專利名稱：一種環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于配電系統(tǒng)最大供電能力計算領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法。
背景技術(shù)：
城市電網(wǎng)是電カ系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，擔(dān)負(fù)著保證用戶可靠持續(xù)供電和提供良好電能質(zhì)量的作用，是城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施和必要的能源供應(yīng)系統(tǒng)。過去電 カ建設(shè)“重發(fā)，輕供，不管用”現(xiàn)象致使配電網(wǎng)長期缺乏合理的規(guī)劃與資金投入，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱。隨著城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和用電負(fù)荷的快速増加，配電網(wǎng)已經(jīng)呈現(xiàn)出有電“送不進(jìn)、落不下、用不上”的矛盾。為了使配網(wǎng)建設(shè)與主網(wǎng)發(fā)展相適應(yīng)，滿足城市負(fù)荷發(fā)展的需求，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠保障，在保證城市電網(wǎng)安全、可靠運行的前提下，提高配電系統(tǒng)的供電能力成為當(dāng)前城市電網(wǎng)規(guī)劃工作中一項亟待解決的問題。配電網(wǎng)最大供電能力MLSC(Maximum Load Supply Capability)是指在配網(wǎng)線路和變壓器等設(shè)備均不過載以及各節(jié)點電壓均不越限的條件下，系統(tǒng)所能供應(yīng)的最大負(fù)荷。 配電網(wǎng)供電能力的充足與否是決定配電網(wǎng)能否有效消納主網(wǎng)功率、滿足用戶負(fù)荷需求的關(guān)鍵，是決定地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一；配電網(wǎng)供電能力的評估對于優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)城市電網(wǎng)的規(guī)劃和運行，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前計算配電網(wǎng)最大供電能力的常用方法有線性規(guī)劃法、內(nèi)點法、容載比法和最大負(fù)荷倍數(shù)法等。文獻(xiàn)[1-3]分別采用最大負(fù)荷倍數(shù)法、網(wǎng)絡(luò)最大流法和容載比法求取配電網(wǎng)最大供電能力，這些方法僅以饋線負(fù)荷來估計網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移供電能力，忽略了網(wǎng)絡(luò)實際結(jié)構(gòu)對供電能力的影響。文獻(xiàn)[4-5]提出了采用基于直流潮流的線性規(guī)劃模型，以網(wǎng)絡(luò)能供應(yīng)的最大負(fù)荷為目標(biāo)函數(shù)。但是這種忽略了母線電壓幅值的變化以及線路的電阻，并只求解線路潮流的有功功率部分，雖然可以大大減少計算量提高計算速度，但是對于配電網(wǎng)特別是IOkV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，由于線路的電阻往往并不是遠(yuǎn)小于電抗，因此采用直流潮流法計算，結(jié)果誤差會較大。文獻(xiàn)[6]提出一種基于信賴域法城市電網(wǎng)最大供電能力方法，該方法基于交流潮流進(jìn)行潮流方程的求解，以發(fā)電容量、線路熱穩(wěn)定、變壓器容量、母線電壓為基本約束條件，以網(wǎng)絡(luò)最大供電能力為目標(biāo)函數(shù)，但是該方法需要在每ー個捜索點采取參數(shù)攝動法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行ニ階等值，等值模型的精度對結(jié)果的影響較大，并且計算的復(fù)雜度大大增加。文獻(xiàn)[7-9]規(guī)定城市電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)考慮任一線路停運或者變電站一臺主變退出運行時仍能保證向用戶持續(xù)供電的規(guī)劃原則，文獻(xiàn)[10-11]提出計及“N-1”準(zhǔn)則的配電網(wǎng)供電能力計算方法，該方法雖然可直接計算配電網(wǎng)供電能力，無需迭代，具有計算速度快的優(yōu)點，但是采用直接法存在所得解并非現(xiàn)有約束條件下的最優(yōu)解問題，在某些情況下誤差較大，其產(chǎn)生的根本原因在于供電能力求解過程中計算各主變負(fù)載率時，認(rèn)為同一聯(lián)絡(luò)線單元中所有的主變負(fù)載率相同，這是不符合實際的。現(xiàn)有配電網(wǎng)供電能力計算模型和方法一般針對開環(huán)運行的配電網(wǎng)絡(luò)，針對環(huán)型供電配電網(wǎng)的最大供電能力的模型鮮有報道。
