CN112398127A - 基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法 - Google Patents

基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法 Download PDF

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Abstract

10kV预设线路的压降分析是配网扩张规划的基础。本发明“基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法”，依据土地规划用途，将相同负荷类型的相邻区域整合为虚拟台区；基于台区负荷数据采集，自动获取各类负荷的典型日P‑Q‑T负荷云密度模型，从而得到各虚拟台区的典型日P‑Q‑T负荷云模型；根据规划用地的虚拟台区分布生成10kV配网扩张预案，针对其预设线路，基于力矩法和沿线虚拟台区的P‑Q‑T负荷云，得到典型日的末端压降曲线，根据曲线的最大值及峰谷差，优化线路的线型、长度、供电区域及走向，以保证电压安全并提高线路利用率。本发明为配网扩张规划提供了较完整的关键信息，且无需人为估算，具有较好的工程价值及推广前景。

Description

基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法
技术领域
10kV配网规划
背景技术
10kV预设线路的连续压降分析是配网扩张规划的基础。根据预设线路典型日的最大压降以及峰谷差，可优化该线路的走向、供电区域、线型及长度，以保证电压安全并提高线路利用率。但10kV配网拓扑复杂且模型不精确，线路台区数量多且负荷随机性大，给线路连续压降分析及配网扩张规划带来了很大困难。
当前的配网“网格化”规划方法，首先是构建“网格最大有功的负荷密度地图”。其思路来源于数字成像原理，通过在地图网格内标注最大有功负荷，形成“像素点”，从而得到“区域负荷密度分布地图”；然后基于该地图，采用负荷矩法，对预设线路压降进行单值估算。
但实际供电台区是不规则的，与规则的地图“网格”出入较大，故输入“网格最大有功负荷”的工作困难，需大量人工估算。此外，在分析预设线路的压降时，常用的“负荷矩法”也存在较大的缺陷，需假设各网格负荷的功率因数恒定、人为设置沿线各网格最大有功的不等率，且只能估算线路压降的最大值。
针对10kV线路压降分析，本课题组取得了一些进展。申请了发明专利“基于线路压降力矩模型的10千伏线路电压快速估算方法(申请号：201810765407.1)”和“一种基于首端“负荷云”预测的10千伏线路滚动规划优先级排序方法(申请号：201910087826.9)”。基于沿线台区负荷P、Q(即有功、无功)，提出了类似力矩分析法，可快速估算10kV线路的末端电压；提出了基于“负荷云”的分析方法，避免采用单一时刻负荷分析电压的不确定性。但实际10kV线路的台区变数量较大，末端电压连续分析的计算量仍较大。
我国城乡用地具有很强的计划性、政策性，土地通途一般都提前规划。故本申请发明专利，依据土地规划用途及负荷类型构建虚拟台区，既保持了实际负荷分布特征，又减少了台区数量；基于历史负荷数据，可自动生成虚拟台区的典型日P-Q-T负荷云，即[PTi,QTi,Ti]点集，避免网格负荷的人为估算；针对规划用地的10kV配网线路扩张预案，基于力矩法和沿线虚拟台区的P-Q-T负荷云，可求得预设线路末端压降连续曲线，由此判断线路预案的合理性并优化配网扩张预案。本发明具有较大的理论和实际意义。
发明内容
本发明“基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法”，依据土地规划用途，将相同负荷类型的相邻区域整合为虚拟台区；基于台区负荷数据采集，自动获取各类负荷的典型日P-Q-T负荷云密度模型，从而得到各虚拟台区的典型日P-Q-T负荷云模型；根据规划用地的虚拟台区分布生成10kV配网扩张预案，针对其预设线路，基于力矩法和沿线虚拟台区的P-Q-T负荷云，得到典型日的末端压降曲线，根据曲线的最大值及峰谷差，优化线路的线型、长度、供电区域及走向，以保证电压安全并提高线路利用率。本发明为配网扩张规划提供了较完整的关键信息，且无需人为估算，具有较好的工程价值及推广前景。
附图说明
图1中低档住宅区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图2高档住宅区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图3别墅区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图4普通商业区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图5中心商业区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图6轻工业区典型日的P-Q-T负荷云密度模型示意图
图7城区虚拟台区及沿线接入点示意图
图8乡村虚拟台区及沿线接入点示意图
图9基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法流程图
具体实施方式
1.基于历史数据采集的各类典型负荷的P-Q-T负荷云密度模型构建
负荷类型大致划分为：住宅区、商业区、工业区、学校、医院等等。随着用电数据采集系统日趋完善，基于负荷大数据，可对各种负荷类型的台区P、Q(即有功、无功)进行采样。
若一天的采样频率为n，Ti为采用时刻，i＝1,2,…,n，则将按时序采集的[PTi,QTi,Ti]点集称为P-Q-T负荷云。
针对不同的负荷类型选择合理的供电单位，如面积、规模、产能等，除以单位值便可得到各类典型负荷在不同季节典型日的P-Q-T负荷云密度模型。
