基于K-means聚类的配电网网架的构建方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及配电网网架构建技术领域，具体设及一种基于K-means聚类的配电网 网架的构建方法。
【背景技术】
[0002] 现今中国城市配电网正处于高速发展阶段，作为电力网络中最接近用户的部分， 需要对配电网进行科学的优化规划，W期保证电网结构的合理性和运行的安全性、经济性， 提高配电网供电质量。目前广泛采用粒子群算法、蚁群算法、遗传算法、模拟退火法、禁忌捜 索法等算法对配电网网架进行优化。
[0003] 但上述诸多算法对配电网网架进行优化时，均是一次性计入所有实际负荷点，计 算难度大且难W产生全局最优解，也未能体现有序的网络结构和清晰的脉络，给运行人员 的高效调度管理带来极大的阻碍。
[0004] 此外，规划各阶段中决策变量的维度、准确性及稳定性将极大的影响网络的最终 结构，传统规划方案的变量维度高且波动性强，易导致计算结果变化频繁，而工程实际中网 络结构需具有较强的稳定性。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种配电网层次结构简单清晰的基于 K-means聚类的配电网网架的构建方法。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方为：
[0007] 提供一种基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其包括W下步骤
[000引读取配电网中所有负荷节点的电力需求量及地理位置和主干网架单条线路的容 量；
[0009] 通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的数目；
[0010] 根据所述负荷节点的地理位置和所述待分区的数目，基于K-means聚类对配电网 中所有负荷节点进行分区的划分，并获取每个分区内的等效负荷点；
[0011] 连接变电站和等效负荷节点，直至将变电站与所有等效负荷点形成环路构建成配 电网主干网架；
[0012] 基于每个分区内的负荷节点导通时，分区内布置线缆最短的原则，连接每个分区 内的负荷节点和等效负荷点构建成配电网网架。
[0013] 本发明的有益效果为；将配电网中的负荷节点进行分区后，通过配电网中变电站 和获得的等效负荷点进行配电网主干网架的构建，再对分区中的负荷节点进行连接来完成 整个配电网网架的构建。
[0014] 采用该方法构建的配电网架减小网架生成过程中的数学运算规模，其与传统配电 网构建相比层次结构简单明朗，各分区范围明确，便于运行人员决策和管理。
[0015] 由于整个配电网网架由主干网架和分区内负荷节点进行连接构成的次级网架构 成，其网络层次与现有技术相比网络层级更少，可相应减少电力传输路径上的电压损耗；分 区内负荷节点的连接基于布置线缆最短的原则，使配电网的线路建设费用远远低于传统的 一次性计入所有实际负荷点的构建方式。
[0016] 整个配电网网架基本上是基于线路最短的原则进行构建的，在线路建设费用方面 远低于现有技术一次性计入所有实际负荷点的方式，采用分区理念可降低变电站出线端的 载流量，选取性价比更优的线路。
[0017] 主干网架亦采用环形设计，双重的转供保障使得配电网网架的结构具有更好的可 靠性。
【附图说明】
[0018] 图1为基于K-means聚类的配电网网架的构建方法的流程图。
[0019] 图2为基于K-means聚类对配电网进行分区的划分和获取每个分区的等效负荷点 的流程图。
[0020] 图3为最短环路法的设计思路。
[0021] 图4为配电网主干网架已构建完成后的一个示例图。
[0022] 图5为每个分区内的负荷节点进行连接的流程图。
[0023] 图6为33个负荷节点按标准接线方式构建的配电网网架。
[0024] 图7为采取本方法构建的配电网网架。
[0025] 图8为标准接线方式构建的配电网网架与采取本方法构建的配电网网架的负荷 节点电压对比。
【具体实施方式】
[0026] 下面对本发明的【具体实施方式】进行描述，W便于本技术领域的技术人员理解本发 明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，该些变化是显而易 见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0027] 参考图1，图1示出了基于K-means聚类的配电网网架的构建方法的流程图；该流 程图包括步骤101到步骤105 ;
[002引在步骤101中，读取配电网中所有负荷节点的电力需求量及地理位置和主干网架 单条线路的容量。
[0029] 在步骤102中，通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的数目。
[0030] 在本发明的一个实施例中，通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的 数目进一步包括：
[0031] 计算电网中所有负荷节点的电力需求量之和与主干网架单条线路的容量的比 值；
[0032] 若比值为整数，将比值作为待分区的数目；若比值非整数，对比值取整后加一作为 待分区的数目。
[0033] 设计时，还可W在配电网中设置一些能够为电网提供一定电量的分布式电源，分 布式电源的接入，能一定程度改善电网的线路负载率、电压水平及总网损。
[0034] 若是在配电网中增加了分布式电源后，此时计算配电网待分区的数目时就还需要 考虑所有分布式电源所提供的电量：
[0035] 计算电网中所有负荷节点的电力需求量之和与所有分布式电源提供的电量之和 的差值，并获取该差值与主干网架单条线路的容量的比值；
