CN112531655B - 一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统，其方法包括：对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数；基于相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；通过化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案。本发明实施例可使得配电网同时满足高经济性与高可靠性的供电需求。

Description

一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统。
背景技术
配电网在电力系统中的作用一方面是接收多地发出的电能，另一方面是将电能送到各个终端用户，配电网的关键作用体现在对供电可靠性、供电服务的质量和电能成本等带来影响。统计结果表明，配电系统的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量。近年来电力市场的出现和分布式发电技术的蓬勃发展，对配电系统提出了新的要求和挑战，城市建设带来的用电负荷增长，更需要规划与城市相适应的接线模式，强化电网结构，尤其需要对现有分段和联络方式进行调整。
针对配电网的开关优化问题，当前国内外的研究往往侧重于成本-效益分析，对供电可靠性要求仅需要达到电网规定的下限即可，而供电经济性要求优先于供电可靠性要求考虑，无法使得配电网同时满足高经济性与高可靠性的供电需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统，可使得配电网同时满足高经济性与高可靠性的供电需求。
为了解决上述问题，本发明提出了一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法，所述方法包括：
对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数；
基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案，所述开关优化配置方案包括基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线，基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
可选的，所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数。
可选的，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。
可选的，所述每一段馈线的平均负荷值的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，P0为每一段馈线的平均负荷值。
可选的，所述利用N段馈线中每一段馈线的平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案包括：
基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线；
基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
另外，本发明实施例还提供了一种配网馈线分段开关的快速优化配置系统，所述系统包括：
获取模块，用于对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数；
处理模块，用于基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
计算模块，用于通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
确定模块，用于利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案；
所述确定模块，还用于基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线；基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
可选的，所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数。
可选的，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。
可选的，所述每一段馈线的平均负荷值的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，P0为每一段馈线的平均负荷值。
在本发明实施例中，由于直接计算法是通过改变分段开关的数量和位置来列举出所有可能的候选方案，利用负荷平均分配原则来执行馈线分段可极大程度地减少计算工作量，同时利用供电可靠性指标可在满足配电网经济效益的情况下筛选出最佳开关优化配置方案，将有效减少片区停电范围，提高配电网的供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的配网馈线分段开关的快速优化配置方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中的配网馈线分段开关的快速优化配置系统的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的配网馈线分段开关的快速优化配置方法的流程示意图。
如图1所示，一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法，所述方法包括如下：
S101、对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数，其中所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数；
