本發(fā)明涉及負載轉(zhuǎn)供領(lǐng)域，特別是一種基于Link-path的城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)及居民用電量與日俱增。負荷側(cè)對電網(wǎng)的可靠調(diào)度、快速恢復供電等均提出了較高要求。然而城市110kV高壓配電網(wǎng)的建設(shè)卻與實際發(fā)展有些脫節(jié)，存在供電通道制約、落點不足等諸多內(nèi)外部問題，城市電網(wǎng)220kV變電站容量不足或負荷分配不均的問題日益凸顯，負荷高峰時段，電網(wǎng)調(diào)度中心需制定出及時的開關(guān)操作決策以實現(xiàn)快速有效的負荷轉(zhuǎn)供。但由于缺乏有效的在線分析工具，基于經(jīng)驗或試湊的轉(zhuǎn)供策略難以滿足配網(wǎng)經(jīng)濟運行、可靠性的要求，且可能存在潛在的運行風險。

負荷轉(zhuǎn)供通過改變分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開/合狀態(tài)來實現(xiàn)各變電站或饋線之間負荷的轉(zhuǎn)移，從而影響網(wǎng)絡(luò)的潮流，最終達到電網(wǎng)安全運行優(yōu)化的目的，負荷轉(zhuǎn)供本質(zhì)上也是一個帶約束的多目標大規(guī)模非線性組合優(yōu)化問題，通常是一種以達到某項或多項性能或指標最優(yōu)的0-1混合整數(shù)規(guī)劃模型。目前，對于負荷轉(zhuǎn)供的研究大都集中于中低壓配電網(wǎng)層面，針對高壓配電網(wǎng)特點的控制策略研究較少，多是以減小網(wǎng)絡(luò)損耗、保證供電可靠性、電壓優(yōu)化和負荷均衡等作為求解目標，其所依賴的網(wǎng)絡(luò)拓撲模型往往為關(guān)聯(lián)矩陣以及基于圖論思想的樹模型，選取包含分支開關(guān)、饋線分段等在內(nèi)的決策變量為控制變量，常用的優(yōu)化求解算法包括支路交換法和最優(yōu)潮流法等啟發(fā)式方法、動態(tài)規(guī)劃等為代表的數(shù)學優(yōu)化方法、以及遺傳算法、粒子群算法等智能算法或它們的相應(yīng)改進。然而，高壓配電網(wǎng)作為輸、配網(wǎng)過渡連接的重要部分而具有特殊的結(jié)構(gòu)化差異，既存在220kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，又存在110kV輻射狀結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)(如圖1)，一般為大負荷受端型網(wǎng)絡(luò)，本身缺乏可控發(fā)電資源，其220kV以上輸電網(wǎng)部分的阻塞控制主要靠負荷管控與基于110kV高壓配電網(wǎng)重構(gòu)的負荷轉(zhuǎn)供實現(xiàn)，上述方法并不適用。

針對高壓配電網(wǎng)，現(xiàn)有技術(shù)中有的綜合考慮了220kV變電站容量規(guī)劃和110kV配網(wǎng)線路規(guī)劃，建立了高壓配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的2階段模型；有的基于提高高壓配電網(wǎng)供電能力的角度，進一步提出了供電區(qū)域的voronoi圖劃分以及滿足最大供電能力要求的主變聯(lián)絡(luò)關(guān)系矩陣。但隨著變量維數(shù)的增加，上述方法中矩陣的高稀疏性及搜索難度的增加會給求解算法帶來嚴重影響，常規(guī)的智能算法也難以保證高維非線性問題解的穩(wěn)定性和求取效率。另一方面，有研究人員采用了一種高壓配電網(wǎng)變電單元組拓撲表示方法，基于單元組內(nèi)部可行拓撲狀態(tài)集實現(xiàn)單元組分組重構(gòu)。通過構(gòu)建的基于所定義的負荷均衡函數(shù)的電網(wǎng)阻塞控制模型有效控制高峰時期城市電網(wǎng)出現(xiàn)的負荷分布不均、局部輸電阻塞情況；或者采用了一種分層優(yōu)化模型，通過上層網(wǎng)絡(luò)有功負荷預分布引導，下層執(zhí)行結(jié)果反饋給上層評估的交互式求解策略，使負荷分布逐漸趨于合理的均衡狀態(tài)。但二者都采用了粒子群算法求解，針對高壓配電網(wǎng)大規(guī)模多環(huán)態(tài)非深度特征，同樣存在可能產(chǎn)生大量不可行解、存在不成熟收斂及收斂速度較慢的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種基于Link-path的城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供方法。

