CN112487696A - 考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法 - Google Patents

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Abstract

一种考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法：搭建由配电自动化终端配置层和供电能力评估层构成的配电自动化终端配置框架，并对配电自动化终端配置框架进行求解；配电自动化终端配置层是以配电网单位供电能力费用为目标函数，分段开关处的配电自动化终端的配置为优化变量，系统的可靠性约束为约束条件，得到终端配置方案以及系统综合费用，并传递给供电能力评估层面；供电能力评估层面是以系统最大供电能力为目标函数，为各条馈线在尖峰负荷时刻的接入负荷Pab max为优化变量，终端配置后的可靠性为约束条件，并将系统最大供电能力传递给配电自动化终端配置层。本发明能够充分发挥配电自动化终端对配电网可靠性的提升作用。

Description

考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法
技术领域
本发明涉及一种配电自动化终端差异化配置方法。特别是涉及一种考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法。
背景技术
配电自动化终端是提高配电自动化水平的关键设备之一，通常采用“二遥”和“三遥”终端。“二遥”终端具有遥测和遥信功能，“三遥”终端则具有遥测、遥信和遥控功能。近年来，随着国家相关政策的出台，配电物联网技术不断发展并得到广泛应用，部署在配电网中的配电自动化终端可以有效提高配电设备的故障研判效率，缩短配电网的故障定位、隔离和转供时间，从而提升配电网的供电可靠性。在此背景下，配电自动化终端的合理配置是实现供电可靠性提升和改善的重要基础。配电自动化终端的部署方案需要考虑差异化需求，在供电可靠性与经济性之间寻求平衡，从而实现终端配置方案的最优化。因此开展配电自动化终端规划方法的研究，提高配电网的自动化水平与利用效率，是一个值得研究的问题。
目前，在配电自动化终端的规划方面，国内外都进行了诸多研究，并取得了一定的成果。现有研究针对终端配置的数量问题，以系统供电可靠性为目标，对不同终端组合方式下的最佳配置数量进行了研究。另有研究考虑配电网结构、负荷分布、停电损失和可靠性需求等因素，提出了一种配电自动化终端布局规划方法。也有研究建立了综合考虑可靠性和经济性的配电自动化净收益模型，提出了基于供电区域分类的差异化配电自动化方案。但是，当前对于配电自动化终端配置后的经济性研究重点在终端配置方案上，以优化配电终端设备的投资运行费用为主。
供电能力指配电网在一定可靠性需求约束下对负荷的承载能力。现有研究结论指出，供电可靠性与供电能力之间呈反比分布。因此，配电自动化终端配置后在提升可靠性的同时，若用户可靠性需求不变，则相当于系统供电能力有所提升。一定程度上减少配电线路的建设，其配置对系统整体的经济性影响，也是反应配置方案合理性的一个方面，现有研究未考虑终端的配置方案对整个系统经济性的影响。
传统的针对规划后系统经济性的评估，主要考虑建设费用、运行费用以及残值，将三者求和作为经济性的评价指标。但是，配电自动化终端配置后，提升了系统的供电可靠性，从而提升系统的供电能力，能够供给更多的负荷，其产生的经济效益不属于上述三者，因此需要定义新的评价指标。
综上所述，如何在配电自动化终端的配置中，加入终端的配置方案对整个系统经济性影响的考虑，采用一种能将可靠性与配电系统的经济性相互联系的评价指标，使规划更具有实用性，开展兼顾技术性、经济性的配电自动化终端优化配置方法的研究很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够充分挖掘区域的潜在供电能力的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法。
本发明所采用的技术方案是：一种考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，包括：搭建配电自动化终端配置框架，并对配电自动化终端配置框架进行求解；所述的配电自动化终端配置框架是由配电自动化终端配置层和供电能力评估层构成；其中，所述的配电自动化终端配置层是以配电网单位供电能力费用为目标函数，以分段开关处的配电自动化终端的配置为优化变量，以系统的可靠性约束为约束条件，从而得到终端配置方案以及系统综合费用，并将终端配置方案传递给供电能力评估层面；所述供电能力评估层面是以系统最大供电能力为目标函数，以为各条馈线在尖峰负荷时刻的接入负荷Pabmax为优化变量，以终端配置后的可靠性为约束条件，并将系统最大供电能力传递给配电自动化终端配置层。
本发明的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，考虑终端的配置方案对整个系统经济性的影响，定义新的评价指标，将终端配置的可靠性与系统的经济性建立联系，从而实现在配置配电终端提高系统可靠性的同时，充分挖掘系统的潜在供电能力，发挥电网的资产利用效能。本发明能够充分发挥配电自动化终端对配电网可靠性的提升作用，并考虑了配电网在给定可靠性下能达到的最大供电能力，使得单位供电能力费用最小，体现所得终端配置方案的实用性。
附图说明
图1是本发明中配电自动化终端配置框架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法做出详细说明。
