一种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法

文档序号:10570474阅读:222来源:国知局
一种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法
【专利摘要】本发明公开一种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,包括以下步骤:数据准备:包括负荷信息、变电站备选点位置信息,单位线路和变电站的建设成本,单位失负荷成本,单位线损成本,行业负荷预测技术所需的实用系数和阶段系数的数据库;基于负荷点报装容量,利用行业负荷预测技术对负荷点负荷进行预测;通过遗传算法种群操作完成配电站选址工作,得到选中点集合;基于Voronoi图理论完成负荷点的分配工作,并采用基于蒙特卡洛的区间估计计算线路电流、配电站电容;将规划期内总成本作为最小化的目标函数,计算目标函数,输出最优结果。本发明使得配网规划方法更趋近于实际情况,反映实际配网建设运行的成本,为新形势下配电网建设的投资提供决策支持。
【专利说明】
一种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法
技术领域:
[0001] 本发明属于配电网络规划领域,具体涉及一种基于行业负荷预测技术的配电网规 划方法。
【背景技术】:
[0002] 随着城市的发展,城市地区特别是市区的土地资源越来越稀缺,配电站建设费用 不菲,而用户的用电需求不断增长,用户报装容量增长迅猛。另一方面,配电站利用效率不 高,间隔已开放完毕的配电站长期处于轻载运行状态。根据电力公司实际运行情况来看,一 般用户报装容量远超实际负荷,造成变电站10kV供电方案较为粗放,变电站出线间隔利用 率过低,甚至有些变电站间隔已全部开放完毕,但负载率长期低于10 %。
[0003] 配电网是电力系统中与用户最接近的部分,配电网规划的科学合理化,关系到电 力系统分布的合理性和电力系统运行的安全与经济性。配电网规划是以负荷预测为基础, 采用科学的方法确定规划区域内电力设施的建设,使得未来能够满足区域负荷增长的需 求,同时服从变电站容量、馈线段容量、电压降落、网络结构以及可靠性要求等约束,这是一 个复杂的大规模组合优化问题。
[0004] 随着用户负荷的不断增长,传统的配网规划方法不再适用,基于行业负荷预测技 术的配电网规划模型的建立考虑了负荷的发展特性,并且考虑了不同行业的发展特性,该 规划模型更接近实际,为配电网建设的经济化发展提供决策支持。

【发明内容】

[0005] 发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种基于行业负荷预测技术 的配电网规划方法,考虑负荷的发展特性,并根据行业的种类分别确定不同负荷发展模式。
[0006] 技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
[0007] -种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,包括以下步骤:
[0008] 1)数据准备:所述数据包括负荷信息、变电站备选点位置信息,单位线路和变电站 的建设成本,单位失负荷成本,单位线损成本,行业负荷预测技术所需的实用系数和阶段系 数的数据库。
[0009] 2)基于负荷点报装容量,根据实用系数和阶段系数数据库对负荷点行业进行识 另IJ,利用实用系数和阶段系数对负荷点的负荷进行预测,具体预测方法为:
[0010] 2.1)对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,求解负荷点实用系数:
[0011] 实用系数表达式如下:
[0012] = 1 ^m.bz (1)
[0013] 式中:nm.Tmax为m行业的终期实用系数,P m.Tmax为m行业终期年份Tmax年最大负荷, Pm.bz为行业用户总的报装容量;
[0014] 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,对应行业选择终期实用系数按照容量 大小进行加权平均,即可得到负荷点实用系数,表达式如下:
(2)
[0016] 式中:nDk为负荷点Dk的终期实用系数,M为负荷点内行业数;
[0017] 2.2)对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,得到负荷点的阶段系数:
[0018] 阶段系数反映了负荷年实用系数与终期实用系数之间的关系,其表达式如下:
[0019] P)
[0020] 式中:ym.Ti为m行业第Ti年的阶段系数,nm.Ti为m行业第Ti年的实用系数。
[0021] 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,得到负荷点的阶段系数,表达式如下:
[0022] yD)J, m m=l m=l
[0023] 式中:yDk.Ti为负荷点Dk在第Ti年的阶段系数;
[0024] 2.3)求解负荷点负荷预测模型:
[0025]根据负荷点各用户提出的报装申请,得到负荷点的报装容量,基于历史数据的研 究得到行业用电特性的实用系数和阶段系数,以此得到负荷点的终期实用系数和阶段系 数,表达式如下:
[0026] pb^ =PDi.h:xnDkxrDkT, (5)
[0027] 式中:PDk.Ti为负荷点Dk在Ti年预测的负荷值,PDk.bz为负荷点在Dk的总报装容量。
[0028] 3)通过遗传算法种群操作完成配电站选址工作,得到选中点集合,具体选址方法 为:
[0029] 3.1)以二进制数形式表示配电站选址结果,初始化选点方案:将需要优化的配电 站选点转化为二进制编码,对配电站排序使其对应二进制数的位,若配电站被选中,则该位 为1,若没被选中,则该位为〇;选点编码要求为整数,并且应该令选中的配电站个数能够满 足负荷点都能够被分配到,也就是说编码中"1"的个数不能过少,其约束条件表示为:
(6)
[0031] 式中,m表示负荷点个数,n表示配电站个数;Nmax表示配电站所带负荷点个数上限, Ceil表示向上取整,MIN表示较小者;BSub表示配电站分配方案的二进制编码,Num表示二进 制编码中1的个数;
[0032] 3.2)编码代表了选中的配电站信息,根据遗传算法的变异、交叉等操作,得到新的 选点方案。
[0033] 4)基于Voronoi图理论完成负荷点的分配工作,并采用基于蒙特卡洛的区间估计 计算线路电流、配电站电容,具体方法为:
[0034] 4.1)进行负荷点的分配工作:首先用选中点形成点集,并形成Voronoi图;然后,遵 循负荷点就近分配的原则,将落入每个凸多边形中的负荷点分配给该选中点;由于限定配 电站所接负荷点个数,所以可能会出现某个多边形中负荷点个数过多的情况,对于这种情 况,先将较近的负荷点分配给选中点,然后更新整个Voronoi图,即将所有被选中的负荷点 以及接入负荷点已满的选中点清除,再对剩下的负荷点与选中点进行分配,这样用迭代的 方式就可以实现负荷点的就近分配;
[0035] 4.2)使用蒙特卡洛的区间估计方法进行线路电流、配电站电容估计,蒙特卡洛的 区间估计方法具体为:
[0036] 设含有1个随机变量Xi,X2,…,Xi,由其构成的函数为0 (Xi,X2,…,Xi),该函数满足 y置信度下的置信区间Q。:
[0037] P{0(Xi,X2,...,Xi)^0c}^y (7)
[0038] 使用蒙特卡洛仿真估计待求取置信区间,方法如下:
[0039] a)对应随机变量Xi,X2,…,Xi产生符合相应分布的随机数X1,X2,…,xi,计算对应的 9函数值;
[0040] b)重复步骤a)K次,K为保证蒙特卡洛收敛的较大数,并将每次仿真的0函数值保存 到数组L中;
[0041] c)对数组L进行降序排序,找到排序中第(l-y)K个0函数值,此函数值即为满足置 信度y的区间9。仿真值,取第(1- y )K个0函数值上下若干个数据取平均值计算0C。
[0042] 5)将规划期内总成本作为最小化的目标函数,计算目标函数,输出最优结果;
[0043] 总成本包括电网投资方的投资成本以及规划期内的运行成本,其构成包括线路成 本、配电站成本、线损成本、失负荷成本:
[0044] minC = CL+CN+Ci〇ss+CDL (8)
[0045] 式中:Cl表示线路成本,CN表示配电站建设成本,&_表示线损成本,Cdl表示失负荷 成本;各成本表达如下:
[0046] a)线路成本Cl与线路的长度和导线面积成正比,其表达式为:
[0047] I (9) T, j\tDkeLA
[0048] 式中:T为规划周期,Ti为规划期内第i年,1^表示配电站与负荷点之间架设线路的 集合,片为单位体积的导线成本,&表示选中的第i个配电站,D k表示第k个负荷点,^於^^表 示Ni和Dk之间在Ti年增加的导线面积,LNiDk表示Ni和Dk之间的距离,r为贷款年利率;
[0049] b)配电站建设成本CN由两部分组成,一是固定成本,二是可变成本,本文认为固定 成本与变电站容量没有关系,而可变成本与配电站的容量成正比,则配电站建设成本表达 式为:
[0050] X m
[0051] 式中:豸为单个配电站建设的固定成本,托为单位容量的配电站建设的可变成 本,Ns为选中配电站集合,A CNi. Ti为Ni配电站在Ti年新增容量;
[0052] c)系统线损成本Cioss与线路阻抗和电流有关,本文的导线采用集中模型,表达式 如下:
(11)
[0054] 式中:,为单位电量线损成本,TY为一年时间,E表示取期望值,P为导线电阻率,本 文中取铜的电阻率,I NiDk. n为配电站Ni和负荷点Dk之间在Ti年的电流,为配电站Ni和负 荷点Dk之间在Ti年的导线横截面积;
[0055] d)失负荷成本Cdl表达式如下:
[0056] ^^pnlJT> I (i2) % Dj.