需要說明的是，城市電網(wǎng)運行阻塞通常發(fā)生在高峰時段，負荷已經(jīng)或即將發(fā)生較大幅度躍變，轉(zhuǎn)供周期內(nèi)再次發(fā)生大幅變化的概率很低。此外，與中壓配電網(wǎng)不同，高壓配電網(wǎng)負荷波動可預測性強，無論是在主變重、超載還是在故障情況下，其轉(zhuǎn)供期間發(fā)生負荷大面積突變的概率很低，因此在轉(zhuǎn)供期間負荷最大峰值可視為所預測的定值。本發(fā)明針對即將超限的場景下采取調(diào)控策略予以疏緩，假設(shè)目標時間斷面內(nèi)的高峰負荷恒定不變，并忽略110kV輸電線路的網(wǎng)損。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于Link-path的城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供方法，包括以下步驟：

S1，劃分高壓配電網(wǎng)絡(luò)中的域，對各節(jié)點編號；所述域包括電源域以及變電單元域；

S2，以每個變電單元為根節(jié)點，從供電路徑集中搜索供電路徑，并形成相應(yīng)的供電電源集、供電單元集、鏈路路徑集，確定供電鏈路集初值；其中，變電單元的供電路徑集是指所有通過電源向該變電單元供電的路徑集合；變電單元的供電電源集是指所有可向該變電單元供電的電源集合；電源的供電單元集是指所有可從該電源獲得供電的變電單元集合；變電單元與相鄰電源或者兩相鄰變電單元之間存在的聯(lián)絡(luò)線路形成一個供電鏈路，所有的供電鏈路構(gòu)成供電鏈路集；每個供電鏈路屬于一個或多個供電路徑，所有包含該供電鏈路的供電路徑成為該供電鏈路的鏈路路徑集；

S3，構(gòu)建約束條件和目標函數(shù)；

S4，求解供電選擇因子，所述供電選擇因子與供電路徑一一對應(yīng)，所述供電選擇因子值為1時，表示選擇電源為該變電單元供電，值為0時表示不選擇電源為該變電單元供電；

S5，根據(jù)供電選擇因子結(jié)果，形成負載轉(zhuǎn)供方案。

進一步地，所述供電路徑集還包括備供線路。

進一步地，考慮到城市電網(wǎng)路徑不深，所述供電路徑集根據(jù)原始接線圖并采用深度優(yōu)先搜索方法獲得。

進一步地，同理，所述供電單元集根據(jù)原始接線圖并采用深度優(yōu)先搜索方法獲得。

進一步地，所述供電因子是待求解變量，與所述供電路徑存在一一對應(yīng)關(guān)系，是一個0-1變量。

進一步地，所述供電鏈路還包括變電站內(nèi)母聯(lián)開關(guān)構(gòu)成的聯(lián)絡(luò)線路。

進一步地，所述約束條件包括單電源供電約束、負載需求約束、容量約束、免跨接約束、開關(guān)動作次數(shù)約束和220kV網(wǎng)絡(luò)潮流約束。

(1)單電源供電約束

負荷轉(zhuǎn)供調(diào)整過程中，應(yīng)始終維持110kV網(wǎng)絡(luò)的輻射狀結(jié)構(gòu)，即每個變電單元均只能由一個220kV電源供電，不能由多個同時供電而形成環(huán)網(wǎng)。

(2)負載需求約束

負荷轉(zhuǎn)供應(yīng)滿足各變電單元的功率需求。

(3)容量約束

每個220kV電源供出的實際容量不能超過其最大容量；

110kV傳輸線路容量約束。

(4)免跨接約束

免跨接約束含義為：對于兩個220kV電站之間連接的變電單元，各變電單元的供電路徑不能重合。

(5)開關(guān)動作次數(shù)約束

為保證110kV網(wǎng)絡(luò)的放射性，配電網(wǎng)中開關(guān)的“閉合”、“斷開”行為總是成對出現(xiàn)，合成一個動作組，稱為一次開關(guān)動作次數(shù)。將優(yōu)化過程中得到的供電鏈路集與供電鏈路集的初態(tài)進行對比可得到開關(guān)動作次數(shù)。