本发明的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，以配电网单位供电能力费用为指标来评估终端配置方案对系统层面的影响，建立内嵌配电网供电能力优化计算的配电自动化终端差异化规划数学模型，以配电网单位供电能力费用最低为目标，充分挖掘区域的潜在供电能力，在系统可靠性的约束下，得到配电自动化终端的配置方案。
本发明的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，包括：搭建配电自动化终端配置框架，并对配电自动化终端配置框架进行求解。
所述的配电自动化终端配置框架如图1所示，是由配电自动化终端配置层和供电能力评估层构成；其中，所述的配电自动化终端配置层是以配电网单位供电能力费用为目标函数，以分段开关处的配电自动化终端的配置为优化变量，以系统的可靠性约束为约束条件，从而得到终端配置方案以及系统综合费用，并将终端配置方案传递给供电能力评估层面；所述供电能力评估层面是以系统最大供电能力为目标函数，以为各条馈线在尖峰负荷时刻的接入负荷Pabmax为优化变量，以终端配置后的可靠性为约束条件，并将系统最大供电能力传递给配电自动化终端配置层。
1)本发明中所述的配电自动化终端配置层中所述的目标函数表示如下：
Figure BDA0002817637140000021
Figure BDA0002817637140000031
C2＝C1·α (3)
Figure BDA0002817637140000032
C＝C1+C2+C3 (5)
式中，F为配电网单位供电能力费用，由系统综合费用和系统最大供电之比得到；T为系统的供电能力；C为系统综合费用，包括设备投资费用C1、运行费用C2和停电损失费用C3；Ns为分段开关数量；Ns2和Ns3分别为二遥终端和三遥终端数量；cs为分段开关的投资现值单价；cs2为二遥终端投资现值单价；cs3为三遥终端投资现值单价；r表示设备的经济使用年限；β为投资回收率；α为运行维护费用占投资的比例；m为系统中负荷点数量；Pi为系统负荷点i的平均负荷；toff,i为系统负荷点i的年平均停电时间；cL(i)为系统负荷点i的单位电量平均停电损失费用。
供电能力是电力系统一项重要的评价指标，可以反映电网的供电水平与负荷需求水平之间的关系，因此在配电自动化终端规划的过程中考虑对配电网供电能力的评估，可以有效的指导电网的规划工作。
传统的针对规划后系统经济性的评估，主要考虑建设费用、运行费用以及残值，将三者求和作为经济性的评价指标。但是，配电自动化终端配置后，提升了系统的供电可靠性，从而提升系统的供电能力，能够供给更多的负荷，其产生的经济效益不属于上述三者，因此需要定义新的评价指标。
本发明以可靠性为约束确定的最大供电能力为分母，系统综合费用为分子，将终端配置的可靠性与系统的经济性建立联系，在终端配置要求以上的解空间中选取一个单位供电能力费用最小的方案，是从单位效益最优去考虑的，从而实现在配置配电终端提高系统可靠性的同时，充分挖掘系统的潜在供电能力，因此本发明中配电自动化终端配置层的目标使单位供电能力费用最小。
2)本发明中所述的配电自动化终端配置层中所述的约束条件具体如下：
(2.1)满足可靠性约束，即满足给定的可靠性要求；
(2.2)满足电压质量要求，即节点电压满足Umin≤U≤Umax；
(2.3)满足支路过负荷约束I≤Imax。
3)本发明中所述的供电能力评估层中所述的目标函数表示如下：
Figure BDA0002817637140000033
式中，T为系统的供电能力，n为主变台数，q为第a台主变相连的馈线数，Pabmax为第a台主变相连的第b条馈线在全网的尖峰负荷时刻所能够接入的负荷值。
本发明以整体可靠性指标为约束评估配电网的供电能力，构建以最大供电能力为目标、供电可靠性为主要约束的非线性数学模型，利用蒙特卡洛模拟法计算可靠性，优化求解满足某一确定供电可靠性指标要求的配电网最大供电能力，从而有效释放供电潜力，发挥电网的资产利用效能。
4)本发明中所述的供电能力评估层中所述的约束条件如下：
Figure BDA0002817637140000041
式中，m为系统中负荷点数量，H为在规定时间内的需电小时数，Uj为负荷点j的年停运时间，Yj负荷点j的用户数；ASAI0表示系统可靠性目标。
5)本发明中所述的对配电自动化终端配置框架进行求解，是分别对配电自动化终端配置层和供电能力评估层进行求解；其中，
(5.1)对配电自动化终端配置层求解，是采用整数粒子群算法进行求解，粒子群算法中的粒子每一维的取值范围为0、1和2，其中0代表没有建设自动化终端设备，1代表建设二遥设备，2代表建设三遥设备；具体包括：
(5.1.1)输入系统数据，将所有待安装开关的位置进行编码，产生初始种群；
(5.1.2)根据每个个体中形成的开关和配电终端的配置方式进行可靠性计算，并在此基础上进行适应度计算；
(5.1.3)对个体按照适应度的大小进行排序，记录最优个体极值与全局极值，保留最优个体极值和全局极值对应的个体，并更新粒子位置；
(5.1.4)重复第(5.1.2)步～第(5.1.3)步，直到满足终止条件。
(5.2)对供电能力评估层求解，是采用遗传算法，具体包括：
(5.2.1)首先生成初始种群，确定种群初始规模与个体初始编码，随机产生满足可靠性约束的馈线初始负荷分布；
(5.2.2)计算种群中所有个体的可靠性指标，并与系统可靠性目标ASAI0比较，仅保留满足约束的个体，即大于等于系统可靠性目标ASAI0的个体，淘汰不满足约束的个体，即小于系统可靠性目标ASAI0的个体；
(5.2.3)进行精英保留和轮盘赌选择操作，算法终止条件为最优个体的供电能力结果收敛或达到最大迭代次数；
(5.2.4)输出网络满足可靠性约束的最大供电能力。

