本發(fā)明涉及配電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電變壓器選址及低壓網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

目前，在配電網(wǎng)建設(shè)過程中，變壓器布點及低壓線路存在點多面廣、使用量巨大的狀況，配電網(wǎng)新建和改造投入的資金量巨大，威海地區(qū)每年投入配電網(wǎng)的建設(shè)資金就數(shù)以億計。規(guī)劃設(shè)計變壓器布點與低壓出線選擇的合理性，將直接影響工程初始投資及投運產(chǎn)生的低電壓問題。每年的工程數(shù)量如此龐大.基本是依靠設(shè)計人員逐個現(xiàn)場查勘、人工完成定位。在設(shè)計方案時主觀性較強.不同的人可能有不同的結(jié)論。誤差較大.工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很難做到最優(yōu)化。

配電變壓器地理位置的選擇結(jié)果直接影響到后期配電網(wǎng)絡(luò)線路規(guī)劃。其位置和容量的確定既要考慮到負(fù)荷點的用電量及分布情況，又要考慮到整個配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，選址結(jié)果對供電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)合理性、及整個配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的的經(jīng)濟(jì)性和運行的可靠性有著直接的影響。

根據(jù)農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)導(dǎo)則，目前形成的配變選址方式主要有：

1)基于求解臺區(qū)負(fù)荷重心的方法；

為了減少迂回供電，各級導(dǎo)則均要求配變布點需深入負(fù)荷中心。而最理想的負(fù)荷中心就是所謂的負(fù)荷重心。以圖1為例，不妨令各負(fù)荷點的負(fù)荷值與坐標(biāo)組合依次為{P₁，(X₁，Y₁)}、{P₂，(X₂，Y₂)}、……{P_n，(X_n，Y_n)}，則負(fù)荷重心的坐標(biāo)可由式(1)確定。顯然，在荷重心處安裝配變，從純物理角度來說是非常合理的。

式中，X、Y為負(fù)荷重心的縱橫坐標(biāo)；P為各負(fù)荷點的負(fù)荷總加。

2)基于運行費用最小的數(shù)學(xué)解析方法

仍以圖1為例(各負(fù)荷點的參數(shù)表示不變)，設(shè)理想狀態(tài)的配變安裝坐標(biāo)為(X,Y)，則通過建立式(2)所示目標(biāo)函數(shù)，借助計算機(jī)可求得X、Y值。

式中，β為單位負(fù)荷、單位距離費用系數(shù)。

上述傳統(tǒng)選址方式存在主要問題如下：

(1)傳統(tǒng)選址方式不符合低壓配網(wǎng)實際結(jié)構(gòu)。由上述內(nèi)容可知，不論是負(fù)荷重心法還是數(shù)學(xué)解析法，均將低壓配網(wǎng)簡化為單一的電源點到負(fù)荷點的點對點直供網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)。這種網(wǎng)絡(luò)在實際中很難應(yīng)用，原因如下：

①負(fù)荷點數(shù)量必然遠(yuǎn)大于配變出線間隔數(shù)量，因此不可能一個負(fù)荷點占用一個間隔；

②低壓線路實際走向受到周邊地形、建筑物、線路走廊等影響，難以一條直線走到底；

③每個負(fù)荷點均由電源點直供，必然造成導(dǎo)線的極大消耗。

(2)傳統(tǒng)選址方式中的坐標(biāo)定位缺乏操作可能性。按照現(xiàn)有技術(shù)，坐標(biāo)定位需要建立測量控制網(wǎng)、用到較為先進(jìn)的測繪設(shè)備等，這對于建設(shè)周期短、建設(shè)數(shù)量大的低壓配電網(wǎng)來說是難以承受的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種配電變壓器選址及低壓網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法，本發(fā)明實現(xiàn)了配變選址與低壓線路規(guī)劃協(xié)同優(yōu)化的目標(biāo)，對低壓配電網(wǎng)建設(shè)具有較大的輔助決策意義，詳見下文描述：

