配電網(wǎng)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及配電網(wǎng)的規(guī)劃，具體的是一種配電網(wǎng)的規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力工業(yè)長期以來一直采用集中發(fā)電、遠距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電能生產(chǎn)、輸 送和分配模式。能源問題、環(huán)保問題、電力市場競爭、電力需求的飛速增長等因素使得這一 傳統(tǒng)模式暴露出一些弊端，主要有： (1)不能靈活跟蹤負荷的變化。如夏季空調(diào)負荷的激增會導(dǎo)致電力供應(yīng)短時不足，而為 這種短時的峰荷建造發(fā)輸電設(shè)施是得不償失的，因為其利用率極低。隨著負荷峰谷差的不 斷增大，電網(wǎng)負荷率正逐年下降，發(fā)輸電設(shè)施的利用率都有下降的趨勢。
[0003] (2)集中式大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對偏遠地區(qū)供電造成輸電費用過高。
[0004] (3)大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中，局部事故極易擴散，導(dǎo)致大面積的停電；而電力系統(tǒng)越 龐大，事故（如雷擊）發(fā)生的概率越高。因此可以說，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)是既"笨拙"而又"脆 弱"的。
[0005] 對于現(xiàn)有技術(shù)中存在的種種問題，提出了配電網(wǎng)規(guī)劃的需求。配電網(wǎng)規(guī)劃是電力 系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分，其主要任務(wù)是在滿足負荷增長和安全可靠供應(yīng)電能的前提下， 使配電系統(tǒng)的建設(shè)和運行費用最小。配電網(wǎng)的規(guī)劃問題是非常復(fù)雜的大規(guī)模的組合優(yōu)化問 題，但是分布式發(fā)電的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃帶來了實質(zhì)性的挑戰(zhàn)，分布式發(fā)電的出現(xiàn) 會使電力系統(tǒng)的負荷預(yù)測、規(guī)劃和運行與過去相比有更大的不確定性。如果DG的位置和規(guī) 模不合適，反而可能會導(dǎo)致電能損耗的增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點電壓的下降或出現(xiàn)過電 壓，還會改變故障電流的大小、持續(xù)時間及其方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本申請涉及一種配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，為含有分布 式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，該方法包括潮流計算、電量預(yù)測、負荷預(yù)測以及基于GIS 的配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)。
[0007] 包含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)規(guī)劃的潮流具體步驟如下： 1. 導(dǎo)納矩陣的確定：分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和線路的阻抗等，形成潮流計 算所需的導(dǎo)納矩陣； 2. 分布式電源在潮流計算中的處理：選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)，它可處理為有功輸出和注入 電網(wǎng)電流恒定的PI節(jié)點； 3. 節(jié)點類型的轉(zhuǎn)換：針對分布式發(fā)電類型在潮流計算中的處理方式，將PI類型節(jié)點轉(zhuǎn) 化為傳統(tǒng)潮流計算能夠處理的PQ節(jié)點； 4. 節(jié)點注入功率的確定：根據(jù)各節(jié)點的發(fā)電機注入功率、負荷功率以及分布式電源接 入系統(tǒng)的功率，來確定各節(jié)點的注入系統(tǒng)的有功功率及無功功率；
【主權(quán)項】
