智能配电网的配电自动化终端配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能配电网规划中配电自动化终端配置方法，属于配电自动化技 术领域。
【背景技术】
[0002] 配电自动化是以配电网一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合 利用多种通信方式，实现对配电网的监测和控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现 配电系统的科学管理。配电自动化终端（也称"配电终端"）是安装于中压配电网现场的各 种远方监测、控制单元的总称，配电终端的应用对象主要有柱上开关、配电室、环网单元、配 电变压器等。配电自动化是提高供电可靠性和供电质量，实现配电网经济高效运行的重要 手段，是智能配电网的重要组成部分。但当前的研究主要集中在配电自动化的设备制造、馈 线自动化控制方式、系统通信等方面，对如何优化配置配电自动化终端的研究和应用均较 少。
[0003] 配电自动化终端优化配置是指根据给定的网络结构、设备参数、负荷水平、可靠性 需求等参数，确定最优的配电终端及一次开关的安装位置和类型，即分段开关、联络开关和 用户分界开关及其配电终端的安装位置和类型。分段开关是指一条配电线路主通道上的 开关，通过它可以将线路分成若干段，减少停电损失，由于是在一条线路上，所以当变电所 开关停电时，无法通过分段开关进行负荷转移供电；分段开关可安装具有遥测、遥信功能的 "二遥"配电自动化监控终端（以下简称二遥终端）或具备遥测、遥信、遥控功能的"三遥" 配电自动化监控终端（以下简称三遥终端）或者不安装配电终端。将两条配电线路通过开 关连接起来，以便能实现负荷之间的转供，这个用来连接两条配电线路的开关就叫"联络开 关";联络开关一般装设三遥终端。安装于用户进线侧，用于隔离用户内部故障的开关叫作 "用户分界开关"；用户分界开关一般采用带电流保护功能的断路器或者熔断器自动隔离用 户内部故障，具体可根据用户负荷故障频度和重要程度结合一次设备类型装设二遥终端或 三遥终端。
[0004] 科学合理的终端配置能够在一定的投资下，实现故障自动隔离及自动恢复，减小 停电范围，获得最优的供电可靠性提升，显现资金的最大使用效率。在配电自动化终端的配 置方面，南方电网公司和国家电网公司相继出台了《配电网自动化规划导则》和《配电自动 化规划设计技术导则》。导则中规定，需根据现有的网络结构、可靠性需求、柱上开关以及环 网单元的分布等因素，明确需要加装二遥终端或者三遥终端的位置和数量。对关键性节点， 如主干线联络开关、必要的分段开关，进出线较多的开关站、环网单元和配电室，宜配置三 遥终端；对一般性节点，如分支开关、无联络的末端站室，宜配置二遥终端。但在具体操作过 程中，由于网络结构、设备参数、负荷水平、可靠性需求等方面各有不同，规划人员很难找到 一个整体最优的配置结果。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种智能配电网中配电自 动化终端的配置方法，该方法能够使智能配电网中的开关和配电自动化终端的配置满足经 济性和可靠性均最优，可在预定投资不变的前提下达到智能配电网的可靠性最佳。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种智能配电网的配电自动 化终端配置方法，包括下列步骤：
[0007] 第一步、确立预定智能配电网的优化目标函数为minCA=minl^tj+CM+Cj，式中CA 表示规划方案的等年值总费用，Q表示一、二次设备投资等年值费用，CM表示年运行费用， (^表不每年停电造成的损失费用；
[0008]
负荷开关投资的等年值费用，〇；2表示配电自动化终端及其附属设施投资的等年值费用，N为分段开关数量，队和N3分别为二遥终端和三遥终端数量，P 分段开关的投资现值单价， PS2为二遥终端投资现值单价，PS3为三遥终端投资现值单价，S表示经济使用年限，i为投资 回收率；
[0009] CM=(^ ·α，式中α为运行维护费用占投资的比例；