在本发明实施例中，地理信息系统(GIS)将现实世界中的事物抽象为空间实体，且空间实体划分为以矢量数据存储的点、线、面三种类型。将地理信息系统映射到配电网中进行使用时，配电网中的各类开关、T型接点、配电变压器等是具有点特征的空间实体，配电网中的电线、电缆、馈线段等是具有线特征的空间实体，且通过邻接、连通、包含等关系进行信号覆盖，即说明配电地理信息系统的空间数据保存有配电设备空间实体的坐标信息、电气连接关系以及相关负荷参数，并且对根据树的遍历算法所访问到的节点与支路进行顺序编号。
S102、基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
在本发明实施例中，地理信息系统(GIS)解析根据杆塔的位置和名称进行电气设备的定位，从而形成完整的实际拓扑结构，在得到GIS解析的配网拓扑结构后，对同一杆塔所带的线路分支进行负荷参数的汇总，从而实现系统拓扑结构的化简。
S103、通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
在本发明实施例中，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
所述每一段馈线的平均负荷值P0的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。需要说明的是，考虑到N值可能不为整数，此处采用四舍五入法进行确定，且根据南方电网一般主干线上的分段开关只设置2段至4段，对于正常运行状态下的单辐射线路很少考虑到5分段，即在馈线分段数量N的计算值大于4时，均定义所述配电网的最大馈线分段数量为4；此外，考虑到P0在大多数情况下不会为整数值，因此该段馈线的分段选点为所述平均负荷值P0计算点的前一个分支点与后一个分支点。
S104、利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案。
在本发明实施例中，由于所述N段馈线上所设置的分段开关应尽可能地保护其所在位置的电源侧用户免受开关负荷侧故障的影响，在确定所述配电网的所有联络开关位置后，利用状态枚举法使得分段开关的位置可以由开关电源侧的变压器容量与开关负荷侧的线路长度之间所形成的乘积多项式来确定。具体实施过程包括：
(1)基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线；
具体的，根据所述N段馈线中的某一段馈线上的实际负荷值不等于平均负荷值，该段馈线的分段选点为平均负荷值计算点的前一个分支点与后一个分支点；与此同时，根据所述N段馈线中存在a段馈线上的实际负荷值等于平均负荷值，所述a段馈线中每一段馈线的分段选点为平均负荷值计算点，以此形成N-a段馈线。
(2)基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
具体的，基于文化基因算法将染色体分为两个子染色体段，其中一个子染色体段指代分段开关集合、另一个子染色体段指代联络开关集合，将所述两个子染色体段进行交换产生新的子代个体；在进行开关优化配置时，应根据开关负荷侧的线路长度对安装开关与否、安装手动开关或者远控开关这两种情况进行供电调控，包括将未安装开关突变为手动开关、将所安装的远控开关突变为手动开关等，再结合局部搜索算法对配置完成后的所述N-a段馈线进行局部搜索校验，将所述N-a段馈线内的联络开关根据故障发生频率适度调整为分段开关以实现链路故障可恢复状态，此时可产生新一代个体，即所述2N-a个开关优化配置方案。
(3)结合供电可靠性指标大小从所述2N-a个开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案。
具体的，首先计算出所述2N-a个开关优化配置方案中每一个开关优化配置方案的供电可靠性指标为：
Figure GDA0003665402170000061
其中，NT为该地区所覆盖的供电用户总数，HS为年利用小时数，I为受故障等因素影响正常供电的负荷点数，ri为第i个负荷故障所引起的停电事件的恢复供电时间，Ni为第i个负荷故障所引起的停电事件的关联用户数；
其次，根据计算得到的所述2N-a个开关优化配置方案的供电可靠性指标集ASAI＝{ASAI_1,…,ASAI_n,…,ASAI_(N-a)}，从所述供电可靠性指标集ASAI中选择一个最小值ASAI_min，此时可将所述最小值ASAI_min所对应的开关优化配置方案定义为最佳配置方案来投入使用。
实施例
请参阅图2，图2示出了本发明实施例中的配网馈线分段开关的快速优化配置系统的结构组成示意图。
如图2所示，一种配网馈线分段开关的快速优化配置系统，所述系统包括如下：
获取模块201，用于对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数，其中所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数；
在本发明实施例中，地理信息系统将现实世界中的事物抽象为空间实体，且空间实体划分为以矢量数据存储的点、线、面三种类型。将地理信息系统映射到配电网中进行使用时，配电网中的各类开关、T型接点、配电变压器等是具有点特征的空间实体，配电网中的电线、电缆、馈线段等是具有线特征的空间实体，且通过邻接、连通、包含等关系进行信号覆盖，即说明配电地理信息系统的空间数据保存有配电设备空间实体的坐标信息、电气连接关系以及相关负荷参数，并且对根据树的遍历算法所访问到的节点与支路进行顺序编号。
处理模块202，用于基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
在本发明实施例中，地理信息系统(GIS)解析根据杆塔的位置和名称进行电气设备的定位，从而形成完整的实际拓扑结构，在得到GIS解析的配网拓扑结构后，对同一杆塔所带的线路分支进行负荷参数的汇总，从而实现系统拓扑结构的化简。
计算模块203，用于通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
在本发明实施例中，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
所述每一段馈线的平均负荷值P0的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。需要说明的是，考虑到N值可能不为整数，此处采用四舍五入法进行确定，且根据南方电网一般主干线上的分段开关只设置2段至4段，对于正常运行状态下的单辐射线路很少考虑到5分段，即在馈线分段数量N的计算值大于4时，均定义所述配电网的最大馈线分段数量为4；此外，考虑到P0在大多数情况下不会为整数值，因此该段馈线的分段选点为所述平均负荷值P0计算点的前一个分支点与后一个分支点。