一種配電變壓器選址及低壓網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法，所述優(yōu)化方法包括以下步驟：

以負(fù)荷矩理論為基礎(chǔ)，輔助決策配電變壓器最佳布點；

通過線性迭代計算尋找供區(qū)范圍內(nèi)各點負(fù)荷矩代數(shù)和最小值的點坐標(biāo)，作為配電變壓器規(guī)劃布點的依據(jù)；

從低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，利用圖論的有關(guān)理論，將低壓配電網(wǎng)優(yōu)化布局等效為圖論中最小生成樹及最短路徑的搜索。

其中，所述以負(fù)荷矩理論為基礎(chǔ)，輔助決策配電變壓器最佳布點；通過線性迭代計算尋找供區(qū)范圍內(nèi)各點負(fù)荷矩代數(shù)和最小值的點坐標(biāo)，作為配電變壓器規(guī)劃布點的依據(jù)的步驟具體為：

計算不同線路的負(fù)荷矩、以及總負(fù)荷矩，判定負(fù)荷的電壓損失是否滿足自身額定壓降系數(shù)要求，是否需要對線路進(jìn)行更換或?qū)ω?fù)荷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整；

手工輸入或在地理圖上選取負(fù)荷點位置，錄入負(fù)荷點或負(fù)荷組的負(fù)荷數(shù)據(jù)，將負(fù)荷點標(biāo)示在地理圖上，以直線連接多個負(fù)荷點形成的多邊形為測算范圍，來測算最小總負(fù)荷矩；

通過窮舉法測算范圍內(nèi)的x，y值，計算出最小的總負(fù)荷矩，則最小總負(fù)荷矩的x，y取值坐標(biāo)點就是最佳電源點布點位置；x為測算電源點的地理橫坐標(biāo)；y為測算電源點的地理縱坐標(biāo)。

其中，所述從低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，利用圖論的有關(guān)理論，將低壓配電網(wǎng)優(yōu)化布局等效為圖論中最小生成樹及最短路徑的搜索的步驟具體為：

運用地理分割或歸并的方法對自然負(fù)荷點進(jìn)行區(qū)劃和歸集，形成一個新的負(fù)荷小塊集合要求該集合中的各負(fù)荷小塊的負(fù)荷或容量基本相等，并粗略定出各負(fù)荷小塊的地理中心，以此作為待優(yōu)化低壓電網(wǎng)等效于圖的頂點；

初始時將待優(yōu)化低壓網(wǎng)絡(luò)的所有線路均視為統(tǒng)一規(guī)格，以此達(dá)到低壓電網(wǎng)等效為圖所要求的各邊“平等”的要求；再根據(jù)線路實際承擔(dān)的負(fù)荷小塊的數(shù)量來選擇合適的線徑；

將各負(fù)荷小塊中心進(jìn)行兩兩相聯(lián)，形成一個所謂的無向完備圖，根據(jù)各邊的長運用最小生成樹算法，從所有支撐樹中找到樹權(quán)最小的那一棵；

計算最小生成樹的任一頂點到其余頂點的最短路之和，形成一個和值集；而該和值集中最小的和值所對應(yīng)的頂點就是最佳的配變安裝點，組成該和值的各邊就是低壓配網(wǎng)的布線路徑；

將無向完備圖的各邊按一定規(guī)則進(jìn)行排列；按邊長從小到大，檢查不構(gòu)成回路但又能將圖連通的最少邊集組合。

所述方法還包括：

選擇自然負(fù)荷點中不能分割的最大負(fù)荷值；或，

當(dāng)?shù)爻Ｓ脦最惖蛪簩?dǎo)線中載流量最低的導(dǎo)線所對應(yīng)的可承受負(fù)荷，作為負(fù)荷小塊的參考負(fù)荷值。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：從低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，利用圖論的有關(guān)理論，將低壓配電網(wǎng)優(yōu)化布局問題等效為圖論中最小生成樹及最短路的搜索問題，從而在理論上實現(xiàn)了配變選址與低壓線路規(guī)劃協(xié)同優(yōu)化的目標(biāo)。該方法操作簡便、工作量小、實用性強，在很大程度上達(dá)到了臺區(qū)建設(shè)初投資最小化和線損最優(yōu)化的效果，有效提升工作效率，為農(nóng)村配電網(wǎng)生產(chǎn)運行和保障電能質(zhì)量提供了技術(shù)支持，因此對低壓配電網(wǎng)建設(shè)具有較大的輔助決策意義。

