一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法，包括以下步驟：1)獲取理想變電站建設(shè)條件；2)根據(jù)變電站建設(shè)條件建立變電站成本模型；3)根據(jù)變電站成本模型的最終優(yōu)化模型和條件獲得變電站供電半徑的最佳選擇。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有準(zhǔn)確、適用范圍廣等優(yōu)點。
【專利說明】 一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法。

【背景技術(shù)】
[0002]上海電網(wǎng)是華東地區(qū)乃至全國密度最高的負(fù)荷中心，是城鄉(xiāng)一體化電網(wǎng)，其供電范圍覆蓋上海市全部。根據(jù)上海電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，預(yù)計2015年上海電網(wǎng)最高用電負(fù)荷為37120MW，年用電量為1715億kW*h。“十二五”上海最高用電負(fù)荷年均增長率分別為8.2%。綜合新建和改擴建項目，至“十二五”末上海電網(wǎng)220kV變電站達(dá)到140座，總變電容量達(dá)到63460MVA，電網(wǎng)容載比達(dá)到1.93。
[0003]目前，35kV變電站在上海高壓配網(wǎng)中占絕大多數(shù)，其主變?nèi)萘孔罡吲渲脼?1.5MVA，并且很難再有上升空間。為解決負(fù)荷密度日益增高、變壓器長期重載的問題，需要建設(shè)的變電站越來越多，從而造成電網(wǎng)建設(shè)和土地緊缺的矛盾越來越突出，新規(guī)劃變電站落實困難，供電能力的發(fā)展受到諸多限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法，包括以下步驟:
[0006]I)獲取理想變電站建設(shè)條件；
[0007]2)根據(jù)變電站建設(shè)條件建立變電站成本模型，包括以下步驟:
[0008]21)計算配電網(wǎng)投資成本C:
[0009]C = Cb+Cf+Cj.
[0010]Cb = ab0+ (ab+bb Δ S) M
[0011]Cf ={af +b；1 L)M
[0012]L = β I
[0013]Cl' =(aj +b；l)Am
[0014]其中，Cb為變電站投資成本，Cf為進線投資成本，C/*為出線投資成本，ab0為變電站建設(shè)的固定成本，M為變壓器臺數(shù)，ab為單臺變壓器的固定成本，bb為與變壓器容量相關(guān)的成本系數(shù)，AS為單臺變壓器容量，為每條進線的固定成本，為單位長度進線投資成本，L為進線平均長度，β為曲折系數(shù)，I為變電站供電半徑，<為每條出線的成本，6/‘為單位長度出線投資成本，N為出線條數(shù)；
[0015]22)計算變電站年運行費用F:
[0016]F = F1^FfFw
[0017]Fb = FK+F0
[0018]F1 = F11* 七時
[0019]

Fr = φΜαΡ,^———ft

'AZAtSrCos^
[0020]F0 = ω M Δ P0T
[0021]
Η _ 2ωπΗ$σ2τΗτ1 = M(Ir cos )2
[0022]
F1.ωπΨσ^^τ1 MNQJl; COS^/)2
[0023]Fm = rbCk + rtHCf + r' C1
[0024]其中，F(xiàn)b為變電站運行費用，F(xiàn)1為線路運行費用，F(xiàn)w為設(shè)備維護費用，F(xiàn)k為負(fù)載損耗，F(xiàn)tl為空載損耗，if為進線運行費用，if出進線運行費用，ω為單位電價，八匕為變壓器負(fù)載損耗，COS%為變壓器功率因數(shù)，τ為最大負(fù)荷利用小時數(shù)，σ為變電站供電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷密度，APci為變壓器空載損耗，T為變壓器運行的時間，i/f為進線電壓等級，rH為進線單位等效電阻，為進線功率因數(shù)，(/f為出線電壓等級，P為出線單位等效電阻，COS#為出線功率因數(shù)，rb為變電站維護率，#為進線維護率，r/.為出線維護率；
[0025]23)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù):
[0026]IniIiPrcr = J5^ci +Cf +Cf +(Fb +F1 +FW)(F/F?i--)l