1. 一種配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，配電網(wǎng)含有分布式發(fā)電系統(tǒng)，該方法包括潮流計 算、電量預(yù)測、負荷預(yù)測以及基于GIS的配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)。
2. -種如權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，潮流計算具體步驟如下： 1) 導(dǎo)納矩陣的確定：分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和線路的阻抗，形成潮流計算所 需的導(dǎo)納矩陣； 2) 分布式電源在潮流計算中的處理：選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)，它可處理為有功輸出和注入 電網(wǎng)電流恒定的PI節(jié)點； 3) 節(jié)點類型的轉(zhuǎn)換：針對分布式發(fā)電類型在潮流計算中的處理方式，將PI類型節(jié)點轉(zhuǎn) 化為傳統(tǒng)潮流計算能夠處理的PQ節(jié)點； 4) 節(jié)點注入功率的確定：根據(jù)各節(jié)點的發(fā)電機注入功率、負荷功率以及分布式電源接 入系統(tǒng)的功率，來確定各節(jié)點的注入系統(tǒng)的有功功率及無功功率；
式中：Pin、Qin為各節(jié)點的注入功率；Ps、Qs為各節(jié)點的發(fā)電功率，包括分布式電源轉(zhuǎn) 化為PQ向系統(tǒng)注入的功率；Pp Ql為各節(jié)點的負荷功率； 5) 潮流計算：根據(jù)導(dǎo)納矩陣及節(jié)點功率，利用牛頓拉夫遜法進行潮流計算，得到各節(jié)點 的電壓幅值及相角，進而求得各支路功率： ① 給定各節(jié)點電壓向量的電壓初值if3、擇 ② 將PI節(jié)點轉(zhuǎn)化為牛拉法能夠處理的PQ節(jié)點； ③ 極坐標(biāo)下的潮流計算方法為：
將電壓初值》f1、代入，求修正方程的常數(shù)項; ④ 解修正方程，求修正量 ⑤ 修正各節(jié)點的電壓向量：
⑥ 以》f、if代入式中求Alf、; ⑦檢驗是否收斂，若收斂則進而求各支路潮流并打印輸出結(jié)果，否則，再以Kro、辦 13為 初值，返回步驟（2)進行下一次迭代，經(jīng)反復(fù)迭代直至潮流收斂，最后得到各節(jié)點的電壓值， 求得平衡節(jié)點的功率和各支路功率。
3. -種如權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，配電網(wǎng)規(guī)劃電量預(yù)測的具 體方法包括： 選擇以往幾年的歷史電量作為原始數(shù)據(jù)，然后按照某種要求作數(shù)據(jù)處理，生成隨機性 弱化和規(guī)律性強化的新數(shù)列，利用所生成的新數(shù)列建立預(yù)測的模型，進行電量預(yù)測，將原始 數(shù)列的第一個數(shù)據(jù)維持不變，作為新生成數(shù)列的第一個數(shù)據(jù)，將原始數(shù)列的第一個與第二 個數(shù)據(jù)相加作為新數(shù)列的第二個數(shù)據(jù)，將原始數(shù)列的第一個、第二個與第三個數(shù)據(jù)相加作 為新數(shù)列的第三個數(shù)據(jù)，...，依次進行類推， 將原始數(shù)列記為:^
如果:與JEm之間滿足以下的關(guān)系
則X?為*M的一次累加生成數(shù)列，記為1-AG0,累加生成能夠使任意非負的數(shù)列、擺動 得的和非擺動的數(shù)列轉(zhuǎn)化為非減的、遞增的規(guī)律性增強的數(shù)列，用累加生成的一階累加生 成序列Xm(Jt)，因為該累加生成數(shù)列具有指數(shù)增長規(guī)律，同時一階微分方程的解又正好是 指數(shù)增長形式的解，所以可以認(rèn)為該累加生成序列P(Jt)滿足以下形式的一階微分方程模 型
然后根據(jù)導(dǎo)數(shù)的定義有
如果以離散的形式表示，則微分項可以寫成
其中#的值只能取k和k+Ι時刻的均值 因而可以得出
可將上式以矩陣表示 V X
將上式記為\=:似
Yn和B是已知的量，A是待定的參數(shù)，由于上式中只有a和u兩個變量，而方程有 (n-1) >2個，所以此方程組無解，可以用最小二乘法得到最小二乘近似解，因此可將上式改 寫為 Ya = BA + E 為了使-=1^匕-^ 利用矩陣的求導(dǎo)公式可得 A^{BTEftBrY^ " W 將所求的代回原來的微分方程式中可以得到
上式為模型預(yù)測的具體方法由歷史電量得到的累加生成數(shù)列和求出的未知參數(shù)^^ 的值，代入模型的預(yù)測方法，就可得到未來的電量預(yù)測值。
