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

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電網配網領域，是一種基于配網區塊化理論的電網優化運行方法。

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


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是解決兩個問題：一是配網中拉手開關較少，開關少，重構的方案就 少，運行方式單一，不能提高配網運行的可靠性和靈活性，達不到優化運行的目的；二是有 很多的子網的負荷分布不合理，負荷不合理會增加線路網損，不能實現配網的經濟性運行 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、經濟好、實用性強的基于 配網區塊化理論的電網優化運行方法。
[0005] 本發明的目的是以下技術方案實現的：一種基于配網區塊化理論的電網優化運行 方法，其特征是，它包括下述步驟：
[0006] 1)制定初始編號方案，對配網中的各種元件、線路、節點以及開關進行編號；
[0007] 2)網絡分塊，是用配網的區塊化理論，將網絡等值成塊和開關組成的等效網絡，并 對區塊進行編號，最終形成完整的配網綜合信息數據庫；
[0008] 3)生成備選拓撲方案集，是采用圖論理論對等值網絡中的開關開斷情況進行組 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，經過過濾篩選后形 成無孤島的放射形網絡；
[0010] 5)數據預處理，是對分塊等效網絡進行處理，轉化成常規的電力網絡潮流計算和 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絡的經濟性與可靠性，對可行方案進行綜合評估；
[0012] 7)配電網運行優化，是對任意給定的配電網絡，在滿足配電運行方編制運行計劃 前提下，以經濟性和可靠性最優為目標，生成可配置的配電網運方優化經濟運行的多維排 序參考方案列表，并能夠通過圖像的直觀展示出優化后的拓撲結構，優化后的系統潮流、降 低的網損百分比以及提高的可靠性指標，并算出綜合優化指標。
[0013] 所述步驟2)的配網區塊化理論是把相互連接在一起的節點組成一個區塊，在每 一個區塊中包含有線路、變壓器元件，但不含有任何的開關設備；同時，單個節點亦可以自 己組合成一個單獨的區塊，按照這樣的步驟，在對配電網絡的圖實施完"區塊化"操作之 后，就可以得到只有區塊和開關的拓撲結構，區塊之間僅用開關相連，得到的配網綜合數據 庫，包括四個表，分別儲存目標網絡的電源、線路、節點和開關信息，即：Gen、Line、Node和 Switch,其中表Gen包含各個電源的所在節點以及電壓大小，表Line包含各條線路的首末 節點、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、首末節點、是否可 控及初始狀態。
[0014] 所述步驟3)中，根據圖論理論找出了開關總數、區塊總數和應閉合開關總數之間 的等式關系，這可以降低無效解的產生，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 環網和孤島這兩種情況，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 據的預處理。
[0016] 所述步驟5)數據預處理是網絡重構步驟中承接拓撲方案與潮流計算的重要過 程，它將主網數據轉化成分塊的子網數據，過對方案中子網的開關和塊信息，在數據庫中搜 索并形成子網所有的電源、支路、節點信息，再對相關節點進行合并操作、對相關支路的首 末節點進行調整，形成滿足潮流計算和可靠性計算要求的"規范化"數據。
[0017] 所述步驟6)潮流網損計算是采用前推回代法，電源節點的電壓已知，負荷節點的 有功和無功已知，開始由末端向始端推算時，設全網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，以得到全網各節點的電壓，然后根據預先設定的 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可靠性計算，并以系統平均停電頻率指標SAIFI、系統平均停電持續 時間SAIDI、用戶平均停電持續時間CAIDI、平均供電可用率指標ASAI作為可靠性評估指 標：
[0018] 系統平均停電頻率指標SAIFI :

【權利要求】
1. 一種基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，其特征是，它包括下述步驟： 1) 制定初始編號方案，對配網中的各種元件、線路、節點以及開關進行編號； 2) 網絡分塊，是用配網的區塊化理論，將網絡等值成塊和開關組成的等效網絡，并對區 塊進行編號，最終形成完整的配網綜合信息數據庫； 3) 生成備選拓撲方案集，是采用圖論理論對等值網絡中的開關開斷情況進行組合，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，經過過濾篩選后形成無 孤島的放射形網絡； 5) 數據預處理，是對分塊等效網絡進行處理，轉化成常規的電力網絡潮流計算和可靠 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 合指標綜合配電網絡的經濟性與可靠性，對可行方案進行綜合評估； 7) 配電網運行優化，是對任意給定的配電網絡，在滿足配電運行方編制運行計劃前提 下，以經濟性和可靠性最優為目標，生成可配置的配電網運方優化經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化后的拓撲結構，優化后的系統潮流、降低的 網損百分比以及提高的可靠性指標，并算出綜合優化指標。
2. 根據權利要求1所述的基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，其特征是，所述 步驟2)的配網區塊化理論是把相互連接在一起的節點組成一個區塊，在每一個區塊中包 含有線路、變壓器元件，但不含有任何的開關設備；同時，單個節點亦可以自己組合成一個 單獨的區塊，按照這樣的步驟，在對配電網絡的圖實施完"區塊化"操作之后，就可以得到 只有區塊和開關的拓撲結構，區塊之間僅用開關相連，得到的配網綜合數據庫，包括四個 表，分別儲存目標網絡的電源、線路、節點和開關信息，即：Gen、Line、Node和Switch,其中 表Gen包含各個電源的所在節點以及電壓大小，表Line包含各條線路的首末節點、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、首末節點、是否可控及初始狀 態。
3. 根據權利要求1所述的基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，其特征是，所述 步驟3)中，根據圖論理論找出了開關總數、區塊總數和應閉合開關總數之間的等式關系， 這可以降低無效解的產生，縮小可行解的空間。
4. 根據權利要求1所述的基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，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，是否存在環網和孤島這 兩種情況，如存在，則要進行重新生成拓撲方案，如不存在，則可進行后面數據的預處理。
5. 根據權利要求1所述的基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，其特征是，所述 步驟5)數據預處理是網絡重構步驟中承接拓撲方案與潮流計算的重要過程，它將主網數 據轉化成分塊的子網數據，過對方案中子網的開關和塊信息，在數據庫中搜索并形成子網 所有的電源、支路、節點信息，再對相關節點進行合并操作、對相關支路的首末節點進行調 整，形成滿足潮流計算和可靠性計算要求的"規范化"數據。
6. 根據權利要求1所述的基于配網區塊化理論的電網優化運行方法，其特征是，所述 步驟6)潮流網損計算是采用前推回代法，電源節點的電壓已知，負荷節點的有功和無功已 知，開始由末端向始端推算時，設全網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，以得到全網各節點的電壓，然后根據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 電系統可靠性計算，并以系統平均停電頻率指標SAIFI、系統平均停電持續時間SAIDI、用 戶平均停電持續時間CAIDI、平均供電可用率指標ASAI作為可靠性評估指標 ： 系統平均停電頻率指標SAIFI :
(16) 系統平均停電持續時間SAIDI :
(17) 用戶平均停電持續時間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。 以可靠性指標作為評估重構方案的一個斷面，能有效減少停電時間與停電頻率，對算 法生產的每個方案進行網損和系統平均停電時間SAIDI進行計算，以配電網的經濟性和可 靠性為目標得到目標函數： min. z = af (x) +bg (x) (20) x為配網重構的決策變量，f(x)為系統的網損，g(x)為系統平均停電持續時間SAIDI， a, b分別為經濟性指數和可靠性指數的權重，可由熵權法得到。
【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 優先權日:2014年7月28日
【發明者】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:國家電網公司, 國網吉林省電力有限公司遼源供電公司