CN111541236A - 一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法 - Google Patents

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Abstract

一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，包括以下步骤：（1）获取运行方式、网架结构、负荷分布数据；（2）建立终端定位初始模型，利用采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间；（3）建立用户负荷分布模型，将负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中，得到适用于精准定位模型的负荷分布；（4）建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型，实现FA功能的可靠性提升；（5）建立终端精准定位模型，利用遗传算法求解，实现FA终端最优位置的精准定位。本发明能结合线路实际的网架结构、负荷分布、运行方式，给出FA功能涉及的分段开关及配电自动化终端准确的最优设置位置，实用性及可操作性强。

Description

一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法
技术领域
本发明涉及一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，属配电网技术领域。
背景技术
馈线自动化(Feeder Automation,FA)作为配电自动化的重要功能，可快速隔离配电网故障，恢复非故障区域的供电，缩短停电时间，提高配电网的供电可靠性。在部署FA时，需综合考虑供电可靠性要求、网架结构、一次设备现状及通信条件等情况，科学合理的规划配置方案能够在最小的经济投入下，获得最优的供电可靠性。
传统对FA功能提升多集中于FA模式的选取、终端类型的选择，并未涉及终端定位对FA的功能提升作用，而目前FA终端定位研究较少，现场多采用经验及主观判断，严重制约了FA大规模应用及配电自动化实用化进程。
发明内容
本发明的目的是，针对传统方法对馈线自动化终端定位存在的不足，本发明提出一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法。
本发明实现的技术方案如下，一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，包括以下步骤：
(1)获取运行方式、网架结构、负荷分布数据；
(2)建立终端定位初始模型，利用步骤(1)采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间；
(3)建立用户负荷分布模型，将步骤(1)采集到的负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中，得到适用于精准定位模型的负荷分布；
(4)基于最小割级算法，建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型，实现FA功能的可靠性提升；
(5)建立终端精准定位模型，利用遗传算法求解，实现综合考虑安全性、可靠性、经济性的FA终端最优位置的精准定位。
所述终端定位初始模型包括：
(1)确定终端数量
根据供电区域及线路长度，确定所需分段开关数量；
(2)确定终端初始区间
具体终端定位区间初始模型可表示为：
Xi0＝ω1xiload+ω2xilength+ω3xiclient
其中，Xi0为第i个分段开关到出线开关间的距离；ω1为线路负荷权重因子，建议设置为0.6；ω2为线路长度权重因子，建议设置为0.3；ω3为线路用户数权重因子，建议设置为0.1；xiload负荷为按负荷均分法，第i个分段开关到出线开关的距离；xilength长度为按长度均分法，第i个分段开关到出线开关的距离；xiclient用户为按用户数量均分法，第i个分段开关到出线开关的距离。
所述用户负荷分布模型将终端位置作为决策变量，模型如下：
Figure BDA0002430217500000021
其中，Xi表示第i个分支开关位置，Pi表示分支所挂接的负荷。
所述可靠性分析模型通过计算系统的年平均故障停电时间获得故障损失成本，其中系统的年平均故障停电时间计算步骤包括：
(1)线路分块：以出线开关、分段开关、联络开关、分支/分界开关为边界，对配电线路进行分块处理，并采取先主干后分支，顺潮流方式进行编号；
(2)计算分块可靠性指标；
(3)求系统最小割级：最小割级是指导致系统失效的元件集合的最小子集，采用基于搜索树的方法寻找负荷点的最小供电连集，逻辑运算后获得最小割集；
(4)计算线路可靠性指标：区域内的线路长度将影响故障查找时间进而影响平均故障停电时间，因此可靠性指标故障停运时间与终端位置相关。
所述终端精准定位模型是满足供电可靠性及安全性的前提下，寻求综合关键成本最低的规划方案；所述终端精准定位模型目标函数为：
Figure BDA0002430217500000031
其中，Cz表示综合关键成本的等年值；Cei为第i个设备建设投资成本的等年值；Cfi为第i个终端区域内故障损失成本的等年值；N为每条线路上的设备总数。
所述设备建设投资成本Cei计算公式如下：
Figure BDA0002430217500000032
其中，Cs为设备成本；Cgl为敷设1km光缆的成本，包括人工成本及材料成本；Xi为三遥终端到变电站的光缆长度；Cwx为通信卡月流量费用；a为利率；s为设备使用寿命。
所述故障损失成本Cfi计算公式如下：
Cfi＝Cf*Tfi*Pi
其中，Cf为系统单位电量平均停电损失费用；Tfi为第i个终端区域内年平均故障停电时间；Pi为为第i个终端区域内的平均负荷。
本发明的有益效果是，本发明的优化模型综合考虑了安全性、可靠性及成本性三方面的影响，确定FA最优建设方案，使FA在满足安全前提下，经济可靠的运行，使FA的建设规划方案更加科学、合理；本发明的优化模型能结合线路实际的网架结构、负荷分布、运行方式，给出FA功能涉及的分段开关及配电自动化终端准确的最优设置位置，实用性及可操作性强，能有效地指导现场FA的规划建设工作。
本发明实施例结果表明本发明提出的FA规划建设方法收敛性良好，获得了安全性、可靠性、经济性皆满足的最优建设方案。
附图说明
图1为本发明一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法流程图；
图2为本发明实例运算模型收敛过程示意图；
图3为本发明实例模型运算结果示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
本实施例基于某公司实际10kV配电线路参数展开，并对现有方案、初始规划方案、最优规划方案进行验证分析。
该10kV配电线路为C区单联络混合线路，线路总长13.25千米，主干线总长5.15千米，其中电缆线路0.65千米，导线型号为YJV22 8.7/15，架空线路4.5千米，导线型号为JKLYJ-10/150，共计装接配变46台，总容量25550千伏安。根据线路的负荷分布可得出线路功率分布函数如下：
Figure BDA0002430217500000051
FTU设备购置费用为7000元，DTU为15000元，设备使用寿命为10年计，利率取10％。150M电话卡流量费用为20元/月，三遥终端光缆敷设及设备费用为3500/公里。
方案1：现有的方案
分段开关3台，分别位于19号杆、41号杆和86号杆，联络开关1台，将线路分为4段。如表1所示。
表1方案1开关明细表
序号 名称 开关类型 开关位置 开关用途 装接容量(kVA)
1 922开关 10kV断路器 110kV变电站 出线 2800
2 D01 柱上断路器 19#杆 分段 -
3 D02 柱上断路器 41#杆 分段 975
4 D03 柱上断路器 86#杆 分段 13065
目标成本为：9.35万元。
方案2：初始规划方案
(1)确定分段开关数量
线路拟建设于C类供电区域，主干线总长5.15千米，《配电网技术导则》要求，主干线的分段开关数量为2个，将主干线分成3段。
(2)确定分段开关位置
D01：利用负荷均分，1号开关位到出线开关处所承担的负荷应为25550/3＝8516.67kVA，则距离出线开关约0.98公里，即x1load＝0.98；利用长度均分，x1length＝1.67公里；利用用户数量均分，1号开关位到出线开关处所承担的用户数量应为15，则距离出线开关约1.05公里，即x1cilent＝1.05。代入公式(1)，选取本方案建议权重因子。
1号开关位于距离出线开关约1.194公里处。
D02：同理，2号开关位于距离出线开关约3.157公里处。
目标成本为：3.07万元
方案3：模型优化方案
遗传算法的基本参数设置：种群规模50，迭代次数100，交叉概率为0.8，变异概率为0.02。将线路参数及初始规划方案结果代入优化模型，算法模型收敛性良好，如图2所示。
优化结果为x＝1.11，y＝0.95。即，D01开关位于距离出线开关1.33公里处，D02开关位于距离出线开关3.08公里处。如图3所示。

