基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特點是：根據(jù)電網(wǎng)實際情況對配網(wǎng)中的各個節(jié)點和開關(guān)進行編號，形成初始的編號方案；提出了“配網(wǎng)區(qū)塊化”的理論并在此基礎上進行網(wǎng)絡的分塊，得出配網(wǎng)綜合信息數(shù)據(jù)庫；生成備選拓撲方案集；對生成的方案進行可行性檢驗；對分塊等效網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)預處理；計算綜合性評估指標，對重構(gòu)的方案進行綜合性評估，提出技術(shù)指標量化指定分區(qū)的可靠性和經(jīng)濟性，針對正在運行中的配電網(wǎng)，提出針對典型斷面的降低損耗決策方案，為調(diào)度運行提出相關(guān)的決策依據(jù)。具有方法科學合理、可靠性高、經(jīng)濟好、實用性強等優(yōu)點。
【專利說明】基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)配網(wǎng)領(lǐng)域，是一種基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對配電系統(tǒng)的可靠性、安全性 和經(jīng)濟性提出了越來越高的要求。配電網(wǎng)的分析與優(yōu)化已經(jīng)成為電力系統(tǒng)研究的熱點之 一。配電網(wǎng)的運行指組成配電網(wǎng)系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都處于執(zhí)行其功能的狀態(tài)。在配電網(wǎng)中， 對各種電力設備進行調(diào)整，改變配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運行，稱為配電網(wǎng)運 行方式的優(yōu)化。在輸電網(wǎng)運行方式的研究中，各方面都有嚴格的規(guī)定，研究也比較成熟，有 比較豐富的成果，但是在配電網(wǎng)中，由于社會對配電網(wǎng)及其優(yōu)化的重視不夠，并且受現(xiàn)有數(shù) 據(jù)采集裝置配置的制約，配電網(wǎng)的信息采集不夠，在準確度和完善度上都達不到要求，配電 網(wǎng)運行方式的研究還處于起步階段，國內(nèi)外的文獻大都是就配電網(wǎng)優(yōu)化的某一部分進行理 論的研究，實用性小，實用性軟件系統(tǒng)更少。
[0003] 任何一個配電網(wǎng)，理論上都存在一個最優(yōu)的運行方式，在這個最優(yōu)運行方式下，各 負荷點的運行電壓、網(wǎng)絡損耗和負荷平衡的協(xié)調(diào)優(yōu)于其它可能方案。該項目就是對對配電 網(wǎng)運行方式進行優(yōu)化，實現(xiàn)了電網(wǎng)的優(yōu)化運行，在提高電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟性方面有重要的 意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決兩個問題：一是配網(wǎng)中拉手開關(guān)較少，開關(guān)少，重構(gòu)的方案就 少，運行方式單一，不能提高配網(wǎng)運行的可靠性和靈活性，達不到優(yōu)化運行的目的；二是有 很多的子網(wǎng)的負荷分布不合理，負荷不合理會增加線路網(wǎng)損，不能實現(xiàn)配網(wǎng)的經(jīng)濟性運行 的目標，為克服上述兩點，本項目提出了一種科學合理、可靠性高、經(jīng)濟好、實用性強的基于 配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行 方法，其特征是，它包括下述步驟：
[0006] 1)制定初始編號方案，對配網(wǎng)中的各種元件、線路、節(jié)點以及開關(guān)進行編號；
[0007] 2)網(wǎng)絡分塊，是用配網(wǎng)的區(qū)塊化理論，將網(wǎng)絡等值成塊和開關(guān)組成的等效網(wǎng)絡，并 對區(qū)塊進行編號，最終形成完整的配網(wǎng)綜合信息數(shù)據(jù)庫；
[0008] 3)生成備選拓撲方案集，是采用圖論理論對等值網(wǎng)絡中的開關(guān)開斷情況進行組 合，生成所有可能的拓撲方案；
[0009] 4)方案可行性檢驗，是對生成的拓撲方案的可行性進行判斷，經(jīng)過過濾篩選后形 成無孤島的放射形網(wǎng)絡；
[0010] 5)數(shù)據(jù)預處理，是對分塊等效網(wǎng)絡進行處理，轉(zhuǎn)化成常規(guī)的電力網(wǎng)絡潮流計算和 可靠性計算的信息；
[0011] 6)綜合指標計算，是包括潮流網(wǎng)損的計算、可靠性指標的計算以及綜合指標的形 成，綜合指標綜合配電網(wǎng)絡的經(jīng)濟性與可靠性，對可行方案進行綜合評估；
[0012] 7)配電網(wǎng)運行優(yōu)化，是對任意給定的配電網(wǎng)絡，在滿足配電運行方編制運行計劃 前提下，以經(jīng)濟性和可靠性最優(yōu)為目標，生成可配置的配電網(wǎng)運方優(yōu)化經(jīng)濟運行的多維排 序參考方案列表，并能夠通過圖像的直觀展示出優(yōu)化后的拓撲結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的系統(tǒng)潮流、降 低的網(wǎng)損百分比以及提高的可靠性指標，并算出綜合優(yōu)化指標。