[0057] 式中:托为单位负荷停电成本,DM为负荷点集合,拉T (A)为Dk负荷点在Ti年份的失 负荷电量期望。
[0058]目标函数的约束条件如下:
[0059] a)电压约束
[0060] ^m;n <UDk <t/uiax (13)
[0061 ] 式中:UDk为负荷点电压,Umin为负荷点电压下限,Umax为负荷点电压上限;
[0062] b)电流约束
(1,
[0064] 式中:Prn表示电流机会约束概率,^"为线路在Ti年的电流限值,a为线路过流机 会约束的置信度,amin为置信度下限,SqPI表示横截面积为导线耐流量为I;
[0065] c)系统稳定运行的拓扑约束
[0066]为简化模型,本文不考虑负荷点双端供电,同时系统采用放射型结构,配电站之间 不相连,负荷点之间也没有低压互联;
[0067] d)配电站容量约束
(卜)
[0069] 式中:PN.Ti表示配电站机会约束概率,PDk,Ti为负荷点Ti年负荷值,0为配电站容量 机会约束的置信度,K in为置信度下限;
[0070] e)配电站出线限制约束
[0071] 为保证配电站不过载,每个配电站带的负荷点数量不应过多,考虑到实际情况,本 文模型中每个配电站带的负荷点数量不超过3个。为了保证每个负荷点都能被分配到,对于 配电站数量约束表达式如下:
[0072] Ceil(M/3)^Num(Ns)^min(M,N) (16)
[0073] 式中:M表示负荷点个数,N表示配电站个数Num(Ns)表示选中配电站的数量,Ceil 表示向上取整,min表示取较小者。
[0074] 有益效果:本发明提出的配电网规划方法同时考虑负荷的发展特性,并且根据行 业的种类分别确定不同负荷发展模式,使得配网规划方法更趋近于实际情况,反映实际配 网建设运行的成本,为新形势下配电网建设的投资提供决策支持。
【附图说明】
[0075]图1是本发明的方法流程图;
[0076]图2是本发明实施例的Voronoi图示例图;
[0077]图3是本发明实施例的规划最优方案选点示意图。
【具体实施方式】
[0078]下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。
[0079] 首先说明实施例的参数设置情况。本方法中的模型参数与价格参考实际调研所 得:
[0080] 表1模型参数取值
[0082] 基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,包括以下步骤:
[0083] 1)数据准备:负荷报装容量,变电站备选点,线路变电站建设成本,失负荷成本,单 位环境成本等,实用系数和阶段系数数据库,见表2所示,采用某地区实测数据,已有负荷点 40个,配电站站址19个,规划期为5年。
[0084] 表2实用系数和阶段系数数据库
[0086] 2)基于负荷点报装容量利用行业负荷预测技术对负荷点负荷进行预测:根据实用 系数和阶段系数数据库,对负荷点行业进行识别,利用实用系数和阶段系数对负荷点的负 荷进行预测;
[0087] 3)完成变电站选址工作,得到选中点集合;通过遗传算法种群操作完成变电站选 取,得到选中点集合,设定遗传算法的最小迭代代数为25代,当目标值的相对变化量小于 1% 〇时停止迭代。
[0088] 4)完成负荷点的分配,计算线路电流、变电站容量等信息,判断是否满足约束条 件;使用基于Voronoi图理论的分配算法对负荷点进行分配,并使用蒙特卡洛的区间估计方 法来计算线路电流、变电站容量等信息:
[0089] 规划最优方案选点示意图(图3)中。
[0090] 5)计算目标函数,结束输出结果。
[0091]最优规划结果如表3所示:
[0092] 表3遗传算法结果
[0094]由于采用了逐步规划的规划模型,因此模型给出了每年各选中的配电站需要增加 建设的容量,结果见下表所示:
[0095] 表4各变电站每年扩容容量
【主权项】