Claims (7)

1.一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)获取运行方式、网架结构、负荷分布数据；
(2)建立终端定位初始模型，利用采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间；
(3)建立用户负荷分布模型，将负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中，得到适用于精准定位模型的负荷分布；
(4)基于最小割级算法，建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型，实现FA功能的可靠性提升；
(5)建立终端精准定位模型，利用遗传算法求解，实现综合考虑安全性、可靠性、经济性的FA终端最优位置的精准定位。
2.根据权利要求1所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述终端定位初始模型包括：
(1)确定终端数量
根据供电区域及线路长度，确定所需分段开关数量；
(2)确定终端初始区间
具体终端定位区间初始模型可表示为：
Xi0＝ω1xiload+ω2xilength+ω3xiclient
其中，Xi0为第i个分段开关到出线开关间的距离；ω1为线路负荷权重因子，建议设置为0.6；ω2为线路长度权重因子，建议设置为0.3；ω3为线路用户数权重因子，建议设置为0.1；xiload负荷为按负荷均分法，第i个分段开关到出线开关的距离；xilength长度为按长度均分法，第i个分段开关到出线开关的距离；xiclient用户为按用户数量均分法，第i个分段开关到出线开关的距离。
3.根据权利要求1所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述用户负荷分布模型将终端位置作为决策变量，模型如下：
Figure FDA0002430217490000021
其中，Xi表示第i个分支开关位置，Pi表示分支所挂接的负荷。
4.根据权利要求1所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述可靠性分析模型通过计算系统的年平均故障停电时间获得故障损失成本，其中系统的年平均故障停电时间计算步骤包括：
(1)线路分块：以出线开关、分段开关、联络开关、分支/分界开关为边界，对配电线路进行分块处理，并采取先主干后分支，顺潮流方式进行编号；
(2)计算分块可靠性指标；
(3)求系统最小割级：最小割级是指导致系统失效的元件集合的最小子集，采用基于搜索树的方法寻找负荷点的最小供电连集，逻辑运算后获得最小割集；
(4)计算线路可靠性指标：区域内的线路长度将影响故障查找时间进而影响平均故障停电时间，因此可靠性指标故障停运时间与终端位置相关。
5.根据权利要求1所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述终端精准定位模型是满足供电可靠性及安全性的前提下，寻求综合关键成本最低的规划方案；所述终端精准定位模型目标函数为：
Figure FDA0002430217490000031
其中，Cz表示综合关键成本的等年值；Cei为第i个设备建设投资成本的等年值；Cfi为第i个终端区域内故障损失成本的等年值；N为每条线路上的设备总数。
6.根据权利要求5所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述设备建设投资成本Cei计算公式如下：
Figure FDA0002430217490000032
其中，Cs为设备成本；Cgl为敷设1km光缆的成本，包括人工成本及材料成本；Xi为三遥终端到变电站的光缆长度；Cwx为通信卡月流量费用；a为利率；s为设备使用寿命。
7.根据权利要求5所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法，其特征在于，所述故障损失成本Cfi计算公式如下：
Cfi＝Cf*Tfi*Pi
其中，Cf为系统单位电量平均停电损失费用；Tfi为第i个终端区域内年平均故障停电时间；Pi为为第i个终端区域内的平均负荷。
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