本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)的正常運行方式是指正常計劃檢修方式和按負荷曲線及季節(jié)變化的水電大發(fā)、火電大發(fā)，最大最小負荷和最大最小開機方式，以及抽水蓄能運行工況等可能較長期出現(xiàn)的運行方式。對于配電網(wǎng)來說，正常運行方式通常滿足以下要求：能充分滿足用戶對電能的需求；配電網(wǎng)電網(wǎng)所有設(shè)備不出現(xiàn)過負荷和過電壓問題，所有線路的傳輸功率都在限值以內(nèi)；有符合規(guī)定的無功功率備用容量；繼電保護及安全自動裝置配置得當且整定正確；配電網(wǎng)運行符合經(jīng)濟性要求；配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理，有較高的可靠性、穩(wěn)定性和抗事故能力；通信暢通，信息傳送正常。

配電網(wǎng)是整個電力系統(tǒng)中與用戶直接聯(lián)系、向用戶供應(yīng)電能和分配電能的重要環(huán)節(jié)。一旦發(fā)生故障或?qū)﹄娏υO(shè)施設(shè)備進行檢修、試驗就會造成系統(tǒng)對用戶供電的中斷。配電網(wǎng)的運行方式是整個配電網(wǎng)絡(luò)供電能力及運行特性的集中表現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用戶發(fā)生的停電故障中，有80％以上是由配電網(wǎng)環(huán)節(jié)的故障造成的。換句話來說，配電網(wǎng)環(huán)節(jié)對整個電力系統(tǒng)的供電可靠性、安全性以及供電能力等方面影響最大，因此有必要制定合理的配電網(wǎng)運行方式，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)最優(yōu)運行。

目前配電網(wǎng)運行方式的優(yōu)化通常考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面，其存在的主要問題如下：

1)雖然考慮到了配電網(wǎng)運行的安全性，但是沒有考慮運行風險，容易導致一些意外事故的發(fā)生；

2)安全性和可靠性通常僅考慮事故發(fā)生概率和事故導致后果的綜合水平，對于一些特殊情況，如發(fā)生概率很高但影響較小或者發(fā)生概率很小但是后果很嚴重的事故不能很好進行區(qū)分，容易導致調(diào)度人員的判斷出現(xiàn)失誤，從而引起更嚴重的事故發(fā)生；

3)目前通常采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方式來對運行方式進行優(yōu)化，雖然能夠在一定程度上實現(xiàn)對可靠性和經(jīng)濟性等方面的優(yōu)化，但是容易導致負荷轉(zhuǎn)供能力下降引起網(wǎng)架風險增大。

出現(xiàn)上述各種問題的原因主要是因為在運行方式優(yōu)化過程中沒有將運行和網(wǎng)架風險考慮進去，從而導致了配電網(wǎng)運行過程中風險問題的發(fā)生，因此制定出一種考慮運行和網(wǎng)架風險的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化的方法成為了亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法，全面考慮與配電網(wǎng)運行相關(guān)的電能質(zhì)量、均衡度、經(jīng)濟性、運行風險和網(wǎng)架風險等各方面因素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建配電網(wǎng)方式優(yōu)化的多目標非線性優(yōu)化模型，并對優(yōu)化模型進行求解得到最優(yōu)的運行方式，最終得到的計算結(jié)果可以為配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化提供參考和依據(jù)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法，包括：

步驟S1，采集配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)；

步驟S2，根據(jù)采集的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型；

步驟S3，求解所述配電網(wǎng)運行方式數(shù)學模型，獲得配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化結(jié)果。

其中，所述步驟S1中配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)包括：線路阻抗和導納、變壓器阻抗、負荷有功功率和無功功率、節(jié)點數(shù)目、變壓器數(shù)目、線路數(shù)目、無功補償容量、用戶數(shù)目、用戶的等級因子、線路故障率、線路故障持續(xù)時間以及配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。

