配电网供电单元布线优化方法及装置与流程

1.本发明涉及配电网规划技术领域，具体涉及一种配电网供电单元布线优化方法及装置。


背景技术：

2.随着配电网技术的发展，面向农村场景的配电网接线模式仍存在很多弊端，尤其是单辐射接线模式下，在考虑到分布式电源不确定性的前提下，规划极易出现电网投资浪费、运行方案不合理等问题，所以实现电网精准投资、精准布线已日益成为突出的重点问题。
3.相关技术中，申请号为202010819060.1的发明专利申请公开了一种基于全局统筹的供电网格和单元优化划分方法，通过自环供电单元划分，形成供电单元组网方案，在形成供电单元链方案后，采用网络布线优化模型进行目标网架自动规划。其通过供电网格/单元的合理划分，在供电可靠性、电压质量满足要求的情况下，能够大大缩短线路长度、节省主干线总投资。
4.但该方法是将规划区域依次划分为站间供电和非站间供电网格，并不是面向单辐射接线模下的问题，而且其考虑分布式电源等因素对单元划分的影响，但并没有将分布式电源的不确定性定量考虑，也没有将分布式电源的不确定性作为变量考虑到模型当中。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何在满足各个馈线区块不超过最大供电容量的约束条件下，使主干线和分子线投资成本最小。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一方面，本发明提出了一种配电网供电单元布线优化方法，所述方法包括以下步骤：
8.对n组初始中心线划分结果，采用中心线定位算法对负荷进行划分处理，将划分满意度函数最大值对应的一组初始中心线划分结果作为馈线区块划分结果，所述划分满意度函数基于馈线区块净负荷不确定性所构建；
9.基于所述馈线区块划分结果，采用蚁群算法选取nline条候选主干线走线，并基于主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用；
10.对于每条所述候选主干线走线，获取连接负荷点与所述候选主干线走线的各条候选分支线走线，并基于分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用；
11.基于所述候选主干线走线的费用和所述候选分支线走线的费用最小为目标，确定供电单元的布线方案。
12.本发明是在变电站站址、容量以及变电站供电范围已经确定的情况下，考虑到分布式电源不确定性，对变电站供电区域进行供电区块划分，并在供电区块划分结果的基础上，采用蚁群算法选取多条候选主干线走线，然后根据每条候选主干线走线确定分支线走
线组合方案，以主干线走线费用与分支线走线费用总和最低为目标，对变电站主干线和分支线进行自动布线。实现在满足各个馈线区块不超过最大供电容量的约束条件下，使主干线和分支线投资成本最小，从而尽可能降低总的经济成本最小。
13.进一步地，所述方法还包括：
14.以变电站为中心点向外做m条间隔角度θ1的一组初始中心线，将所述m条初始中心线绕所述中心点逆时针旋转角度θ2，旋转n次共得到n组所述初始中心线划分结果。
15.进一步地，所述划分满意度函数的公式表示如下：
[0016][0017]
其中，e
cap
为10kv主干线出线的最大供电容量，edowni、eupi分别为第i个分布式电源的出力上下限。
[0018]
进一步地，所述基于所述馈线区块划分结果，采用蚁群算法选取nline条候选主干线走线，并基于主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用，包括：
[0019]
在所述馈线区块划分结果中的每个馈线区块内，以变电站作为蚂蚁的初始起点，以所述馈线区块的末端待选节点作为蚂蚁的终止节点，采用所述蚁群算法获取所述nline条候选主干线走线；
[0020]
基于所述主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用，其中，所述主干线成本费用函数的公式表示如下：
[0021][0022]
其中，z1表示主干线的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，α为主干线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，l
ij
为第i座变电站第j条所述候选主干线走线的长度，ji为第i座变电站的候选集。
[0023]
进一步地，所述对于每条所述候选主干线走线，获取连接负荷点与所述候选主干线走线的各条候选分支线走线，并基于分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用，包括：
[0024]
