CN112184052A - 一种电网规划区域的划分方法 - Google Patents

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CN112184052A CN202011093419.8A CN202011093419A CN112184052A CN 112184052 A CN112184052 A CN 112184052A CN 202011093419 A CN202011093419 A CN 202011093419A CN 112184052 A CN112184052 A CN 112184052A
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王帆
赵树军
邢志坤
刘杰
张海涛
孟斌
陈云辉
蔡佳铭
吕嘉文
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Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Electric Power Design Institute Co Ltd
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Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
Shanghai Electric Power Design Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电网规划区域的划分方法，该方法提出电气维度、空间维度和控制维度三个维度的电网规划区域的划分指标评价体系。其中电气维度采用电气距离指标进行评价，空间维度采用空间距离指标进行评价，控制维度采用有功平衡度、有功自平衡能力以及无功自平衡能力指标进行评价，采用熵权法和TOPSIS法结合的方法对电网规划区域划分方案进行评价，得到最优的电网规划区域划分方案。本发明根据电网电气连接关系以及分布式可再生能源出力进行配电区域划分，电网规划区域范围合理，方便方案的制定，本发明的方法使用方便，适用性强。

Description

一种电网规划区域的划分方法
技术领域
本发明涉及电网规划的技术领域，具体指的是一种电网规划区域的划分方法。
背景技术
以火电为主导的电源结构使得电力工业成为我国国民经济最大的碳排放源。因此，推动电力工业的低碳化是我国实现上述能源战略的必经之路。发展低碳电力系统的重点在于电力供给侧改革，随着我国电力供应进一步宽松和电力消费换挡到中速甚至低速增长，应把电力发展的重心从规模扩张为主转向系统优化、提质增效为主，其关键在于清洁能源发电的有效开发和利用。对于清洁能源发电的开发，目前有两种思路：一是从发电侧出发，大力发展长距离、大容量、低损耗的跨区输电线路(如特高压交直流输电)以实现清洁能源资源在更大范围内的优化配置；二是从用户侧出发，建立分布式清洁能源发电、电网和终端用电集成的供电系统，就地消纳和利用清洁能源。
分布式可再生能源发电具有距离负荷近，建设周期短、投资成本低、运行灵活的优点，因此近年来在我国尤其是城市地区呈现快速发展的趋势。规模化的分布式可再生能源发电接入电网后，尤其是间歇式能源大量并网后，原来方向单一的电网潮流逐渐变得双向不确定性，对电网电压水平、短路容量等电气特性造成显著的影响，给电网的规划带来了巨大的挑战。
针对接入规模大、接入点分散的分布式可再生能源，传统电网规划往往仅考虑满足一个大区域范围内最大负荷下的电网网架方案，没有根据电网电气连接关系以及分布式可再生能源出力进行配电区域划分，造成电网规划区域范围过大，给规划方案制定带来困难。
发明内容
有鉴于现有模型的上述缺陷，本发明提供一种根据电网电气连接关系以及分布式可再生能源出力进行配电区域划分，电网规划区域范围合理的电网规划区域的划分方法。
本发明的技术方案：
一种电网规划区域的划分方法，具体包括以下步骤：(1)制定指标体系；(2)根据规划范围内电网的情况，提出不少于2个的电网规划区域划分方案；(3)计算各方案指标及能力；(4)采用熵权法和TOPSIS法结合的方法对不同电网规划区域划分方案进行综合评价。
优选的，所述步骤(1)指标体系包括电气维度、空间维度和控制维度三个维度的电网规划区域的划分指标评价体系。
优选的，所述步骤(1)电气维度采用电气距离指标进行评价，空间维度采用空间距离指标进行评价，控制维度采用有功平衡度、有功自平衡能力以及无功自平衡能力指标进行评价。
优选的，计算各方案指标及能力包括计算各方案电气距离指标、计算各方案空间距离指标、计算各方案有功平衡度指标、计算各方案有功自平衡能力和计算无功自平衡能力。
优选的，所述计算各方案电气距离指标：
