CN112615371A - 一种提升配变利用效率的资产优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升配变利用效率的资产优化配置方法，包括如下步骤：将待调配区域内的配变按预设容量等级分为小容量配变A组和大容量配变B组；根据预设条件和年最大负载率计算结果对小容量配变A组和大容量配变B组中的配变进行筛选；基于筛选结果，计算调配后A组和B组中配变的全年负载率曲线，进而获取调配后每台配变的年合理运行时长；构建合理运行时长矩阵；在矩阵中搜索合理运行时长最大时的配变组合，得到第一层次优化结果；在第一层次优化结果中，寻找配变运输距离最小的组合，作为最终优化配置组合结果。本发明的方法，能够在保障电网安全运行的同时，提升配变资产的利用效率和设备投资的回报率。

Description

一种提升配变利用效率的资产优化配置方法

技术领域

本发明涉及智能电网底层技术，尤其是涉及配电变压器容量的优化配置方法。

背景技术

配电变压器，简称配变，是用于配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。考虑到未来用电负荷增长，配电网在规划建设时，配电变压器的容量通常留有较大的裕度。另外，出于电网安全运行考虑，配变在数量上也存在较大冗余。这导致现存大量配变长期处于非合理运行状态，损耗较大。同时，部分台区负荷增长迅速，当前的配变容量不能满足用电需要，有较高的重过载风险，存在扩容需求。若将这两类配变进行重新调配，通过移位增容的方式，提高重过载台区的配变容量，可以在保障电网安全运行和用电需要的同时，减少配变增容投资，提升配变整体利用效率。

配变资产优化配置首先是一个组合优化问题。组合优化是运筹学中经典的问题，目标是在所有可行状态中，寻找目标函数取最小值的最优状态组合。在配变资产优化配置问题中，即为寻找配变容量和台区负荷之间的最优组合，通过对调相应台区的配变，实现配变负载率的整体优化。

其次，配变资产优化配置需要兼顾安全目标和经济目标，是一个多目标优化问题。多目标优化问题中，存在两个及以上优化目标。分层求解是多目标优化问题中常用的求解方法。这种方法首先根据目标函数的重要性排序，决定求解顺序，然后逐层求解后选取各个解空间的交集，作为最终的解。配变资产优化配置问题中的安全目标为：优化配置后配变的整体合理运行时长最大。最大负载率不超出合理运行区间的上限为约束条件。配变资产优化配置问题中的经济目标为：移位增容改造执行中，配变的运输距离最小。另外，安全性目标的优先级要高于经济目标。

发明内容

为求解上述优化配置问题，实现提升配变资产利用效率的目的，本发明提供了一种提升配变利用效率的资产优化配置方法。

本发明采用了如下技术方案实现其技术目的：

一种提升配变利用效率的资产优化配置方法，用于预定区域内不同台区间配变的重新调配，包括如下步骤：

S1、将待调配区域内的配变按预设容量等级分为小容量配变A组和大容量配变B组，同一组别内配变容量等级相同；

S2、根据预设条件对小容量配变A组和大容量配变B组中的配变进行预筛选；

S3、基于预筛选结果，根据调配前A组和B组中每台配变的年最大负载率计算调配后每台配变的年最大负载率，并根据计算结果对待调配的配变进行筛选；

S4、基于筛选结果，根据调配前A组和B组中配变的全年负载率曲线计算调配后A组和B组中配变的全年负载率曲线，进而获取调配后每台配变的年合理运行时长；

S5、基于计算得到的调配后每台配变的年合理运行时长构建合理运行时长矩阵；

S6、在所述合理运行时长矩阵中，搜索合理运行时长最大时的配变组合，得到第一层次优化结果；

S7、在第一层次优化结果中，寻找配变运输距离最小的组合，作为最终优化配置组合结果。

进一步的，步骤S1中，所述小容量配变A组和大容量配变B组的预设容量等级满足1.5V_A≤V_B≤2.5V_A。

进一步的，步骤S2具体包括：

从小容量配变A组中筛选出全年最大负载率超过80％的配变，从大容量配变B组中筛选出全年最大负载率小于30％，且投运年限在5年至10年的配变。

进一步的，步骤S3中，调配后A组和B组中每台配变的年最大负载率计算方法如下：

其中，lmax_A和lmax_B分别为调配前A组和B组中每台配变的年最大负载率；

筛选方法为：判断Lmax_A和Lmax_B是否超出合理运行区间，若超出，则该台配变退出备选；负载率30％至75％为配变的合理运行区间。

进一步的，步骤S4中，调配后A组和B组中配变的全年负载率曲线计算方法如下：

其中，

和

分别为分别为调配前A组和B组中配变的全年负载率曲线，i∈[1,m]，j∈[1，n]，m和n分别为筛选后小容量配变A组和大容量配变B组中配变的台数；调配后每台配变的年合理运行时长为配变负载率在合理运行区间内运行的小时数。

