本發(fā)明涉及一種適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的變電站供電范圍優(yōu)化方法，屬變電站供電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

農(nóng)村地區(qū)山區(qū)湖泊較多，居民居住分散，農(nóng)網(wǎng)線路供電距離長(zhǎng)、路徑曲折率大，邊遠(yuǎn)地區(qū)低電壓?jiǎn)栴}較為嚴(yán)重。此外，由于春節(jié)返鄉(xiāng)習(xí)俗，農(nóng)村負(fù)荷峰谷差大，導(dǎo)致變電站平時(shí)輕載與春節(jié)期間重載矛盾較為突出。目前，我國(guó)正處在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展期，居民生活水平有了很大的提高，用戶對(duì)電網(wǎng)供電能力和電壓質(zhì)量的更高要求與農(nóng)網(wǎng)改造成本大、投資效益低成為了主要矛盾。除進(jìn)一步做好農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃，提高建設(shè)效益外，如何根據(jù)現(xiàn)有變電站布點(diǎn)，對(duì)供電范圍進(jìn)行合理劃分，通過(guò)管理手段最大限度降低邊遠(yuǎn)用戶至電源點(diǎn)之間的負(fù)荷矩，改善用戶電壓質(zhì)量，對(duì)于節(jié)約電網(wǎng)基建投資，提高設(shè)備利用效率，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)公共服務(wù)均等化服務(wù)具有重要意義。

沃羅諾伊圖(voronoidiagram，以下簡(jiǎn)稱v圖)是由俄國(guó)(烏克蘭)數(shù)學(xué)家格奧爾吉·沃羅諾伊建立的空間分割算法，來(lái)源于笛卡爾用凸域分割空間的思想。沃羅諾伊圖像具有如下特性：每個(gè)希森多邊形內(nèi)僅含有一個(gè)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)pi；對(duì)于該點(diǎn)pi，希森多邊形內(nèi)的任意點(diǎn)x到該點(diǎn)的距離d(x,pi)比到其他離散點(diǎn)pj的距離更近，即：

pi＝{x∈x|d(x,pi)<d(x,pj),ij}；

兩維空間的沃羅諾伊分割示意圖如圖1所示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為了解決農(nóng)網(wǎng)供電范圍合理劃分，改善用戶電壓質(zhì)量，本發(fā)明提出一種適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的變電站供電范圍優(yōu)化方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的變電站供電范圍優(yōu)化方法，所述方法以變電站位置為離散的細(xì)胞點(diǎn)，采用模擬細(xì)胞生長(zhǎng)法生成沃羅諾伊空間圖形，并在每個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中增加變電站負(fù)載水平多負(fù)荷場(chǎng)景安全約束校核，在降低變電站最大供電范圍、減少網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓降落損失的同時(shí)，避免變電站無(wú)法適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)變化而發(fā)生過(guò)載。

所述模擬細(xì)胞增長(zhǎng)法，根據(jù)供區(qū)負(fù)荷密度設(shè)置細(xì)胞生長(zhǎng)速度，以各變電站為細(xì)胞核，以圓形向外擴(kuò)張，相鄰兩個(gè)擴(kuò)張圓交點(diǎn)的連線為供區(qū)邊界；細(xì)胞生長(zhǎng)速度wi設(shè)置方法如下：

式中：ρi為地塊i的負(fù)荷密度，為地區(qū)的平均負(fù)荷密度；∑p為地區(qū)總負(fù)荷；s為地區(qū)總供電面積。

所述多負(fù)荷場(chǎng)景安全約束校核，按平時(shí)負(fù)荷密度進(jìn)行擴(kuò)張搜索，但以春節(jié)和平時(shí)兩種場(chǎng)景下的負(fù)荷進(jìn)行變電站安全上限校核，若觸發(fā)其中任一種上限，則該變電站停止擴(kuò)散；校核方法如下式所示：

pi(ri,ρ1)≤ptimax；

pi(ri,ρ2)≤ptimax；

式中，ptimax為變電站i的安全上限；pi為變電站i的負(fù)荷；ri為變電站i供電半徑；ρ1為平時(shí)輕載情況下的負(fù)荷密度；ρ2為春節(jié)重載情況下的負(fù)荷密度。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明一種能適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的變電站供電范圍優(yōu)化方法，通過(guò)設(shè)置細(xì)胞生長(zhǎng)速度及多場(chǎng)景負(fù)荷約束校核機(jī)制，在盡量減小平時(shí)期間變電站供電負(fù)荷矩的同時(shí)，保證了春節(jié)重負(fù)荷期間變電站不發(fā)生過(guò)載。本發(fā)明投資小、運(yùn)維簡(jiǎn)單，供區(qū)固定，適用于城市和鄉(xiāng)村所有地區(qū)。

