一种适用于配电房多配变运行的优化控制方法与流程

1.本发明涉及供电配网控制技术领域，特别是一种适用于配电房多配变运行的优化控制方法。


背景技术：

2.配电网自动化是运用计算机技术、自动控制技术、电子技术、通信技术及新型高性能的配电设备等技术手段，对配电网进行离线与在线的智能化监控管理，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。其最终目的是提高供电可靠性和供电质量，缩短事故处理时间，减少停电范围，提高配电系统运行的经济性，降低运行维护费用，最大限度提高企业的经济效益，提高整个配电系统的管理水平和工作效率，改善为用户服务的水平。
3.现有技术现有一种可实现备自投功能的配变经济运行控制方法，该方法仅适用于双配变单母线分段供电的配电网，先监测中低压开关当前状态判断带电和失电情况，然后根据当前的状态选择匹配设定好的三种运行方式，存在无法适应3台配变及以上联络的运行方式优化，同时未考虑配变的轻载、重载运行优化，仅考虑通过运行方式优化保证低压母线维持不失电。
4.而本发明公开了一种适用于配电房多配变运行的优化控制方法，对于配电房内多配变联络的场景下，考虑低压母线不失电、少失电，配电房内变压器总损耗最小，以及变压器尽量运行在30％～80％的经济运行区间内，对多配变运行方式进行优化；能够利用应用粒子群算法自动寻优，确定中低压开关分合闸动作目标；能根据中低压开关分合闸动作目标由人工现场投切或安装自动控制装置自动执行命令。与现有技术相比，本发明提出的多配变运行优化控制方法具有良好的适应性、智能化。


技术实现要素：

5.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。
6.鉴于上述和/或现有的适用于配电房多配变运行的优化控制方法中存在的问题，提出了本发明。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种适用于配电房多配变运行的优化控制方法，其包括，建立配电房最优运行方式模型；采集配电房内配变运行数据并计算配变负载率水平；判断配电房内配变运行状态，若状态异常返回上一步骤，反之进行下一步；初始化多配变运行方式种群，得到n个多配变运行优化粒子对应各配变中压出线开关分合状态、低压进线总开关分合状态、低压联络开关分合状态；更新第i代多配变运行优化粒子的个体最优位置和全局最优位置；根据速度和位置更新表达式，计算新的多配变运行优化粒子的位置和坐标；判断迭代次数是否达到设定值，若达到则输出，反之继续更新第i代
多配变运行优化粒子的个体最优位置和全局最优位置。
8.作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述最优运行方式模型包括配电房最小运行成本，所述配电房最小运行成本包括：
[0009][0010]
其中，为配电房运行成本、为变压器运行损耗成本、c
hlimit
为负载率越上限惩罚成本、c
llimit
为负载率越下限惩罚成本、c
uv
为低压母线失压成本。
[0011]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述变压器运行损耗成本包括：
[0012][0013]
其中，δp
0i
为配电房内第i个配变的额定空载损耗、δp
ki
为配电房内第i个配变的额定短路损耗、αi为第i个配变的负载率、n为当前配电房变压器总数、ri为第i个配变的正常运行状态标记(投运为1，退运为0)；所述负载率越上限惩罚成本c
hlimit
包括：
[0014][0015][0016]
其中，αi为第i个配变的负载率、p为惩罚系数、n为当前配电房变压器总数、αh为负载率上限限值、c
hlimit_i
为第i个配变的负载率越上限惩罚成本；所述负载率越下限惩罚成本c
llimit
包括：
[0017][0018][0019]
其中，αi为第i个配变的负载率、p为惩罚系数、n为当前配电房变压器总数、α
l
为负载率下限限值、c
llimit_i
为第i个配变的负载率越下限惩罚成本；所述低压母线失压成本c
uv
包括：
[0020]cuv
＝mc
uv
[0021]
其中，m为配电房内低压母线失压数量，c
uv
为配单房内低压母线失压成本。
[0022]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：配电房内配变运行数据包括配电变压器三相电压、三相电流、三相有功、三相无功运行数据，所述配变负载率包括：
[0023][0024]
其中，αi为第i个配变的负载率，p
