一种考虑设备综合利用率的配电网改造方法与流程

本发明涉及电力系统规划领域，尤其涉及一种考虑设备综合利用率的配电网改造方法。

背景技术：

随着经济的发展，电网负荷迅速增长，常常需要对已有的配电网进行改造。从电网规划角度而言，设备合理负载能力和实际利用水平应满足各类设备经济运行区间的约束，以保证规划与运行能够相互协调。

现有的配电网改造工程中，由于规划阶段对用电负荷的预测不准确、变电站的主变台数或选型不恰当、或者运行期间的网络结构不合理等原因，使得配电网改造存在一定盲目性，往往导致电网设备的利用率不合理，一些设备利用率低，而一些设备利用率高。设备利用率过低则造成对改造成本的浪费，而设备利用率过高则易导致安全问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种考虑设备综合利用率的配电网改造方法，能够将电网设备的利用率控制在合理范围，提高电网运营效益，并提高电网安全性。为了达成上述目的，本发明采用如下解决方案：

第一方面，提供一种考虑设备综合利用率的配电网改造方法，包括：

获取待改造的配电网的描述数据，根据所述描述数据确定约束条件；所述约束条件用于指示所述配电网需要改造的薄弱项；

根据所述描述数据预测所述配电网内的电网设备的负荷预测值，并根据所述负荷预测值计算得到所述电网设备的利用率；

根据所述约束条件和所述电网设备的利用率，确定需改造电网设备的标识信息；所述标识信息包括需改造的电网设备的类型以及改造后所要达到的参数要求。

本发明的实施例所提供的配电网改造方法，首先获取配电网的描述数据，配电网的描述数据为电力量测系统所获取的关于配电网的数据，例如户用电数据、调度运行数据、地理信息系统数据、设备检测和监测数据以及故障抢修数据等。这些数据可为配电网的扩展规划提供详尽的参考信息。进一步地，确定配电网需要改造的薄弱项，计算得到配电网内电网设备的利用率。这里，配电网内电网设备的利用率，可以指配电网内的部分或者全部电网设备。然后根据利用率确定对哪些薄弱项进行改造，包括需要改造的电网设备的类型和经过改造后所要达到的参数要求，从而全面准确低将配电网内电网设备的利用率控制在合理范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例所提供的配电网改造方法流程示意图；

图2为本发明的实施例中所例举的一种配电网网络结构示意图；

图3为本发明的实施例中所例举的配电网典型日负荷曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明的实施例提供一种考虑设备综合利用率的配电网改造方法，结合图1所示，包括以下步骤：

101、获取待改造的配电网的描述数据，根据描述数据确定约束条件。

对配电网现状进行分析。包括基于描述数据获得配电网设备和网络的参数及运行情况。对配电网当前供电安全水平进行评估，获得需要解决约束条件集合。以下通过101-1和101-2两个步骤进行说明。

101-1、基于描述数据获得配电网设备和网络的参数及运行情况。

配电网的描述数据为电力量测系统所获取的关于配电网的数据，包括但不限于以下所列举的至少一项：(1)文本资料，如市政规划、经济分析、电网描述、问题分析、配电网用户的用电数据等。(2)图形资料，如从地理信息系统(英文全称：Geographic Information System，英文简称：GIS)获得电网地理接线图的等。(3)属性信息，如从管理信息系统(英文全称：Management Information Systems，英文简称：MIS)获得电网参数和结构，设备属性参数等。(4)运行资料，如从数据采集与监视控制系统(英文全称：Supervisory Control And Data Acquisition，英文简称：SCADA)及高级计量体系(英文全称：Advanced Metering Infrastructure，英文简称：AMI)中获取变电站功率、线路运行情况、用电负荷信息等。

101-2、基于获取的描述数据，对待改造的配电网当前供电安全水平进行评估，获得需要解决的约束条件。

约束条件用于指示电网运行的薄弱环节，即配电网需要改造的薄弱项。约束条件的集合表示为：G＝{g₁，g₂,…,g_n}，其中g_i为改造过程中需要解决的约束。约束集合考虑N-1准则的供电可靠性，故障条件下转供负荷的能力，最大持续工作电流约束，热稳定约束等。

102、根据描述数据预测配电网内的电网设备的负荷预测值。

配电网电力负荷需求预测，包括总量、分区和空间负荷预测。并进一步考虑N-1情况及负荷转供情况，获得不同运行方式下的负荷分布。

在一种具体的实施方式中，针对中近期的负荷进行预测，采用趋势外推法，利用历史数据通过各种数学模型进行趋势外推，以获得目标时间段的总量发展规律。

实施中可用的预测模型和方法包括弹性系数法、时间序列、灰色系统、相关分析法和等增长率法，此处对预测模型不做具体要求。

由于影响负荷需求的不确定性因素较多，负荷预测可采用多种方法进行，实施过程中可制定不少于2个的预测方案，并最终取其一作为配电网改造设计的基础。

103、根据负荷预测值计算得到电网设备的利用率。

考虑到不同运行模式对电网设备利用率的影响，电网设备的利用率求取，需确定运行模式的类型并对多种运行模式对利用率的影响做综合考量。以下通过103-1和103-2两个步骤进行说明。

