一种基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法与流程

1.本发明涉及配电网组网的技术领域，尤其涉及一种基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法。


背景技术：

2.近年来在当今电网发展新形势、新环境下，为了更好地服务于社会经济发展和解决现状各类供电瓶颈问题，打造网架清晰、接线标准、运行灵活、安全可靠的“现代化坚强、绿色、智能配电网”，国内越来越多的电力企业已开展了配电网网格化研究与规划工作，并取得了一定成果。供电单元是指在供电网格基础上，结合城市用地功能定位，综合考虑用地属性、负荷密度、供电特性等因素划分的若干相对独立的单元。供电单元是网架分析、规划项目方案编制的基本单元。
3.供电单元组网是网格化规划中需要首先解决的关键问题，其划分方案的相对唯一性和最优性是配网分区规划合理性的基础。为各分区独自规划优化方案自动实现全局范围的“技术可行、经济最优”创造了必要条件，对于规模庞大的中压配电网规划，通过供电单元优化划分，将整个区域复杂网架规划转化为相对独立的各供电单元内部简单网架规划，同时供电单元的划分应在全局统筹基础上满足整体网架“技术可行、经济最优”的基本规划原则；规避供电单元划分方案千人千面的问题，同时强化供电单元网架的经济、可靠和简洁。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明解决的技术问题是：提出一种基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法，用于配电网的划分组网。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法，包括将配电网利用供电网格划分和网格子供区细分为单元子供区；所述单元子供区优化匹配形成供电单元的组网，所述组网包括站间供电单元、自环供电单元和辐射供电单元；分别构建站间供电单元划分模型和自环供电单元划分模型进行优化划分；将非站间供电网格的每个单元子供区作为不同的辐射供电单元；根据划分结果形成最优匹配的供电单元组网。
8.作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述站间供电单元划分模型包括，在满足主干通道连通性的条件下，各站间供电网格内单元子供区优化匹配的优化模型为：
[0009][0010]
式中，为第i个站间供电网格中第j个供电单元主干转供通道综合造价；为对应的各站间供电单元主干通道连通性判断函数，且等于1 表示连通，等于0表不连通。
[0011]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述站间供电单元的划分包括，基于站间供电网格i中两网格子供区细分后的单元子供区数确定若两网格子供区的单元子供区数相同，即为任一网格子供区的单元子供区数；若两网格子供区的单元子供区数不相同，采用对单元子供区数较小的网格子供区，调整负荷临界值p
cr
的大小重新划分单元子供区，以使得两网格子供区的单元子供区数相同；采用将设置为较小的单元子供区数，先利用模型进行优化匹配，后在匹配结果中将还没有配对的单元子供区就近并入相邻的供电单元。
[0012]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述单元子供区匹配采用最小权匹配方法和穷举法，包括分别针对各站间供电网格，在满足主干通道连通性条件下，形成所有单元子供区都具有备供站的单元子供区匹配方案；从有限的匹配方案中选择主干转供通道综合造价最小的作为站间供电单元划分方案。
[0013]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述自环供电单元划分模型包括，在满足单元主干通道独自连通和负荷最大允许转供距离约束的条件下；自环供电单元的划分优先考虑其内部负荷可在不同中压线路通道间实现转供，减小主干转供通道综合造价；构建自环供电单元划分的优化模型为：
[0014][0015]
式中，为第i个非站间供电网格中第j个自环供电单元主干转供通道综合造价；为对应的各自环供电单元主干通道连通性判断函数，且等于1表示连通，等于0表不连通。
[0016]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方
案：所述自环供电单元的划分包括，考虑到实际情况下各非站间供电网格内单元子供区的匹配方案较少；采用穷举法求解优化匹配自环供电单元模型；分别针对各非站间供电网格，在满足主干通道连通性和负荷最大转供距离约束的条件下，形成多个单元子供区都具有中压备供线路通道的单元子供区匹配方案；选择主干转供通道综合造价最小的作为自环供电单元划分方案。