附圖說(shuō)明

圖1為兩維空間的沃羅諾伊分割示意圖；

圖2為本發(fā)明方法實(shí)施流程框圖；

圖3為本發(fā)明適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的v圖生成流程。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明具體實(shí)施方式如圖2所示。本發(fā)明具體實(shí)施如下：

(1)模擬細(xì)胞生長(zhǎng)法

從模擬細(xì)胞自然生長(zhǎng)的角度來(lái)生成v圖。以各離散點(diǎn)為細(xì)胞核，以圓形向外擴(kuò)張，形成該離散點(diǎn)的擴(kuò)張圓，相鄰兩個(gè)擴(kuò)張圓交點(diǎn)的連線即為“生長(zhǎng)邊界”，也就是v圖的分割邊界。

沃羅諾伊分割圖內(nèi)的點(diǎn)到相應(yīng)離散點(diǎn)的距離最近這一特性與供電區(qū)域劃分具有極大的相通性，可以反映變電站位于負(fù)荷中心及其空間影響的范圍。因此，可以變電站落點(diǎn)位置中心為細(xì)胞核的點(diǎn)坐標(biāo)，采用沃羅諾伊圖細(xì)胞生長(zhǎng)法，構(gòu)造基于v圖的供電分區(qū)。

為衡量供區(qū)劃分的合理性，本實(shí)施例定義供區(qū)總負(fù)荷距和供區(qū)總網(wǎng)損這兩個(gè)指標(biāo)：

pd＝∑i∈gpiri；

式中：pd為供區(qū)總負(fù)荷距；g為變電站集合；pi為變電站i的負(fù)荷；ri為變電站i供電半徑；△pl為供區(qū)總網(wǎng)損；τ為最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)；vi為變電站低壓側(cè)母線電壓；ra為線路單位長(zhǎng)度電阻；為負(fù)載功率因數(shù)。

細(xì)胞生長(zhǎng)速度設(shè)置：

由于不同地塊性質(zhì)、不同發(fā)展程度，其負(fù)荷密度各不相同，為使供區(qū)范圍內(nèi)任一負(fù)荷點(diǎn)到變電站的負(fù)荷矩最小，根據(jù)供區(qū)負(fù)荷密度設(shè)置細(xì)胞生長(zhǎng)速度wi：

式中：ρi為地塊i的負(fù)荷密度，為地區(qū)的平均負(fù)荷密度；∑p為地區(qū)總負(fù)荷；s為地區(qū)總供電面積。

以細(xì)胞核為圓心向各個(gè)方向擴(kuò)散，動(dòng)態(tài)調(diào)整擴(kuò)散速度，均衡各變電站供區(qū)范圍的負(fù)荷矩。由于線路電壓損耗與負(fù)荷矩成正比例關(guān)系，能量網(wǎng)損也與負(fù)荷矩正相關(guān)，因此該供電區(qū)域劃分方法可最大限度避免長(zhǎng)距離供電導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓降落損失。

(2)多場(chǎng)景安全約束校核

負(fù)荷多場(chǎng)景校核：

對(duì)于農(nóng)村等地區(qū)，由于存在大量的季節(jié)性返鄉(xiāng)負(fù)荷，峰谷差大，且高峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間短。若按平時(shí)負(fù)荷水平確定供區(qū)范圍，則春節(jié)期間變電站或配變重過(guò)載問(wèn)題可能較為突出；若按春節(jié)期間負(fù)荷確定供區(qū)范圍，則平時(shí)期間可能出現(xiàn)負(fù)荷矩過(guò)大，電壓質(zhì)量差，網(wǎng)損過(guò)高等問(wèn)題。為此，提出一種多負(fù)荷場(chǎng)景校核機(jī)制。該方法按平時(shí)負(fù)荷密度進(jìn)行擴(kuò)散搜索，但以春節(jié)和平時(shí)2種場(chǎng)景下的負(fù)荷進(jìn)行變電站安全上限校核，若觸發(fā)其中任一種上限，則該變電站停止擴(kuò)散。校核方法如下式所示：

pi(ri,ρ1)≤ptimax；

pi(ri,ρ2)≤ptimax；

式中：ptimax為變電站i的安全上限；p為變電站i的負(fù)荷；ri為變電站i供電半徑；ρ1為平時(shí)輕載情況下的負(fù)荷密度；ρ2為春節(jié)重載情況下的負(fù)荷密度。