參考文獻(xiàn)[I]丘文千.用最大最小負(fù)荷倍數(shù)評估電網(wǎng)供電能力[J].華東電力，1994，(10)； 29-30[2]侯佑華，張強，于海等.蒙西電網(wǎng)供電能力的分析研究[J].內(nèi)蒙電カ技木， 200119(2) :1-4[3陳金玉，金文龍.城網(wǎng)規(guī)劃中關(guān)于變壓器容載比的取值問題[J].供用電，2004， 21(5) :18-20。[4]張麗萍，范明天.城市電網(wǎng)最大供電能力評價算法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008， 32(9) :68-71.[5]束洪春，胡澤江，劉宗兵。城市電網(wǎng)最大供電能力在線評估方法及其應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2006，30 (9) :46-50.[6]李紅軍，李敬如，楊衛(wèi)紅?；谛刨囉蚍ǖ某鞘须娋W(wǎng)供電能力充裕度評估[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2010，34 (8) :92-96.[7]國家電網(wǎng)公司.城市電カ網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則[S].北京國家電網(wǎng)公司，2006.[8]K. hator Suresh K, Leung Lawrence C. Power distribution planning a review oi model sand issueslJ」 IEEE transactions on Power bystems,1997,12(3) 115121159.[9]上海市電カ公司 上海電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定[S].上海上海市電カ公司，2004.[10]肖峻，谷文卓，郭曉丹，，等.配電系統(tǒng)供電能力模型[J]電カ系統(tǒng)自動化， 2011(35) :47-52。[11]王成山，羅鳳章，肖峻，等.基于主變互聯(lián)關(guān)系的配電系統(tǒng)供電能力計算方法 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2009，29 (13) :86-91.

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有配電網(wǎng)最大供電能力的不足和適用范圍的限制，本發(fā)明提出一種基于多元非線性回歸模型的環(huán)型供電中壓配網(wǎng)的最大供電能力評估方法，以便符合環(huán)型供電配電網(wǎng)最大供電能力計算模型的實際需要，即城市電網(wǎng)供電安全的“ N-1”準(zhǔn)則要求。本發(fā)明的技術(shù)方案為ー種環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)包括變電站和多個開閉所連接構(gòu)成的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，包括以下步驟步驟1，輸入環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；步驟2，根據(jù)步驟I所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的潮流計算；步驟3，在步驟2中潮流計算所得結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行潮流跟蹤，確定環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)中各變電站IOkV出線功率在開閉所中的分配情況以及開閉所對變電站IOkV出線功率的汲取情況；步驟4，以步驟2中潮流計算所得結(jié)果和步驟3所得潮流跟蹤結(jié)果為初始點，在開閉所負(fù)荷容量范圍內(nèi)，采用蒙特卡洛方法確定環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中開閉所的多組負(fù)荷分布，對每ー 組開閉所的負(fù)荷分布情況分別進(jìn)行潮流計算和潮流跟蹤，得到多組潮流跟蹤結(jié)果，并確定變電站IOkV出線功率的主導(dǎo)開閉所；