如根据当地的住宅容积率特点，将住宅区分为中低档住宅区、高档住宅区和别墅区。经负荷功率采样并除以面积后，可得到不同档次住宅区在典型日的P-Q-T负荷云密度模型，如图1、2、3所示。同样，得到不同档次商业区典型日的P-Q-T负荷云密度模型，如图4、5所示。
对一般轻工业或以技术研发为主的区域，也可以面积为单位，构建典型日的P-Q-T负荷云密度模型，如图6所示。对重工业则一般以产能为单位，构建P-Q-T负荷云密度模型。
总之，进行负荷类别分析，针对当地不同的负荷类型，选择合理的单位，都可以构建其P-Q-T负荷云密度模型。
2.城乡规划用地的虚拟台区及其P-Q-T负荷云模型构建
虚拟台区是指，将地理位置相邻、负荷类型相同的若干供电区域，整合成某个虚拟台区变的供电区域。
根据城乡土地规划用途，对各规划小区进行负荷分类，将地理位置相邻、负荷类型相同的若干小区整合成一个虚拟台区。针对城区，根据城市街区和负荷类型，划定虚拟台区。针对乡村，以镇、村及乡镇企业区域为虚拟台区，并将附近的零散农舍归入其中。
将不同负荷类型的典型日P-Q-T负荷云密度模型，乘以虚拟台区的单位值，如面积、规模或产能等，便得到虚拟台区典型日的P-Q-T负荷云模型。
3.预设10kV线路的沿线虚拟台区接入点确定
针对城区的虚拟台区，将虚拟台区的中心点投影到预设线路，得到接入点位置。如图7所示。
针对乡村虚拟台区，将镇、村及乡镇企业核心区的中心点投影到预设线路，得到接入点位置。如图8所示。
4.预设10kV线路的首、末端压降曲线估算
设某预设10kV线路的阻抗角为α，沿线有m个虚拟台区，距首端第j个虚拟台区负荷在某日Ti采样时刻的视在功率、功率因数角分别为
Figure BDA0002808300310000031
接入点距离线路首端的阻抗模值为|Zj|，其中j＝1,2,…,m。令
Figure BDA0002808300310000032
由此前申请的发明专利(申请号：201810765407.1)可知，Ti时刻的线路末端压降为
Figure BDA0002808300310000033
根据沿线各虚拟台区的P-Q-T负荷云，按采样时顺，得到式(1)的时序矩阵Sr：
Figure BDA0002808300310000041
由式(2)、(3)，得到某日该线路末端压降的时序为
Figure BDA0002808300310000042
将[UmT1 UmT2 … ΔUmTi … UmTn]进行曲线拟合，可得某日该线路的末端压降曲线。
5.基于末端压降曲线的预设10kV线路优化规划
根据城乡规划的土地用途，经负荷分类分析，可得到规划区域的“虚拟台区地图”。根据该地图生成10kV配网扩张预案，得到各预设10kV线路的走向、线型、长度、及供电区域。根据前面所述方法，可得到各预设线路典型日的末端压降曲线。
根据末端压降曲线的最大峰值及安全约束，可判断线路的承载裕度，对末端供电区域进行取舍，优化选取线路长度、型号，使最大压降在安全范围内，保证预设线路的电压安全水平。
根据末端压降曲线的峰谷差，可对沿线供电区域进行选择，合理选择线路的走向，以降低末端压降的峰谷差，提高预设线路的利用率和投资效益。
6.基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法的具体步骤
综上所述，该方法的具体流程如图9所示，具体步骤如下：
1)针对各种典型类型的台区负荷，进行P、Q(即有功、无功)采样，若一天的采样频率为n，则可得到各类典型台区某日的P-Q-T负荷云，即[PTi,QTi,Ti]点集，其中Ti为采用时刻，i＝1,2,…,n，选择合理的台区供电单位(如面积、规模、产能等)，除以单位值，得到各类典型负荷在某典型日的P-Q-T负荷云密度模型；
2)根据城乡用地规划，将地理位置相邻、负荷类型相同的若干供电区域整合成某个虚拟台区，得到规划用地的各虚拟台区分布地图；
3)将步骤1)得到的P-Q-T负荷云密度模型，乘以虚拟台区的面积、规模或产能等单位值，得到规划用地的各虚拟台区在某典型日的P-Q-T负荷云模型。
4)根据步骤2)、3)生成10kV配网扩张规划预案，预设各10kV线路的走向、线型、长度、及供电区域，将城区虚拟台区的中心点投影到预设线路得到接入点位置，将镇、村及乡镇企业的核心点投影到预设线路得到接入点位置；
5)设某预设10kV线路的阻抗角为α，沿线有m个虚拟台区，第j个虚拟台区的接入点距离该线首端的阻抗模值为|Zj|，由步骤3)得到的虚拟台区P-Q-T负荷云模型，可得Ti时刻的视在功率、功率因数角分别为
Figure BDA0002808300310000051
令
Figure BDA0002808300310000052
计及沿线所有虚拟台区，则某典型日该线路末端的压降时序为
Figure BDA0002808300310000053
再经曲线拟合，得到某典型日该线路的末端压降曲线；
6)根据步骤5)曲线的最大峰值及安全约束，判断该预设线路的承载裕度，对末端供电区域进行取舍，优化选取线型、长度，以保证该预设线路的电压安全水平；
7)根据步骤5)曲线的峰谷差，对沿线供电区域进行取舍选择，优化线路的走向，以降低末端压降的峰谷差，提高该预设线路的利用率。
7.结论
根据城乡规划土地用途，将地理位置相邻、负荷类型相同的供电区域整合为虚拟台区，并由各类负荷历史数据自动生成虚拟台区的P-Q-T负荷云；然后采用力矩法求得10kV预设线路典型日的末端压降曲线。本发明主要优点有：
1)虚拟台区的构建，减少了沿线台区数量，从而减少了线路末端压降的计算量。
2)基于城乡规划用地的虚拟台区分布地图，易于生成10kV配网线路的扩张预案。
3)虚拟台区P-Q-T负荷云的构建，相比“网格化最大有功负荷密度地图”的生成，克服了实际台区供电区域不规则、网格负荷密度估算的困难。
4)相比“负荷矩法”，可提高最大压降分析的精度及可靠性，还能得到末端压降的峰谷差，为优化预设线路提供了较完整的关键信息。
故本申请发明具有较大的工程应用价值。

