一种多尺度分层蜂窝输电网及其规划方法
【专利摘要】本发明公开了电网设计与规划【技术领域】中的一种多尺度分层蜂窝输电网及其规划方法。方法包括：以次高电压等级的电源节点构成的输电网电源层作为目标输电网电源层；根据多尺度分层蜂窝输电网规划模型，求解目标输电网电源层的电源节点容量和电网连线决策量最优解；将所述最优解代入上层输电网电源层，如果两层输电网电源层都满足全网经济性约束，则完成目标输电网电源层规划；否则，对目标输电网电源层中不满足负荷点有功负荷约束的蜂窝网格进行分裂；以下层输电网电源层作为目标输电网电源层，继续规划过程；本发明还提供了一种输电网。本发明降低了模型复杂度，提高了供电可靠性，实现了能源的高效利用与资源的合理配置。
【专利说明】-种多尺度分层蜂窝输电网及其规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电网设计与规划【技术领域】，尤其涉及一种多尺度分层蜂窝输电网及其 规划方法。
【背景技术】
[0002] 现代社会中，电力系统的发展与国民经济、居民生活等息息相关。输电网络作为电 力系统中发电厂与电力用户之间输送电能的核心环节，其网架结构与电力系统的能源利用 率以及资源配置状况密切相关。合理的输电网架结构不但能够适应电力系统发展过程中可 能出现的负荷增长和电源建设等一系列不确定因素，还可以为电力系统的安全稳定运行 提供客观的指导意见。
[0003] 目前，世界各国都在积极研究能够更好地适应未来需求的新型的输电网架结构。 受地理条件、负荷密度及经济发展水平等因素的影响，输电网的建设与规划所采用的设计 准则也不尽相同，这造成了各国输电网架结构的千差万别，给分布式新能源的推广、输电系 统的改革带来了巨大的阻力。
[0004] 此外，输电网建设需要考虑电网具体的网络拓扑结构，所以在输电网规划模型中 被涉及到的决策变量很多，加之根据现实需求，一种理想的输电网规划方案可能需要满足 安全性、经济性、可靠性、适应性以及灵活性等多方面的要求，这使得输电网规划的约束条 件极大地增加。
[0005] 现有的电网规划设计存在以下问题：大量输电网缺乏统一规划，结构不合理；部 分规划模型缺乏长期考虑，无法适应后期发展；规划模型涉及条件过多，大量的约束条件 和高维的决策变量使规划模型变得十分复杂。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提供一种多尺度分层蜂窝输电网及其规划方法，用于解决现 有输电网架构的存在的问题。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种多尺度分层蜂窝输电网，其特 征是所述输电网包括电源节点和电网连线；
[0008] 所述电源节点依据不同的电压等级构成多个输电网电源层，同一输电网电源层的 电源节点的电压等级相同；
[0009] 各输电网电源层的电源节点位于所属输电网电源层的蜂窝网格的顶点，下层输电 网电源层的蜂窝网格由上层输电网电源层的蜂窝网格分裂得到；
[0010] 所述蜂窝网格为正六边形网格，其边长依据输电网电源层中的电源节点平均供电 半径确定；
[0011] 同一输电网电源层的电网连线建造于所属输电网电源层的蜂窝网格的边上；
[0012] 各输电网电源层与相邻的输电网电源层通过电源节点之间的电网连线相连。
[0013] 所述下层输电网电源层的蜂窝网格的边长为其上层输电网电源层的蜂窝网格的 边长的一半，且下层输电网电源层的蜂窝网格以上层输电网电源层的蜂窝网格的两个相邻 顶点作为对顶顶点。
[0014] 所述电源节点用于向所属输电网电源层的相邻电源节点以及下层输电网电源层 的电源节点供电。
[0015] 一种多尺度分层蜂窝输电网的规划方法，其特征是所述方法包括：
[0016] 步骤1 :以次高电压等级的电源节点构成的输电网电源层作为目标输电网电源 层；
[0017] 步骤2 :根据多尺度分层蜂窝输电网规划模型，求解目标输电网电源层的电源节 点容量和电网连线决策量最优解；
[0018] 步骤3 :将所述最优解代入上层输电网电源层，如果两层输电网电源层都满足全 网经济性约束，则执行步骤5 ;
[0019] 步骤4:对目标输电网电源层中不满足负荷点有功负荷约束的蜂窝网格进行分 裂；
[0020] 步骤5 :如果完成全网规划，输出各个输电网电源层规划结果；否则，以下层输电 网电源层作为目标输电网电源层，转到步骤2。
[0021] 所述多尺度分层蜂窝输电网规划模型包括目标函数和约束条件；
[0022] 所述目标函数为：