ai
、p
bi
、p
ci
分别为第i个配变的a相有功功率、b相有功功率、c相有功功率，q
ai
、q
bi
、q
ci
分别为第i个配变的a相无功功率、b相无功功率、c相无功功率，s
ni
为第i个配变的额定容量。
[0025]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述配电房内配变运行状态包括正常状态和异常状态，其中所述正常状态包括：正常投运和正常退出，所述异常状态包括：异常投运和异常退出。
[0026]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述正常投运为：当配变中压出线开关为合闸位置，低压进线总开关为合闸位置，则记配变运行状态为正常投运，配变正常运行状态标记ri为1；所述正常退出为：当配变中压出线开关为分闸位置，低压进线总开关为分闸位置，则记配变运行状态为正常退出，配变正常运行状态标记ri为0；所述异常投运为：当配变中压出线开关为合闸位置，低压进线总开关为分闸位置，则记配变运行状态为异常投运，配变正常运行状态标记ri为null；所述异常退出为：当配变中压出线开关为分闸位置，低压进线总开关为合闸位置，则记配变运行状态为异常退出，配变正常运行状态标记ri为null；当ri为1或0进入下一步骤，反之若ri为null回到上一步骤。
[0027]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述初始化多配变运行方式种群包括将配电房运行成本模型作为适应度函数，在[0,1]范围内随机选取n个初始多配变运行优化粒子x，得到n组中低压开关位置分合闸状态的种群，根据适应度函数确定当前个体的历史最优值并将该个体设为当前位置pbest(i)，比较每个个体的pbest(i)其中最优值设为整种群的最优位置gbest(i)。
[0028]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述个体最优位置和全局最优位置包括，在每一次的迭代中，根据配电房运行成本模型计算每一代的适应度函数值，对粒子的最佳适应度值进行更新，并更新个体最优位置和全局最优位置。
[0029]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述速度更新包括：
[0030]vi 1
＝ωvi c1r1(p
best-x
i-1
) c2r2(g
best-x
i-1
)
[0031]
其中，ω为惯性因子，c1和c2为学习因子，r1和r2为均匀的随机数，xi为粒子当前位置，vi和v
i 1
分别为粒子当前和更新后的飞行速度。
[0032]
作为本发明所述适用于配电房多配变运行的优化控制方法的一种优选方案，其中：所述位置更新包括：
[0033]
x
i 1
＝xi v
i 1
[0034]
其中，x
i 1
为粒子更新后的位置。
[0035]
本发明有益效果为：本发明对于配电房内多配变联络的场景下，考虑低压母线不失电、少失电，配电房内变压器总损耗最小，以及变压器尽量运行在30％～80％的经济运行区间内，对多配变运行方式进行优化；其次，利用应用粒子群算法自动寻优，确定中低压开
关分合闸动作目标；最后，根据中低压开关分合闸动作目标由人工现场投切或安装自动控制装置自动执行命令。与现有技术相比，本发明提出的多配变运行优化控制方法具有良好的适应性、智能化。
附图说明
[0036]
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他的附图。其中：
[0037]
图1为本发明第一个实施例所述的适用于配电房多配变运行的优化控制方法的步骤流程图。
[0038]
图2为本发明第二个实施例所述的适用于配电房多配变运行的优化控制方法的三配变一次系统示意图。
[0039]
图3为本发明第二个实施例所述的适用于配电房多配变运行的优化控制方法的配变经济运行控制系统硬件架构图。
[0040]
图4为本发明第二个实施例所述的适用于配电房多配变运行的优化控制方法的算法全局最优求解图。
具体实施方式
[0041]
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。
[0042]
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他方式来实施，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。
[0043]