Claims (6)

1.一种考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，包括：搭建配电自动化终端配置框架，并对配电自动化终端配置框架进行求解；所述的配电自动化终端配置框架是由配电自动化终端配置层和供电能力评估层构成；其中，所述的配电自动化终端配置层是以配电网单位供电能力费用为目标函数，以分段开关处的配电自动化终端的配置为优化变量，以系统的可靠性约束为约束条件，从而得到终端配置方案以及系统综合费用，并将终端配置方案传递给供电能力评估层面；所述供电能力评估层面是以系统最大供电能力为目标函数，以为各条馈线在尖峰负荷时刻的接入负荷Pabmax为优化变量，以终端配置后的可靠性为约束条件，并将系统最大供电能力传递给配电自动化终端配置层。
2.根据权利要求1所述的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，配电自动化终端配置层中所述的目标函数表示如下：
Figure FDA0002817637130000011
Figure FDA0002817637130000012
C2＝C1·α (3)
Figure FDA0002817637130000013
C＝C1+C2+C3 (5)
式中，F为配电网单位供电能力费用，由系统综合费用和系统最大供电之比得到；T为系统的供电能力；C为系统综合费用，包括设备投资费用C1、运行费用C2和停电损失费用C3；Ns为分段开关数量；Ns2和Ns3分别为二遥终端和三遥终端数量；cs为分段开关的投资现值单价；cs2为二遥终端投资现值单价；cs3为三遥终端投资现值单价；r表示设备的经济使用年限；β为投资回收率；α为运行维护费用占投资的比例；m为系统中负荷点数量；Pi为系统负荷点i的平均负荷；toff,i为系统负荷点i的年平均停电时间；cL(i)为系统负荷点i的单位电量平均停电损失费用。
3.根据权利要求1所述的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，配电自动化终端配置层中所述的约束条件具体如下：
(1)满足可靠性约束，即满足给定的可靠性要求；
(2)满足电压质量要求，即节点电压满足Umin≤U≤Umax；
(3)满足支路过负荷约束I≤Imax。
4.根据权利要求1所述的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，供电能力评估层中所述的目标函数表示如下：
Figure FDA0002817637130000014
式中，T为系统的供电能力，n为主变台数，q为第a台主变相连的馈线数，Pabmax为第a台主变相连的第b条馈线在全网的尖峰负荷时刻所能够接入的负荷值。
5.根据权利要求1所述的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，供电能力评估层中所述的约束条件如下：
Figure FDA0002817637130000021
式中，m为系统中负荷点数量，H为在规定时间内的需电小时数，Uj为负荷点j的年停运时间，Yj负荷点j的用户数；ASAI0表示系统可靠性目标。
6.根据权利要求1所述的考虑配电网单位供电能力费用的配电自动化终端配置方法，其特征在于，所述的对配电自动化终端配置框架进行求解，是分别对配电自动化终端配置层和供电能力评估层进行求解；其中，
(1)对配电自动化终端配置层求解，是采用整数粒子群算法进行求解，粒子群算法中的粒子每一维的取值范围为0、1和2，其中0代表没有建设自动化终端设备，1代表建设二遥设备，2代表建设三遥设备；具体包括：
(1.1)输入系统数据，将所有待安装开关的位置进行编码，产生初始种群；
(1.2)根据每个个体中形成的开关和配电终端的配置方式进行可靠性计算，并在此基础上进行适应度计算；
(1.3)对个体按照适应度的大小进行排序，记录最优个体极值与全局极值，保留最优个体极值和全局极值对应的个体，并更新粒子位置；
(1.4)重复第(1.2)步～第(1.3)步，直到满足终止条件。
(2)对供电能力评估层求解，是采用遗传算法，具体包括：
(2.1)首先生成初始种群，确定种群初始规模与个体初始编码，随机产生满足可靠性约束的馈线初始负荷分布；
(2.2)计算种群中所有个体的可靠性指标，并与系统可靠性目标ASAI0比较，仅保留满足约束的个体，即大于等于系统可靠性目标ASAI0的个体，淘汰不满足约束的个体，即小于系统可靠性目标ASAI0的个体；
(2.3)进行精英保留和轮盘赌选择操作，算法终止条件为最优个体的供电能力结果收敛或达到最大迭代次数；
(2.4)输出网络满足可靠性约束的最大供电能力。
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