[0017]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述供电单元为负荷大小适中的供电区域，包含1～3组10kv接线，所述供电单元是在供电网格划分和网格子供区细分基础上，进行单元子供区优化匹配后获得的结果。
[0018]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：包括分别针对各站间供电网格，以主干转供通道综合造价最小为目标，将由不同变电站主供的单元子供区进行优化匹配形成所述站间供电单元；分别针对各非站间供电网格或网格子供区，将由相同变电站主供的单元子供区进行优化匹配形成所述自环供电单元。
[0019]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述供电单元包括以下特征编码的步骤，定义供电单元属性为目标网架接线类型、供电区域类别、区域发展属性三种信息；根据定义的信息构建目标网架接线类型代码表；将供电区域类别分为a、b、c、d四类；按照区域发展属性程度分为规划建成区、规划建设区、自然增长区三类，且分别用数字1、2、3代码表示。
[0020]
作为本发明所述的基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的一种优选方案：所述特征编码包括如下定义，定义每个供电单元在唯一命名基础上具有唯一的命名编码；定义供电网格的命名编码形式为：省份编码-地市编码
-ꢀ
县-编码-代表性地名编码；定义供电单元命名编码形式为：网格编码-供电单元序号-目标网架接线代码-供电区域类别 区域发展属性代码。
[0021]
本发明的有益效果：提供配电网规划水平，经济最优的组网，充分发挥网格化规划方法的优势，以优化规划为目标，从考虑供电单元组网优化划分的角度，能够提高规划的水平和质量，使配电网建设能满足企业效益和社会效益的最大化。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0023]
图1为本发明所述供电单元组网方法整体流程示意图；
[0024]
图2为本发明所述供电单元编号举例示意图；
具体实施方式
[0025]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0026]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0027]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0028]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0029]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]
实施例1
[0032]
供电单元是指在供电网格基础上，结合城市用地功能定位，综合考虑用地属性、负荷密度、供电特性等因素划分的若干相对独立的单元。供电单元是网架分析、规划项目方案编制的基本单元。
[0033]
需要说明的是，配电网中供电子网格属于供电网格的一部分。供电子网格可定义为供电变电站相同的所有相邻供电单元涉及的负荷区域，可分为站间供电子网格和非站间供电子网格：站间供电子网格由一个或多个站间供电单元组成；非站间供电子网格由一个或多个自环供电单元和辐射供电单元组成。供电子网格子供区属于供电子网格的一部分，其区域为同一座变电站中压馈线的供电范围。本文定义供电子网格子供区为各子网格内主供站相同的供电区域，因此非站间供电子网格本身即为一个网格子供区。
[0034]
供电单元属于供电子网格的一部分，是变电站站间或同一变电站不同母线间联络馈线的供电范围。供电单元在负荷量级上对于中压目标接线组级别，重点落实供电网格目标网架，确定配电设施布点和中压线路建设方案，制定用户接入方案。而供电单元子供区，属于供电单元的一部分，其负荷级别是一供电单元内某一变电站中压馈线的供电范围。本文定义单元子供区为各单元内主供变电站(即主供站)相同或中压主供线路通道相同的供电区域。除辐射供电单元外，一个站间供电单元或自环供电单元包含多个单元子供区。
[0035]
供电单元组网(划分方法)是网格化规划中需要首先解决的关键问题，其划分方案的相对唯一性和最优性是配网分区规划合理性的基础。为各分区独自规划优化方案自动实现全局范围的“技术可行、经济最优”创造了必要条件(理论上“最优”、工程上“次优”)：
[0036]
(1)技术可行：基于主干通道布局和供电半径约束，最大化变电站和线路通道“n-1”供电安全性；
[0037]
(2)经济最优：按转供通道综合造价最小原则确定各负荷的备供变电站；
[0038]
(3)网架简洁：同一网格主供站和备供站相似度最大(不分主备)；每一网格供电站不宜超过两座、负荷大小适中(宜包含1-3组10千伏典型接线)；不同网格的线路在地理和电气上相对独立(仅在供电变电站存在电气联系)。
[0039]
供电单元组网(划分方法)基本原则如下：
[0040]