4. 一種如權(quán)利要求3所述的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，基于電量預(yù)測值，再除以最 大負荷利用小時數(shù)就可得到最大負荷預(yù)測值。
5. -種如權(quán)利要求4所述的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，基于GIS的配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū) 具體包括城市配電網(wǎng)一般沿街道布線，按道路的分布情況進行網(wǎng)架建設(shè)，每個街區(qū)的負荷 值等于位于該街區(qū)內(nèi)的所有用戶負荷值的總和，第k個街區(qū)的負荷值Bk為： ?% 其中·4一一第k個街區(qū)內(nèi)用戶的集合； Ui一一第i個用戶的負荷值， 假設(shè)第m個分區(qū)所包含的街區(qū)的集合為尾，則該分區(qū)的負荷值I為： 規(guī)劃區(qū)域的總負荷L為
其中：N-一規(guī)劃區(qū)域的分區(qū)個數(shù)， 根據(jù)地圖生成街區(qū)，通過合并適當(dāng)街區(qū)來進行配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)，利用GIS可以更加直 觀地開展配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)并展現(xiàn)獲得的規(guī)劃結(jié)果，該算法根據(jù)等負荷原則進行分區(qū)，目標(biāo) 函數(shù)是使得負荷值最小分區(qū)與負荷值最大分區(qū)的負荷之比t/A·?盡可能大，這樣做有 利于在故障時對受影響負荷進行轉(zhuǎn)帶，即每條饋線按照50%的容載比選型即可。
6. -種如權(quán)利要求5所述的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，其特征在于，該算法包括街區(qū)生成、核心 街區(qū)選定、街區(qū)合并和分區(qū)調(diào)整三個步驟，其中，初步分區(qū)后，最小分區(qū)與最大分區(qū)的負荷 之比-般仍不能令人滿意，需要進一步進行調(diào)整，具體步驟如下： 第1步：找出具有最小負荷值的分區(qū)具_和具有最大負荷值的分區(qū)1， 第2步：最小分區(qū)增容， (a) 找到與爲(wèi)_相鄰的具有最大負荷值的街區(qū)％?及其所在的分區(qū)爲(wèi)《， (b) 如果，并且爲(wèi)》不會因失去而分為兩部分，則把化《從爲(wèi)》 中分離并合并到I中，令hl=l，結(jié)束此步增容；否則進行（c)， (c) 判斷與相鄰的街區(qū)是否全都搜索過了，若是則令hl=0,增容結(jié)束；否則找到與 相鄰的未搜索過的街區(qū)中具有最大負荷值的街區(qū)作為，返回（b)， 第3步：最大分區(qū)減容， (a) 挑出尾《中與其它分區(qū)相鄰的街區(qū)，找到其中的最大者％_以及與相鄰的分 區(qū)I，如果相鄰的分區(qū)不止一個則選其中的負荷值最小者， (b) 如果JU -IU并且I不會因失去而分為兩部分，則把^從 中分離而合并到爲(wèi)中，令h2=l，結(jié)束此步減容；否則進行（C)， (c) 判斷A?中與其他分區(qū)相鄰的街區(qū)是否全部搜索完畢，若是則令h2=0,減容結(jié)束； 否則找^中與其他分區(qū)相鄰的未搜索過的街區(qū)中具有最大負荷值的街區(qū)作為％?，返回 (b)， 第4步：若hl=〇并且h2=0,則分區(qū)調(diào)整結(jié)束：否則返回第1步。
【專利摘要】一種配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，為含有分布式發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，該方法包括潮流計算、電量預(yù)測、負荷預(yù)測以及基于GIS的配電網(wǎng)優(yōu)化分區(qū)，滿足負荷增長和安全可靠供應(yīng)電能的前提下，使配電系統(tǒng)的建設(shè)和運行費用最小。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號】CN104657796
【申請?zhí)枴緾N201510124263
【發(fā)明人】郭常盈, 馬永紅, 吳冉
【申請人】南陽理工學(xué)院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月23日