附圖說明

圖1為負(fù)荷分散條件下的負(fù)荷重心示意圖；

圖2為實際低壓配電網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖3為一種配電變壓器選址及低壓網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法的流程圖；

圖4為利用最小負(fù)荷矩測算電源點最佳布點位置示意圖；

圖5為負(fù)荷中心示意圖；

圖6為連接負(fù)荷中心的無向完備示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

然而，實際的低壓配電網(wǎng)存在干線、支線、支干線等層次，其結(jié)構(gòu)大致如圖2所示。因此，可以嘗試運用圖論的相關(guān)知識，將低壓配電網(wǎng)等效為圖論中“圖”：即將配變安裝點和各負(fù)荷點對應(yīng)為“圖”的頂點，將低壓線路對應(yīng)為“圖”的邊集。然后進(jìn)行尋優(yōu)搜索(方法是找到“圖”的一棵最小生成樹，之后運用最短路理論確定配變安裝位置和各條低壓配電線路的大致走向)，使配變選址與低壓線路規(guī)劃能夠協(xié)同進(jìn)行，從而避免傳統(tǒng)選址方法的弊端。

實施例1

本發(fā)明實施例提供了一種配電變壓器選址及低壓網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法，參見圖3，該方法包括以下步驟：

101：以負(fù)荷矩理論為基礎(chǔ)，輔助決策配電變壓器最佳布點；

通過該步驟優(yōu)化網(wǎng)架規(guī)劃方案。

102：通過線性迭代計算尋找供區(qū)范圍內(nèi)各點負(fù)荷矩代數(shù)和最小值的點坐標(biāo)，作為配電變壓器規(guī)劃布點的依據(jù)；

通過上述步驟，使得配電網(wǎng)規(guī)劃更科學(xué)、合理，為配電網(wǎng)生產(chǎn)運行和保障電能質(zhì)量提供支持。

103：從低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，利用圖論的有關(guān)理論，將低壓配電網(wǎng)優(yōu)化布局等效為圖論中最小生成樹及最短路徑的搜索。

綜上所述，通過上述步驟，在理論上實現(xiàn)了配變選址與低壓線路規(guī)劃協(xié)同優(yōu)化的目標(biāo)。本方法操作簡便、工作量小、實用性強，在很大程度上達(dá)到了臺區(qū)建設(shè)初投資最小化和線損最優(yōu)化的效果，因此對低壓配電網(wǎng)建設(shè)具有較大的輔助決策意義。

實施例2

下面結(jié)合具體的計算公式、附圖對實施例1中的方案進(jìn)行詳細(xì)介紹，詳見下文描述：

201：對線路的負(fù)荷矩進(jìn)行計算；

在電力線路改造或新增規(guī)劃時，由于線路的實際或遠(yuǎn)景負(fù)荷已知，所以在對不同狀況下的線路(高、中、低壓架空或電纜)選型時，通常會采用以允許電壓損失來校驗的簡便方法。其原理為：在某一允許電壓損失條件下，負(fù)荷越大，供電半徑越?。环粗?，負(fù)荷越小，供電半徑越大。因此，根據(jù)負(fù)荷與供電半徑的關(guān)系，產(chǎn)生了負(fù)荷矩(又稱負(fù)荷力矩)的概念，即功率乘以負(fù)荷點距電源點的距離：

負(fù)荷矩＝P×L，

式中：P為功率；L為負(fù)荷點距電源點的距離。

以給定電壓等級和總終端負(fù)荷值的某條架空線路為例，計算線路的負(fù)荷矩、最大輸電距離及線路上某一終端的電壓降、最大輸出功率，具體如下：

ΔU％＝(R+X×tanθ)pl/(10U²) (3)

