一種多尺度分層蜂窩輸電網及其規劃方法
【專利摘要】本發明公開了電網設計與規劃【技術領域】中的一種多尺度分層蜂窩輸電網及其規劃方法。方法包括：以次高電壓等級的電源節點構成的輸電網電源層作為目標輸電網電源層；根據多尺度分層蜂窩輸電網規劃模型，求解目標輸電網電源層的電源節點容量和電網連線決策量最優解；將所述最優解代入上層輸電網電源層，如果兩層輸電網電源層都滿足全網經濟性約束，則完成目標輸電網電源層規劃；否則，對目標輸電網電源層中不滿足負荷點有功負荷約束的蜂窩網格進行分裂；以下層輸電網電源層作為目標輸電網電源層，繼續規劃過程；本發明還提供了一種輸電網。本發明降低了模型復雜度，提高了供電可靠性，實現了能源的高效利用與資源的合理配置。
【專利說明】-種多尺度分層蜂窩輸電網及其規劃方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于電網設計與規劃【技術領域】，尤其涉及一種多尺度分層蜂窩輸電網及其 規劃方法。

【背景技術】
[0002] 現代社會中，電力系統的發展與國民經濟、居民生活等息息相關。輸電網絡作為電 力系統中發電廠與電力用戶之間輸送電能的核心環節，其網架結構與電力系統的能源利用 率以及資源配置狀況密切相關。合理的輸電網架結構不但能夠適應電力系統發展過程中可 能出現的負荷增長和電源建設等一系列不確定因素，還可以為電力系統的安全穩定運行 提供客觀的指導意見。
[0003] 目前，世界各國都在積極研究能夠更好地適應未來需求的新型的輸電網架結構。 受地理條件、負荷密度及經濟發展水平等因素的影響，輸電網的建設與規劃所采用的設計 準則也不盡相同，這造成了各國輸電網架結構的千差萬別，給分布式新能源的推廣、輸電系 統的改革帶來了巨大的阻力。
[0004] 此外，輸電網建設需要考慮電網具體的網絡拓撲結構，所以在輸電網規劃模型中 被涉及到的決策變量很多，加之根據現實需求，一種理想的輸電網規劃方案可能需要滿足 安全性、經濟性、可靠性、適應性以及靈活性等多方面的要求，這使得輸電網規劃的約束條 件極大地增加。
[0005] 現有的電網規劃設計存在以下問題：大量輸電網缺乏統一規劃，結構不合理；部 分規劃模型缺乏長期考慮，無法適應后期發展；規劃模型涉及條件過多，大量的約束條件 和高維的決策變量使規劃模型變得十分復雜。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于，提供一種多尺度分層蜂窩輸電網及其規劃方法，用于解決現 有輸電網架構的存在的問題。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提出的技術方案是，一種多尺度分層蜂窩輸電網，其特 征是所述輸電網包括電源節點和電網連線；
[0008] 所述電源節點依據不同的電壓等級構成多個輸電網電源層，同一輸電網電源層的 電源節點的電壓等級相同；
[0009] 各輸電網電源層的電源節點位于所屬輸電網電源層的蜂窩網格的頂點，下層輸電 網電源層的蜂窩網格由上層輸電網電源層的蜂窩網格分裂得到；
[0010] 所述蜂窩網格為正六邊形網格，其邊長依據輸電網電源層中的電源節點平均供電 半徑確定；
[0011] 同一輸電網電源層的電網連線建造于所屬輸電網電源層的蜂窩網格的邊上；
[0012] 各輸電網電源層與相鄰的輸電網電源層通過電源節點之間的電網連線相連。
[0013] 所述下層輸電網電源層的蜂窩網格的邊長為其上層輸電網電源層的蜂窩網格的 邊長的一半，且下層輸電網電源層的蜂窩網格以上層輸電網電源層的蜂窩網格的兩個相鄰 頂點作為對頂頂點。
[0014] 所述電源節點用于向所屬輸電網電源層的相鄰電源節點以及下層輸電網電源層 的電源節點供電。
[0015] 一種多尺度分層蜂窩輸電網的規劃方法，其特征是所述方法包括：
[0016] 步驟1 :以次高電壓等級的電源節點構成的輸電網電源層作為目標輸電網電源 層；
[0017] 步驟2 :根據多尺度分層蜂窩輸電網規劃模型，求解目標輸電網電源層的電源節 點容量和電網連線決策量最優解；
[0018] 步驟3 :將所述最優解代入上層輸電網電源層，如果兩層輸電網電源層都滿足全 網經濟性約束，則執行步驟5 ;
[0019] 步驟4:對目標輸電網電源層中不滿足負荷點有功負荷約束的蜂窩網格進行分 裂；
[0020] 步驟5 :如果完成全網規劃，輸出各個輸電網電源層規劃結果；否則，以下層輸電 網電源層作為目標輸電網電源層，轉到步驟2。
[0021] 所述多尺度分層蜂窩輸電網規劃模型包括目標函數和約束條件；
[0022] 所述目標函數為：