[0036] 若比值为整数，将比值作为待分区的数目；若比值非整数，对比值取整后加一作为 待分区的数目。
[0037] 上述关于待分区的数目的获取可W采用下面的公式进行计算：
[00%]
【主权项】
1. 一种基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在于，包括W下步骤： 读取配电网中所有负荷节点的电力需求量及地理位置和主干网架单条线路的容量； 通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的数目； 根据所述负荷节点的地理位置和所述待分区的数目，基于K-means聚类对配电网中所 有负荷节点进行分区的划分，并获取每个分区内的等效负荷点； 连接变电站和等效负荷节点，直至将变电站与所有等效负荷点形成环路构建成配电网 主干网架； 基于每个分区内的负荷节点导通时，分区内布置线缆最短的原则，连接每个分区内的 负荷节点和等效负荷点构建成配电网网架。
2. 根据权利要求1所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在于，所 述基于K-means聚类对配电网中所有负荷节点进行分区的划分，并获取每个分区内的等效 负荷点进一步包括： 步骤S1、从配电网中的所有负荷节点中选取与分区数目相匹配的负荷节点作为初始聚 类中屯、； 步骤S2、计算配电网中的每个负荷节点到每个初始聚类中屯、的距离； 步骤S3、比较每个负荷节点到每个初始聚类中屯、的距离，将负荷节点划分至离其最近 的聚类中屯、所在的区域； 步骤S4、计算每个区域内所有负荷节点地理坐标的平均值作为每个区域的聚类中屯、； 步骤S5、判断通过每个区域内负荷节点地理坐标获得的聚类中屯、的次数；若大于等于 两次，进入步骤S6 ;若小于两次，返回步骤S2 ; 步骤S6、比较每个区域最后两次得到的聚类中屯、的地理坐标： 若每个区域最后两次的聚类中屯、的地理坐标存在差异，返回步骤S2 ; 若每个区域最后两次的聚类中屯、的地理坐标无差异，进入步骤S7 ; 步骤S7、将最后一次划分的区域作为配电网的分区，将最后一次计算得到的聚类中屯、 作为配电网每个分区的等效负荷点。
3. 根据权利要求1或2所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在 于，所述基于每个分区内的负荷节点导通时，分区内布置线缆最短的原则，连接每个分区内 的负荷节点和等效负荷点构建成完整的配电网网架进一步包括W下步骤： A1、计算每个分区中等效负荷点与该分区中的所有负荷节点之间的距离； A2、连接所述等效负荷点与其距离最近的负荷节点； A3、计算每个分区中未连接的负荷节点与等效负荷点和已连接的负荷节点间的距离； A4、连接距离最短的两个负荷节点或距离最短的负荷节点和等效负荷点； A5、判断分区中是否存在未连接的负荷节点： 若存在未连接的负荷节点，返回步骤A3直至构建成完整的配电网网架。
4. 根据权利要求3所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在于，所 述配电网主干网架的构建基于闭环设计，开环运行的原则。
5. 根据权利要求4所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在于，所 述配电网主干网架设置有一条备供线路，所述备供线路的构建方法为： 调整变电站两侧连接等效负荷点线缆上的等效负荷点的连接个数，直至变电站两侧线 缆上的累积负荷量相近似，并将连接变电站两侧线缆末端的等效负荷点的线缆作为配电网 主干网架的备供线路。
6. 根据权利要求1、2、4或5所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特 征在于，所述通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的数目进一步包括： 计算电网中所有负荷节点的电力需求量之和与主干网架单条线路的容量的比值； 若所述比值为整数，将所述比值作为所述待分区的数目； 若所述比值非整数，对所述比值取整后加一作为所述待分区的数目。
7. 根据权利要求6所述的基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其特征在于，所 述配电网中还设置有为电网提供电量的分布式电源，此时所述计算配电网待分区的数目进 一步包括： 计算电网中所有负荷节点的电力需求量之和与所有分布式电源提供的电量之和的差 值，并获取所述差值与所述主干网架单条线路的容量的比值； 若所述比值为整数，将所述比值作为所述待分区的数目； 若所述比值非整数，对所述比值取整后加一作为所述待分区的数目。
【专利摘要】本发明公开了一种基于K-means聚类的配电网网架的构建方法，其包括：读取配电网中所有负荷节点的电力需求量及地理位置和主干网架单条线路的容量；通过电力需求量与主干网架容量计算配电网待分区的数目；根据所述负荷节点的地理位置和所述待分区的数目，基于K-means聚类对配电网中所有负荷节点进行分区的划分，并获取每个分区内的等效负荷点；连接变电站和等效负荷节点，直至将变电站与所有等效负荷点形成环路构建成配电网主干网架；基于每个分区内的负荷节点导通时，分区内布置线缆最短的原则，连接每个分区内的负荷节点和等效负荷点构建成配电网网架。
【IPC分类】G06Q50-06
【公开号】CN104537580
【申请号】CN201510040902
【发明人】刘友波, 刘俊勇, 徐芮, 杨洋
【申请人】四川大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月27日