根据电网内第i节点和第j节点之间的有功电气距离和无功电气距离，求得第i节点和第j节点的电气距离Lij为：
Figure BDA0002723066370000021
式中：LPij为第i节点和第j节点之间的有功电气距离；LQij为第i节点和第 j节点之间的无功电气距离；
在电网规划区域划分时，以某一电网规划区域内所有节点之间的电气距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
LCi＝average(Lij) i,j∈Ci (2)
式中：Ci为第i个电网规划区域；LCi第i个电网规划区域的平均电气距离。
优选的，计算各方案空间距离指标：
空间距离体现了电网规划区域内部节点在物理空间的距离，用于反映电网规划区域内分布式可再生能源在运行、维护、管理的便利性，按下式计算：
Figure BDA0002723066370000022
式中：dij为节点i和节点j的空间距离；xi、yi、zi和xj、yj、zj分别为节点i和节点j的x轴、y轴和z轴坐标。
在电网规划区域划分时，以电网规划区域内所有节点之间的空间距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
DCi＝average(dij) i,j∈Ci (4)
式中：DCi第i个电网规划区域的平均空间距离。
优选的，计算各方案有功平衡度指标：
电网规划区域的有功平衡度反应电网规划区域内部负荷对分布式可再生能源发电的平衡能力，按下式计算：
Figure BDA0002723066370000031
式中：Pi为电网规划区域i的有功平衡度；T为典型日的时间长度；Prl(t)i为电网规划区域i在t时刻的净负荷功率；Pl(t)i为电网规划区域i在t时刻的负荷功率。
优选的，计算各方案有功自平衡能力：
电网规划区域内有功功率正向平衡能力
Figure BDA0002723066370000032
和负向平衡能力
Figure BDA0002723066370000033
如下式：
Figure BDA0002723066370000034
式中：
Figure BDA0002723066370000035
分别为电网规划区域分布式可再生能源的有功功率正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑有功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解；Pimax为电网规划区域内第i个可再生分布式能源的有功功率上限，对于生物质发电等功率可控分布式可再生能源，上限为其额定功率，对于光伏发电、风力发电等间歇式能源，上限受当时的太阳能辐照度和风速影响；Pi(t)为第 t调度时刻第i个可再生分布式能源的有功功率出力；Pimin为电网规划区域内第i 个可再生分布式能源的有功功率下限，为可再生分布式能源的最小正常运行功率。
优选的，计算无功自平衡能力：
与有功自平衡能力类似，电网规划区域无功自平衡能力也可由各类无功调节设备的当前无功出力与无功可调节能力的差值求和进行计算，同时考虑电网规划区域内网络约束确定，如式(7)所示。与有功自平衡能力不同的是，无功自平衡能力求解时不需要考虑网络损耗的影响。
Figure BDA0002723066370000041
式中：
Figure BDA0002723066370000042
分别为电网规划区域的无功正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑无功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解；
优选的，
Figure BDA0002723066370000043
分别为电网规划区域内第i个无功调节设备的无功正向平衡能力和负向平衡能力，由式(8)计算得到；Qrl为电网规划区域的净无功功率：
Figure BDA0002723066370000044
式中：Qimax为第i个无功调节设备的最大可调节无功功率；Qimin为第i个无功调节设备的最小可调节无功功率；Qi(t)为第i个无功调节设备t时刻的无功功率。
本发明的有益效果：
本发明提出电气维度、空间维度和控制维度三个维度的电网规划区域的划分指标评价体系。其中电气维度采用电气距离指标进行评价，空间维度采用空间距离指标进行评价，控制维度采用有功平衡度、有功自平衡能力以及无功自平衡能力指标进行评价，采用熵权法和TOPSIS法结合的方法对电网规划区域划分方案进行评价，得到最优的电网规划区域划分方案。
本发明根据电网电气连接关系以及分布式可再生能源出力进行配电区域划分，电网规划区域范围合理，方便方案的制定，本发明的方法使用方便，适用性强。
附图说明
图1为电网规划区域划分综合评价指标体系图。