根据所述负荷点与所述候选主干线走线的位置，将所述负荷点分为三类，第一类所述负荷点邻接单条街道段，第二类所述负荷点邻接的街道段大于或等于两条，第三类所述负荷点无邻接街道段；
[0025]
对于每个所述负荷点，按照所述负荷点的类别确定分支线走线接法，将所有所述负荷点的分支线走线接法进行组合，并删除重复经过的街道段，得到各所述候选分支线走线组合方案；
[0026]
基于所述分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用，其中，所述分支线成本费用函数公式表示如下：
[0027][0028]
其中，z2表示分支线路的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，
γ为分支线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，n
feeder
表示分支线区块内分支线条数之和，l
ij
表示第i个变电站的第j个馈线区块的分支线长度之和。
[0029]
第二方面，本发明提出了一种配电网供电单元布线优化装置，所述装置包括：
[0030]
馈线区块划分模块，用于对n组初始中心线划分结果，采用中心线定位算法对负荷进行划分处理，将划分满意度函数最大值对应的一组初始中心线划分结果作为馈线区块划分结果，所述划分满意度函数基于馈线区块净负荷不确定性所构建；
[0031]
主干线走线费用计算模块，用于主干线基于所述馈线区块划分结果，采用蚁群算法选取nline条候选主干线走线，并基于主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用；
[0032]
分支线走线费用计算模块，用于对于每条所述候选主干线走线，获取连接负荷点与所述候选主干线走线的各条候选分支线走线，并基于分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用；
[0033]
布线确定模块，用于基于所述候选主干线走线的费用和所述候选分支线走线的费用最小为目标，确定供电单元的布线方案。
[0034]
进一步地，所述装置还包括：
[0035]
预划分模块，用于以变电站为中心点向外做m条间隔角度θ1的一组初始中心线，将所述m条初始中心线绕所述中心点逆时针旋转角度θ2，旋转n次共得到n组所述初始中心线划分结果，θ1》θ2。
[0036]
进一步地，所述划分满意度函数的公式表示如下：
[0037][0038]
其中，e
cap
为10kv主干线出线的最大供电容量，edowni、eupi分别为第i个分布式电源的出力上下限。
[0039]
进一步地，所述主干线走线费用计算模块包括：
[0040]
获取单元，用于在所述馈线区块划分结果中的每个馈线区块内，以变电站作为蚂蚁的初始起点，以所述馈线区块的末端待选节点作为蚂蚁的终止节点，采用所述蚁群算法获取所述nline条候选主干线走线；
[0041]
主干线费用计算单元，用于基于所述主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用，其中，所述主干线成本费用函数的公式表示如下：
[0042][0043]
其中，z1表示主干线的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，α为主干线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，l
ij
为第i座变电站第j条所述候选主干线走线的长度，ji为第i座变电站的候选集。
[0044]
进一步地，所述分支线费用计算模块包括：
[0045]
类别划分单元，用于根据所述负荷点与所述候选主干线走线的位置，将所述负荷点分为三类，第一类所述负荷点邻接单条街道段，第二类所述负荷点邻接的街道段大于或
等于两条，第三类所述负荷点无邻接街道段；
[0046]
走线组合单元，用于对于每个所述负荷点，按照所述负荷点的类别确定分支线走线接法，将所有所述负荷点的分支线走线接法进行组合，并删除重复经过的街道段，得到各所述候选分支线走线组合方案；
[0047]
分支线费用计算单元，用于基于所述分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用，其中，所述分支线成本费用函数公式表示如下：
[0048][0049]
其中，z2表示分支线路的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，γ为分支线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，n
feeder