[0013] 所述步驟2)的配網(wǎng)區(qū)塊化理論是把相互連接在一起的節(jié)點組成一個區(qū)塊，在每 一個區(qū)塊中包含有線路、變壓器元件，但不含有任何的開關(guān)設備；同時，單個節(jié)點亦可以自 己組合成一個單獨的區(qū)塊，按照這樣的步驟，在對配電網(wǎng)絡的圖實施完"區(qū)塊化"操作之 后，就可以得到只有區(qū)塊和開關(guān)的拓撲結(jié)構(gòu)，區(qū)塊之間僅用開關(guān)相連，得到的配網(wǎng)綜合數(shù)據(jù) 庫，包括四個表，分別儲存目標網(wǎng)絡的電源、線路、節(jié)點和開關(guān)信息，即：Gen、Line、Node和 Switch,其中表Gen包含各個電源的所在節(jié)點以及電壓大小，表Line包含各條線路的首末 節(jié)點、電阻、電抗、長度、編號、故障率及故障恢復時間，表Node包含各個節(jié)點的編號、有功 負荷、無功負荷、所屬塊號、故障率及故障恢復時間，表Switch包含編號、首末節(jié)點、是否可 控及初始狀態(tài)。
[0014] 所述步驟3)中，根據(jù)圖論理論找出了開關(guān)總數(shù)、區(qū)塊總數(shù)和應閉合開關(guān)總數(shù)之間 的等式關(guān)系，這可以降低無效解的產(chǎn)生，縮小可行解的空間。
[0015] 所述步驟4)的方案可行性檢驗是對所述步驟3)的拓撲方案進行檢查，是否存在 環(huán)網(wǎng)和孤島這兩種情況，如存在，則要進行重新生成拓撲方案，如不存在，則可進行后面數(shù) 據(jù)的預處理。
[0016] 所述步驟5)數(shù)據(jù)預處理是網(wǎng)絡重構(gòu)步驟中承接拓撲方案與潮流計算的重要過 程，它將主網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成分塊的子網(wǎng)數(shù)據(jù)，過對方案中子網(wǎng)的開關(guān)和塊信息，在數(shù)據(jù)庫中搜 索并形成子網(wǎng)所有的電源、支路、節(jié)點信息，再對相關(guān)節(jié)點進行合并操作、對相關(guān)支路的首 末節(jié)點進行調(diào)整，形成滿足潮流計算和可靠性計算要求的"規(guī)范化"數(shù)據(jù)。
[0017] 所述步驟6)潮流網(wǎng)損計算是采用前推回代法，電源節(jié)點的電壓已知，負荷節(jié)點的 有功和無功已知，開始由末端向始端推算時，設全網(wǎng)的電壓都為額定電壓，僅計算各支路中 的功率損耗而不計算電壓降落；待求得始端的功率后，再運用給定的始端電壓和求得的始 端功率由始端向末端逐段推算電壓降落，以得到全網(wǎng)各節(jié)點的電壓，然后根據(jù)預先設定的 收斂標準判斷是否收斂，若不滿足收斂標準，將各節(jié)點電壓計算值作為新的初始值開始下 一次的迭代，重復上述過程，直到滿足收斂標準，結(jié)束計算；可靠性指標計算是故障模式后 果分析法進行配電系統(tǒng)可靠性計算，并以系統(tǒng)平均停電頻率指標SAIFI、系統(tǒng)平均停電持續(xù) 時間SAIDI、用戶平均停電持續(xù)時間CAIDI、平均供電可用率指標ASAI作為可靠性評估指 標：
[0018] 系統(tǒng)平均停電頻率指標SAIFI :

【權(quán)利要求】
1. 一種基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，它包括下述步驟： 1) 制定初始編號方案，對配網(wǎng)中的各種元件、線路、節(jié)點以及開關(guān)進行編號； 2) 網(wǎng)絡分塊，是用配網(wǎng)的區(qū)塊化理論，將網(wǎng)絡等值成塊和開關(guān)組成的等效網(wǎng)絡，并對區(qū) 塊進行編號，最終形成完整的配網(wǎng)綜合信息數(shù)據(jù)庫； 3) 生成備選拓撲方案集，是采用圖論理論對等值網(wǎng)絡中的開關(guān)開斷情況進行組合，生 成所有可能的拓撲方案； 4) 方案可行性檢驗，是對生成的拓撲方案的可行性進行判斷，經(jīng)過過濾篩選后形成無 孤島的放射形網(wǎng)絡； 5) 數(shù)據(jù)預處理，是對分塊等效網(wǎng)絡進行處理，轉(zhuǎn)化成常規(guī)的電力網(wǎng)絡潮流計算和可靠 性計算的信息； 6) 綜合指標計算，是包括潮流網(wǎng)損的計算、可靠性指標的計算以及綜合指標的形成，綜 合指標綜合配電網(wǎng)絡的經(jīng)濟性與可靠性，對可行方案進行綜合評估； 7) 配電網(wǎng)運行優(yōu)化，是對任意給定的配電網(wǎng)絡，在滿足配電運行方編制運行計劃前提 下，以經(jīng)濟性和可靠性最優(yōu)為目標，生成可配置的配電網(wǎng)運方優(yōu)化經(jīng)濟運行的多維排序參 考方案列表，并能夠通過圖像的直觀展示出優(yōu)化后的拓撲結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的系統(tǒng)潮流、降低的 網(wǎng)損百分比以及提高的可靠性指標，并算出綜合優(yōu)化指標。