103-1、配电网供电不同运行模式的确定。

运行模式的数量为组成配电网的所有环节的运行状态数量。系统运行分为正常运行状态、检修状态和故障运行状态。设定配电网运行模式的集合用A表示，A＝{A¹,A²,A³}，其中，为正常运行状态的集合，表示为第i种网络拓扑和架构，K¹为总的状态数，即正常运行状态下运行模式的数量。检修状态和故障运行状态分布的集合分别由和表示，K²为状态检修情况下出现的电网运行状态数量，即检修状态下运行模式的数量；K³为故障情况下出现的电网运行状态数量，即故障运行状态下运行模式的数量。

103-2、电网设备利用率指标的求取。

在正常运行状态下，根据电网设备在预设时长内的负荷均值情况，计算得到电网设备的利用率。

负荷均值根据第一公式计算得到。

第一公式为:

P_avg表示负荷均值，P_t表示步骤102中得到的负荷预测值，T表示预设时长。进一步计算利用率的过程将在后文说明。

在检修状态和故障运行状态下，根据电网设备在预设时长内的负荷最大值，计算得到电网设备的利用率。

负荷最大值根据第二公式计算得到。

第二公式为:

P_N-1表示负荷最大值，α表示电网设备承载负荷的标准差，

$\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{{\∫}_0^T{(P_t-P_{avg})}^{2}dt}{T}}.$

利用率计算过程说明：

根据第三公式计算得到电网第i个设备的利用率η_i。

第三公式为：

其中，K＝K¹+K²+K³，K表示配电网运行模式的总数量，运行模式的数量为组成配电网的所有环节的运行状态数量。K¹表示正常运行状态下运行模式的数量。K²表示检修状态下运行模式的数量。K³表示故障运行状态下运行模式的数量。

λ_k＝T_k/T为第k种运行模式在时间段T中所占的时间比例，

T_k为第k种运行模式所持续的时间；

ηik为第i个设备在第k种运行模式下的设备利用率，

R_ik为在第k种运行模式下，经过潮流计算得到的第k个元件运行时通过的功率。

Z_ik＝S_ik×C_ik，S_ik为元件i标称的额定容量或在第k种运行模式下可以过载运行的极限容量。C_ik为元件i在第k种运行模式下的元件使用效率。

η_i可以评价电网设备在一个固定周期T内的利用率情况，η_i的具体数值取决于评价时选取的时间周期T的长短以及该段时间周期内设备实际的用电情况。

有效设备利用率η_i越大，说明在同样的时间周期内，电网设备实际电量越多，利用率越高，设备越能得到充分的利用。η_i能够充分考虑设备的实际运行情况，能够比较全面的反映设备的有效利用率，实际应用中，可以考虑对月/季度/年中典型时间段的设备数据进行采集，计算其同一时间周期内不同时间的段的容量因子，从而反映设备该时段内的利用情况。

104、根据约束条件和电网设备的利用率，确定需改造电网设备的标识信息。

标识信息包括需改造的电网设备的类型，即哪些电网设备需要改造，标识信息还包括改造后所要达到的参数要求，即改造后的电网设备需要达到什么规格。

在一种具体的实施方式中，可同时考虑电网设备的利用率和配电网内电网设备的均衡利用率。已达到尽可能高效的利用每个电网设备和尽可能均衡的所有电网设备负荷两个目标。以下通过104-1和104-2两个步骤进行说明。

104-1、根据设备利用率确定配电网改造方案集合。

改造方案集合可以是由需改造电网设备的标识信息所组成的集合。

具体的，在考虑约束集合G的基础上，针对电网设备利用率最小的元件，选择降低改造投资，如减小线路的截面积，或更换小容量设备。对于利用率过高，及供电瓶颈设备，提升对其投资，更换为较大容量设备。尽可能高效的利用每个电网设备，将电网设备的利用率保持在合理范围。

104-2、根据配电网内电网设备的均衡利用率对配电网改造方案集合进行筛选。

进行筛选的目的在于，尽可能高效的利用每个电网设备的条件下，尽可能均衡的利用所有电网设备。

可选的，根据电网设备的利用率，确定配电网内电网设备的均衡利用率。根据约束条件、电网设备的利用率以及均衡利用率，确定经过筛选的改造方案集合。

具体的，均衡利用率可根据第四公式计算得到。

第四公式为：

Index(X)表示均衡利用率，N表示配电网内电网设备的数量。

描述系统中N个设备总的利用率之和。

描述各个设备间的利用率尽可能均衡的情况。

C₁和C₂分别为两个预设的权重值。当C₁＝0时，第四公式的目标是使所有电网设备均衡利用，当C₂＝0时，不考虑设备是否能够均衡，使总的设备利用率最高。通常情况下，C₁和C₂的值，可分别取2和1。