图2为电网规划区域划分方案图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图1-2，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
(1)制定指标体系
根据实用性、针对性及定量分析与定性分析相结合的原则，选取电网规划区域划分方案的评价指标，分为电气维度、空间维度和控制维度三个维度，如图1 所示。其中电气维度采用电气距离指标进行评价，空间维度采用空间距离指标进行评价，控制维度采用有功平衡度、有功自平衡能力以及无功自平衡能力指标进行评价。
(2)根据规划范围内电网的情况，提出不少于2个的电网规划区域划分方案。
以某规划区域为例，根据区域内分布式光伏、开关站的布局情况，提出两种集群划分方案，两种方案均将电网划分为3个子集群，如下图2所示。
(3)计算各方案电气距离指标
根据电网内第i节点和第j节点之间的有功电气距离和无功电气距离，可以求得第i节点和第j节点的电气距离Lij为：
Figure BDA0002723066370000051
式中：LPij为第i节点和第j节点之间的有功电气距离；LQij为第i节点和第 j节点之间的无功电气距离。
在电网规划区域划分时，以某一电网规划区域内所有节点之间的电气距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
LCi＝average(Lij) i,j∈Ci (2)
式中：Ci为第i个电网规划区域；LCi第i个电网规划区域的平均电气距离。
(4)计算各方案空间距离指标
空间距离体现了电网规划区域内部节点在物理空间的距离，用于反映电网规划区域内分布式可再生能源在运行、维护、管理的便利性，可按下式计算：
Figure BDA0002723066370000061
式中：dij为节点i和节点j的空间距离；xi、yi、zi和xj、yj、zj分别为节点i和节点j的x轴、y轴和z轴坐标。
在电网规划区域划分时，以电网规划区域内所有节点之间的空间距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
DCi＝average(dij) i,j∈Ci (4)
式中：DCi第i个电网规划区域的平均空间距离。
(5)计算各方案有功平衡度指标
电网规划区域的有功平衡度反应电网规划区域内部负荷对分布式可再生能源发电的平衡能力，可按下式计算：
Figure BDA0002723066370000062
式中：Pi为电网规划区域i的有功平衡度；T为典型日的时间长度；Prl(t)i为电网规划区域i在t时刻的净负荷功率；Pl(t)i为电网规划区域i在t时刻的负荷功率。
(6)计算各方案有功自平衡能力
电网规划区域内有功功率正向平衡能力
Figure BDA0002723066370000063
和负向平衡能力
Figure BDA0002723066370000064
如下式：
Figure BDA0002723066370000065
式中：
Figure BDA0002723066370000066
分别为电网规划区域分布式可再生能源的有功功率正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑有功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解；Pimax为电网规划区域内第i个可再生分布式能源的有功功率上限，对于生物质发电等功率可控分布式可再生能源，上限一般为其额定功率，对于光伏发电、风力发电等间歇式能源，上限受当时的太阳能辐照度和风速影响；Pi(t) 为第t调度时刻第i个可再生分布式能源的有功功率出力；Pimin为电网规划区域内第i个可再生分布式能源的有功功率下限，一般为可再生分布式能源的最小正常运行功率。
(7)计算无功自平衡能力
与有功自平衡能力类似，电网规划区域无功自平衡能力也可由各类无功调节设备的当前无功出力与无功可调节能力的差值求和进行计算，同时考虑电网规划区域内网络约束确定，如式(7)所示。与有功自平衡能力不同的是，无功自平衡能力求解时不需要考虑网络损耗的影响。
Figure BDA0002723066370000071
式中：
Figure BDA0002723066370000072
分别为电网规划区域的无功正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑无功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解；
Figure BDA0002723066370000073
分别为电网规划区域内第i个无功调节设备的无功正向平衡能力和负向平衡能力，由式(8)计算得到；Qrl为电网规划区域的净无功功率。