进一步的，步骤S5中，构建的合理运行时长矩阵T为m行，n列的矩阵，表达式为：

其中，

和

分别为调配后A组和B组中每台配变的年合理运行时长。

进一步的，步骤S6具体包括：

将所述合理运行时长矩阵T的初始矩阵记为T₁，寻找T₁的最大值为TS₁，将TS₁出现的行列i，j记为数组C₁＝[i,j]，然后令T₁的第i行和第j列为零，得到新的矩阵记为T₂，重复执行上述步骤，直至整个T矩阵变为全零矩阵；此时，数组[C₁；C₂；……；C_k]即为第一层次优化结果，其中k为重复次数。

进一步的，寻找过程中，当矩阵中存在多个TS_k时，则将最大值所在的行列换行存储，此时C_k为一个2列多行的矩阵，行数记为h。

进一步的，步骤S7具体包括：

在第一层次优化结果的基础上，根据C_k的行向量值依次查找配变运输距离，记为数组D_k，D_k的列数为1，行数为h；之后对数组D_k中的值进行排序，保留D_k取最小时的行，记为第j行；删除数组C_k中，除第j行以外的其他行；重复上述步骤，直到C_k变为一维数组，即为最终优化配置组合结果。

本发明具有的有益的效果是：

通过求解多目标优化模型，重新配置现有配变资产，提高配变容量和台区负荷之间的匹配度，可以在保障电网安全运行和用电需要的同时，减少配变增容投资和配变自身损耗，提升配变整体利用效率。

附图说明

图1为本发明的资产优化配置方法实施例的流程步骤图。

图2为本发明实施例中构造的合理运行时长矩阵。

图3为本发明实施例中第一层次优化求解流程示意图。

图4为本发明实施例中第二层次优化求解流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的下述实施例为基于本发明的技术方案构建的模型或计算机程序实施，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

如图1所示，本实施例的资产优化配置方法包括如下步骤：

第一步，输入2组参与调配的配变容量等级及其年负载率序列。确定参与优化的小容量配变A组，和大容量配变B组，同一组别内容量等级相同，分别记为V_A，V_B。

其中，V_A与V_B为已知量，可提前设定，应当有较大的差异，需相差一倍左右。

第二步，筛选符合优化配置条件的配变。从容量等级为V_A，V_B的所有配变中，挑选符合调换条件的配变，进行后续调配计算。具体的，需从区域内容量等级为V_A的配变中，筛选出全年最大负载率超过80％的配变。从区域内容量等级为V_B的配变中，筛选出全年最大负载率小于30％，且投运年限在5年至10年的配变。

配变调换容量等级调换前，A组和B组配变的年最大负载率分别为lmax_A和lmax_B，容量等级调换后，A组和B组配变的年最大负载率分别为Lmax_A和Lmax_B。判断Lmax_A和Lmax_B是否超出合理运行区间，若超出，则该台配变退出备选。经过筛选后，得到符合调换条件的配变，A组配变m台，B组配变n台。

参照《电力变压器经济运行》(GB/T 13462)，负载率30％至75％为配变的合理运行区间。容量等级调换后，配变的最大负载率计算方法为如公式(1)和(2)所示，

第三步，统计容量等级变更前后，2组配变的合理运行时长。合理运行时长即为配变负载率在合理运行区间的运行时长，单位为小时。容量等级调换前，A组配变和B组配变的全年负载率曲线分别为

和

每台配变的年合理运行时长为

和

容量等级调换后，A组配变和B组配变的全年负载率曲线分别为

和

每台配变的年合理运行时长

和

其中，i∈[1,m]，j∈[1，n]。

其中，配变容量等级调换后的负载率曲线计算方法如公式(3)和(4)所示，

合理运行时长即为配变负载率在合理运行区间内运行的小时数。

第四步，构建合理运行时长矩阵。根据容量等级调换后的配变合理运行时长

和

构建合理运行时长矩阵T，为m行，n列的矩阵，其表达式如公式(5)所示，

该矩阵的具体组成形式如图2所示。

第五步，根据合理运行时长矩阵，输出第一层次优化结果。在合理运行时长矩阵中搜索合理运行时长最大时的配变组合，输出结果为第一层次优化的解空间。具体求解流程如图3所示：