π? L
/ n ,.\ (I + i)n —I
[0027](朽^卜7(冗
[0028]其中，PVC為變電站總成本，A為規(guī)劃區(qū)域的面積，i為電力工業(yè)平均收益率，η為規(guī)劃期年數(shù)；
[0029]24)獲得目標(biāo)函數(shù)的約束條件:
[0030]“Ν-1”約束:即當(dāng)其中一臺變壓器因故障退出運行時，其余變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷而不過載，此時變壓器容量和臺數(shù)應(yīng)滿足下式:
[0031]
π1'σ(Μ - l)AS cos <ph
[0032]其中，k為變壓器短時允許過載率，
[0033]容載比約束條件:
Γ π Λ MAS
[0034]^=-T-

τ-- σ
[0035]其中，Rs為容載比；
[0036]25)獲得最終優(yōu)化模型和條件為:
[0037]Obj.mmPVC = ^[Ch +Cj +(Fb-^F1+FV){P/FJ,?)]
[0038]

Td2σ ^,
-
^ ， (M-1)Mcos^,


R.#miis 一穴!IG ~.、瞧
[0039]其中，RsminS IlOkV配電網(wǎng)容載比的最小值，Rsmax為IlOkV配電網(wǎng)容載比的最大值；
[0040]3)根據(jù)變電站成本模型的最終優(yōu)化模型和條件獲得變電站供電半徑的最佳選擇。
[0041]所述的步驟3)中通過變電站負(fù)載率λ"得到供電半徑I和變電站個數(shù)ns與負(fù)荷密度σ的關(guān)系為:
[0042]
卜 I^r0ZQAdASmspb

V πσ





O
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0044]—、計算準(zhǔn)確，通過建立理想變電站的成本數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確的得出了最低成本以及最優(yōu)半徑。
[0045]二、適用范圍廣，該數(shù)學(xué)模型可推廣至全國其他各省市的變電站。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0047]圖2為30麗總成本和供電半徑之間的關(guān)系圖。
[0048]圖3為100MW總成本和供電半徑之間的關(guān)系圖。

【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0050]實施例:
[0051]本項目所建立的優(yōu)化模型以變電站建設(shè)運行總成本最小為目標(biāo)，并滿足“Ν-1”條件和容載比約束，優(yōu)化參數(shù)為變壓器供電半徑。變電站建設(shè)運行總成本包括配電網(wǎng)建設(shè)投資成本和每年的運行費用；配電網(wǎng)投資成本主要由變電站投資成本(變電站主體建設(shè)成本以及變壓器投資成本)、進線投資成本以及出線投資成本組成；運行費用則由變壓器運行費用、線路運行費用和設(shè)備維護費組成；這六項成本構(gòu)成了目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)。
[0052]如圖1所示，一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法，包括以下步驟:
[0053]I)獲取理想變電站建設(shè)條件；
[0054]2)根據(jù)變電站建設(shè)條件建立變電站成本模型，包括以下步驟:
[0055]21)計算配電網(wǎng)投資成本C:
[0056]C = Ca+Cf+Cf
[0057]Cb = ab0+ (ab+bb Δ S) M
[0058]CfL)M
[0059]L = β I
[0060]Cf ? {a, + b；-l)MN
[0061]其中，Cb為變電站投資成本Cf力進線投資成本，?￡為出線投資成本，ab(l為變電站建設(shè)的固定成本，M為變壓器臺數(shù)，ab為單臺變壓器的固定成本，bb為與變壓器容量相關(guān)的成本系數(shù)，Λ S為單臺變壓器容量，為每條進線的固定成本，If為單位長度進線投資成本，L為進線平均長度，β為曲折系數(shù)，I為變電站供電半徑，為每條出線的成本，為單位長度出線投資成本，N為出線條數(shù)；
[0062]22)計算變電站年運行費用F:
[0063]F = Fb+F^F.
[0064]Fb = FK+F0
[0065]Fl=Ft11 +F11
[0066]

