一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，步骤为：供电分区划分，包括用地小区划分、功能分区划分和供电分区划分；以变电站位置信息为基础，在供电分区的范围内，通过Delaunay三角剖分形成特定的变电站组团，确定供电架构；在用地小区负荷基础上，以中压线路日平均负荷率最大为目标，以中压线路的供电能力、供电半径为约束条件，通过将相邻用地小区的负荷优化组合，实现馈线优化。本发明提供一种适合各层级配电网特点和需求、对配电网规划具有针对性、适应性和可操作性的利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，可广泛应用于供电分区中。
【专利说明】-种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种供电分区方法，特别是关于一种利用Delaunay三角剖分的供电 分区方法。
【背景技术】
[0002] 供电分区是以高压配电变电站为源、中压线路为网，针对特定供电区域的供电网 络进行划分，以期达到供电可靠、线损合理的目的。供电分区有狭义与广义之分，狭义的供 电分区反映了供电区域情况，广义的供电分区在狭义供电分区的基础上，增加了供电架构、 馈线优化等反映电网分区的内容。现有的供电分区是将待规划区域按不同层次进行划分， 主要是采取两级分区方式。分区的原则是：一级区块的划分以大市政道路及河道等天然屏 障为分界标志，适当兼顾行政建制；二级区块的划分方法主要有自由分区法、均一网格法和 等负荷分区法三种，具体如下：
[0003] 1)自由分区法：该方法侧重于在原有供电网络的基础上，依据用地性质的不同， 将一级区块因地制宜地灵活划分成不规则的二级区块，每个二级区块即是一个相对独立的 "供电岛"，覆盖面积从几平方公里到几十平方公里不等。
[0004] 2)均一网格法：将一级区块按地理划分为均一大小的网格（一般以每个网格小于 lkm 2大小来划分），除去一些不可用的面积，获得二级区块真正可用的面积。根据其空间属 性，利用模糊规则进行评分，根据评分建立用地仿真的运输模型，目标函数为所有二级区块 的所有类型负荷的用地面积与评分的乘积之和最大，数学表达式为：
[0005] 目标函数：max2 ;
[0006] 约束条件：SAij 彡 ai，SAij 彡 bj，A"彡 0 ;
[0007] 其中'为分配给小区i的j类负荷用地的面积；为小区的评分，即小区i适 于类型j的发展程度；％为i小区的可用面积；h为各类负荷用地的面积预测总量。
[0008] 求解运输模型，获得土地的最佳分配，从而得出用地的负荷分布。
[0009] 3)等负荷分区法
[0010] 等负荷分区法是以街区为最小的负荷块，在选定核心街区的基础上，以各个分区 的负荷最均匀为目标，以供电半径的限制为约束条件，通过将若干相邻街区合并和调整实 现负荷优化分区。该方法根据等负荷原则进行分区，假设第m个分区所包含的街区的集合 为，则该分区的负荷值D m为：
[0011] Dm = g ^m)
[0012] 式中，Bi为集合^内第i个街区的负荷值。
[0013] 目标函数是使得负荷值最小分区与负荷值最大分区的负荷之比D^/D^尽可能 大。该法包括核心街区选定、街区合并和分区调整三个步骤。
[0014] 以上是现有的分区方法，由于这些方法考虑因素有限，因此都存在一定的局限性： 1)当前的分区方法只进行了两层划分，分区层次简单，并且一级区的划分只考虑了行政建 制和天然屏障，没有科学具体的方法指导，分层手段原始粗糙，不利于二级分区。2)二级分 区的自由分区法虽然方法简单易行，能有效利用原有配电网络平台及相关规划基础数据， 但在对二级块进行负荷预测时对预测方法的选择要求较高。3)二级分区的均一网格法在进 行分区时需要先掌握到规范、细致、全面的全区域数据，但实际规划时很难得到非常全面的 信息，此外小区评分方法本身也不完善，不利于实际应用。4)二级分区的等负荷分区法在对 大区域范围进行规划时，问题求解规模也会相应增大，此外对变电站位置的优化也存在局 限，常常因为寻优过程中对地理因素考虑不够，致使规划结果不适宜，而且以负荷均等为目 标进行规划不符合实际生产需求，常常造成局部设备利用率低下，结果不利于分区负荷预 测。