其中，所述步驟S2中構(gòu)建的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型為一個多目標非線性優(yōu)化模型，其目標函數(shù)包括以下5個子目標：節(jié)點電壓偏離程度最小、線路負載均衡程度最優(yōu)、配電網(wǎng)網(wǎng)損最小、運行風險最小以及網(wǎng)架風險最小。

其中，所述步驟S2中構(gòu)建的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型為一個多目標非線性優(yōu)化模型，其約束條件包括以下6個約束條件：潮流平衡約束、電壓幅值約束、線路潮流約束、變壓器容量約束、無功補償容量約束以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約束。

其中，所述步驟S2中構(gòu)建的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型為一個多目標非線性優(yōu)化模型，各子目標利用加權(quán)和的形式組合成為一個綜合目標，權(quán)重利用層次分析法進行確定或者直接根據(jù)實際需求來賦值。

其中，所述步驟S3求解所述數(shù)學模型獲得配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化結(jié)果，具體是指選取合適的算法對建立的多目標非線性優(yōu)化模型進行求解，最終得到的運行方式優(yōu)化結(jié)果包括線路投運情況、無功補償情況以及各個子目標函數(shù)的值。

本發(fā)明實施例的有益效果在于：

在傳統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性等優(yōu)化目標的基礎(chǔ)上增加了運行風險和網(wǎng)架風險兩個目標，相比于傳統(tǒng)優(yōu)化方法更加全面；

將運行風險和網(wǎng)架風險納入配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化中，運行風險反映了線路和變壓器的運行情況，網(wǎng)架風險反映了發(fā)生預想事故后所引起的后果，使得運行方式優(yōu)化更為科學合理；

利用加權(quán)和的形式將多個子目標合成為一個綜合目標，避開了傳統(tǒng)多目標優(yōu)化問題中繁瑣的討論步驟，使得多目標優(yōu)化模型求解更加簡便并且更加適用于工程應(yīng)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法的具體流程示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例應(yīng)用的3饋線14節(jié)點配電網(wǎng)示意圖。

具體實施方式

以下各實施例的說明是參考附圖，用以示例本發(fā)明可以用以實施的特定實施例。

請參照圖1所示，本發(fā)明實施例一提供一種配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法，包括：

步驟S1，采集配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)；

步驟S2，根據(jù)采集的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型；

步驟S3，求解所述配電網(wǎng)運行方式數(shù)學模型，獲得配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化結(jié)果。

以下對各步驟進行詳細說明。

步驟S1中，所述配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，主要包括線路阻抗和導納、變壓器阻抗、負荷有功功率和無功功率、節(jié)點數(shù)目、變壓器數(shù)目、線路數(shù)目、無功補償容量、用戶數(shù)目、用戶的等級因子、線路故障率、線路故障持續(xù)時間以及配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。

步驟S2構(gòu)建配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型，該數(shù)學模型實質(zhì)為一個多目標非線性優(yōu)化模型，其目標函數(shù)包括以下5個子目標，如圖2所示：

a)節(jié)點電壓偏離程度最小

將該子目標函數(shù)表示為：

式中：V_i為第i個節(jié)點的電壓幅值(標幺值)；V_Ni為第i個節(jié)點的額定電壓(標幺值)；N_bus為配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)目。

b)線路負載均衡程度最優(yōu)

記第k條線路的負載率為β_Lk，即

式中：|I_Lk|為第k條線路上的電流幅值；I_LNk為第k條線路的額定電流大小。

將該子目標函數(shù)表示為：

式中：N_L為線路數(shù)目；β_Lk為第k條線路的負載率。

c)配電網(wǎng)網(wǎng)損最小

將該子目標函數(shù)表示為：

式中：P_Gi為第i個電源節(jié)點的注入有功功率；P_Dj為第j個負荷節(jié)點的有功負荷大?。沪?sub>G和Ω_D分別為電源節(jié)點和負荷節(jié)點的集合。