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地与其他实施例互相排斥的实施例。
[0044]
实施例1
[0045]
参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种适用于配电房多配变运行的优化控制方法，适用于配电房多配变运行的优化控制方法包括：
[0046]
s1：建立配电房最优运行方式模型；
[0047]
建立配电房最优运行模型，配电房的最优运行即保证配电房运行成本最小，配电房最小运行成本包括变压器运行损耗成本、负载率越上限惩罚成本、负载率越下限惩罚成本、低压母线失压成本，配电房运行成本计算公式如下所示：
[0048][0049]
其中，为配电房运行成本，为变压器运行损耗成本，c
hlimit
为负载率越上限惩罚成本，c
llimit
为负载率越下限惩罚成本，c
uv
为低压母线失压成本。
[0050]
变压器运行损耗成本计算公式如下：
[0051][0052]
其中，δp
0i
为配电房内第i个配变的额定空载损耗，δp
ki
为配电房内第i个配变的额定短路损耗，αi为第i个配变的负载率，n为当前配电房变压器总数，ri为第i个配变的正常运行状态标记(投运为1，退运为0)。
[0053]
负载率越上限惩罚成本：
[0054][0055][0056]
其中，αi为第i个配变的负载率，p为惩罚系数，n为当前配电房变压器总数，αh为负载率上限限值，c
hlimit_i
为第i个配变的负载率越上限惩罚成本。
[0057]
负载率越下限惩罚成本：
[0058][0059][0060]
其中，αi为第i个配变的负载率，p为惩罚系数，n为当前配电房变压器总数，α
l
为负载率下限限值，c
llimit_i
为第i个配变的负载率越下限惩罚成本。
[0061]
低压母线失压成本：
[0062]cuv
＝mc
uv
[0063]
其中，m为配电房内低压母线失压数量，c
uv
为配单房内低压母线失压成本
[0064]
s2：采集配电房内配变运行数据、进线开关和联络开关运行数据，计算配变负载率水平；
[0065]
采集配电变压器三相电压、三相电流、三相有功、三相无功运行数据，在配电房内每一个配电变压器低压侧配置配变终端，在低压进线总开关负荷侧安装一套ct。采集低压进线/联络开关分合闸位置信息，将低压进线总开关、低压联络开关分合闸状态辅助触点接入配变终端开入端子。采集中压出线开关分合闸位置信息，在配电房内配置1台站所终端，将每一个配电变压器高压侧中压出线开关分合闸辅助触点接入站所终端。
[0066]
根据采集到的有功功率、无功功率数据，以及配变的额定容量参数，计算配变负载率，其计算公式如下：
[0067][0068]
其中，αi为第i个配变的负载率，p
ai
、p
bi
、p
ci
分别为第i个配变的a相有功功率、b相
有功功率、c相有功功率，q
ai
、q
bi
、q
ci
分别为第i个配变的a相无功功率、b相无功功率、c相无功功率，s
ni
为第i个配变的额定容量。
[0069]
s3：判断配电房内配变运行状态，若状态异常返回步骤s2，若正常则进入下一步；
[0070]
根据采集到的中压出线开关分合位置状态信息、低压进线总开关分合位置状态信息判断当前配变的运行状态。配变运行状态主要分为正常投运、正常退出、异常投运、异常退出。
[0071]
当配变中压出线开关为合闸位置，低压进线总开关为合闸位置，则当配变运行状态为正常投运，配变正常运行状态标记ri为1；
[0072]
当配变中压出线开关为分闸位置，低压进线总开关为分闸位置，则当配变运行状态为正常退出，配变正常运行状态标记ri为0；
[0073]
当配变中压出线开关为合闸位置，低压进线总开关为分闸位置，则当配变运行状态为异常投运，配变正常运行状态标记ri为null；
[0074]
当配变中压出线开关为分闸位置，低压进线总开关为合闸位置，则当配变运行状态为异常退出，配变正常运行状态标记ri为null；
[0075]
当ri为1或0进入下一步骤s4，反之若ri为null回到步骤s2。
[0076]
s4：初始化多配变运行方式种群，得到n个多配变运行优化粒子对应各配变中压出线开关分合状态、低压进线总开关分合状态、低压联络开关分合状态；
[0077]
将配电房运行成本模型作为适应度函数，在[0,1]范围内随机选取n个初始多配变运行优化粒子x，得到n组中低压开关位置分合闸状态的种群，根据适应度函数确定当前个体的历史最优值并将该个体设为当前位置pbest(i)，比较每个个体的pbest(i)其中最优值设为整种群的最优位置gbest(i)。
[0078]