(6)220kV網(wǎng)絡(luò)潮流約束

轉(zhuǎn)供過程中，當220kV電站與110kV電站連接關(guān)系確定后，220kV電站實際所接負荷(主要指有功負荷)也隨之確定。考慮到高壓配電網(wǎng)無功支撐一般較為充足，因此可以考慮采用直流潮流計算模型，而電壓安全可以在操作序列判定時予以計算校核。

進一步地，當傳輸線路斷面故障或220kV站內(nèi)變壓器減載運行時，往往需要切除一定的負荷以滿足電網(wǎng)的運行要求。對于變電單元，引入負荷切除比例因子，所述負荷切除比例因子介于(0,1)，對應(yīng)的負載需求約束引入負荷切除比例因子。

進一步地，所述目標函數(shù)包括均衡性優(yōu)化目標函數(shù)和切除負荷量最小優(yōu)化目標函數(shù)。

具體地，負荷均衡度B是衡量高壓配電網(wǎng)經(jīng)濟、安全運行的一項重要指標，用負荷率的均方差來刻畫負荷均衡度，包括電源負荷均衡度B_s和線路負荷均衡度B_l，表示偏離平均負荷率的大小程度，其值越小越均衡，電源負荷均衡度B_s與線路負荷均衡度B_l加權(quán)求和可得到系統(tǒng)整理加權(quán)均衡度且ω₁+ω₂＝1。

其中，電源負載均衡度：

線路負載均衡度：

其中：N_s為220kV電源的個數(shù)，N_l為所有220kV輸電線路個數(shù)，和分別為220kV電源與220kV輸電線路的負荷率，P_li.max、P_li為220kV的線路輸電線路i的最大允許傳輸容量、實際傳輸容量。

為使得電網(wǎng)負荷均衡度在合理水平，負荷轉(zhuǎn)供所采用的均衡性優(yōu)化目標函數(shù)有如下選擇：

(1)考慮電源的負荷均衡：

取∞-范數(shù)：

取2-范數(shù)：

(2)考慮傳輸線路的負荷均衡：

取∞-范數(shù)：

取2-范數(shù)：

進一步地，前述內(nèi)容中引入了各變電單元的負荷切除比例因子，這里對系統(tǒng)整體的切負荷量進行說明。110kV電站的負荷需求量是已知的，轉(zhuǎn)供后保留的負荷總量為：

為使切除負荷量(百分數(shù))最小，采用的優(yōu)化目標函數(shù)為：

進一步地，目標優(yōu)化函數(shù)包括上述F₁和F₂，在不考慮切除負荷的情形，系統(tǒng)優(yōu)化函數(shù)F＝F₁；當考慮切除負荷的情形，實際負荷轉(zhuǎn)供可綜合考慮上述兩項主要優(yōu)化指標，可采用它們的組合，即：

minF＝ε₁F₁+ε₂F₂

ε₁、ε₂為權(quán)重因子，ε₁+ε₂＝1，其取值依實際情況靈活選擇。

進一步地，由于建立的負荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化模型為含0-1變量的混合整數(shù)規(guī)劃模型，其線性程度較低，本文采用分支定界法求解。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：。

本發(fā)明提供的基于Link-path的城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供方法，針對城市高壓配電網(wǎng)的特點，建立了基于Link-path的高壓配電網(wǎng)負荷轉(zhuǎn)供模型，其為含0-1變量的混合整數(shù)規(guī)劃模型，采用分支定界法求解。該方法無需一一列舉所有可能的連接組合，只需從各負荷側(cè)出發(fā)進行搜尋，再用集合的形式展示，有效降低了負載轉(zhuǎn)供問題的維度，提高了計算速度，廣泛適用于城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供問題的在線分析。

進一步地，本發(fā)明針對城市高壓配電網(wǎng)的高峰時期的負荷阻塞問題，提出相應(yīng)的負荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化方法，解決了下述兩個問題：

(1)優(yōu)化調(diào)整了110kV電站之間及與220kV電站之間的連接關(guān)系，在滿足各項約束的條件下進行負荷轉(zhuǎn)供操作，消除高峰時段系統(tǒng)中某些主變重載或超載運行，最大程度地實現(xiàn)負荷均衡，并適當控制開關(guān)操作量，減小開關(guān)損耗；