Fk = aMAPj(——7^L——)2r

M AS cos φι>
[0067]F0 = ω M Δ P0T
[0068]
廠"_ 2on1lia1rHT
1::S<p；y
[0069]
Fi ωπΨσ7Γ1τ
1~ MN{U;n cos#)2
[0070]Fw = FtlCb + if Cf + rf￡C,￡
[0071]其中，F(xiàn)b為變電站運行費用，F(xiàn)1為線路運行費用，F(xiàn)w為設(shè)備維護費用，F(xiàn)k為負(fù)載損耗，F(xiàn)tl為空載損耗，if為進線運行費用，if出進線運行費用，ω為單位電價，八匕為變壓器負(fù)載損耗，COSft為變壓器功率因數(shù)，τ為最大負(fù)荷利用小時數(shù)，σ為變電站供電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷密度，APci為變壓器空載損耗，T為變壓器運行的時間，￡々為進線電壓等級，rH為進線單位等效電阻，COSff為進線功率因數(shù)，C/^f為出線電壓等級，P為出線單位等效電阻，COS#為出線功率因數(shù)，rb為變電站維護率，rf為進線維護率，r/.為出線維護率；
[0072]23)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù):
[0073]minFFC = ^-[C4 +Cf +Qi +(Fk +F1 +FW)(P/FJ,n)]
[0074](P/F,z,?) =
[0075]其中，PVC為變電站總成本，A為規(guī)劃區(qū)域的面積，i為電力工業(yè)平均收益率，η為規(guī)劃期年數(shù)；
[0076]24)獲得目標(biāo)函數(shù)的約束條件:
[0077]“N-1”約束:即當(dāng)其中一臺變壓器因故障退出運行時，其余變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷而不過載，此時變壓器容量和臺數(shù)應(yīng)滿足下式:
[0078]

【權(quán)利要求】
1.一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)獲取理想變電站建設(shè)條件； 2)根據(jù)變電站建設(shè)條件建立變電站成本模型，包括以下步驟: 21)計算配電網(wǎng)投資成本C:
其中，Cb為變電站投資成本，C,w為進線投資成本，為出線投資成本，aM為變電站建設(shè)的固定成本，M為變壓器臺數(shù)，ab為單臺變壓器的固定成本，bb為與變壓器容量相關(guān)的成本系數(shù)，Λ S為單臺變壓器容量，為每條進線的固定成本，M為單位長度進線投資成本，L為進線平均長度，β為曲折系數(shù)，I為變電站供電半徑，4為每條出線的成本，6/.為單位長度出線投資成本，N為出線條數(shù)； 22)計算變電站年運行費用F:
其中，F(xiàn)b為變電站運行費用，F(xiàn)1為線路運行費用，F(xiàn)w為設(shè)備維護費用，F(xiàn)k為負(fù)載損耗，F(xiàn)0為空載損耗，if為進線運行費用，出進線運行費用，ω為單位電價，八匕為變壓器負(fù)載損耗，為變壓器功率因數(shù)，τ為最大負(fù)荷利用小時數(shù)，σ為變電站供電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷密度，AP0為變壓器空載損耗，T為變壓器運行的時間，<為進線電壓等級，rH為進線單位等效電阻，為進線功率因數(shù)，￡0為出線電壓等級，P為出線單位等效電阻，COS#為出線功率因數(shù)，rb為變電站維護率，？f為進線維護率，;f為出線維護率； 23)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù):
min PVC = -~τ [c； +Cf+Cf'+(^+F1+FJ (P! F, /,?)]
其中，PVC為變電站總成本，A為規(guī)劃區(qū)域的面積，i為電力工業(yè)平均收益率，η為規(guī)劃期年數(shù)； 24)獲得目標(biāo)函數(shù)的約束條件: “Ν-1”約束:即當(dāng)其中一臺變壓器因故障退出運行時，其余變壓器承擔(dān)全部負(fù)荷而不過載，此時變壓器容量和臺數(shù)應(yīng)滿足下式:
其中，k為變壓器短時允許過載率， 容載比約束條件:
其中，Rs為容載比； 25)獲得最終優(yōu)化模型和條件為:
其中，Rs min為nokv配電網(wǎng)容載比的最小值，Rs max為l1kv配電網(wǎng)容載比的最大值； 3)根據(jù)變電站成本模型的最終優(yōu)化模型和條件獲得變電站供電半徑的最佳選擇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變電站成本模型的最佳供電半徑的選擇方法，其特征在于，所述的步驟26)中通過變電站負(fù)載率λτ，得到供電半徑I和變電站個數(shù)ns與負(fù)荷密度σ的關(guān)系為:
【文檔編號】G06Q50/06GK104200400SQ201410457709
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張銘澤, 秦曠宇, 仇成, 李亦農(nóng), 徐濤 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司