步骤104-1获得改造方案集合后，根据104-2计算得到均衡利用率，观察较原始的均衡利用率取值的改善情况以及利用系数的变化，直至对于改造任意一个电网设备，都无法提升均衡利用率为止。

此时，可以认为均衡利用率取得最大值，将此时由标识信息所组成的集合作为经过筛选的改造方案集合。

105、判断配电网改造方案是否满足经济性和安全性要求。

根据经济性和安全性要求，对改造方案集合进一步筛选优化，最终确定满足经济性和安全性要求的需改造电网设备的标识信息。以下分别就经济性要求和安全性要求两方面作说明。

第一方面，经济性要求。体现在需要满足投资的总约束，实施中可采用如下公式确认是否满足经济型要求：

$\underset{k=1}{\overset{N_T}{\Σ}}\frac{C_B^k\left(X\right)}{{(1+r_a^{\±})}^{y_{k-1}}}\≤M_{invest}$

式中，M_invest为电网改造投资总预算；r_a为资金的利率或贴现率；y(i)为第i阶段包含的年数；为第k-1阶段电网扩建的投资建设费用。

第二方面，安全性要求。安全性目标体现在满足N-1校核、短路电流计算等校核。

如果不满足以上两方面其中一方面的要求，则加入不满足的约束条件至约束集合G中，更新约束条件跳转至步骤104，重新进行配电网改造方案的制定，根据更新后的约束条件和电网设备的利用率，更新电网设备标识信息，直到电网设备标识信息满足安全性要求时，跳转至106。

106、预测经过改造后的配电网中，电网设备的利用率η_i以及均衡利用率Index(X)。

经过以上筛选步骤，确定配电网改造方案，并给出改造后可能实现的电网设备利用率η_i和整个系统的均衡利用率Index(X)，以指示经过改造后可以达到的效果，并为将来进一步改造提供数据支持。

基于上述步骤所描述的配电网改造方法，以下做具体的案例说明。

以配电网网络结构如图2所示的情况为例，包含4条110kV线路和5台变压器。变压器T1～T3同属一座变电站，其中T1采用线路-变压器组的接线方式，T2和T3采用单母线分段接线方式，三台变压器的低压侧通过母线分段断路器相连。变压器T4和T5位于同一变电站，采用单母线连接方式。线路和变压器参数如表1和表2所示。

表1算例线路数据

表2算例变压器数据

由于所供应负荷超过原规划设计，需要通过扩容的方式进行配电网改造，具体扩建方案包括两种，方案1为对线路L1～L4进行扩建改造。方案2为对变压器T1～T5进行扩建改造。该配电系统典型日的负荷曲线如图3所示，系统的最大负荷的功率因数要求设定为

在进行均衡状态分析时，需要对待处理的配电网络进行各种故障状况的分析，并汇总得到相应的均衡效率与均衡容量。对于样例系统的预想事故可以进行分析，则部分运行模式下的设备利用效率情况如表3所示。

表3部分运行模式下的设备利用效率情况

由表3可知，在均衡效率方面，线路L3和线路L4的效率较低，说明在均衡情况下没有达到充分利用这些元件的目的，与系统不同的运行方式有较大的关系，线路L1和线路L2的最大可用情况可以认为得到了较好的利用，并表明在特定情况下，运行在极限状态。变压器的综合利用效率较高，平均情况下接近90％，同时考虑到若多个设备同时检修，或有设备进行检修，而此时再发生故障，如情况11所示，则变压器承担较重负载。根据我国中压配电变电站运行导则的规定，主变最大允许的过载系数超过1.3时，允许过载时间应该小于45分钟。若无法在限定时间内排出故障，则有必要进行变压器扩容，因此扩建过程应该选择对变压器进行改造，尤其是对于T4变压器。

作为一种具体的实施方式，该方法考虑了配电网不同的运行状态和负荷情况，追求尽可能高效的利用每个元件设备和尽可能均衡的利用所有元件设备目标，通过设备综合利用率指标的分析帮助获得最佳的扩展规划方案，为配电网建设提供一种思路。

本发明的实施例所提供的配电网改造方法，首先获取配电网的描述数据，配电网的描述数据为电力量测系统所获取的关于配电网的数据，例如户用电数据、调度运行数据、地理信息系统数据、设备检测和监测数据以及故障抢修数据等。这些数据可为配电网的扩展规划提供详尽的参考信息。进一步地，确定配电网需要改造的薄弱项，计算得到配电网内电网设备的利用率。这里，配电网内电网设备的利用率，可以指配电网内的部分或者全部电网设备。然后根据利用率确定对哪些薄弱项进行改造，包括需要改造的电网设备的类型和经过改造后所要达到的参数要求，从而全面准确低将配电网内电网设备的利用率控制在合理范围。

由于配电网的描述数据为电力量测系统实测得到数据，使得最终获得的改造方案即能够准确解决运行中的薄弱环节，同时也能够满足未来电网发展需求。

另外，本发明的实施例所提供的配电网改造方法，在满足约束条件的情况下，追求尽可能高效的利用每个电网设备和尽可能均衡的利用所有电网设备两个目标，能够有效提高电网运营效益。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。