(2)考慮220kV系統(tǒng)中發(fā)生N-1故障(如線路斷線或故障、單臺變壓器檢修或故障退出)的情況下，將失電負荷轉(zhuǎn)移到其它備供電站上，要考慮負荷的重要性并盡量保證切除負荷量最小。

附圖說明：

圖1為背景技術(shù)高中壓配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)對比圖；

圖2為本發(fā)明實施例1基本變電單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1變電單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例1免跨接約束示例圖；

圖5為本發(fā)明實施例1負載轉(zhuǎn)供方法流程圖；

圖6為本發(fā)明實施例1220kV高壓配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例1110kV高壓配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例1不同場景下的220kV電站均衡調(diào)整效果圖；

圖9為本發(fā)明實施例1不同控制模式下線路負荷率分布圖；

圖10為本發(fā)明實施例1不同場景下220kV變電站負荷水平分布圖；

(圖10a為無開關(guān)操作次數(shù)限制220kV變電站負荷水平分布圖；

圖10b為開關(guān)操作次數(shù)6次220kV變電站負荷水平分布圖；

圖10c無開關(guān)操作次數(shù)4次220kV變電站負荷水平分布圖；)

圖11為本發(fā)明實施例2不同場景下的220kV電站均衡調(diào)整效果圖1；

圖12為本發(fā)明實施例2不同場景下的220kV電站均衡調(diào)整效果圖2。

具體實施方式

下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

本發(fā)明所述的基本變電單元，其作用是將電能從高壓側(cè)傳送到低壓側(cè)，具體指110kV系統(tǒng)中，高壓配電網(wǎng)變電站內(nèi)將電能從高壓側(cè)傳遞至低壓側(cè)的設(shè)備組，主要包括110kV主變、高中壓母線、變壓器高中壓開關(guān)、刀閘，以字母U表示。如圖2所示，字母P表示該變電單元傳遞的有功功率。當變壓器處于在線狀態(tài)時，為有效變電單元。變電單元更關(guān)注傳輸?shù)挠泄β始捌渎?lián)接的供電通道，在城市高壓配電網(wǎng)中，110kV變電站實際運行中共有多種典型運行方式，均可以采用變電單元描述，故本發(fā)明采用這種功能單元模式來描述，圖3為某城市局部高壓配電網(wǎng)變電單元結(jié)構(gòu)示意圖。另外，考慮到城市高壓配電網(wǎng)無功補償情況良好，為簡化問題，本文只考慮有功負荷的均衡問題。在圖3中，U_i表示功能單元；S_i表示220kV電源點(變電站)；虛線表示該供電路徑處于備用狀態(tài)，包括輸電線路和站內(nèi)母聯(lián)開關(guān)兩種備用。

一種基于Link-path的城市高壓配電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)供方法，如圖5所示，包括以下步驟：

S1，劃分高壓配電網(wǎng)絡(luò)中的域，對各節(jié)點編號；所述域包括電源域以及變電單元域；

S2，以每個變電單元為根節(jié)點，從供電路徑集中搜索供電路徑，并形成相應(yīng)的供電電源集、供電單元集、鏈路路徑集，確定供電鏈路集初值；其中，變電單元的供電路徑集是指所有通過電源向該變電單元供電的路徑集合；變電單元的供電電源集是指所有可向該變電單元供電的電源集合；電源的供電單元集是指所有可從該電源獲得供電的變電單元集合；變電單元與相鄰電源或者兩相鄰變電單元之間存在的聯(lián)絡(luò)線路形成一個供電鏈路，所有的供電鏈路構(gòu)成供電鏈路集；每個供電鏈路屬于一個或多個供電路徑，所有包含該供電鏈路的供電路徑成為該供電鏈路的鏈路路徑集；

S3，構(gòu)建約束條件和目標函數(shù)；

S4，求解供電選擇因子，所述供電選擇因子與供電路徑一一對應(yīng)，所述供電選擇因子值為1時，表示選擇電源為該變電單元供電，值為0時表示不選擇電源為該變電單元供電；