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，所述 步驟2)的配網(wǎng)區(qū)塊化理論是把相互連接在一起的節(jié)點組成一個區(qū)塊，在每一個區(qū)塊中包 含有線路、變壓器元件，但不含有任何的開關(guān)設備；同時，單個節(jié)點亦可以自己組合成一個 單獨的區(qū)塊，按照這樣的步驟，在對配電網(wǎng)絡的圖實施完"區(qū)塊化"操作之后，就可以得到 只有區(qū)塊和開關(guān)的拓撲結(jié)構(gòu)，區(qū)塊之間僅用開關(guān)相連，得到的配網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫，包括四個 表，分別儲存目標網(wǎng)絡的電源、線路、節(jié)點和開關(guān)信息，即：Gen、Line、Node和Switch,其中 表Gen包含各個電源的所在節(jié)點以及電壓大小，表Line包含各條線路的首末節(jié)點、電阻、 電抗、長度、編號、故障率及故障恢復時間，表Node包含各個節(jié)點的編號、有功負荷、無功負 荷、所屬塊號、故障率及故障恢復時間，表Switch包含編號、首末節(jié)點、是否可控及初始狀 態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，所述 步驟3)中，根據(jù)圖論理論找出了開關(guān)總數(shù)、區(qū)塊總數(shù)和應閉合開關(guān)總數(shù)之間的等式關(guān)系， 這可以降低無效解的產(chǎn)生，縮小可行解的空間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，所述 步驟4)的方案可行性檢驗是對所述步驟3)的拓撲方案進行檢查，是否存在環(huán)網(wǎng)和孤島這 兩種情況，如存在，則要進行重新生成拓撲方案，如不存在，則可進行后面數(shù)據(jù)的預處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，所述 步驟5)數(shù)據(jù)預處理是網(wǎng)絡重構(gòu)步驟中承接拓撲方案與潮流計算的重要過程，它將主網(wǎng)數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)化成分塊的子網(wǎng)數(shù)據(jù)，過對方案中子網(wǎng)的開關(guān)和塊信息，在數(shù)據(jù)庫中搜索并形成子網(wǎng) 所有的電源、支路、節(jié)點信息，再對相關(guān)節(jié)點進行合并操作、對相關(guān)支路的首末節(jié)點進行調(diào) 整，形成滿足潮流計算和可靠性計算要求的"規(guī)范化"數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于配網(wǎng)區(qū)塊化理論的電網(wǎng)優(yōu)化運行方法，其特征是，所述 步驟6)潮流網(wǎng)損計算是采用前推回代法，電源節(jié)點的電壓已知，負荷節(jié)點的有功和無功已 知，開始由末端向始端推算時，設全網(wǎng)的電壓都為額定電壓，僅計算各支路中的功率損耗而 不計算電壓降落；待求得始端的功率后，再運用給定的始端電壓和求得的始端功率由始端 向末端逐段推算電壓降落，以得到全網(wǎng)各節(jié)點的電壓，然后根據(jù)預先設定的收斂標準判斷 是否收斂，若不滿足收斂標準，將各節(jié)點電壓計算值作為新的初始值開始下一次的迭代，重 復上述過程，直到滿足收斂標準，結(jié)束計算；可靠性指標計算是故障模式后果分析法進行配 電系統(tǒng)可靠性計算，并以系統(tǒng)平均停電頻率指標SAIFI、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間SAIDI、用 戶平均停電持續(xù)時間CAIDI、平均供電可用率指標ASAI作為可靠性評估指標 ： 系統(tǒng)平均停電頻率指標SAIFI :
(16) 系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間SAIDI :
(17) 用戶平均停電持續(xù)時間CAIDI :
(1H) 平均供電可用率指標ASAI :
(19) 其中λ i為負荷點i的故障率，隊為負荷點i的用戶數(shù)。 以可靠性指標作為評估重構(gòu)方案的一個斷面，能有效減少停電時間與停電頻率，對算 法生產(chǎn)的每個方案進行網(wǎng)損和系統(tǒng)平均停電時間SAIDI進行計算，以配電網(wǎng)的經(jīng)濟性和可 靠性為目標得到目標函數(shù)： min. z = af (x) +bg (x) (20) x為配網(wǎng)重構(gòu)的決策變量，f(x)為系統(tǒng)的網(wǎng)損，g(x)為系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間SAIDI， a, b分別為經(jīng)濟性指數(shù)和可靠性指數(shù)的權(quán)重，可由熵權(quán)法得到。
【文檔編號】H02J3/00GK104124686SQ201410363664
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張金波, 耿婧, 劉通, 楊鏡非, 宋依群, 崔巍, 范勝斌, 高峰, 楊煦, 滿宇彤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)吉林省電力有限公司遼源供電公司