1. 一种基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,包括以下步骤: 1) 数据准备:所述数据包括负荷信息、变电站备选点位置信息,单位线路和变电站的建 设成本,单位失负荷成本,单位线损成本,行业负荷预测技术所需的实用系数和阶段系数的 数据库; 2) 基于负荷点报装容量,根据实用系数和阶段系数数据库对负荷点行业进行识别,利 用实用系数和阶段系数对负荷点的负荷进行预测; 3) 通过遗传算法种群操作完成配电站选址工作,得到选中点集合; 4) 基于Voronoi图理论完成负荷点的分配工作,并采用基于蒙特卡洛的区间估计计算 线路电流、配电站电容; 5) 将规划期内总成本最小化作为目标函数,计算目标函数,输出最优结果。2. 根据权利要求1所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤2的具体预测方法为: 2.1) 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,求解负荷点实用系数: 实用系数表达式如下:式中:nm.TmaxSm行业的终期实用系数,Pm. TmaxSm行业终期年份Tmax年最大负荷,Pm. bz为行 业用户总的报装容量; 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,对应行业选择终期实用系数按照容量大小 进行加权平均,即可得到负荷点实用系数,表达式如下:式中:Hd k为负荷点Dk的终期实用系数,M为负荷点内行业数; 2.2) 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,得到负荷点的阶段系数: 阶段系数反映了负荷年实用系数与终期实用系数之间的关系,其表达式如下: Yd'丨 h (3) 式中:ym.Ti为m行业第Ti年的阶段系数,%.!1为m行业第Ti年的实用系数; 对于同一负荷点内的不同行业的电力用户,得到负荷点的阶段系数,表达式如下:式中:YDk.Ti为负荷点Dk在第Ti年的阶段系数; 2.3) 求解负荷点负荷预测模型: 根据负荷点各用户提出的报装申请,得到负荷点的报装容量,基于历史数据的研究得 到行业用电特性的实用系数和阶段系数,以此得到负荷点的终期实用系数和阶段系数,表 达式如下:式中:PDk.Ti为负荷点Dk在Ti年预测的负荷值,PDk.bz为负荷点在Dk的总报装容量。3. 根据权利要求1所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤3的具体选址方法为: 3.1) 以二进制数形式表示配电站选址结果,初始化选点方案:将需要优化的配电站选 点转化为二进制编码,对配电站排序使其对应二进制数的位,若配电站被选中,则该位为1, 若没被选中,则该位为〇;选点编码要求为整数,并且应该令选中的配电站个数能够满足负 荷点都能够被分配到,也就是说编码中"Γ的个数不能过少,其约束条件表示为:式中,m表示负荷点个数,η表示配电站个数;Nmax表示配电站所带负荷点个数上限,Ceil 表示向上取整,MIN表示较小者;Bsub表示配电站分配方案的二进制编码,Num表示二进制编 码中1的个数; 3.2) 编码代表了选中的配电站信息,根据遗传算法的变异、交叉等操作,得到新的选点 方案。4. 根据权利要求1所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤4负荷站点分配的具体方法为:首先用选中点形成点集,并形成Voronoi图;然后,遵循 负荷点就近分配的原则,将落入每个凸多边形中的负荷点分配给该选中点;由于限定配电 站所接负荷点个数,所以会出现某个多边形中负荷点个数过多的情况,对于这种情况,先将 较近的负荷点分配给选中点,然后更新整个Voronoi图,即将所有被选中的负荷点以及接入 负荷点已满的选中点清除,再对剩下的负荷点与选中点进行分配,这样用迭代的方式就可 以实现负荷点的就近分配。5. 根据权利要求1所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤4的蒙特卡洛的区间估计方法具体为: 设含有1个随机变量Χι,Χ2,…,Χι,由其构成的函数为θ(Χι,Χ2,···,Χι),该函数满足γ置 信度下的置信区间Θ。