步驟5，在步驟4中所得多組潮流跟蹤結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立變電站10kV出線功率和 主導(dǎo)開閉所之間的多元非線性回歸模型；步驟6，基于步驟5所得多元非線性回歸模型，建立環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供 電能力模型；步驟7，求解最大供電能力模型的全局最優(yōu)解，得到環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供 電能力模型，根據(jù)最大供電能力模型獲取環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力。而且，步驟2中，采用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的潮流計算，具體 方式如下，首先迭代計算節(jié)點電壓值，設(shè)當(dāng)前是第k次迭代，k = 0，進(jìn)行以下步驟，1)按第k_l次迭代算出的節(jié)點電壓值e(k)和f(k)，計算當(dāng)前各節(jié)點的不平衡量 A/f〕和，其中A/f〕為第i個節(jié)點有功功率的不平衡量，為第i個節(jié)點無功 功率的不平衡量，從，為第i個節(jié)點電壓平方的不平衡量；當(dāng)k = 0時，第k-1次迭代算 出的節(jié)點電壓值e(k)和f(k)直接采用輸入的節(jié)點電壓值的初值e(°)和f(0);2)按下面的條件校驗收斂性，
權(quán)利要求
1.一種環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)包括變電站和多個開閉所連接構(gòu)成的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括以下步驟步驟1，輸入環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；步驟2，根據(jù)步驟I所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的潮流計算；步驟3，在步驟2中潮流計算所得結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行潮流跟蹤，確定環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)中各變電站IOkV出線功率在開閉所中的分配情況以及開閉所對變電站IOkV出線功率的汲取情況；步驟4，以步驟2中潮流計算所得結(jié)果和步驟3所得潮流跟蹤結(jié)果為初始點，在開閉所負(fù)荷容量范圍內(nèi)，采用蒙特卡洛方法確定環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中開閉所的多組負(fù)荷分布，對每ー組開閉所的負(fù)荷分布情況分別進(jìn)行潮流計算和潮流跟蹤，得到多組潮流跟蹤結(jié)果，并確定變電站IOkV出線功率的主導(dǎo)開閉所；步驟5，在步驟4中所得多組潮流跟蹤結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立變電站IOkV出線功率和主導(dǎo)開閉所之間的多元非線性回歸模型；步驟6，基于步驟5所得多元非線性回歸模型，建立環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力模型；步驟7，求解最大供電能力模型的全局最優(yōu)解，得到環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力模型，根據(jù)最大供電能力模型獲取環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，其特征在于 步驟2中，采用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的潮流計算，具體方式如下，首先迭代計算節(jié)點電壓值，設(shè)當(dāng)前是第k次迭代，k = 0，進(jìn)行以下步驟，1)按第k-1次迭代算出的節(jié)點電壓值e(k)和f(k)，計算當(dāng)前各節(jié)點的不平衡量AZf0、 AQ1m^a AF12f^，其中AZf〕為第i個節(jié)點有功功率的不平衡量，為第i個節(jié)點無功功率的不平衡量，AV嚴(yán))為第i個節(jié)點電壓平方的不平衡量；當(dāng)k = 0時，第k-1次迭代算出的節(jié)點電壓值e(k)和f(k)直接采用輸入的節(jié)點電壓值的初值e(°)和f(0);2)按下面的條件校驗收斂性，max (IAP1^, AQm, AF12wIJks如果滿足條件，迭代到此結(jié)束，不滿足則繼續(xù)計算，e為預(yù)設(shè)閾值；3)計算雅可比矩陣的各元素；4)根據(jù)雅可比矩陣列寫修正方程，求節(jié)點電壓值的修正量；5)修正各節(jié)點電壓值，其中第i個節(jié)點的電壓修正公式如下 ぐ=+ Aef),= ft(k) +6)迭代次數(shù)k= k+1，返回I)繼續(xù)迭代過程；迭代結(jié)束后，計算平衡節(jié)點的功率和網(wǎng)絡(luò)中的功率分布，設(shè)用/；,表示第i個節(jié)點到第j 個節(jié)點間線路電流Iu的共扼，則輸電線路功率的計算公式如下= Py + JQy = Vr Jy = K +Vr ( K —廠；)ァ y.其中，Su為第i個節(jié)點到第j個節(jié)點間線路的視在功率，Pu為第i個節(jié)點到第j個節(jié)點間線路的有功功率，Qu為第i個節(jié)點到第j個節(jié)點間線路的無功功率，&為第i個節(jié)點的電壓相量，ス。