S5，根據(jù)供電選擇因子結(jié)果，形成負載轉(zhuǎn)供方案。

下面結(jié)合圖3對所述負載轉(zhuǎn)供方法中的相關(guān)概念做進一步闡述，

①域，包括電源域和變電單元域，其中：

電源域為：s∈S，本發(fā)明中代表所有220kV電源的集合，圖3中S＝{A,B,C}；變電單元域為u∈D，包含所有110kV電站的集合，圖3中D＝{a,b,c,d,e,f}。

②供電路徑集(Path)

變電單元u的供電路徑集指針對任意s∈S，所有通過從s向變電單元u供電的路徑(包含備供線路)集合，用符號P_u＝{P_su}表示，考慮到城市電網(wǎng)路徑不深，P_u集合元素最大也就十多個，一般可根據(jù)原始接線圖并采用深度優(yōu)先搜索方法獲得，例如，針對圖3的變電單元a和e有，P_a＝{P_Aa,P_Ca}、P_e＝{P_Ae,P_Be,P_Ce}。

③供電選擇因子

供電選擇因子用x_su表征，是待求解變量，與供電路徑存在一一對應(yīng)關(guān)系，它是一個0-1變量，其值為1時表示選擇電源s為變電單元u供電，為0表示不選擇s為u供電，x_su＝1時對應(yīng)的供電路徑稱為有效供電路徑。

④供電電源集

所有可向變電單元u供電(即存在對應(yīng)的供電路徑)的電源集合稱為變電單元u的供電電源集，用符號S_u＝{s}表示，其與供電路徑存在一一對應(yīng)關(guān)系，例如，針對圖3的變電單元a和e有，S_a＝{A,C}、S_e＝{A,B,C}。

⑤供電單元集

對任意s∈S，所有可從s獲得電源的變電單元u稱為s的供電單元集，用符號D_s＝{u}，同樣可根據(jù)原始接線圖并采用深度優(yōu)先搜索方法獲得例如，針對圖3的電源A和B有，D_A＝{a,b,d,e,f}、D_B＝{d,e,f,g}。

⑥供電鏈路集(Link)

變電單元與相鄰電源，或者兩相鄰變電單元之間存在的聯(lián)絡(luò)線路(或為站內(nèi)母聯(lián)開關(guān))形成一個供電鏈路(Link)，所有供電鏈路構(gòu)成供電鏈路集，用L＝{l_ij}(i,j∈S∪D,i≠j，二者相鄰)，l_ij為0-1變量，l_ij＝1指該供電鏈路是接通(開關(guān)閉合)，l_ij＝0指斷開(開關(guān)打開)。l_ij的值由x_su決定，見下說明。

⑦鏈路路徑集

每個供電鏈路屬于一個或多個供電路徑，所有包含供電鏈路l_ij的所有供電路徑稱為li_j的鏈路路徑集，用F_ij＝{P_su}表示，例如：l_Cb的鏈路路徑集為F_Cb＝{P_Ca,P_Cb}，l_de的鏈路路徑集為F_de＝{P_Ae,P_Cd,P_Be}。

如果存在P_su∈F_ij，x_su＝1，則l_ij＝1，即只要存在以有效供電路徑經(jīng)過供電鏈路l_ij，其值就為1。

⑧其它定義

傳輸功率T_su：與供電路徑存在一一對應(yīng)關(guān)系，表示由s向變電單元u供電時，在供電路徑P_su上傳輸?shù)墓β省?/p>

電源容量C_s：表示電源s的最大允許供電容量。

鏈路容量C_ij：表示供電鏈路l_ij的允許最大傳輸容量。

變電單元負荷L_u：表示每個變電單元u所接的負荷總量。

電源供電容量L_s：每個電源s供出的總?cè)萘俊?/p>

至此，高壓配電網(wǎng)的拓撲關(guān)系已經(jīng)建立，傳統(tǒng)的鄰接矩陣等表示方法在這一問題上所需考慮的連接組合是很多的，例如，若將各110kV站間關(guān)系再加入進去，則本例中變量個數(shù)將達到2¹⁰之多。當配網(wǎng)規(guī)模稍大時，將面臨組合爆炸問題。變量維數(shù)的增多同時也會加重計算負擔，加大求解難度。基于link-path的方法不用一一列舉出所有可能的連接組合，只需從各負荷側(cè)出發(fā)進行搜尋，再用集合的形式顯示出來。從實質(zhì)上說，本發(fā)明提出的負載轉(zhuǎn)供方法利用了實際電網(wǎng)鄰接矩陣的高稀疏性，路徑集中的元素正是矩陣中不完全為0的部分。