【权利要求】
1. 一种多尺度分层蜂窝输电网，其特征是所述输电网包括电源节点和电网连线； 所述电源节点依据不同的电压等级构成多个输电网电源层，同一输电网电源层的电源 节点的电压等级相同； 各输电网电源层的电源节点位于所属输电网电源层的蜂窝网格的顶点，下层输电网电 源层的蜂窝网格由上层输电网电源层的蜂窝网格分裂得到； 所述蜂窝网格为正六边形网格，其边长依据输电网电源层中的电源节点平均供电半径 确定； 同一输电网电源层的电网连线建造于所属输电网电源层的蜂窝网格的边上； 各输电网电源层与相邻的输电网电源层通过电源节点之间的电网连线相连。
2. 根据权利要求1所述的输电网，其特征是所述下层输电网电源层的蜂窝网格的边长 为其上层输电网电源层的蜂窝网格的边长的一半，且下层输电网电源层的蜂窝网格以上层 输电网电源层的蜂窝网格的两个相邻顶点作为对顶顶点。
3. 根据权利要求1或2所述的输电网，其特征是所述电源节点用于向所属输电网电源 层的相邻电源节点以及下层输电网电源层的电源节点供电。
4. 一种多尺度分层蜂窝输电网的规划方法，其特征是所述方法包括： 步骤1 :以次高电压等级的电源节点构成的输电网电源层作为目标输电网电源层； 步骤2 :根据多尺度分层蜂窝输电网规划模型，求解目标输电网电源层的电源节点容 量和电网连线决策量最优解； 步骤3 :将所述最优解代入上层输电网电源层，如果两层输电网电源层都满足全网经 济性约束，则执行步骤5; 步骤4 :对目标输电网电源层中不满足负荷点有功负荷约束的蜂窝网格进行分裂； 步骤5:如果完成全网规划，输出各个输电网电源层规划结果；否则，以下层输电网电 源层作为目标输电网电源层，转到步骤2。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征是所述多尺度分层蜂窝输电网规划模型包括目 标函数和约束条件； 所述目标函数为：
其中，
U为电源节点的电压等级； S (Pi)为电源节点Pi的容量； Q(p"Pj)为电源节点Pi与电源节点Pj之间的电网连线决策量，当Q(Pi，Pj) = 1时，表 示电源节点Pi与电源节点Pj之间建有电网连线，当Q(Pi, Pj) = 〇时，表示电源节点Pi与电 源节点Pj之间未建有电网连线； Cp_p_为电源节点的建造费用； 为电源节点的运行费用； c#id-_为电网连线的建造费用； c#i(Mep为电网连线的折旧费用； c1()SS为网损费用； i和j分别为电源节点Pi和电源节点h的下标标识； 所述负荷节点有功负荷约束为： 所述约束条件包括负荷节点有功负荷约束、有功功率平衡约束和线路有功潮流约束；
GlMd为负荷节点有功负荷； Λ为由电源节点Pi供电的负荷节点的集合； Wj为负荷节点&的有功负荷； S (Pi)为电源节点Pi的容量； e(S(Pi))为电源节点Pi的负载率； cos妒为功率因数； Smax(Pi)为电iJH点Pi的#1：上限； 所述有功功率平衡约束为：
^balance 为有功功率； 为对与电源节点Pi相连的所有电源节点&求和； j J U(Pi)和U(Pj)分别为电源节点Pi和电源节点的节点电压； P (Pi)为电源节点Pi的有功功率注入； Q (Pi)为电源节点Pi的无功功率注入； G(Pi，Pj)为电源节点Pi和电源节点Pj的导纳矩阵的电导； B (Pi, Pj)为电源节点Pi和电源节点ρ』的导纳矩阵的电纳； 为电源节点Pi和电源节点]^的电压相角差； 所述线路有功潮流约束为：
Gpowerflow 为线路有功潮流； z (Pi，Pj)为电源节点Pi和电源节点Pj之间的支路上的视在功率； Zmin(Pi，pP为电源节点Pi和电源节点h之间的支路上的功率下限； zmax (Pi，pP为电源节点Pi和电源节点h之间的支路上的功率上限。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征是所述对目标输电网电源层中不满足负荷 点有功负荷约束的蜂窝网格进行分裂包括： 子步骤B1:标定待分裂的蜂窝网格的连线； 子步骤B2:对标定的连线作中轴线； 子步骤B3:以中轴线为轴，以标定的连线为对角线，做边长为a/2的正六边形；其中，a 为待分裂的蜂窝网格的边长； 子步骤Μ:剔除待分裂的蜂窝网格外的网格连线以及电源节点。
【文档编号】G06Q10/04GK104143119SQ201410366028
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】许刚, 谈元鹏, 马爽, 赵中原 申请人:华北电力大学