[0010]
，式中NC是所述智能配电网中负荷点的数量， 1彡j彡NC，P#负荷点j的平均负荷，T0FF为负荷点j的年平均停电时间，Cjj)为负荷 点j的单位电量平均停电损失费用；
[0011] 第二步、采用遗传算法对所述优化目标函数进行求解，得到配电自动化终端的最 优配置方案，具体方法如下：
[0012] 1)根据所述智能配电网的拓扑结构，将所有待安装开关的位置进行编码；
[0013] 2)将所述优化目标函数作为适应度函数，根据所述智能配电网的拓扑结构、所述 智能配电网内每条线路的长度、待安装开关的位置、负荷的大小和分布、线路和变压器的故 障率、年平均故障修复时间、单位停电损失、设备使用年限、开关和配电自动化终端投资，随 机产生一个若干个体的初始种群P(0)，判断种群P(0)中每个个体的配置方案是否满足约 束条件，若满足约束条件，则计算该个体的适应度函数，得到该个体的适应度，并最终找到 种群P(〇)中适应度最小的个体为该种群的最优个体；
[0014] 3)将种群P(t)经过选择、交叉和变异运算，得到下一代种群P(t+1)，首先判断种 群P(t+Ι)每个个体的配置方案是否满足约束条件，若满足约束条件，则计算该个体的适应 度函数，得到该个体的适应度，并最终找到种群P(t+i)中适应度最小的个体为该种群的最 优个体；其中t为大于等于0的整数；本实施例中选择、交叉和变异运算均为遗传算法中的 现有技术，不再赘述。
[0015] 将t+Ι的值赋给t，然后重复执行步骤3)，若连续10代种群的最优个体的适应度 之间的相互差值均小于预设阈值，则找到适应度最小的最优个体即完成所述智能配电网的 自动化终端配置；
[0016] 所述约束条件包括电压质量约束和支路过负荷约束，其中所述电压质量约束是指 所述智能配电网内每个开关处的电压值介于该开关处预设电压的最低允许值和最高允许 值之间，所述支路过负荷约束为所述智能配电网中每个支路的电流值满足小于该支路预设 的安全电流值。
[0017] 本发明中负荷点即所述智能配电网中的变压器，所述预设阈值优选10 5~10 7。
[0018] 根据所述智能配电网的拓扑结构，将所有待安装开关的位置进行编码时，优选用 一位基因位表示开关的配置方案，用另一位基因位表示配电自动化终端的配置方案，将两 个基因位组合在一起表示一处开关位置的配置方式。
[0019] 另外，在对故障停电块进行隔离并进行开关操作时，若待操作的开关装设了三遥 终端，则故障隔离时间为该开关的动作时间；若待操作的开关装设了二遥终端，则故障隔离 时间为预设的人工操作开关的时间；若待操作的开关处没有装设配电终端，则故障隔离时 间为预设的故障区域查找时间加上预设的人工操作开关时间。
[0020] 上述技术方案的进一步改进是：所述约束条件还包括可靠性约束，所述可靠性约 束是指每个体对应的配置方案的可靠性指标大于预设的最低可靠性指标，所述可靠性指标 包括每个负荷点的可靠性指标和智能配电网的可靠性指标；其中该个体对应的配置方案的 可靠性指标的计算方法如下：
[0021] (1)对所述智能配电网的线路按照与分段开关、联络开关以及用户分界开关的位 置关系划分为若干块，并对所有的块进行编号，对每一块分别计算其等效故障率和等效年 平均故障停电时间；本实施例中对所述智能配电网的线路进行分块及对块进行编号的方法 为现有技术，可以参考论文：刘柏私等，复杂中压配电网的可靠性评估分块算法[J]，《中国 电机工程学报》，2005, 25 (4) :40-45 ;当然，其他相关文献中的分块方法和编号方法也适用 于本发明。
[0022] (2)以块为单位，分别求取每一块到与该块对应的变电站出线所在块的最小通路， 得到该块的主最小路；
[0023] (3)以块为单位，分别求取每一块到与该块对应的转供线路所在块的最小通路，得 到该块的转供最小路；
[0024] (4)依次计算每一块的可靠性指标，具体如下：以块为单位枚举故障停电事件，根 据故障停电块和待可靠性评估块两者之间的相对位置关系，若故障停电块处在待可靠性评 估块的主最小路和转供最小路上，则故障停电时间为故障修复时间；若故障停电块仅处在 待可