到目标值，在本发明中即得到环网拓扑结构中馈线装接的配变组合。
3)以步骤2)中确定的馈线装接配变组合为基础，当环网结构建设中变电站母线与配变连接存在多重可选的物理路径时，采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定，具体为：
3.1)构建馈线拓扑路径优化模型：
馈线拓扑路径确定是针对中压配电网环网结构的变电站中压母线为起点，馈线串接配电变压器的物理位置已知，馈线拓扑结构确定条件下，以求取配电网建设改造运维费用最小为目标函数的配电网建设改造路径优化问题，其目标函数为：
Figure BDA0002430801150000061
其中，ZP为目标函数；O为路径的条数；Xj为第j条路径的决策变量，取值为0或1，1表示选择第j条路径，0表示不选择第j条路径；Ej为第j条路径的边权重，反映连接两配电变压器之间电气路径的建设改造及运维费用，其计算模型为：
Ej＝K×Lab(6)
其中，Ej为配电变压器节点集合V中配电变压器a和配电变压器b之间直接相连的电气路径的权重，单位为万元；K为电气路径的单位公里建设改造运维费用，单位为万元/公里；Lab为配电变压器a与配电变压器b之间电气路径长度，单位为公里。
上述目标函数(5)的约束条件包括：
①支路路径两侧节点构成节点集合V，路径必须始于变电站中压母线位置节点VS，止于变电站中压母线位置节点VE，其余节点为中压配电网环网结构中的配电变压器位置节点；
②路径必须经过特定节点集合；
③每条路径只能被选择一次。
3.2)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定：
在已知变电站母线节点和网络中串接的配电变压器节点条件下，构架单环网的路径优化问题在数学上可以视为含节点约束条件的单源路径优化问题。迪赫斯特拉算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径，主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止，如图2所示，其基本流程如下：
①初始化：设置起始节点的路径距离为ds＝0，路径节点集合ps为空；设置所有其他节点的路径距离为d＝∞，路径节点集合p未定义；标记起始节点s，记录中间节点a＝s，其他所有点设为未标记，设置计数器Num＝1，进入步骤②。
②判断计数器Num是否小于节点总数O，若计数器Num小于O，则进入步骤③；若计数器Num不小于O，则进入步骤⑦。
③检验从所有已标记的点a到其他直接连接的未标记的节点b的距离，求取db＝min(db,da+E(a,b))，其中，E(a,b)为从节点a到节点b路径权重，da、db分别为节点a、节点b与起始节点之间的路径距离，进入步骤④。
④选取下一个节点：从所有未标记的点中选取db对应的节点b，进入步骤⑤。
⑤从已经标记的节点集合中找出与节点b直接连接的节点，标记为pb，进入步骤⑥。
⑥标记节点b，计数器Num加1，进入步骤②。
⑦结束。
如图3所示，基于上述迪赫斯特拉算法，本发明采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，解决建设一组环网结构的馈线组时，馈线组须以电源节点为起始点，中间路径须经过所有优化后的配变节点的问题，具体流程如下：
①设置起始节点S和终止节点E，求取中间约束节点序列的全排列集合。
②设置中间序列起始节点MS和中间序列终止节点ME。
③计算中间节点最短路径集：调用迪赫斯特拉算法，求取全排列集合中的中间序列起始节点MS到中间序列终止节点ME的最短路径，形成中间节点全排列最短路径集合。
④将中间节点全排列最短路径集合与中间节点约束进行匹配，若存在匹配，则进入步骤⑤；否则，进入步骤⑦。
⑤调用迪赫斯特拉算法，求取起始节点S到中间序列起始节点MS的最短路径，以及求取中间序列终止节点ME到终止节点E的最短路径。
⑥将步骤④和步骤⑤得到的三段路径进行拼接，形成最终路径。
⑦结束。
下面以某地区10kV配电网为例具体实施例详细说明本发明的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法：
如图4所示，该10kV配电网的基本情况如下：向区域内供电的变电站分别为变电站A和变电站B，10kV配电网网络由八组环网箱和四条10kV馈线构成两组电缆单环网，向环网箱配出的配电变压器供电，馈线电缆材质为铜，截面400mm2，环网箱采用单母线接线，进出线规模为二进四出，其中，电缆单环网#1由馈线A1和馈线B1组成，通过环网箱1#、环网箱2#、环网箱6#和环网箱7#为负荷点1、负荷点2、负荷点6和负荷点7供电；电缆单环网#2由馈线A2和馈线B2组成，通过环网箱3#、环网箱4#、环网箱5#和环网箱8#为负荷点3、负荷点4、负荷点5和负荷点8供电，该10kV配电网的电气接线如图5所示，网内装接配变负荷曲线如图6所示，配电网的负荷水平和负荷特性如下表1所示，两组电缆单环网内的馈线负载率水平如下表2所示：