Figure BDA0002723066370000074
式中：Qimax为第i个无功调节设备的最大可调节无功功率；Qimin为第i个无功调节设备的最小可调节无功功率；Qi(t)为第i个无功调节设备t时刻的无功功率。
(8)采用熵权法和TOPSIS法结合的方法对不同电网规划区域划分方案进行综合评价。
1)熵权法
熵权法是一种依据各指标值所包含的信息量的多少确定指标权重的客观赋权法，某个指标的熵越小，说明该指标值的变异程度越大，提供的信息量也就越多，在综合评价中起的作用越大，则该指标的权重也应越大。其主要步骤如下：
a)构建具有m个对象n项指标的评价矩阵：
X＝(xij)m×n,i＝1,...,m；j＝1,...,n (9)
b)标准化指标矩阵：
Figure BDA0002723066370000081
c)求各指标的熵：
Figure BDA0002723066370000082
d)求各指标的权系数：
Figure BDA0002723066370000083
熵权hj越大，该指标代表的信息量越大，表示该指标对综合评价的作用越大。
2)TOPSIS法
TOPSIS全名为逼近于理想解的排序方法(Technique for Order Preference bySimilarity to Ideal Solution)，是有限方案多目标决策分析的一种常用方法。该评估方法对资料无特殊要求，使用灵活简便，应用广泛。
应用TOPSIS进行评价，主要步骤如下：
a)形成决策矩阵
设参与评价的多指标决策问题的方案集为M＝(M1,M2,…,Mm)，指标集为 D＝(D1,D2,…,Dn)，方案Mi对指标Dj的值记为xij(i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,n)，则形成的决策矩阵X为：
Figure 1
b)无量纲化决策矩阵
为了消除各指标量纲不同对方案决策带来的影响，需要对决策矩阵进行无量纲化处理。
c)构建加权决策矩阵
将各指标权重W与无量纲化矩阵V相乘。得到加权决策矩阵R＝(rij)m×n：
rij＝wj·vij(i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,n) (14)
式中：wj为各指标的权重值。
d)计算正理想解与负理想解
Figure 2
Figure 3
e)计算各方案与正理想解和负理想解间的距离
在计算时，采用欧氏距离
Figure 4
Figure 5
f)计算各方案与正理想解的相对贴近度
各方案与正理想解的相对贴近度ηi表示为：
Figure 6
ηi越大，决策方案Mi越接近正理想解，方案越优。
3)熵权法与TOPSIS结合
当参与评价的规划方案数目较少时，此时无需利用秩和比法进行分档操作。又由于模糊综合评价法的主观性明显，因此为了增强评价结果的客观性，可以采用基于熵权法的TOPSIS法对各规划方案做出综合评估。
首先按照熵权法的步骤算出评价指标体系中各项指标的权重，将指标权重向量与无量纲化的决策矩阵相乘，则可得加权决策矩阵。最后根据该加权决策矩阵按照TOPSIS法进一步计算，从而得到每种方案的与正理想解的相对贴近度，按照相对贴近度的大小排序即可获得最终的配电网规划方案排序结果。
需要注意的是，以上所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

Claims (10)

1.一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)制定指标体系；(2)根据规划范围内电网的情况，提出不少于2个的电网规划区域划分方案；(3)计算各方案指标及能力；(4)采用熵权法和TOPSIS法结合的方法对不同电网规划区域划分方案进行综合评价。
2.根据权利要求1所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，所述步骤(1)指标体系包括电气维度、空间维度和控制维度三个维度的电网规划区域的划分指标评价体系。
3.根据权利要求2所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，所述步骤(1)电气维度采用电气距离指标进行评价，空间维度采用空间距离指标进行评价，控制维度采用有功平衡度、有功自平衡能力以及无功自平衡能力指标进行评价。
4.根据权利要求1所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，计算各方案指标及能力包括计算各方案电气距离指标、计算各方案空间距离指标、计算各方案有功平衡度指标、计算各方案有功自平衡能力和计算无功自平衡能力。