【发明内容】
[0015] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种适合各层级配电网特点和需求、对配电 网规划具有针对性、适应性和可操作性的利用Delaunay三角剖分的供电分区方法。
[0016] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用Delaunay三角剖分的供 电分区方法，包括以下步骤：1)供电分区划分：（1)用地小区划分：根据城市详细用地规划 及城市规划建设用地平衡表，将城市规划区分为工业用地、居住用地、商住混合用地，公共 设施用地、市政用地、道路广场用地、特殊用地；（2)功能分区划分：在用地小区划分的基础 上，结合城市详细用地规划中功能组团规划和区域定位，将规划区进行功能分区划分，划分 为商业区、工业区、市政区和居民区；采用空间负荷预测法对功能分区中的每个用地小区的 负荷值进行预测，根据每个用地小区的负荷预测值计算得到功能分区的负荷密度和负荷特 性曲线；（3)供电分区划分：将空间上相邻的具有相似负荷密度、供电可靠性要求的多个功 能分区归并形成供电分区；2)确定供电架构：供电架构是以变电站位置信息为基础，在供 电分区的范围内，通过Delaunay三角剖分形成特定的变电站组团，确定供电架构的具体方 法包括以下步骤：（1)建立Delaunay三角网格；（2)Delaunay三角网格的第一次修正：若 两变电站之间的实际距离大于或等于两变电站的最大有效供电半径之和，则删除这两个变 电站之间的连线；反之，则保留这两个变电站之间的连线；（3)Delaunay三角网格的第二次 修正：根据下列准则，判断Delaunay三角网格中变电站间的连线是否保留：①网络不宜跨 区供电；②网络不宜跨江、跨河、跨山供电，但如果绕过两变电站之间的阻隔物后线路总长 度小于或等于两变电站之间直线距离的1. 2倍时，可不必将连线删除；③网络不宜跨越不 同类型的供电分区；3)馈线优化：在用地小区负荷基础上，以中压线路日平均负荷率最大 为目标，以中压线路的供电能力、供电半径为约束条件，通过将相邻用地小区的负荷优化组 合，实现馈线优化，馈线优化的具体方法包括以下步骤：（1)选定核心用地小区：选定N个用 地小区作为中压馈线优化的核心，称为核心用地小区；（2)小区合并：在变电站供电范围内 以核心用地小区为核心，合并周围其它小区，形成N个分区集合;⑶分区调整：小 区合并结束后，进一步对分区集合0 i?0 1<进行调整，具体方法包括以下步骤：①找出分区 集合具有最小负荷率的分区集合Pmin;②找到与分区集合P min相邻的用地小 区a及用地小区a所在的分区集合0t6m;③分区集合0min和分区集合0 t6m的日平均负荷 率之和为1\，将a合并到分区集合0_后，重新计算分区集合Pmin和分区集合P t6m的日 平均负荷率，得到分区集合0 min和分区集合0 的日平均负荷率之和为T2，如果< T2， 并且分区集合不会因失去a而分为两部分，则把a从分区集合中分离并合并到 分区集合0 min中，引入参量h，令h = 1，进入到步骤⑤；否则，进入到步骤④；④判断与分区 集合0_相邻的用地小区是否搜索完毕，若还有小区未搜索，则选取新的用地小区a及其 所在的分区集合P ;令h = 1，返回第三步，否则h = 0 ;⑤判断h是否等于0,若等于0， 则调整结束，否则返回步骤①。