(1)供电单元划分应与市政规划分区相协调，不宜跨越市政分区，不宜跨越控规边界；对于无控规的区域，可按主供电源点供电范围划分供电单元，为简化操作可一个乡镇划分为一个供电单元。
[0041]
(2)供电单元的划分应考虑变电站的布点位置、容量大小、间隔资源、通道组网等影响，宜将远期两座变电站间主供和就近备供的大小适中的负荷区域划分为供电单元，每个供电单元宜包含1-3组10千伏典型接线，也可以根据实际情况调整。
[0042]
(3)供电单元划分应遵循电网发展需求相对一致的原则，一般由若干个相邻的、开发程度相近、供电可靠性要求基本一致的地块(或用户区块)组成。对于规模庞大的中压配电网规划，通过供电单元优化划分，将整个区域复杂网架规划转化为相对独立的各供电单元内部简单网架规划，同时供电单元的划分应在全局统筹基础上满足整体网架“技术可行、经济最优”的基本规划原则；规避供电单元划分方案千人千面的问题，同时强化供电单元网架的经济、可靠和简洁。
[0043]
本实施例考虑配电网中供电单元组网，进一步提升配电网规划水平，建设技术可行、经济最优的配电网，充分发挥网格化规划方法的优势，以优化规划为目标，努提高规划的水平和质量，使电网建设能满足企业效益和社会效益的最大化，给出了网格的优化定义，提出了科学规范的网格优化划分方法，使得各网格供电范围经全局协调后的划分结果相对确定和唯一，相应的网架规划结果趋于全局最优：经济、可靠和简洁。
[0044]
具体的，提出一种基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法，包括，
[0045]
s1：将配电网利用供电网格划分和网格子供区细分为单元子供区；
[0046]
s2：单元子供区优化匹配形成供电单元的组网，组网包括站间供电单元、自环供电单元和辐射供电单元；
[0047]
s3：分别构建站间供电单元划分模型和自环供电单元划分模型进行优化划分。
[0048]
本步骤中，分别针对各站间供电网格，以主干转供通道综合造价最小为目标，将由不同变电站主供的单元子供区进行优化匹配形成站间供电单元。
[0049]
站间供电单元划分模型包括，
[0050]
在满足主干通道连通性的条件下，各站间供电网格内单元子供区优化匹配的优化模型为：
[0051][0052]
式中，为第i个站间供电网格中第j个供电单元主干转供通道综合造价；
为对应的各站间供电单元主干通道连通性判断函数，且等于1 表示连通，等于0表不连通。
[0053]
进一步的，针对站间供电单元的划分包括，
[0054]
基于站间供电网格i中两网格子供区细分后的单元子供区数确定
[0055]
若两网格子供区的单元子供区数相同，即为任一网格子供区的单元子供区数；
[0056]
若两网格子供区的单元子供区数不相同，采用对单元子供区数较小的网格子供区，调整负荷临界值p
cr
的大小重新划分单元子供区，以使得两网格子供区的单元子供区数相同；
[0057]
采用将设置为较小的单元子供区数，先利用模型进行优化匹配，后在匹配结果中将还没有配对的单元子供区就近(即按主干转供通道综合造价最小) 并入相邻的供电单元。
[0058]
涉及单元子供区匹配采用最小权匹配方法和穷举法，包括分别针对各站间供电网格，在满足主干通道连通性条件下，形成所有单元子供区都具有备供站的单元子供区匹配方案；从有限的匹配方案中选择主干转供通道综合造价最小的作为站间供电单元划分方案。
[0059]
进一步的，本实施例中，分别针对各非站间供电网格或网格子供区，将由相同变电站主供的单元子供区进行优化匹配形成自环供电单元。在满足单元主干通道独自连通和负荷最大允许转供距离约束的条件下，自环供电单元的划分应优先考虑其内部负荷可在不同中压线路通道间实现转供，即尽可能多地优先形成自环供电单元，同时尽量减小主干转供通道综合造价，因此自环供电单元划分的优化模型为：
[0060]
构建自环供电单元划分的优化模型为：
[0061][0062]
式中，为第i个非站间供电网格中第j个自环供电单元主干转供通道综合造价；为对应的各自环供电单元主干通道连通性判断函数，且等于1表示连通，等于0表不连通。
[0063]
同时，该自环供电单元的划分包括，
[0064]
考虑到实际情况下各非站间供电网格内单元子供区的匹配方案较少；
[0065]
采用穷举法求解优化匹配自环供电单元模型；
[0066]
分别针对各非站间供电网格，在满足主干通道连通性和负荷最大转供距离约束的条件下，形成多个单元子供区都具有中压备供线路通道的单元子供区匹配方案；
[0067]
选择主干转供通道综合造价最小的作为自环供电单元划分方案。
[0068]
s4：将非站间供电网格的每个单元子供区作为不同的辐射供电单元；
[0069]
s5：根据划分结果形成最优匹配的供电单元组网。
[0070]
还需要说明的是，本实施例供电单元为负荷大小适中的供电区域，包含1～3 组10kv接线，供电单元是在供电网格划分和网格子供区细分基础上，进行单元子供区优化匹配后获得的结果。
[0071]
进一步的，本实施例中为了便于管理，供电单元编码应唯一和容易识别。提供的供电单元还包括以下特征编码的步骤，