進一步地，所述約束條件包括單電源供電約束、負載需求約束、容量約束、免跨接約束、開關(guān)動作次數(shù)約束和220kV網(wǎng)絡(luò)潮流約束。

(1)單電源供電約束

負荷轉(zhuǎn)供調(diào)整過程中，應(yīng)始終維持110kV網(wǎng)絡(luò)的輻射狀結(jié)構(gòu)，即每個變電單元均只能由一個220kV電源供電，不能由多個同時供電而形成環(huán)網(wǎng)。由于供電選擇因子為0-1變量，所以加入的約束為：

(2)負載需求約束

負荷轉(zhuǎn)供應(yīng)滿足各變電單元的功率需求，即：

(3)容量約束

每個220kV電源供出的實際容量不能超過其最大容量，即：

式中，k_s為220kV變電站負荷率控制目標設(shè)定系數(shù)，0＜k_s≤1，其設(shè)定除了考慮變壓器的熱穩(wěn)定限額外，還要考慮來自電網(wǎng)穩(wěn)定計算的影響，如基于滿足N-1原則下的暫態(tài)或動態(tài)穩(wěn)定安全閾值來設(shè)定。

110kV傳輸線路容量約束：

(4)免跨接約束

免跨接約束含義為：對于兩個220kV電站之間連接的變電單元，各變電單元的供電路徑不能重合。

如圖4所示，不能出現(xiàn)的跨接情況為：a由S2供電，b由S1供電。一般地，對于一個x_su，任何位于s與u之間的變電單元都必須由s供電。為此：

x_su≥x_sv(u比v更靠近s) (5)

針對圖4所示的具體情形，免跨接約束為：以及

(5)開關(guān)動作次數(shù)約束

為保證110kV網(wǎng)絡(luò)的放射性，配電網(wǎng)中開關(guān)的“閉合”、“斷開”行為總是成對出現(xiàn)，合成一個動作組，稱為一次開關(guān)動作次數(shù)。將優(yōu)化過程中得到的供電鏈路集與供電鏈路集的初態(tài)進行對比可得到開關(guān)動作次數(shù)，具體表達式為：

開關(guān)操作次數(shù)應(yīng)小于等于某一限定值，即：

O≤N(N為常數(shù)) (7)

實際應(yīng)用中，可根據(jù)應(yīng)用場景不同需求設(shè)置開關(guān)次數(shù)O。

(6)220kV網(wǎng)絡(luò)潮流約束

轉(zhuǎn)供過程中，當220kV電站與110kV電站連接關(guān)系確定后，220kV電站實際所接負荷(主要指有功負荷)也隨之確定?？紤]到高壓配電網(wǎng)無功支撐一般較為充足，因此可以考慮采用直流潮流計算模型，而電壓安全可以在操作序列判定時予以計算校核。直流潮流方程為，

δ_S＝B^-1P_S (8)

式中B為系統(tǒng)導納矩陣，P_S為注入各電源點的有功功率向量，P_S＝-L_S。220kV線路l_ij傳輸?shù)挠泄β蕿椋?/p>

P_ij＝(δ_i-δ_j)/X_ij (9)

式中X_ij為線路電抗值。則潮流約束如下：

進一步地，當傳輸線路斷面故障或220kV站內(nèi)變壓器減載運行時，往往需要切除一定的負荷以滿足電網(wǎng)的運行要求。對于變電單元u，定義負荷切除比例因子h_u，0＜h_u＜1，對應(yīng)的負載需求約束引入負荷切除比例因子，做如下改變：

考慮到變電單元的負荷構(gòu)成，切除負荷比例也不能過大，負荷切除比例因子應(yīng)滿足：

h_u≤h_u.max (12)

進一步地，所述目標函數(shù)包括均衡性優(yōu)化目標函數(shù)和切除負荷量最小優(yōu)化目標函數(shù)。

具體地，負荷均衡度B是衡量高壓配電網(wǎng)經(jīng)濟、安全運行的一項重要指標，用負荷率的均方差來刻畫負荷均衡度，包括電源負荷均衡度B_s和線路負荷均衡度B_l，表示偏離平均負荷率的大小程度，其值越小越均衡，電源負荷均衡度B_s與線路負荷均衡度B_l加權(quán)求和可得到系統(tǒng)整理加權(quán)均衡度且ω₁+ω₂＝1。