: Ρ{θ(Χι,Χ2,...,Χι)^θ0}^γ (7) 使用蒙特卡洛仿真估计待求取置信区间,方法如下: a) 对应随机变量X1,X2,…,X1产生符合相应分布的随机数X1,X 2,…,Xi,计算对应的Θ函 数值; b) 重复步骤a)K次,K为保证蒙特卡洛收敛的较大数,并将每次仿真的Θ函数值保存到数 组L中; c) 对数组L进行降序排序,找到排序中第(1-γ)Κ个Θ函数值,此函数值即为满足置信度 γ的区间氏仿真值,取第α-γ )κ个Θ函数值上下若干个数据取平均值计算炙。6. 根据权利要求1所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤6中的总成本包括电网投资方的投资成本以及规划期内的运行成本,其构成包括线路 成本、配电站成本、线损成本、失负荷成本: min C = Cl+Cn+Ci〇ss+Cdl (8) 式中:Cl表不线路成本,Cn表不配电站建设成本,Cioss表不线损成本,Cdl表不失负荷成 本,各成本表达如下: a)线路成本α与线路的长度和导线面积成正比,其表达式为:式中:T为规划周期,T1为规划期内第i年,1^表示配电站与负荷点之间架设线路的集合, K为单位体积的导线成本,N1表示选中的第i个配电站,Dk表示第k个负荷点,表示N1 和Dk之间在Ti年增加的导线面积,LNiDk表示Ni和Dk之间的距离,r为贷款年利率; b) 配电站建设成本Cn由两部分组成,一是固定成本,二是可变成本,固定成本与变电站 容量没有关系,而可变成本与配电站的容量成正比,则配电站建设成本表达式为:式中:Pf为单个配电站建设的固定成本,P「为单位容量的配电站建设的可变成本,妒为 选中配电站集合,ACNi.π为Ni配电站在Ti年新增容量; c) 系统线损成本&_与线路阻抗和电流有关,导线采用集中模型,表达式如下:式中:戍为单位电量线损成本,Ty为一年时间,E表示取期望值,P为导线电阻率,取铜的 电阻率,I_k.Ti为配电站Ni和负荷点Dk之间在Ti年的电流,总 ;)"为配电站Ni和负荷点Dk之间 在!\年的导线横截面积; d) 失负荷成本Cdl表达式如下:式中:Pf为单位负荷停电成本,DM为负荷点集合,成1 (?)为Dk负荷点在!^年份的失负荷 电量期望。7.根据权利要求6所述的基于行业负荷预测技术的配电网规划方法,其特征在于,所述 步骤5中目标函数的约束条件具体为: a) 电压约束式中:UDk为负荷点电压,Umin为负荷点电压下限,Umax为负荷点电压上限; b) 电流约束式中=PU1表示电流机会约束概率,爲^为线路在1^年的电流限值,α为线路过流机会约 束的置信度,Ctmin为置信度下限,sqpi表示横截面积为导线耐流量为I; C)系统稳定运行的拓扑约束 为简化模型,不考虑负荷点双端供电,同时系统采用放射型结构,配电站之间不相连, 负荷点之间也没有低压互联; d)配电站容量约束式中:ΡΝ.π表示配电站机会约束概率,PDk,Ti为负荷点Ti年负荷值,β为配电站容量机会约 束的置信度,为置信度下限; e)配电站出线限制约束 为保证配电站不过载,每个配电站带的负荷点数量不应过多,考虑到实际情况,模型中 每个配电站带的负荷点数量不超过3个,为了保证每个负荷点都能被分配到,对于配电站数 量约束表达式如下: Ceil (M/3)^Num(Ns) ^min(M1N) (16) 式中:M表示负荷点个数,N表示配电站个数Num(Ns)表示选中配电站的数量,Ceil表示向 上取整,min表示取较小者。
【文档编号】G06Q10/04GK105930927SQ201610244491
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】陈庭记, 陈晋, 张锐, 肖晶, 周恒俊, 李晨, 李雪, 王艳巧, 王蓓蓓, 孔林
【申请人】江苏省电力公司南京供电公司, 国家电网公司, 东南大学
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