5.根据权利要求4所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，所述计算各方案电气距离指标：
根据电网内第i节点和第j节点之间的有功电气距离和无功电气距离，求得第i节点和第j节点的电气距离Lij为：
Figure FDA0002723066360000011
式中：LPij为第i节点和第j节点之间的有功电气距离；LQij为第i节点和第j节点之间的无功电气距离；
在电网规划区域划分时，以某一电网规划区域内所有节点之间的电气距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
LCi＝average(Lij)i,j∈Ci (2)
式中：Ci为第i个电网规划区域；LCi第i个电网规划区域的平均电气距离。
6.根据权利要求4所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，计算各方案空间距离指标：
空间距离体现了电网规划区域内部节点在物理空间的距离，用于反映电网规划区域内分布式可再生能源在运行、维护、管理的便利性，按下式计算：
Figure FDA0002723066360000021
式中：dij为节点i和节点j的空间距离；xi、yi、zi和xj、yj、zj分别为节点i和节点j的x轴、y轴和z轴坐标；
在电网规划区域划分时，以电网规划区域内所有节点之间的空间距离的平均值作为电网规划区域的综合评价指标，如下式：
DCi＝average(dij)i,j∈Ci (4)
式中：DCi第i个电网规划区域的平均空间距离。
7.根据权利要求4所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，计算各方案有功平衡度指标：
电网规划区域的有功平衡度反应电网规划区域内部负荷对分布式可再生能源发电的平衡能力，按下式计算：
Figure FDA0002723066360000022
式中：Pi为电网规划区域i的有功平衡度；T为典型日的时间长度；Prl(t)i为电网规划区域i在t时刻的净负荷功率；Pl(t)i为电网规划区域i在t时刻的负荷功率。
8.根据权利要求4所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，计算各方案有功自平衡能力：
电网规划区域内有功功率正向平衡能力
Figure FDA0002723066360000023
和负向平衡能力
Figure FDA0002723066360000024
如下式：
Figure FDA0002723066360000025
式中：
Figure FDA0002723066360000026
分别为电网规划区域分布式可再生能源的有功功率正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑有功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解；Pimax为电网规划区域内第i个可再生分布式能源的有功功率上限，对于生物质发电等功率可控分布式可再生能源，上限为其额定功率，对于光伏发电、风力发电等间歇式能源，上限受当时的太阳能辐照度和风速影响；Pi(t)为第t调度时刻第i个可再生分布式能源的有功功率出力；Pimin为电网规划区域内第i个可再生分布式能源的有功功率下限，为可再生分布式能源的最小正常运行功率。
9.根据权利要求4所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，计算无功自平衡能力：
与有功自平衡能力类似，电网规划区域无功自平衡能力也可由各类无功调节设备的当前无功出力与无功可调节能力的差值求和进行计算，同时考虑电网规划区域内网络约束确定，如式(7)所示；与有功自平衡能力不同的是，无功自平衡能力求解时不考虑网络损耗的影响：
Figure FDA0002723066360000031
式中：
Figure FDA0002723066360000032
分别为电网规划区域的无功正向平衡能力和负向平衡能力；符号“∑”表示考虑无功设备的平衡能力相加，通过潮流计算求解，Qrl为电网规划区域的净无功功率。
10.根据权利要求9所述的一种电网规划区域的划分方法，其特征在于，
Figure FDA0002723066360000034
分别为电网规划区域内第i个无功调节设备的无功正向平衡能力和负向平衡能力，由式(8)计算得到；
Figure FDA0002723066360000033
式中：Qimax为第i个无功调节设备的最大可调节无功功率；Qimin为第i个无功调节设备的最小可调节无功功率；Qi(t)为第i个无功调节设备t时刻的无功功率。
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