其中，電源負載均衡度：

線路負載均衡度：

其中：N_s為220kV電源的個數(shù)，N_l為所有220kV輸電線路個數(shù)，和分別為220kV電源與220kV輸電線路的負荷率，P_li.max、P_li為220kV的線路輸電線路i的最大允許傳輸容量、實際傳輸容量(分別對應(yīng)于式(10)中的P_ijmax和P_ij)。

為使得電網(wǎng)負荷均衡度在合理水平，負荷轉(zhuǎn)供所采用的均衡性優(yōu)化目標函數(shù)有如下選擇：

(1)考慮電源的負荷均衡：

取∞-范數(shù)：

取2-范數(shù)：

(2)考慮傳輸線路的負荷均衡：

取∞-范數(shù)：

取2-范數(shù)：

進一步地，前述內(nèi)容中引入了各變電單元的負荷切除比例因子，這里對系統(tǒng)整體的切負荷量進行說明。110kV電站的負荷需求量是已知的，轉(zhuǎn)供后保留的負荷總量為：

為使切除負荷量(百分數(shù))最小，采用的優(yōu)化目標函數(shù)為：

進一步地，目標優(yōu)化函數(shù)包括上述F₁和F₂，在不考慮切除負荷的情形，系統(tǒng)優(yōu)化函數(shù)F＝F₁；當考慮切除負荷的情形，實際負荷轉(zhuǎn)供可綜合考慮上述兩項主要優(yōu)化指標，可采用它們的組合，即：

minF＝ε₁F₁+ε₂F₂ (21)

ε₁、ε₂為權(quán)重因子，ε₁+ε₂＝1，其取值依實際情況靈活選擇。

進一步地，由于建立的負荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化模型為含0-1變量的混合整數(shù)規(guī)劃模型，其線性程度較低，本文采用分支定界法求解。

具體地，圖6為220kV高壓配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是基于前述變電單元導出的110kV高壓配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖，并選擇了某負荷最大峰值作為計算參數(shù)。圖6中標注除了每條220kV傳輸線路的電抗值(標幺值)，忽略其電阻。圖中，該系統(tǒng)共有6座220kV變電站(A～F)，每個220kV電站均配有兩臺變壓器，15個110kV變電單元，10條220kV線路，28條110kV線路，其中14條線路處于備供，總負荷830MW，系統(tǒng)處于重載水平。表1-3給出了系統(tǒng)初始狀態(tài)時的對應(yīng)負荷、容量參數(shù)。

表1實施例1初始工況下220kV線路負載情況

表2實施例1初始工況下220kV變電站負載情況

表3實施例1中110kV變電站負載情況

從表1-3可見，線路及220kV電站負荷分布極不均衡，線路BE負荷率為71.15％，而負荷率最輕的線路DC僅為1.93％，二者負荷率相差為68.22％；D、E兩站主變負荷率超過80％，屬于重載運行，存在著過載的風險；而C站的帶載又過輕，達不到額定容量的30％。定量分析中，初始狀態(tài)下220kV電站負荷均衡度、傳輸線路負荷均衡度以及加權(quán)均衡度(設(shè)定ω₁＝0.8,ω₂＝0.2，下同)計算可得：B_s＝0.207；B_l＝0.236；數(shù)值都較高。負荷的分布不均給電網(wǎng)的潮流分布帶來不利帶來影響，使電網(wǎng)運行不經(jīng)濟，存在運行風險，甚至可能導致事故。

基于三種場景進行優(yōu)化分析：1)不限開關(guān)動作次數(shù)；2)限定開關(guān)動作6次；3)限定開關(guān)動作4次。選擇Lingo 11.0商業(yè)軟件求解，利用了該軟件的Global Solver計算引擎，得到結(jié)果如表4，用雷達圖將計算所得的電站負荷率表示見圖8，220kV線路負荷率如圖9。

表4轉(zhuǎn)供策略及負荷分布狀態(tài)