表1：10kV配电网最高负荷水平和负荷特性
负荷点编号 最高负荷(MW) 负荷特性
1 2.5 居民
2 2.6 居民
3 2.3 办公
4 2.5 学校
5 2.3 商业
6 1.9 商业
7 2.5 学校
8 2.1 商业
合计 18.7 -
表2：环网中馈线最高负荷水平
馈线编号 A1 B1 A2 B2
最大负荷(MW) 5.10 4.27 4.45 4.34
负载率 63％ 53％ 55％ 54％
日负荷率 62％ 77％ 67％ 62％
日峰谷差率 59％ 48％ 52％ 75％
日最小负荷率 41％ 52％ 14％ 25％
10kV配电网存在的主要问题是电缆单环网#1和电缆单环网#2内的馈线负载率均超过50％，电缆单环网#1在馈线出口故障条件下，非故障线路负载超过103％；电缆单环网#2在馈线出口故障条件下，非故障线路负载超过108％，均无法满足馈线N-1校验要求。
因此，采用本发明方法，确定10千伏配电网结构：
1)基于Pearson模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，具有互补性的配电变压器负荷：
电缆单环网内配电变压器的供电负荷主要由居民、办公和商业三类构成，因此下面以居民、办公和商业即负荷点1、3和5为例进行说明。
负荷点1、3和5的典型配电负荷特性曲线如图7所示，采用Pearson模型计算得出上述3个负荷点的相关性，计算结果如下表3所示，负荷特性指标计算结果如下表4所示：
表3负荷特性计算结果
Figure BDA0002430801150000081
Figure BDA0002430801150000091
表4典型负荷的相关性计算结果
负荷编号 相关性 居民 商业 办公
负荷1 居民 1 -0.73 -0.82
负荷5 商业 -0.73 1 0.89
负荷3 办公 -0.82 0.89 1
相关性分析结论：为居民供电的配电负荷与为商业和办公供电的配变负荷的特性负相关，即具有强互补特性；为商业和办公供电的配变负荷的特性正相关，即具有强相似性。上述三种负荷分别由电缆单环网1#和电缆单环网2#供电，通过优化转接配变负荷，改善线路负载率水平具有可行性，标幺变换后上述三个负荷点的配电负荷曲线如图8所示。
基于Pearson模型，8个负荷点的相关性分析计算结果如下表5所示：
表5：全部负荷的相关性计算结果
负荷编号 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1.0 0.8 -0.8 -0.1 -0.7 0.3 -0.2 -0.8
2 0.8 1.0 -0.8 -0.4 -0.8 -0.1 -0.2 -0.8
3 -0.8 -0.8 1.0 0.2 0.9 0.0 0.4 1.0
4 -0.1 -0.4 0.2 1.0 0.2 0.1 0.2 0.2
5 -0.7 -0.8 0.9 0.2 1.0 0.2 0.7 0.9
6 0.3 -0.1 0.0 0.1 0.2 1.0 0.5 0.0
7 -0.2 -0.2 0.4 0.2 0.7 0.5 1.0 0.4
8 -0.8 -0.8 1.0 0.2 0.9 0.0 0.4 1.0
相关性分析结论：8个负荷点可分为三类，第一类包括正相关的负荷点1与负荷点2，第二类包括正相关的负荷点3、负荷点5和负荷点8，第三类包括负相关的负荷点6和负荷点7，其中，第一类与第二类具有强互补性。
2)采用0-1整数规划优化算法，根据中压配电网环网结构中具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合：
采用0-1整数规划优化算法，组合配变负荷，算法采用线性规划的分支定界算法，支路策略采用最大整数不可用策略，顶点搜索策略为最优顶点搜索，优化后的配变组合结果如下表6所示：
表6：优化前后环网及装接负荷组合表
Figure BDA0002430801150000092
3)当环网结构建设中变电站母线与配变连接存在多重可选的物理路径时，采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到确定馈线装接的配变组合后中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定：
以优化装接负荷的第一环网拓扑结构1#为例，优化后馈线A1和B1分别由第一变电站A和第二变电站B供电组成单环网络，第一环网拓扑结构1#的目标网架采用单环网，负荷点2、6、7和8均串接在单环网中，结合地理位置和可选的路径，第一环网拓扑结构1#的路径拓扑如图7所示，第一环网拓扑结构#1的路径信息如下表7所示：
表7：电缆单环网1#可选路径信息
Figure BDA0002430801150000101
优化目标：自第一变电站A至第二变电站B选择，建设运维费用最低的单环网路径。