式中：R為線路電阻：X為線路感抗值；tanθ為線路功率因數(shù)；U為線路的電壓；p為線路的有功功率：l為線路長度。ΔU％為線路首末段電壓降，由于ΔU％是1個計算基數(shù)，所以常常以p為1kW和l為1km的單位量來取值。

所以，式(3)可以寫成：

ΔU％＝(R+X×tanθ)/(10U²) (4)

根據(jù)具體終端來計算相應(yīng)的終端電壓降為：

ΔU＝ΔU％×P_i×l_i (5)

式中：P_i為線路上某一終端的負(fù)荷；l_i為線路上某一終端到電源點的距離。

線路上某終端的最大負(fù)荷功率為：

P_imax＝M/l_i (6)

式中：M為電力負(fù)荷矩；l_i為線路上某終端到電源點的距離；p_imax為在滿足電壓降條件下的最大允許掛接負(fù)荷值。

線路的最大輸送距離為：

L_max＝M/P_t (7)

式中：Pt為線路的總終端負(fù)荷。

總負(fù)荷矩為：

通過上述公式可預(yù)先計算出不同線路(架空或電纜)的線路負(fù)荷矩M，當(dāng)遇到同一電源點的負(fù)荷類型較多時，就可以通過計算這些負(fù)荷的總負(fù)荷矩，并與線路負(fù)荷矩M比較，判定這些負(fù)荷的電壓損失是否滿足自身額定壓降系數(shù)要求，是否需要對線路進(jìn)行更換或?qū)ω?fù)荷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整。線路自身負(fù)荷矩的計算方法為：

式中：U₀為線路額定電壓；U_t為線路末端允許電壓；λ為調(diào)整系數(shù)。計算公式(8)和(9)2種負(fù)荷矩后，能簡單而準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場的線路安全檢測和改造等實際工作。

202：計算所選擇的負(fù)荷點的最佳電源位置、在地理圖中展示位置坐標(biāo)及最小負(fù)荷矩；

其中，計算主要針對3種類型的用戶：普通用戶、大用戶和混合用戶。通過手工輸入(要區(qū)分普通用戶負(fù)荷和大用戶負(fù)荷)或在地理圖上選取負(fù)荷點位置，錄入負(fù)荷點或負(fù)荷組的負(fù)荷數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將這些負(fù)荷點標(biāo)示在地理圖上，以直線連接多個負(fù)荷點形成的多邊形為測算范圍，來測算最小總負(fù)荷矩。

式中：P_i為各負(fù)荷點終端功率；x_i為各負(fù)荷點的地理橫坐標(biāo)；y_i為各負(fù)荷點的地理縱坐標(biāo)；x為測算電源點的地理橫坐標(biāo)；y為測算電源點的地理縱坐標(biāo)。

通過窮舉法測算范圍內(nèi)的x，y值，計算出最小的總負(fù)荷矩(M_min)，則最小總負(fù)荷矩的x，y取值坐標(biāo)點就是最佳電源點布點位置，測算示意如圖4所示。

203：最小生成樹理論應(yīng)用于低壓電網(wǎng)布局；

1、實際低壓電網(wǎng)與“圖”的差異及相關(guān)處理；

圖論中的“圖”由一定數(shù)量的頂點和邊組成，各點、邊只有位置或長度的不同，其他特性一致。而實際低壓電網(wǎng)的各自然負(fù)荷點存在容量差異、各段導(dǎo)線存在線徑差異，可以說是“不平等的”。因此若要運用圖論理論來處理低壓配網(wǎng)優(yōu)化問題，必須做到：

(1)運用地理分割或歸并的方法對自然負(fù)荷點進(jìn)行區(qū)劃和歸集，形成一個新的負(fù)荷小塊集合(要求該集合中的各負(fù)荷小塊的負(fù)荷或容量基本相等)，并粗略定出各負(fù)荷小塊的地理中心，以此作為待優(yōu)化低壓電網(wǎng)等效于“圖”的頂點，詳見圖5所示。