表示分支线区块内分支线条数之和，l
ij
表示第i个变电站的第j个馈线区块的分支线长度之和。
[0050]
本发明的优点在于：
[0051]
(1)本发明是在变电站站址、容量以及变电站供电范围已经确定的情况下，考虑到分布式电源不确定性，对变电站供电区域进行供电区块划分，并在供电区块划分结果的基础上，采用蚁群算法选取多条候选主干线走线，然后根据每条候选主干线走线确定分支线走线组合方案，以主干线走线费用与分支线走线费用总和最低为目标，对变电站主干线和分支线进行自动布线。实现在满足各个馈线区块不超过最大供电容量的约束条件下，使主干线和分支线投资成本最小，从而尽可能降低总的经济成本最小。
[0052]
(2)本发明通过采用蚁群算法获取候选主干线走线，将某两个街道节点作为蚂蚁爬行的起点和终点，通过k代蚂蚁不断释放与爬行，相邻代之间的蚂蚁共享所经过街道上的遗留信息素，由此将上一代的路径信息传递给下一代蚂蚁，经过k代蚂蚁的迭代最终得到蚂蚁的收敛路径作为候选主干线走线，确保候选主干线走线的准确性。
[0053]
(3)本发明进行分支线的自动布线时，考虑到分布式电源的出力不确定性，采取就近供电的原则，分支线走线采用组合求解的算法，求解出经济成本最小的分支线组合方案。
[0054]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0055]
图1是本发明第一实施例中配电网供电单元布线优化方法的流程图；
[0056]
图2是本发明第一实施例中的中心线定位算法示意图；
[0057]
图3是本发明第一实施例中分支线组合求解示意图；
[0058]
图4是本发明第二实施例中配电网供电单元布线优化装置的结构图。
具体实施方式
[0059]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]
如图1所示，本发明第一实施例提出了一种配电网供电单元布线优化方法，所述方
法包括以下步骤：
[0061]
s10、对n组初始中心线划分结果，采用中心线定位算法对负荷进行划分处理，将划分满意度函数最大值对应的一组初始中心线划分结果作为馈线区块划分结果，所述划分满意度函数基于馈线区块净负荷不确定性所构建；
[0062]
需要说明的是，在馈线区块划分过程中考虑了分布式电源的不确定性，并以划分满意度最大为原则，得到了最有的馈线区块划分结果。
[0063]
s20、基于所述馈线区块划分结果，采用蚁群算法选取nline条候选主干线走线，并基于主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用；
[0064]
s30、对于每条所述候选主干线走线，获取连接负荷点与所述候选主干线走线的各条候选分支线走线，并基于分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用；
[0065]
s40、基于所述候选主干线走线的费用和所述候选分支线走线的费用最小为目标，确定供电单元的布线方案。
[0066]
本实施例是在变电站站址和容量已经确定，以及变电站供电范围已经确定的情况下，即在选址定容工作已经结束之后进行主干线和分支线的布线规划。通过考虑到分布式电源不确定性，对变电站供电区域进行供电区块划分，并在供电区块划分结果的基础上，采用蚁群算法选取多条候选主干线走线，接将街道段设置为蚁群的爬行路径即可，蚁群算法收敛出的最短食物路径就是主干线待选布线路径，然后根据每条候选主干线走线确定分支线走线组合方案，以主干线走线费用与分支线走线费用总和最低为目标，对变电站主干线和分支线进行自动布线。实现在满足各个馈线区块不超过最大供电容量的约束条件下，使主干线和分支线投资成本最小，从而尽可能降低总的经济成本最小。
[0067]
在一实施例中，所述方法还包括：
[0068]
以变电站为中心点向外做m条间隔角度θ1的一组初始中心线，将所述m条初始中心线绕所述中心点逆时针旋转角度θ2，旋转n次共得到n组所述初始中心线划分结果。
[0069]
需要说明的是，一般情况下θ1》θ2，
[0070]
如图2所示，初始中心线如图2中虚线所示，依次遍历归属于该变电站共计loadnum个负荷，按照欧氏距离最近的原则，就近将负荷分配到初始中心线的周围，因此有m条初始中心线，就可以得到m个馈线供电区块。依次对n组初始中心线通过中心线定位算法对负荷进行划分处理，以划分满意度p最大为目标得到1组最优的初始中心线划分结果作为最终的馈线区块划分结果。
[0071]
需要说明，划分满意度函数的优化对象是初始中心线的角度，初始中心线的角度决定了馈线区块划分的结果。
[0072]
在一实施例中，所述划分满意度函数的公式表示如下：
[0073][0074]
其中，e
cap