s5：更新第i代多配变运行优化粒子的个体最优位置和全局最优位置；
[0079]
更新第i代多配变运行优化粒子的最佳适应度值和全局最佳适应度值。在每一次的迭代中，根据配电房运行成本模型计算每一代的适应度函数值。对粒子的最佳适应度值进行更新，如果第i代中该粒子当前的适应度函数值比其历史最优值好，那么原历史最优的个体最优位置将会被当前位置替代。对种群的全局最佳适应度值进行更新，如果第i代中该粒子的历史最优位置比当前全局最优要好，那么全局最优将会被该粒子的历史最优替代。
[0080]
s6：根据速度和位置更新表达式，计算新的多配变运行优化粒子的位置和坐标；
[0081]
对多配变运行优化粒子第i代进行速度和位置更新。
[0082]
速度更新计算公式如下：
[0083]vi 1
＝ωvi c1r1(p
best-x
i-1
) c2r2(g
best-x
i-1
)
[0084]
其中，ω为惯性因子，c1和c2为学习因子，r1和r2为均匀的随机数，xi为粒子当前位置，vi和v
i 1
分别为粒子当前和更新后的飞行速度。
[0085]
位置更新计算公式如下：
[0086]
x
i 1
＝xi v
i 1
[0087]
x
i 1
为粒子更新后的位置。
[0088]
s7：判断迭代次数是否达到设定值，否则继续s5；
[0089]
判断当前迭代次数是否达到设定值，如果未达到结束条件则转到步骤s5。反之若达到设定调节则输出gbest(i)，该gbest(i)即为当前中压出线开关、低压进线总开关、低压
联络开关需要遥控达到的目标状态。
[0090]
实施例2
[0091]
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择一个配电房三配变场景作为应用示例。
[0092]
参考图2，该系统中变压器t1、t2型号为scb11-800-10/0.4，空载损耗为1.33kw，负载损耗为6.953kw；变压器t3型号为scb11-630-10/0.4，空载损耗为1.176kw，负载损耗为5.873kw。
[0093]
参考图3，为配变经济运行控制系统硬件架构，qf1～qf8为智能断路器，配变经济运行控制器采用rs485与各断路器进行通讯采集开关的三相电压、分合状态、保护状态以及进行遥控分合操作，同时在每台开关低压侧配置1200/5电流互感器并将二次侧接入配变经济运行控制器，实现对各个配变低压侧电流的采集。
[0094]
建立配电房最优运行模型，配电房的最优运行即保证配电房运行成本最小，配电房最小运行成本包括变压器运行损耗成本、负载率越上限惩罚成本、负载率越下限惩罚成本、低压母线失压成本，配电房运行成本计算公式如下所示：
[0095][0096]
该配电房内变压器累计运行成本为：
[0097][0098]
负载率越上限惩罚系数设为20，负载率上限限值设为75％：
[0099][0100][0101]
负载率越下限惩罚系数设为10，负载率下限限值设为30％：
[0102][0103][0104]
单条低压母线失压成本记为10，则配电房内低压母线失压成本：
[0105]cuv
＝10m
[0106]
参考图4，目前系统状态记为优化前，此时qf1、qf2、qf4、qf5、qf7、qf8为合闸状态，qf3、qf6为分闸状态。t1低压侧a、b、c相电流分别为58.5a、61.2a、54.3a，a、b、c相电压分别为232.4v、232.1v、231.8v；t2低压侧a、b、c相电流分别为124.6a、100.3a、108.2a，a、b、c相电压分别为229.6v、230.3v、231.2v；t3低压侧a、b、c相电流分别为33.6a、21.6a、18.9a，a、b、c相电压分别为234.6v、235.7v、235.2v。优化前该配电房运行成本计算如表1所示。
[0107]
表1优化前配电房运行成本。
[0108] t1t2t3合计损耗成本1.3481.3941.2023.944负载率越上限0.0000.0000.0000.000负载率越下限0.2500.2040.23313.737低压母线0000配电房运行成本
ꢀꢀꢀ
17.681
[0109]
根据给定配电房一次系统结构、当前开关分合状态、配电房运行成本计算模型等，为满足该配电房内的变压器运行最优、损耗最小，采用一种配电房多配变运行优化控制方法对配电房内中低压开关运行状态进行优化求解。优化结果如下所示。
[0110]
表2优化后开关状态。
[0111][0112]
表3优化后配电房运行成本。
[0113][0114][0115]
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。