為第i個節(jié)點的對地導(dǎo)納，{^為第j個節(jié)點的電壓相量，れ為第i個節(jié)點到第 j個節(jié)點間線路的導(dǎo)納的取值為1，2，...，n，j的取值為1，2，...，n，iデj，n為節(jié)點總數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，其特征在于 步驟3中，進(jìn)行潮流跟蹤的具體方式如下，1)根據(jù)步驟2計算所得正常狀態(tài)系統(tǒng)的潮流結(jié)果，形成無損網(wǎng)絡(luò)；2)基于無損網(wǎng)絡(luò)形成順流分配矩陣A、節(jié)點有功功率矩陣Pu和節(jié)點總注入有功功率矩陣 Ptt ;順流分配矩陣A = (Bij)nxn，其中矩陣元素au的計算公式如下，-pVlpT1 i 羊且 A. >0ay =<1i=j.0其他其中，Pu為線路i-j由第i個節(jié)點流向第j個節(jié)點傳輸?shù)挠泄β剩琾 為第j個節(jié)點的總注入有功功率；Pll = diag(PL1, PL2, ...PLn)其中，Pu，Pm分別是第1，2，...，n個節(jié)點的有功功率；PTT — diag (PJ1 J PJ2 J * * * PIn)其中，PT1，PT2，一Ptii分別是第1，2，...，n個節(jié)點的總注入有功功率；3)計算順流分配矩陣A的逆矩陣，并計算開閉所的負(fù)荷對支路的功率汲取系數(shù)矩陣も =Pll(PttAt)-1 ;4)設(shè)某開閉所是第i個節(jié)點，第s個節(jié)點與第t個節(jié)點之間連接構(gòu)成支路s_t，計算第 i個節(jié)點的負(fù)荷對線路功率的汲取Pu_st = kLitPst ；其中，Pu-St指第i個節(jié)點的負(fù)荷對支路s-t的有功功率汲取，!^ = (kLit)nXn的元素km 指第i個節(jié)點的負(fù)荷對支路s-t的分配系數(shù)矩陣，Pst指支路s-t的有功功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，其特征在于 步驟5中，建立變電站IOkV出線功率和主導(dǎo)開閉所之間的多元非線性回歸模型的具體方式如下，(5. I)設(shè)某開閉所是第i個節(jié)點，記為開閉所i，開閉所i負(fù)荷對線路I的汲取功率的潮流跟蹤非線性曲線模型為Pi—Li - flO + a\^Li + aI^Li ^ ^ ^Li其中，P1-U為開閉所i從線路I汲取的功率，Pu為開閉所i的負(fù)荷，a0, B1,... at為回歸系數(shù)，t為潮流跟蹤曲線的次數(shù)，I的取值為1，2，. . . L，L為線路總數(shù)；(5. 2)建立開閉所i的負(fù)荷對線路I的汲取功率的多元潮流跟蹤非線性曲線模型為mPi—Li = 2 (.aIkl^Lkl + aIklPui ^ ト aiktPut) + aO其中ー為開閉所總數(shù)ノ^ニ圪為開閉所讓的負(fù)荷的七次方ょ的取值為^，...!!!； ， j = {1,2,，t}表示開閉所i從線路I汲取的功率的模型Purt項的回歸系數(shù)，a。為常數(shù)項系數(shù)；(5. 3)建立線路功率與主導(dǎo)開閉所的多元非線性回歸模型為同時由潮流跟蹤理論可知，線路I的功率全部分配給主導(dǎo)開閉所，則線路I的功率為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，其特征在于 步驟6中，建立環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力模型如下， max MLSC = PLi = Ppt
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法，其特征在于 步驟7中，基于序列二次規(guī)劃方法求解最大供電能力模型的全局最優(yōu)解。
全文摘要
本發(fā)明提出一種環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力評估方法。這種評估方法基于潮流跟蹤理論，確定變電站出線潮流與主導(dǎo)開閉所定量關(guān)系的多元非線性回歸曲線回歸模型，在此基礎(chǔ)上，建立環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力目標(biāo)函數(shù)，考慮城市電網(wǎng)供電安全的“N-1”準(zhǔn)則要求，以網(wǎng)絡(luò)的功率平衡、線路的熱穩(wěn)定極限、母線電壓、出力節(jié)點和負(fù)荷節(jié)點的功率作為約束條件，采用序列二次規(guī)劃法求解目標(biāo)函數(shù)即的最優(yōu)解，即環(huán)型供電中壓配電網(wǎng)的最大供電能力。
文檔編號H02J3/00GK102611106SQ20121009149
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者吳振輝, 孫元章, 彭曉濤, 朱勇, 林超, 沈陽武, 肖建華, 蔣友權(quán), 許良柱, 魯周勛 申請人:凱里供電局, 武漢大學(xué)