d)運行風險最小

將該子目標函數(shù)表示為：

式中：n_LO為負載率超過80％的線路數(shù)目；n_TO為負載率超過80％的變壓器數(shù)目。

e)網(wǎng)架風險最小

將該子目標函數(shù)表示為：

式中：為第k起預想事故發(fā)生后的能量損失率；為第k起預想事故發(fā)生后的用戶時戶數(shù)損失率；為第k起預想事故的發(fā)生概率，此處的預想事故僅考慮單條線路故障的情況；Ω_F為預想事故集合。能量損失率、用戶時戶數(shù)損失率和預想事故的發(fā)生概率利用如下的式(7)-式(9)進行計算：

式中：為第k起預想事故發(fā)生后所有損失的用戶數(shù)；N_SC為系統(tǒng)總用戶數(shù)；為第i個損失用戶的容量；為系統(tǒng)第j個用戶的容量；為第i個被切除用戶的等級因子，為系統(tǒng)第j個用戶的等級因子，等級因子均在0到1之間，且用戶越重要則等級因子越大；為第k起預想事故的故障修復時間；p_Fk為第k條線路的故障概率。

步驟S2所述構(gòu)建配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型，該數(shù)學模型實質(zhì)為一個多目標非線性優(yōu)化模型，其約束條件包括以下6個約束條件，如圖2所示：

a)潮流平衡約束

式中：P_Di和Q_Di分別為節(jié)點i的有功負荷和無功負荷；P_Gi為節(jié)點i的有功注入，當節(jié)點i不是電源節(jié)點時P_Gi＝0；Q_Ri為節(jié)點i的無功補償容量；G_ij和B_ij分別為節(jié)點i和j之間的轉(zhuǎn)移電導和電納；V_i和V_j為節(jié)點i和節(jié)點j的電壓大??；δ_i和δ_j為節(jié)點i和節(jié)點j的電壓相角。

b)電壓幅值約束

V_imin≤V_i≤V_imax (11)

式中：V_i為第i個節(jié)點的電壓幅值(標幺值)；V_imax和V_imin分別為第i個節(jié)點的電壓幅值上、下限(標幺值)。

c)線路潮流約束

|I_Lk|≤I_Lkmax (12)

式中：|I_Lk|為第k條線路上的電流幅值；I_Lkmax為第k條線路的最大載流量。

d)變壓器容量約束

|I_Tk|≤I_Tkmax (13)

式中：|I_Tk|為流過第k個變壓器的電流幅值；I_Tkmax為允許流過第k個變壓器的電流幅值上限。

e)無功補償容量約束

Q_Rimin≤Q_Ri≤Q_Rimax,i∈Ω_Q (14)

式中：Q_Ri為節(jié)點i的無功補償值，當節(jié)點i沒有無功補償裝置時Q_Ri＝0；Q_Rimin和Q_Rimax分別為節(jié)點i的無功補償容量下限和上限；Ω_Q為擁有無功補償設(shè)備的節(jié)點集合。

f)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約束

優(yōu)化前后保持配電網(wǎng)輻射狀結(jié)構(gòu)不變，且沒有孤島存在。

上述步驟2)所述構(gòu)建配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型，該數(shù)學模型實質(zhì)為一個多目標非線性優(yōu)化模型，該數(shù)學模型如下所示：

式中：F_i(x)為第i個子目標函數(shù)；h(x)＝0代表潮流平衡約束和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約束；g(x)≤0代表電壓幅值約束、線路潮流約束、變壓器容量約束、無功補償容量約束；x代表變量；ω_i為第i個子目標的權(quán)重，且滿足可以利用層次分析法進行確定，也可以直接根據(jù)實際需求來賦值；F_i^min為第i個子目標函數(shù)的最小值，通過求解如下非線性規(guī)劃問題得到：

min F_i(x)