首先输入第四步中得到的合理运行时长矩阵，记为初始矩阵T₁，此时k＝1。寻找T_k的最大值为TS_k，TS_k出现的行列i和j，记为数组C_k＝[i,j]，然后令T_k的第i行和第j列为零，得到新的矩阵记为T_k+1，若矩阵T_k+1不为全零矩阵，则重复执行：①寻找矩阵最大值，②返回矩阵TS_k最大值所在行列，③令TS_k最大值所在行列为零3个步骤，直至整个T矩阵变为全零矩阵。此时，数组[C₁；C₂；……；C_k]，即为第一层次优化结果。当矩阵中存在多个TS_k，则最大值所在的行列换行存储，C_k为一个2列多行的矩阵，行数记为h。

第六步，在第一层次优化结果基础上，根据配变之间的运输距离，进行第二层次优化，作为最后的优化配置组合结果。具体求解流程如图4所示：

在第一层次优化结果的基础上，根据C_k的行向量值依次查找配变运输距离，记为数组D_k，D_k的列数为1，行数为h。之后对数组D_k中的值进行排序，保留D_k取最小时的行，记为第j行。删除数组C_k中，除第j行以外的其他行。重复上述步骤，直到C_k变为一维数组，完成优化。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提升配变利用效率的资产优化配置方法，用于预定区域内不同台区间配变的重新调配，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将待调配区域内的配变按预设容量等级分为小容量配变A组和大容量配变B组，同一组别内配变容量等级相同；

S2、根据预设条件对小容量配变A组和大容量配变B组中的配变进行预筛选；

S3、基于预筛选结果，根据调配前A组和B组中每台配变的年最大负载率计算调配后每台配变的年最大负载率，并根据计算结果对待调配的配变进行筛选；

S4、基于筛选结果，根据调配前A组和B组中配变的全年负载率曲线计算调配后A组和B组中配变的全年负载率曲线，进而获取调配后每台配变的年合理运行时长；

S5、基于计算得到的调配后每台配变的年合理运行时长构建合理运行时长矩阵；

S6、在所述合理运行时长矩阵中，搜索合理运行时长最大时的配变组合，得到第一层次优化结果；

S7、在第一层次优化结果中，寻找配变运输距离最小的组合，作为最终优化配置组合结果。

2.如权利要求1所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S1中，所述小容量配变A组和大容量配变B组的预设容量等级满足1.5V_A≤V_B≤2.5V_A。

3.如权利要求2所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

从小容量配变A组中筛选出全年最大负载率超过80％的配变，从大容量配变B组中筛选出全年最大负载率小于30％，且投运年限在5年至10年的配变。

4.如权利要求3所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S3中，调配后A组和B组中每台配变的年最大负载率计算方法如下：

其中，lmax_A和lmax_B分别为调配前A组和B组中每台配变的年最大负载率；

筛选方法为：判断Lmax_A和Lmax_B是否超出合理运行区间，若超出，则该台配变退出备选；负载率30％至75％为配变的合理运行区间。

5.如权利要求4所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S4中，调配后A组和B组中配变的全年负载率曲线计算方法如下：

其中，

和

分别为分别为调配前A组和B组中配变的全年负载率曲线，i∈[1,m]，j∈[1，n]，m和n分别为筛选后小容量配变A组和大容量配变B组中配变的台数；调配后每台配变的年合理运行时长为配变负载率在合理运行区间内运行的小时数。

6.如权利要求5所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S5中，构建的合理运行时长矩阵T为m行，n列的矩阵，表达式为：

其中，

和

分别为调配后A组和B组中每台配变的年合理运行时长。

7.如权利要求6所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S6具体包括：

将所述合理运行时长矩阵T的初始矩阵记为T₁，寻找T₁的最大值为TS₁，将TS₁出现的行列i，j记为数组C₁＝[i,j]，然后令T₁的第i行和第j列为零，得到新的矩阵记为T₂，重复执行上述步骤，直至整个T矩阵变为全零矩阵；此时，数组[C₁；C₂；……；C_k]即为第一层次优化结果，其中k为重复次数。

8.如权利要求7所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，寻找过程中，当矩阵中存在多个TS_k时，则将最大值所在的行列换行存储，此时C_k为一个2列多行的矩阵，行数记为h。

9.如权利要求8所述的提升配变利用效率的资产优化配置方法，其特征在于，步骤S7具体包括：

在第一层次优化结果的基础上，根据C_k的行向量值依次查找配变运输距离，记为数组D_k，D_k的列数为1，行数为h；之后对数组D_k中的值进行排序，保留D_k取最小时的行，记为第j行；删除数组C_k中，除第j行以外的其他行；重复上述步骤，直到C_k变为一维数组，即为最终优化配置组合结果。

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