Claims (1)

1.基于城乡规划用地虚拟台区及负荷云的配网扩张规划方法，该方法特征在于，包括如下步骤：
1)针对各种典型类型的台区负荷，进行P、Q(即有功、无功)采样，若一天的采样频率为n，则可得到各类典型台区某日的P-Q-T负荷云，即[PTi,QTi,Ti]点集，其中Ti为采用时刻，i＝1,2,…,n，选择合理的台区供电单位(如面积、规模、产能等)，除以单位值，得到各类典型负荷在某典型日的P-Q-T负荷云密度模型；
2)根据城乡用地规划，将地理位置相邻、负荷类型相同的若干供电区域整合成某个虚拟台区，得到规划用地的各虚拟台区分布地图；
3)将步骤1)得到的P-Q-T负荷云密度模型，乘以虚拟台区的面积、规模或产能等单位值，得到规划用地的各虚拟台区在某典型日的P-Q-T负荷云模型；
4)根据步骤2)、3)生成10kV配网扩张规划预案，预设各10kV线路的走向、线型、长度、及供电区域，将城区虚拟台区的中心点投影到预设线路得到接入点位置，将镇、村及乡镇企业的核心点投影到预设线路得到接入点位置；
5)设某预设10kV线路的阻抗角为α，沿线有m个虚拟台区，第j个虚拟台区的接入点距离该线首端的阻抗模值为|Zj|，由步骤3)得到的虚拟台区P-Q-T负荷云模型，可得Ti时刻的视在功率、功率因数角分别为
Figure FDA0002808300300000011
令
Figure FDA0002808300300000012
计及沿线所有虚拟台区，则某典型日该线路末端的压降时序为
Figure FDA0002808300300000013
再经曲线拟合，得到某典型日该线路的末端压降曲线；
6)根据步骤5)曲线的最大峰值及安全约束，判断该预设线路的承载裕度，对末端供电区域进行取舍，优化选取线型、长度，以保证该预设线路的电压安全水平；
7)根据步骤5)曲线的峰谷差，对沿线供电区域进行取舍选择，优化线路的走向，以降低末端压降的峰谷差，提高该预设线路的利用率。
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