确定模块204，用于利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案。
在本发明实施例中，由于所述N段馈线上所设置的分段开关应尽可能地保护其所在位置的电源侧用户免受开关负荷侧故障的影响，在确定所述配电网的所有联络开关位置后，利用状态枚举法使得分段开关的位置可以由开关电源侧的变压器容量与开关负荷侧的线路长度之间所形成的乘积多项式来确定。具体实施过程包括：
(1)基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线；
具体的，根据所述N段馈线中的某一段馈线上的实际负荷值不等于平均负荷值，该段馈线的分段选点为平均负荷值计算点的前一个分支点与后一个分支点；与此同时，根据所述N段馈线中存在a段馈线上的实际负荷值等于平均负荷值，所述a段馈线中每一段馈线的分段选点为平均负荷值计算点，以此形成N-a段馈线。
(2)基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
具体的，基于文化基因算法将染色体分为两个子染色体段，其中一个子染色体段指代分段开关集合、另一个子染色体段指代联络开关集合，将所述两个子染色体段进行交换产生新的子代个体；在进行开关优化配置时，应根据开关负荷侧的线路长度对安装开关与否、安装手动开关或者远控开关这两种情况进行供电调控，包括将未安装开关突变为手动开关、将所安装的远控开关突变为手动开关等，再结合局部搜索算法对配置完成后的所述N-a段馈线进行局部搜索校验，将所述N-a段馈线内的联络开关根据故障发生频率适度调整为分段开关以实现链路故障可恢复状态，此时可产生新一代个体，即所述2N-a个开关优化配置方案。
(3)结合供电可靠性指标大小从所述2N-a个开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案。
具体的，首先计算出所述2N-a个开关优化配置方案中每一个开关优化配置方案的供电可靠性指标为：
Figure GDA0003665402170000091
其中，NT为该地区所覆盖的供电用户总数，HS为年利用小时数，I为受故障等因素影响正常供电的负荷点数，ri为第i个负荷故障所引起的停电事件的恢复供电时间，Ni为第i个负荷故障所引起的停电事件的关联用户数；
其次，根据计算得到的所述2N-a个开关优化配置方案的供电可靠性指标集ASAI＝{ASAI_1,…,ASAI_n,…,ASAI_(N-a)}，从所述供电可靠性指标集ASAI中选择一个最小值ASAI_mim，此时可将所述最小值ASAI_mim所对应的开关优化配置方案定义为最佳配置方案来投入使用。
在本发明实施例中，由于直接计算法是通过改变分段开关的数量和位置来列举出所有可能的候选方案，利用负荷平均分配原则来执行馈线分段可极大程度地减少计算工作量，同时利用供电可靠性指标可在满足配电网经济效益的情况下筛选出最佳开关优化配置方案，将有效减少片区停电范围，提高配电网的供电可靠性。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种配网馈线分段开关的快速优化配置方法，其特征在于，所述方法包括：
对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数；
基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案，所述开关优化配置方案包括基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线，基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
2.根据权利要求1所述的配网馈线分段开关的快速优化配置方法，其特征在于，所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数。
3.根据权利要求2所述的配网馈线分段开关的快速优化配置方法，其特征在于，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。
4.根据权利要求3所述的配网馈线分段开关的快速优化配置方法，其特征在于，所述每一段馈线的平均负荷值的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，P0为每一段馈线的平均负荷值。
5.一种配网馈线分段开关的快速优化配置系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于对地理信息系统拓扑结构进行解析，获取配电网的相关负荷参数；
处理模块，用于基于所述相关负荷参数，将主干线上属于同杆、同塔的若干个分支归结为单个分支结构，并将所述若干个分支上所覆盖的用户数汇总形成所述单个分支结构上的总用户数，得到化简后的拓扑结构；
计算模块，用于通过所述化简后的拓扑结构计算出配电网的最大馈线分段数量为N以及每一段馈线的平均负荷值；
确定模块，用于利用N段馈线中每一段馈线的实际负荷值与平均负荷值，枚举出配电网的所有开关优化配置方案，并结合供电可靠性指标大小从所述所有开关优化配置方案中确定一个最佳配置方案；
所述确定模块，还用于基于所述N段馈线中存在a段馈线的实际负荷值等于平均负荷值，将所述a段馈线进行合并处理形成N-a段馈线；基于文化基因算法和局部搜索算法，对所述N-a段馈线中每一段馈线所存在的分段开关的安装数量和安装位置进行优化，形成2N-a个开关优化配置方案。
6.根据权利要求5所述的配网馈线分段开关的快速优化配置系统，其特征在于，所述相关负荷参数包括配电网拓扑结构、线路规划情况以及各个分支负荷所带用户数。
7.根据权利要求6所述的配网馈线分段开关的快速优化配置系统，其特征在于，所述配电网的最大馈线分段数量的计算公式为：
N＝PS/PM
其中，PS为线路总负荷，PM为最大支路负荷值。
8.根据权利要求7所述的配网馈线分段开关的快速优化配置系统，其特征在于，所述每一段馈线的平均负荷值的计算公式为：
P0＝PS/N
其中，P0为每一段馈线的平均负荷值。
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