收斂條件判斷：

判斷供電范圍是否已經(jīng)全部覆蓋。若覆蓋，搜索結(jié)束，根據(jù)供電區(qū)域劃分原則進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整；若未覆蓋，表明地區(qū)供電能力不足，進(jìn)入增加布點(diǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)。具體流程如圖3所示。

(3)供電范圍規(guī)整

供電范圍劃分要考慮運(yùn)行維護(hù)的方便，一般要求供區(qū)邊界固定，且同一網(wǎng)格地塊的負(fù)荷應(yīng)屬于同一變電站的供電區(qū)域，具體要求如下：

①合理的供電半徑。各分區(qū)內(nèi)變電站應(yīng)該有明確的供電范圍，不宜跨區(qū)供電；供電面積大小始終，確保分區(qū)內(nèi)變電站供電半徑合理。

②滿足容載比的需求。按照分區(qū)供電的原則，各變電分區(qū)內(nèi)容載比應(yīng)滿足《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》的要求，并在校驗(yàn)分區(qū)容載比時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮該分區(qū)負(fù)荷未來(lái)幾年的增長(zhǎng)速度。

③考慮負(fù)荷特性。充分考慮各類可能出現(xiàn)的典型負(fù)荷的峰谷特性與運(yùn)行特性，應(yīng)將日特征與年特征納入考慮范圍。

④實(shí)現(xiàn)屬地化管理。為方便運(yùn)行管理，供電分區(qū)應(yīng)盡可能與各供電部門(mén)管理范圍一致，并充分考慮地理屏障影響。

因此，在采用所提方法優(yōu)化變電站供電范圍后，對(duì)地塊(網(wǎng)格)進(jìn)行規(guī)整，并重新進(jìn)行供電安全校核，以滿足供區(qū)劃分要求。

本實(shí)施例采用上述方法，對(duì)某縣級(jí)市進(jìn)行變電站供電范圍優(yōu)化。截至2016年，該市共有17座變電站。平時(shí)期間，地區(qū)變電站網(wǎng)供負(fù)荷為14.49萬(wàn)千瓦，變電站平均負(fù)載率為36.80％；春節(jié)期間，地區(qū)網(wǎng)供負(fù)荷為25.82萬(wàn)千瓦，變電站平均負(fù)載率為65.57％。

分別采用4種供區(qū)方案對(duì)比，驗(yàn)證所提方法的有效性，方案設(shè)置及相應(yīng)合理性評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如下表所示。

表1四種供區(qū)劃分方案指標(biāo)比較情況

由表1分析可知，方案1(原供區(qū)方案)負(fù)荷距和網(wǎng)損最大；方案2(平時(shí)負(fù)荷場(chǎng)景下的v圖劃分方案)負(fù)荷距和網(wǎng)損最小，但春節(jié)期間有6座變電站發(fā)生過(guò)載；方案3(春節(jié)負(fù)荷場(chǎng)景下的v圖劃分方案)雖保證了春節(jié)期間無(wú)變電站發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象，但平時(shí)期間負(fù)荷距和網(wǎng)損較大；方案4(適應(yīng)負(fù)荷季節(jié)性變化的v圖劃分方案)負(fù)荷距和網(wǎng)損均較小，且春節(jié)期間無(wú)變電站發(fā)生過(guò)載，屬于較優(yōu)的供區(qū)劃分方案。

通過(guò)計(jì)算可知，若采用所提方法對(duì)該市供區(qū)進(jìn)行劃分，年節(jié)約電量1629萬(wàn)度，以居民電價(jià)0.69元計(jì)價(jià)，年增收1124萬(wàn)元；以收購(gòu)電價(jià)0.34元計(jì)算，每年挽回?fù)p失553.89萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。