至于這種“人造”負(fù)荷小塊的參考負(fù)荷值確定，可以視情況分別采取以下兩種方法：

①選擇自然負(fù)荷點中不能分割的最大負(fù)荷值(如單個用戶的電動機(jī)組)；

②選擇當(dāng)?shù)爻Ｓ脦最惖蛪簩?dǎo)線中載流量最低的導(dǎo)線所對應(yīng)的可承受負(fù)荷。

(2)初始時將待優(yōu)化低壓網(wǎng)絡(luò)的所有線路均視為統(tǒng)一規(guī)格(如常用導(dǎo)線中載流量最低的導(dǎo)線)，以此達(dá)到低壓電網(wǎng)等效為“圖”所要求的各邊“平等”的要求。在運用圖論程序產(chǎn)生目標(biāo)網(wǎng)架后，再根據(jù)線路實際承擔(dān)的負(fù)荷小塊的數(shù)量來選擇合適的線徑(顯得很有層次和條理)。不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過以上兩步的處理，可以規(guī)避：

①因自然負(fù)荷點過多而造成的目標(biāo)網(wǎng)架過于復(fù)雜；

②因自然負(fù)荷點容量的不同而造成對目標(biāo)網(wǎng)架線路線徑選擇的困難。

2、具體建模

首先將圖4展示的各負(fù)荷小塊中心進(jìn)行兩兩相聯(lián)，形成一個所謂的無向完備圖，如圖5所示。并根據(jù)大致估測得到各邊的長(也稱“權(quán)”)。其次運用相關(guān)算法(最小生成樹算法)，從圖6的所有支撐樹(連通而無圈的圖稱為支撐樹)中找到樹權(quán)最小的那一棵。最后，對已經(jīng)找到的最小生成樹，計算“樹”的任一頂點到其余頂點的最短路之和，形成一個和值集。而該和值集中最小的和值所對應(yīng)的頂點就是最佳的配變安裝點，組成該和值的各邊就是低壓配網(wǎng)的布線路徑。

204：最小生成樹算法設(shè)計；

最小生成樹的經(jīng)典算法有Kruskal算法等，結(jié)合低壓配網(wǎng)實際(節(jié)點多、分之多)進(jìn)行最小生成樹算法改進(jìn)。

(1)首先將無向完備圖的各邊按一定規(guī)則進(jìn)行排列；

考慮操作簡便性不妨定規(guī)則為“按邊長遞增”。對于一個含有q條邊的圖來說，有

l(a₁)≤l(a₂)≤...≤l(a_q) (11)

式中，l(a_i)(i＝1、2、…，q)為編號為a_i的邊長。

(2)按邊長從小到大，檢查不構(gòu)成回路但又能將圖連通的最少邊集組合。

令參數(shù)e₁＝a₁，參數(shù)e₂＝a₂測試邊長a₃，若邊長a₃與參數(shù)e₁,e₂不形成回路，則令e₃＝a₃，如果邊長a₃與參數(shù)e₁,e₂形成回路，則測試邊長a₄(不再考慮將邊長a₃納入最小生成樹)；若邊長a₄與參數(shù)e₁,e₂不形成回路，則令參數(shù)e₃＝a₄，否則測試邊長a₅(不再考慮將邊長a₄納入最小生成樹)，如此往復(fù)，直到找出含有參數(shù)e₁,e₂，…，e_p等p條邊的連通圖為止。那么參數(shù){e₁,e₂，…，e_p}組成的集合就是一顆最小生成樹。

綜上所述，通過上述步驟，在理論上實現(xiàn)了配變選址與低壓線路規(guī)劃協(xié)同優(yōu)化的目標(biāo)。本方法操作簡便、工作量小、實用性強，在很大程度上達(dá)到了臺區(qū)建設(shè)初投資最小化和線損最優(yōu)化的效果，因此對低壓配電網(wǎng)建設(shè)具有較大的輔助決策意義。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。