【權利要求】
1. 一種多尺度分層蜂窩輸電網，其特征是所述輸電網包括電源節點和電網連線； 所述電源節點依據不同的電壓等級構成多個輸電網電源層，同一輸電網電源層的電源 節點的電壓等級相同； 各輸電網電源層的電源節點位于所屬輸電網電源層的蜂窩網格的頂點，下層輸電網電 源層的蜂窩網格由上層輸電網電源層的蜂窩網格分裂得到； 所述蜂窩網格為正六邊形網格，其邊長依據輸電網電源層中的電源節點平均供電半徑 確定； 同一輸電網電源層的電網連線建造于所屬輸電網電源層的蜂窩網格的邊上； 各輸電網電源層與相鄰的輸電網電源層通過電源節點之間的電網連線相連。
2. 根據權利要求1所述的輸電網，其特征是所述下層輸電網電源層的蜂窩網格的邊長 為其上層輸電網電源層的蜂窩網格的邊長的一半，且下層輸電網電源層的蜂窩網格以上層 輸電網電源層的蜂窩網格的兩個相鄰頂點作為對頂頂點。
3. 根據權利要求1或2所述的輸電網，其特征是所述電源節點用于向所屬輸電網電源 層的相鄰電源節點以及下層輸電網電源層的電源節點供電。
4. 一種多尺度分層蜂窩輸電網的規劃方法，其特征是所述方法包括： 步驟1 :以次高電壓等級的電源節點構成的輸電網電源層作為目標輸電網電源層； 步驟2 :根據多尺度分層蜂窩輸電網規劃模型，求解目標輸電網電源層的電源節點容 量和電網連線決策量最優解； 步驟3 :將所述最優解代入上層輸電網電源層，如果兩層輸電網電源層都滿足全網經 濟性約束，則執行步驟5; 步驟4 :對目標輸電網電源層中不滿足負荷點有功負荷約束的蜂窩網格進行分裂； 步驟5:如果完成全網規劃，輸出各個輸電網電源層規劃結果；否則，以下層輸電網電 源層作為目標輸電網電源層，轉到步驟2。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征是所述多尺度分層蜂窩輸電網規劃模型包括目 標函數和約束條件； 所述目標函數為：
其中，
U為電源節點的電壓等級； S (Pi)為電源節點Pi的容量； Q(p"Pj)為電源節點Pi與電源節點Pj之間的電網連線決策量，當Q(Pi，Pj) = 1時，表 示電源節點Pi與電源節點Pj之間建有電網連線，當Q(Pi, Pj) = 〇時，表示電源節點Pi與電 源節點Pj之間未建有電網連線； Cp_p_為電源節點的建造費用； 為電源節點的運行費用； c#id-_為電網連線的建造費用； c#i(Mep為電網連線的折舊費用； c1()SS為網損費用； i和j分別為電源節點Pi和電源節點h的下標標識； 所述負荷節點有功負荷約束為： 所述約束條件包括負荷節點有功負荷約束、有功功率平衡約束和線路有功潮流約束；
GlMd為負荷節點有功負荷； Λ為由電源節點Pi供電的負荷節點的集合； Wj為負荷節點&的有功負荷； S (Pi)為電源節點Pi的容量； e(S(Pi))為電源節點Pi的負載率； cos妒為功率因數； Smax(Pi)為電iJH點Pi的#1：上限； 所述有功功率平衡約束為：
^balance 為有功功率； 為對與電源節點Pi相連的所有電源節點&求和； j J U(Pi)和U(Pj)分別為電源節點Pi和電源節點的節點電壓； P (Pi)為電源節點Pi的有功功率注入； Q (Pi)為電源節點Pi的無功功率注入； G(Pi，Pj)為電源節點Pi和電源節點Pj的導納矩陣的電導； B (Pi, Pj)為電源節點Pi和電源節點ρ』的導納矩陣的電納； 為電源節點Pi和電源節點]^的電壓相角差； 所述線路有功潮流約束為：
Gpowerflow 為線路有功潮流； z (Pi，Pj)為電源節點Pi和電源節點Pj之間的支路上的視在功率； Zmin(Pi，pP為電源節點Pi和電源節點h之間的支路上的功率下限； zmax (Pi，pP為電源節點Pi和電源節點h之間的支路上的功率上限。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征是所述對目標輸電網電源層中不滿足負荷 點有功負荷約束的蜂窩網格進行分裂包括： 子步驟B1:標定待分裂的蜂窩網格的連線； 子步驟B2:對標定的連線作中軸線； 子步驟B3:以中軸線為軸，以標定的連線為對角線，做邊長為a/2的正六邊形；其中，a 為待分裂的蜂窩網格的邊長； 子步驟Μ:剔除待分裂的蜂窩網格外的網格連線以及電源節點。
【文檔編號】G06Q10/04GK104143119SQ201410366028
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】許剛, 談元鵬, 馬爽, 趙中原 申請人:華北電力大學