[0072]
定义供电单元属性为目标网架接线类型、供电区域类别、区域发展属性三种信息；
[0073]
根据定义的信息构建目标网架接线类型代码表；
[0074]
将供电区域类别分为a、b、c、d四类；
[0075]
按照区域发展属性程度分为规划建成区、规划建设区、自然增长区三类，且分别用数字1、2、3代码表示。
[0076]
同时特征编码包括如下定义，
[0077]
定义每个供电单元在唯一命名基础上具有唯一的命名编码；
[0078]
定义供电网格的命名编码形式为：省份编码-地市编码-县-编码-代表性地名编码；
[0079]
定义供电单元命名编码形式为：网格编码-供电单元序号-目标网架接线代码-供电区域类别 区域发展属性代码。
[0080]
为便于理解，需要说明的是，特征编码应具有如下：
[0081]
(1)供电单元应具有唯一的命名。
[0082]
(2)供电单元命名宜体现省、地市、县(区)、代表性特征等信息。代表性特
[0083]
征命名宜选择片区名称、代表建筑、供电所名称等。
[0084]
(3)供电单元命名体现供电单元序号、供电单元属性等信息。
[0085]
表1:目标网架接线类型代码。
[0086]
接线模式接线模式代码架空多分段单联络j1架空多分段两联络j2架空多分段三联络j3架空单辐射j4电缆单环网d1电缆双环网d2电缆n供一备(n＝2，3)d3
[0087]
参照表1示意的目标网架接线类型代码，对于供电单元特征编码规则，举例说明如下：
[0088]
参照图2的示意，为了便于数字化存储和识别，每个供电网格(单元)应在唯一命名基础上具有唯一的命名编码。供电网格命名编码形式应为：省份编码—地市编码—县(区)
编码—代表性地名编码。
[0089]
1)省份、地市、县(区)编码由省公司统一编码，如贵州省编码为gz，遵义市本级编码为zy，新蒲新区编码为xp。
[0090]
2)代表性特征编码宜使用代表性地名中文拼音的2-4位大写英文缩写字母。如白鹭湖网格编码为blh。
[0091]
3)供电单元命名编码形式为：网格编码—供电单元序号—目标网架接线代码/供电区域类别 区域发展属性代码。如：贵州省遵义市新蒲新区白鹭湖网格002单元(目标网架单环网、b类建设区)，gz-zy-xp-blh-002-d1/b2。
[0092]
实施例2
[0093]
为验证本实施例提出基于单元子供区优化匹配的供电单元组网方法的可靠性和经济性，以估算电网年运行费用验证本组网划分协调方案具有的经济性，根据下式高压线路电能损耗年费用估算式：
[0094]
c
xs
＝c
e
δp
max
τ
max
[0095]
式中，δp
max
表示线路的最大功率损耗；τ
max
为最大负荷损耗小时数；c
e
为 110kv购电电价。
[0096]
同样以一个含有两个110kv变电站的供电单元为例，两变电站容量均为2
ꢀ×
50mva且在空间上均匀分布于上级变电站之间。考虑线路的综合造价，如下表2的示意。
[0097]
表2：110kv架空线和电缆导线综合造价。
[0098][0099]
实际协调方案总费用应当包括高压配电网年费用(含线路投资年费用、开关投资年费用和线路电能损耗年费用)、中压配电网年费用(含线路投资年费用、开关投资年费用、线路电能损耗年费用和配网自动化费用)，但本实施例针对供电单元的划分组网，主要体现在线路电能损耗年费用上，故基于上述，利用对线路电能损耗年费用估算，本次以遵义市供电局费用数据统计，分别在通道长度4、8、15和30/km条件下，对比遵义市供电局现有的配电网结构产生的实际费用(传统电网)，和利用本方法进行改进后组网划分结构产生的费用，最终估算得出对比结果如下表3的示意。
[0100]
表3：线路电能损耗年费用。
[0101]
通道长度/km传统电网年费/万元本供电单元组网/万元43.35211.676086.28513.70411512.57026.7041
3025.140512.9421
[0102]
通过上表3中可以看出，遵义市供电局采用本发明提出的划分方法改进供电单元组网结构后，由于考虑了负荷不均衡的问题，其在线路的损耗上相对于之前的损耗年费用大大减小，具有经济性的提升。
[0103]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0104]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合) 可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0105]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
[0106]
如在本技术所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
[0107]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。