为10kv主干线出线的最大供电容量，edowni、eupi分别为第i个分布式电源的出力上下限。
[0075]
需要说明的是，划分满意度函数的约束条件为：
[0076]
(1)主干线最大供电容量约束：
[0077]
10kv主干线的最大供电容量设为e
cap
，表明馈线区块内的最大净负荷值的上限值为e
cap
。
[0078]
eupi≤e
cap
[0079]
(2)分布式电源的出力上下限约束：
[0080]edg
∈[edowni,eupi]
[0081]
其中，edowni,eupi分别为第i个分布式电源的出力上下限，e
dg
为分布式电源的出力。
[0082]
在一实施例中，所述步骤s20，包括以下步骤：
[0083]
s21、在所述馈线区块划分结果中的每个馈线区块内，以变电站作为蚂蚁的初始起点，以所述馈线区块的末端待选节点作为蚂蚁的终止节点，采用所述蚁群算法获取所述nline条候选主干线走线；
[0084]
s22、基于所述主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用，其中，所述主干线成本费用函数的公式表示如下：
[0085][0086]
其中，z1表示主干线的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，α为主干线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，l
ij
为第i座变电站第j条所述候选主干线走线的长度，ji为第i座变电站的候选集。
[0087]
进一步地，主干线成本费用函数的约束条件为：
[0088]
蚁群算法的蚁群代数k和每一代蚂蚁的个数m；
[0089]
蚁群算法的信息素每一轮都要更新；
[0090]
蚂蚁经过的街道节点都要纳入禁忌表；
[0091]
蚂蚁的初始起点都为变电站；
[0092]
蚂蚁的终止节点都为末端待选点。
[0093]
需要说明的是，采用蚁群算法进行主干线布线的思想为：通过蚁群算法将某两个街道节点作为蚂蚁爬行的起点和终点，通过k代蚂蚁不断释放与爬行，相邻代之间的蚂蚁共享所经过街道上的遗留信息素，由此将上一代的路径信息传递给下一代蚂蚁，经过k代蚂蚁的迭代最终得到蚂蚁的收敛路径。蚁群算法的蚁群代数k和每一代蚂蚁的个数m决定了蚁群算法的蚁群数量，蚁群算法的蚁群数量代表算法的全局搜索能力，全局搜索能力越强，输出结果误差越小。
[0094]
在一实施例中，所述步骤s30，具体包括以下步骤：
[0095]
s31、根据所述负荷点与所述候选主干线走线的位置，将所述负荷点分为三类，第一类所述负荷点邻接单条街道段，第二类所述负荷点邻接的街道段大于或等于两条，第三类所述负荷点无邻接街道段；
[0096]
需要说明的是，本实施例具体将负荷点分为a、b、c三类，a类别负荷点邻接单条街道段，有三种可能的分支线接法，b类负荷点邻接两条及以上的街道段，有四种可能的分支线接法，c类负荷点没有邻接街道段，有两种可能的分支线接法，因此不同类别的负荷点分
支线的接法种类不同。
[0097]
s32、对于每个所述负荷点，按照所述负荷点的类别确定分支线走线接法，将所有所述负荷点的分支线走线接法进行组合，并删除重复经过的街道段，得到各所述候选分支线走线组合方案；
[0098]
需要说明的是，本实施例针对每个负荷点的1个分支线方案，将所有负荷点的分支线方案进行组合，删除重复经过的街道段，得到该组合下的分支线走线，以此类推将所有的可能方案进行组合，示意图如图3所示。
[0099]
s33、基于所述分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用，其中，所述分支线成本费用函数公式表示如下：
[0100][0101]
其中，z2表示分支线路的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，γ为分支线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，n
feeder
表示分支线区块内分支线条数之和，l
ij
表示第i个变电站的第j个馈线区块的分支线长度之和。
[0102]
进一步地，分支线成本费用函数的约束条件为：
[0103]
分支线直接连接的负荷量之和不能超过分支线最大承载能力；
[0104]
每种组合重复经过的街道段将删除，得到该组合下的分支线走线。
[0105]
需要说明的是，本实施例进行分支线的自动布线时，考虑到分布式电源的出力不确定性，采取就近供电的原则，分支线走线采用组合求解的算法，求解出经济成本最小的分支线组合方案，即在主干线走线确定的情况下分支线走线的最佳组合。
[0106]