[0017] 所述步骤2)中Delaunay三角网格的建立包括以下步骤：①建立初始三角网格： 在供电分区内建立参考坐标系，将变电站站址进行坐标定位，形成一系列散点集合，找到 一个包含该散点集合的矩形作为辅助窗口，连接矩形中的任意一条对角线，形成两个三角 形，运用L0P局部优化算法生成初始的Delaunay三角网格；②逐点插入：在Delaunay三 角网格里面插入散点集合中的一个点，找到该点所在的三角形，搜索该点所在的三角形的 邻接三角形，并对搜索到的邻接三角形进行空外接圆检测，找到外接圆包含该点的所有三 角形并删除这些三角形，形成一个包含该点的多边形空腔，即Delaunay空腔；连接该点与 Delaunay空腔的每一个顶点，形成新的Delaunay三角网格；③删除辅助窗口：重复步骤②， 判断散点集合中是否还存在未插入到Delaunay三角网格中的点，若不存在，则将顶点包含 作为辅助窗口的矩形的三角形全部删除，完成Delaunay三角网格的建立；若存在，则将该 点作为新的插入点，返回步骤②。
[0018] 所述步骤3)中小区合并的具体方法包括以下步骤：①开辟N个用地小区集合 3 i?0 N作为分区集合，把各个核心用地小区分别放入对应的分区集合中，计算各分区集 合的日平均负荷率，找出日平均负荷率最低的分区集合P min;②找出与分区集合Pmin相邻 的未合并小区，把其中与分区集合Pmin合并后使得分区集合0_的负荷率最大者放入分 区集合0_中，并把合并后的负荷率作为分区集合P min的新负荷率；③判断用地小区是否 都被合并完，如果已合并完，则进入步骤（3);如果用地小区没有合并完，重新衡量分区集 合^^的负荷率，找出负荷率最低的分区集合P min，返回步骤②。
[0019] 所述步骤3)中日平均负荷率就是每个分区内每日24个整点负荷的平均值与日最 大负荷的比值：
[0020]
【权利要求】
1. 一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，包括以下步骤： 1) 供电分区划分： (1) 用地小区划分：根据城市详细用地规划及城市规划建设用地平衡表，将城市规划 区分为工业用地、居住用地、商住混合用地，公共设施用地、市政用地、道路广场用地、特殊 用地； (2) 功能分区划分：在用地小区划分的基础上，结合城市详细用地规划中功能组团规 划和区域定位，将规划区进行功能分区划分，划分为商业区、工业区、市政区和居民区；采用 空间负荷预测法对功能分区中的每个用地小区的负荷值进行预测，根据每个用地小区的负 荷预测值计算得到功能分区的负荷密度和负荷特性曲线； (3) 供电分区划分：将空间上相邻的具有相似负荷密度、供电可靠性要求的多个功能 分区归并形成供电分区； 2) 确定供电架构：供电架构是以变电站位置信息为基础，在供电分区的范围内，通过 Delaunay三角剖分形成特定的变电站组团，确定供电架构的具体方法包括以下步骤： (1) 建立Delaunay三角网格； (2) Delaunay三角网格的第一次修正：若两变电站之间的实际距离大于或等于两变电 站的最大有效供电半径之和，则删除这两个变电站之间的连线；反之，则保留这两个变电站 之间的连线； (3) Delaunay三角网格的第二次修正：根据下列准则，判断Delaunay三角网格中变电 站间的连线是否保留： ① 网络不宜跨区供电； ② 网络不宜跨江、跨河、跨山供电，但如果绕过两变电站之间的阻隔物后线路总长度小 于或等于两变电站之间直线距离的1. 2倍时，可不必将连线删除； ③ 网络不宜跨越不同类型的供电分区； 3) 馈线优化：在用地小区负荷基础上，以中压线路日平均负荷率最大为目标，以中压 线路的供电能力、供电半径为约束条件，通过将相邻用地小区的负荷优化组合，实现馈线优 化，馈线优化的具体方法包括以下步骤： (1)选定核心用地小区：选定N个用地小区作为中压馈线优化的核心，称为核心用地小 区； ⑵小区合并：在变电站供电范围内以核心用地小区为核心，合并周围其它小区，形成 N个分区集合P i?3 N ; (3)分区调整：小区合并结束后，进一步对分区集合^^进行调整，具体方法包括 以下步骤： ① 找出分区集合P i?P N中具有最小负荷率的分区集合P min ; ② 找到与分区集合Pmin相邻的用地小区a及用地小区a所在的分区集合0t6m; ③ 分区集合Pmin和分区集合P 的日平均负荷率之和为T1，将a合并到分区集合 3_后，重新计算分区集合Pmin和分区集合Ptrai的日平均负荷率，得到分区集合P min和分 区集合Pt6m的日平均负荷率之和为T2，如果T1 < T2，并且分区集合Pt6m不会因失去a而 分为两部分，则把a从分区集合P t"中分离并合并到分区集合P min中，引入参量h，令h = 1，进入到步骤⑤；否则，进入到步骤④； ④ 判断与分区集合0 min相邻的用地小区是否搜索完毕，若还有小区未搜索，则选取新 的用地小区a及其所在的分区集合;令}!= 1，返回第三步，否则h = 0; ⑤ 判断h是否等于0,若等于0,则调整结束，否则返回步骤①。