中间约束条件：路径的中间节点须经过负荷2、6、7、8，中间节点的顺序无约束。
路径优化结果：第一环网拓扑结构#1的建设运维费用为244.42万元，路径为Line1、line4、Line7和Line10。
负荷点1至其余各负荷点的最短路径记录如下：
Figure BDA0002430801150000102
与之对应的最短距离为：
0 52.9200 90.7200 118.4200 158.7400 244.4200
4)配电网结构确定的成效分析：
优化前后各环网拓扑结构的装接配变组合对比如下表8所示，优化后各环网拓扑结构内馈线负载率及负荷特性如下表9所示：
表8：优化前后环网及装接负荷组合
Figure BDA0002430801150000103
Figure BDA0002430801150000111
表9：优化后馈线负载率及负荷特性
馈线编号 A1 B1 A2 B2
最大负荷(MW) 4.04 4.33 3.53 4.46
负载率 49.8％ 53.5％ 43.6％ 55.1％
日负荷率 77％ 76％ 81％ 64％
日峰谷差率 37％ 51％ 32％ 61％
日最小负荷率 63％ 49％ 68％ 39％
对比优化前后的馈线负载率和负荷特性，可以看出，通过优化馈线装接配变负荷，馈线A1、A2的负载率水平约下降了10％，馈线B1和B2的负载率水平与优化前基本持平，馈线A1、A2和B2的日峰谷差率改善明显，在13.5％～22.6％之间。第一环网拓扑结构#1和第二环网拓扑结构#2分别在变电站出口故障时，联络开关闭合后，非故障线路的负载率分别在90.6％和94％，能够满足10kV线路N-1校验要求。电网的利用率和安全运行水平均得到改善，优化前后馈线负载率及负荷特性变化量如下表10所示：
表10：优化前后馈线负载率及负荷特性变化量
馈线编号 A1 B1 A2 B2
最大负荷(MW) -1.06 0.06 -0.92 0.12
负载率 -13.1％ 0.7％ -11.3％ 1.4％
日负荷率 14.6％ -0.6％ 14.0％ 2.2％
日峰谷差率 -22.6％ 3.5％ -20.6％ -13.5％
日最小负荷率 22.6％ -3.5％ 54.2％ 13.5％
基于上述考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，本发明还提供一种考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定系统，其特征在于，包括：
相关性分析模块，用于基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷。
配变组合确定模块，用于采用0-1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合。
中压配电网环网结构确定模块，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定。
在一个优选的实施例中，相关性分析模块包括：
配变负荷曲线获取单元，用于获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换。
相关性分析单元，用于基于皮尔逊模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷。
在一个优选的实施例中，中压配电网环网结构确定模块包括：
模型构建单元，用于构建馈线拓扑路径优化模型。
中压配电网环网结构确定单元，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，包括以下内容：
1)基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷；
2)采用0-1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合，0-1整数规划优化算法的模型为：
Figure FDA0003147851090000011
Figure FDA0003147851090000012
其中，Z为目标函数；m为配电变压器的数量；n为单一配变负荷曲线的点数；B为馈线最高持续供电负荷；yk为第k个配变电变压器的配电负荷曲线集合；yki为第k个配变电变压器的配电负荷曲线在第i点的负荷原值；xk为决策变量；
3)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定。
2.如权利要求1所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程为：
1.1)获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换：
Figure FDA0003147851090000013