式(16)中的h(x)＝0和g(x)≤0的定義與式(15)相同，求解式(16)得到的第i個子目標函數(shù)的最小值即為F_i^min。

步驟S3所述求解數(shù)學模型得到配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化結(jié)果，即選取合適的算法對式(15)的多目標優(yōu)化模型進行求解，最終得到的運行方式優(yōu)化結(jié)果，包括線路投運情況、無功補償情況以及各個子目標函數(shù)的值。

以下再以對圖3所示的3饋線14節(jié)點的配電網(wǎng)進行運行方式優(yōu)化為例，對本實施例的優(yōu)化方法進行說明。

本實施例使用圖3所示的3饋線14節(jié)點配電系統(tǒng)對提出的配電網(wǎng)綜合風險評估方法進行說明，圖3中節(jié)點1、節(jié)點2和節(jié)點3為饋入節(jié)點，其余節(jié)點為負荷節(jié)點，初始運行狀態(tài)下線路5-11、線路10-14和線路7-16上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)均處于打開狀態(tài)。為了不失一般性，各個負荷節(jié)點的用戶等級在0-1之間隨機取得，用戶數(shù)在1-10之間隨機取得，并假設(shè)同一節(jié)點的所有用戶的等級因子都相同，各條線路的故障屬性參數(shù)見表1所示。

表1支路故障屬性表

一般來說，對于中低壓配電網(wǎng)來說，用戶往往更關(guān)心整個配電網(wǎng)的抗風險能力，即在最終優(yōu)化得到的運行方式下其相應(yīng)的運行風險和網(wǎng)架風險應(yīng)當盡可能小，而其余的負載均衡性、網(wǎng)損以及電壓偏移程度等都是次要考慮的目標。因此在本實施例中設(shè)置各個子目標的權(quán)重分別為：節(jié)點電壓偏離程度權(quán)重ω₁＝0.025，線路負載均衡程度權(quán)重ω₂＝0.15，配電網(wǎng)網(wǎng)損權(quán)重ω₃＝0.025，運行風險權(quán)重ω₄＝0.4，網(wǎng)架風險權(quán)重為ω₅＝0.4。

為了表明本發(fā)明提出的運行方式優(yōu)化方法能夠正確對配電網(wǎng)運行方式進行優(yōu)化，首先對原算例系統(tǒng)在初始運行狀態(tài)下計算初始目標值，然后通過線路投運的調(diào)整得到優(yōu)化后的運行方式，并給出計算結(jié)果。調(diào)整后的運行方式中線路8-10、線路9-11和線路7-16上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于打開狀態(tài)，其余開關(guān)均閉合，初始狀態(tài)下和優(yōu)化后的狀態(tài)下的各子目標計算結(jié)果見表2所示，對建立的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化數(shù)學模型采用粒子群算法求解。

表2運行方式優(yōu)化前后對比

由表2可以看出，優(yōu)化后的方式與初始的運行方式相比，除了網(wǎng)架風險維持不變以外其余4個子目標均得到了不同程度的優(yōu)化，并且總體的目標函數(shù)值也得到了一定程度的下降，從而達到了技術(shù)、經(jīng)濟和風險綜合最優(yōu)的水平。

從優(yōu)化后的結(jié)果對比可以看出，本發(fā)明考慮運行和網(wǎng)架風險的配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化方法是合理的并且有效的。

通過上述說明可知，實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果：

在傳統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性等優(yōu)化目標的基礎(chǔ)上增加了運行風險和網(wǎng)架風險兩個目標，相比于傳統(tǒng)優(yōu)化方法更加全面；

將運行風險和網(wǎng)架風險納入配電網(wǎng)運行方式優(yōu)化中，運行風險反映了線路和變壓器的運行情況，網(wǎng)架風險反映了發(fā)生預想事故后所引起的后果，使得運行方式優(yōu)化更為科學合理；

利用加權(quán)和的形式將多個子目標合成為一個綜合目標，避開了傳統(tǒng)多目標優(yōu)化問題中繁瑣的討論步驟，使得多目標優(yōu)化模型求解更加簡便并且更加適用于工程應(yīng)用。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。