2. 根据权利要求1所述的一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，其特征在于： 所述步骤2)中Delaunay三角网格的建立包括以下步骤： ① 建立初始三角网格：在供电分区内建立参考坐标系，将变电站站址进行坐标定位，形 成一系列散点集合，找到一个包含该散点集合的矩形作为辅助窗口，连接矩形中的任意一 条对角线，形成两个三角形，运用LOP局部优化算法生成初始的Delaunay三角网格； ② 逐点插入：在Delaunay三角网格里面插入散点集合中的一个点，找到该点所在的三 角形，搜索该点所在的三角形的邻接三角形，并对搜索到的邻接三角形进行空外接圆检测， 找到外接圆包含该点的所有三角形并删除这些三角形，形成一个包含该点的多边形空腔， 艮P Delaunay空腔；连接该点与Delaunay空腔的每一个顶点，形成新的Delaunay三角网格； ③ 删除辅助窗口 ：重复步骤②，判断散点集合中是否还存在未插入到Delaunay三角网 格中的点，若不存在，则将顶点包含作为辅助窗口的矩形的三角形全部删除，完成Delaunay 三角网格的建立；若存在，则将该点作为新的插入点，返回步骤②。
3. 根据权利要求1所述的一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，其特征在于： 所述步骤3)中小区合并的具体方法包括以下步骤： ① 开辟N个用地小区集合P1?Pn作为分区集合，把各个核心用地小区分别放入 对应的分区集合中，计算各分区集合的日平均负荷率，找出日平均负荷率最低的分区集合 ^ min ； ② 找出与分区集合Pnlin相邻的未合并小区，把其中与分区集合Pnlin合并后使得分区 集合Pmin的负荷率最大者放入分区集合Pmin中，并把合并后的负荷率作为分区集合^ min的新负荷率； ③ 判断用地小区是否都被合并完，如果已合并完，则进入步骤（3);如果用地小区没有 合并完，重新衡量分区集合P i?P N的负荷率，找出负荷率最低的分区集合P min，返回步骤 ②。
4. 根据权利要求2所述的一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，其特征在于： 所述步骤3)中小区合并的具体方法包括以下步骤： ① 开辟N个用地小区集合P1?Pn作为分区集合，把各个核心用地小区分别放入 对应的分区集合中，计算各分区集合的日平均负荷率，找出日平均负荷率最低的分区集合 ^ min ； ② 找出与分区集合Pnlin相邻的未合并小区，把其中与分区集合Pnlin合并后使得分区 集合Pmin的负荷率最大者放入分区集合Pmin中，并把合并后的负荷率作为分区集合^ min的新负荷率； ③ 判断用地小区是否都被合并完，如果已合并完，则进入步骤（3);如果用地小区没有 合并完，重新衡量分区集合P i?P N的负荷率，找出负荷率最低的分区集合P min，返回步骤 ②。
5. 根据权利要求1?4任一项所述的一种利用Delaunay三角剖分的供电分区方法，其 特征在于：所述步骤3)中日平均负荷率就是每个分区内每日24个整点负荷的平均值与日 最大负荷的比值：
【文档编号】G06Q50/06GK104331847SQ201410655779
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】宋毅, 刘艳茹, 薛振宇, 李敬如, 刘海波, 李红军, 杨卫红, 靳夏宁 申请人:国家电网公司, 国网北京经济技术研究院