在一实施例中，基于所述候选主干线走线的费用和所述候选分支线走线的费用最小为目标，即对目标函数进行归一化处理，得到多目标优化模型：
[0107]
f＝z1 z2[0108]
其中，z1为主干线成本费用函数，z2为分支线成本费用函数，f为两个目标函数之和。
[0109]
如图4所示，本发明第二实施例提出了一种配电网供电单元布线优化装置，所述装置包括：
[0110]
馈线区块划分模块10，用于对n组初始中心线划分结果，采用中心线定位算法对负荷进行划分处理，将划分满意度函数最大值对应的一组初始中心线划分结果作为馈线区块划分结果，所述划分满意度函数基于馈线区块净负荷不确定性所构建；
[0111]
主干线走线费用计算模块20，用于主干线基于所述馈线区块划分结果，采用蚁群算法选取nline条候选主干线走线，并基于主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用；
[0112]
分支线走线费用计算模块30，用于对于每条所述候选主干线走线，获取连接负荷点与所述候选主干线走线的各条候选分支线走线，并基于分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用；
[0113]
布线确定模块40，用于基于所述候选主干线走线的费用和所述候选分支线走线的费用最小为目标，确定供电单元的布线方案。
[0114]
在一实施例中，所述装置还包括：
[0115]
预划分模块，用于以变电站为中心点向外做m条间隔角度θ1的一组初始中心线，将所述m条初始中心线绕所述中心点逆时针旋转角度θ2，旋转n次共得到n组所述初始中心线划分结果，θ1》θ2。
[0116]
在一实施例中，所述划分满意度函数的公式表示如下：
[0117][0118]
其中，e
cap
为10kv主干线出线的最大供电容量，edowni、eupi分别为第i个分布式电源的出力上下限。
[0119]
在一实施例中，所述主干线走线费用计算模块包括：
[0120]
获取单元，用于在所述馈线区块划分结果中的每个馈线区块内，以变电站作为蚂蚁的初始起点，以所述馈线区块的末端待选节点作为蚂蚁的终止节点，采用所述蚁群算法获取所述nline条候选主干线走线；
[0121]
主干线费用计算单元，用于基于所述主干线成本费用函数，计算各条所述候选主干线走线的费用，其中，所述主干线成本费用函数的公式表示如下：
[0122][0123]
其中，z1表示主干线的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，α为主干线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，l
ij
为第i座变电站第j条所述候选主干线走线的长度，ji为第i座变电站的候选集。
[0124]
在一实施例中，所述分支线费用计算模块包括：
[0125]
类别划分单元，用于根据所述负荷点与所述候选主干线走线的位置，将所述负荷点分为三类，第一类所述负荷点邻接单条街道段，第二类所述负荷点邻接的街道段大于或等于两条，第三类所述负荷点无邻接街道段；
[0126]
走线组合单元，用于对于每个所述负荷点，按照所述负荷点的类别确定分支线走线接法，将所有所述负荷点的分支线走线接法进行组合，并删除重复经过的街道段，得到各所述候选分支线走线组合方案；
[0127]
分支线费用计算单元，用于基于所述分支线成本费用函数，计算各条所述候选分支线走线的费用，其中，所述分支线成本费用函数公式表示如下：
[0128][0129]
其中，z2表示分支线路的投资费用，m为变电站低压侧线路折旧年限，r0为贴现率，γ为分支线路的单位长度线路投资费用，n为变电站总数，n
feeder
表示分支线区块内分支线条数之和，l
ij
表示第i个变电站的第j个馈线区块的分支线长度之和。
[0130]
需要说明的是，本发明实施例所述配电网供电单元布线优化装置的其他实施例或具有实现方法可参照上述各方法实施例，此处不在赘余。
[0131]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可
读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0132]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0133]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0134]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0135]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。