由表4、圖8可知當允許開關(guān)操作次數(shù)增加時，220kV變電站負荷均衡度數(shù)值都有明顯降低，站最大負荷率、傳輸線路最大負荷率也都有明顯下降，說明了本發(fā)明提供的負載轉(zhuǎn)供方法的有效性，可以取得較好的均衡效果，且三種場景下，負荷率都控制在80％以下時，都沒有出現(xiàn)減負荷情況。從圖8可知，加入了動作次數(shù)約束后(開關(guān)操作4次、開關(guān)操作6次)，均衡度較不限制開關(guān)次數(shù)變差，表現(xiàn)為形狀畸形嚴重，數(shù)值偏大。而從圖9可見，初始工況下，220kV輸電線路BE負荷率超過70％，通過算法負荷均衡優(yōu)化后都極大緩解。將三個場景下的電站負載率分別與初始狀態(tài)的電站負載率對比，見圖10，由圖可見，D、E站負荷重載致使其負荷轉(zhuǎn)出，不同場景下負荷轉(zhuǎn)供站略有不同，但都實現(xiàn)了滿足所有約束條件運行阻塞調(diào)控。

從實施例1的應(yīng)用結(jié)果可以知道，在滿足約束條件下，開關(guān)操作次數(shù)是一個重要的限制，隨著開關(guān)操作次數(shù)的增多，負荷轉(zhuǎn)供調(diào)整能力越強，負荷越均衡，但開關(guān)操作次數(shù)增多，可能帶來其他尤其是穩(wěn)定問題。因此，實際操作時需要調(diào)度員綜合衡量以上因素來選取合理的轉(zhuǎn)供方案。

實施例2

實施例2與實施例1的區(qū)別在于，針對系統(tǒng)出現(xiàn)N-1故障時，此時可能出現(xiàn)某些主變或線路過載運行，嚴重威脅系統(tǒng)的運行安全，單純依靠負荷轉(zhuǎn)供不能滿足要求(沒有可行解)，此時必須采取負荷切除，目標優(yōu)化函數(shù)需要考慮負荷切除的影響，目標優(yōu)化函數(shù)須選擇(21)式。此處，分兩種場景討論，即不限制開關(guān)動作次數(shù)以及最大開關(guān)動作次數(shù)設(shè)定為6次。N-1故障包括220kV變電站主變N-1故障和220kV傳輸線路N-1故障。

220kV變電站主變N-1故障

在實施例1初始運行狀態(tài)下，假定220kV電站C的一臺變壓器故障退出，單臺運行。結(jié)果如表5，用雷達圖將計算所得的電站負荷率表示見圖11。由表5可知，兩種情況下都實現(xiàn)了滿足約束條件下的負荷調(diào)控，220kV變電站負荷均衡度數(shù)值都有明顯降低，說明了本發(fā)明方法的有效性。但也都出現(xiàn)了減負荷控制，且有開關(guān)限制時，切除負荷明顯增多。從圖11可見，加入了動作次，二者均衡程度差別不大，后者均衡度反而更好，但是其是以切除更多負荷為代價的。

表5轉(zhuǎn)供策略及負荷分布狀態(tài)

220kV傳輸線路N-1故障

在實施例1初始運行狀態(tài)下，假定220kV傳輸線路因故障斷開。結(jié)果如表6，用雷達圖將計算所得的電站負荷率表示見圖12。由表6可知，兩種情況下都實現(xiàn)了滿足約束條件下的負荷調(diào)控，但同樣都出現(xiàn)了減負荷控制，且有開關(guān)限制時，切除負荷明顯增多更明顯。從圖12可見，加入了動作次，二者均衡程度差別不大，前者均衡度更好。另外，與前面變壓器故障退出負荷均衡調(diào)整結(jié)果對比，線路故障對負荷均衡度的影響要略小一些。

表6轉(zhuǎn)供策略及負荷分布狀態(tài)

最后，需要說明的是，本申請所記載的流程圖或者流程圖處理由多個步驟組成，并且，各個步驟能夠分割為多個子部分；另一方面，多個部分也能夠合并為一個部分。本申請文本雖然根據(jù)實施例進行了闡述，但應(yīng)理解的是本發(fā)明并不限定于該實施例，本文本也包含多種變形例、同等范圍內(nèi)的變形。除此之外，各種組合、方式，甚至是在其中僅包含一個要素、或更多或更少的其他組合、方式也歸入本文本的范疇、思想范圍內(nèi)。