其中，y为配电负荷曲线集合，yi*为配变负荷曲线在第i点的标幺值，yi为配变负荷曲线在第i点的实际值，max(y)为配电负荷曲线集合y中的最大值；
1.2)基于皮尔逊模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷。
3.如权利要求2所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，所述步骤1.2)中的皮尔逊模型为：
Figure FDA0003147851090000014
其中，X、Y分别为标幺变换后的配变负荷曲线，N为配变负荷曲线的点数，r为相关系数，其具有如下性质：
①r的值介于–1与+1之间，即–1≤r≤+1；
②当r<0时，表明两变量X、Y具有互补特性。
4.如权利要求1所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)构建馈线拓扑路径优化模型；
3.2)采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定。
5.如权利要求4所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，所述步骤3.1)中馈线拓扑路径优化模型的目标函数为：
Figure FDA0003147851090000021
其中，ZP为目标函数；O为路径的条数；Xj为第j条路径的决策变量；Ej为第j条路径的边权重；
目标函数的约束条件包括：
①支路路径两侧节点构成节点集合V，路径必须始于变电站中压母线位置节点VS，止于变电站中压母线位置节点VE，其余节点为中压配电网环网结构中的配电变压器位置节点；
②路径必须经过特定节点集合；
③每条路径只能被选择一次。
6.如权利要求4所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定方法，其特征在于，所述步骤3.2)中考虑节点约束的单源路径搜索算法的具体过程为：
A)设置起始节点S和终止节点E，求取中间约束节点序列的全排列集合；
B)设置中间序列起始节点MS和中间序列终止节点ME；
C)调用迪赫斯特拉算法，求取全排列集合中的中间序列起始节点MS到中间序列终止节点ME的最短路径，形成中间节点全排列最短路径集合；
D)将中间节点全排列最短路径集合与中间节点约束进行匹配，若存在匹配，则进入步骤E)；否则，进入步骤G)；
E)调用迪赫斯特拉算法，求取起始节点S到中间序列起始节点MS的最短路径，以及求取中间序列终止节点ME到终止节点E的最短路径；
F)将步骤D)和步骤E)得到的三段路径进行拼接，形成最终路径；
G)结束。
7.考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定系统，其特征在于，包括：
相关性分析模块，用于基于皮尔逊模型，对中压配电网环网结构中配电变压器的负荷特性进行相关性分析，确定具有互补性的配电变压器负荷；
配变组合确定模块，用于采用0-1整数规划优化算法，根据具有互补性的配电变压器负荷，确定中压配电网环网结构中馈线装接的配变组合，0-1整数规划优化算法的模型为：
Figure FDA0003147851090000031
Figure FDA0003147851090000032
其中，Z为目标函数；m为配电变压器的数量；n为单一配变负荷曲线的点数；B为馈线最高持续供电负荷；yk为第k个配变电变压器的配电负荷曲线集合；yki为第k个配变电变压器的配电负荷曲线在第i点的负荷原值；xk为决策变量；
中压配电网环网结构确定模块，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和预先构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网环网结构的确定。
8.如权利要求7所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定系统，其特征在于，所述相关性分析模块包括：
配变负荷曲线获取单元，用于获取中压配电网环网结构的每一环网结构中配电变压器的配变终端各负荷点的配变负荷曲线，并分别进行标幺变换；
相关性分析单元，用于基于皮尔逊模型，针对标幺后的配变负荷曲线，分析中压配电网环网结构中每条馈线装接的配电变压器负荷的相关性，确定具有互补性的配电变压器负荷。
9.如权利要求7所述的考虑负荷互补特性的中压配电网环网结构确定系统，其特征在于，所述中压配电网环网结构确定模块包括：
模型构建单元，用于构建馈线拓扑路径优化模型；
中压配电网环网结构确定单元，用于采用考虑节点约束的单源路径搜索算法，根据确定的馈线装接配变组合和构建的馈线拓扑路径优化模型，得到中压配电网环网结构中每一环网结构的馈线拓扑路径，完成中压配电网单环拓扑结构的确定。
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