一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法与流程

本申请涉及配电网规划技术领域，特别是涉及一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法。

背景技术：

户均配电变压器容量是体现一个区域配电网基础建设和供电能力的关键指标，对户均配变容量的研究是地区配电系统规划的重要内容，户均配变容量直接关系到该地区电力供应的可靠性以及改造的经济性评价。因此，对户均配变容量进行合理配置，是区域变配电技术中的一个重要问题。

目前对户均配变容量进行配置的方法，通常是统一按照各供电分区的设计容量进行配置，即：前期对各供电分区有一个预估的设计容量，然后仅以预估的设计容量为标准，对各供电分区的配变容量进行分配。

然而，目前对户均配变容量进行配置的方法，由于配置标准仅仅参照设计容量，并不对供电分区的实际用电情况进行分析，实际使用中容易导致电力设备的轻载或重载，从而导致配电网中出现电力资源浪费或供电能力不足的情况，不利于电力资源的合理使用。

技术实现要素：

本申请提供了一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法，以解决现有技术中电力资源浪费或供电能力不足的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法，所述方法包括：

s1：按照供电分区对待配置的所有居民小区进行分类，所述所有居民小区的类型包括：a+类、a类、b类、c类和d类；

s2：分别在多个供电分区内筛选典型居民小区；

s3：计算多个供电分区中任一供电分区的典型居民小区的户均配变容量；

s4：以所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量为标准，对所述任一供电分区内的户均配变进行容量配置。

可选地，步骤s2包括：

s21：获取所述任一供电分区内的一个或多个典型区域；

s22：获取所述一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线；

s23：利用自适应模糊c均值聚类法，对所述一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线进行聚类；

s24：根据聚类结果，采用加权重心法筛选出所述任一供电分区内的典型居民小区。

可选地，步骤s24包括：

s241：根据所述一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线，获取所述任一供电分区的典型日负荷特性曲线的峰谷特征fi和电量水平特征qi；

s242：将所述任一供电分区的典型日负荷特性曲线的峰谷特征fi和电量水平特征qi作为小区i的位置和重心，利用公式计算小区i所在j类小区的重心wj，其中，fi∈i，cj为j类小区个数，负荷曲线的峰谷特征fi为单位小时用电量的百分比，反映小区i负荷时段分布，共分为24个时段，记fi＝{f0，f1…，f23}；电量水平特征qi为用户日用电量；

s243：利用公式minf＝||fi-wj||，确定离小区重心wj最近的典型日负荷特性曲线；

s244：以离小区重心wj最近的典型日负荷特性曲线所对应的居民小区，作为所述任一供电分区内的典型居民小区。

可选地，步骤s3包括：

s31：计算所述任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量，并对所述任一供电分区内的典型居民小区进行负荷预测；

s32：利用综合能耗法确定所述任一供电分区内典型居民小区的配变负载率；

s33：根据所述任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，确定所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量。

可选地，步骤s31包括：

s311：采集所述任一供电分区内典型居民小区的基础数据，所述基础数据包括：典型居民小区的建成时间、户数、建筑面积以及历史负荷；

s312：根据所述任一供电分区内典型居民小区的户数和建筑面积，利用需要系数法确定所述任一供电分区内典型居民小区的远景饱和负荷；

s313：根据所述任一供电分区内典型居民小区的建成时间、历史负荷、负荷增长率以及远景饱和负荷，确定所述任一供电分区内典型居民小区的发展阶段，所述发展阶段包括：发展初期、高速发展期或发展饱和期间；

s314：当所述任一供电分区内典型居民小区的发展阶段为发展初期时，根据所述任一供电分区内典型居民小区的基础数据和远景饱和负荷，利用logistic法模拟近中期任一供电分区内典型居民小区的负荷增长曲线。

可选地，步骤s314包括：

利用logistic法拟合所述任一供电分区内典型居民小区的负荷增长曲线，其中，logistic法的曲线方程为k>0，a>0，b<0且均为常数，t为时间，yt为电力负荷值。

可选地，步骤s32包括：

s321：确定所述任一供电分区内典型居民小区多种类型配变的最佳经济运行区间，所述最佳经济运行区间为：一定负荷下，配变耗损率最低时的配变运行区间；

s322：在所述最佳经济运行区间内，利用公式分别计算所述任一供电分区内典型居民小区中不同类型配变的综合能耗费用，其中，toc为配变的综合能耗费用，ci为配变的初始费用，e为配变用户的平均小时电价，n为变压器的经济使用年限，i为年折现率，kpv为折现率为i的连续n年费用现值系数，hpy为配变年带电小时数，τ为年最大负载损耗小时数，η为配变的初始负载率；

s323：在同一配变负载率下，比对不同类型配变的综合能耗费用，确定综合能耗费用最小的配电变压器配置方案，所述配电变压器配置方案包括多种不同类型的配变；

s324：以综合能耗费用最小时所对应的配变负载率，作为所述任一供电分区内典型居民小区的配变负载率。

可选地，步骤s33包括：

根据所述任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，利用公式计算所述任一供电分区内典型居民小区的配变总容量，其中，s为配变总容量，ppre为预测的负荷总量，η为变压器的负载率，cosφav为补偿后的平均功率因数；

根据所述任一供电分区内典型居民小区的配变总容量和任一供电分区内典型居民小区的户数，利用公式计算得出所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量，其中，sav为户均配变容量，nc为配变涉及的用户数。

可选地，步骤s33包括：

根据所述任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，利用公式计算所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量，其中，cosφi为第i个用户的功率因数。

可选地，步骤s4包括：

s41：利用专家评估法确定所述任一供电分区内户均配变容量的上限容量裕度和下限容量裕度；

s42：根据所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量最大值savmax和上限容量裕度，利用公式s1＝(1+a1)*savmax，计算任一供电分区内的户均配变容量的最大值，其中，s1为所述任一供电分区的户均配变容量的最大值，savmax为所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量的最大值；

s43：根据所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量最小值savmin和下限容量裕度a2，利用公式s2＝(1-a2)*savmin，计算所述任一供电分区内的户均配变容量的最小值s2，其中，s2为所述任一供电分区的户均配变容量的最小值，savmin为所述任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量的最小值。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法，该方法首先按照供电分区对待配置的所有居民小区进行分类；其次分别在多个供电分区内筛选典型居民小区；然后计算多个供电分区中任一供电分区的典型居民小区的户均配变容量；最后以任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量为标准，对任一供电分区内的户均配变进行容量分配。通过对居民小区进行分类，针对不同供电分区的居民小区，先确定典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，从而计算得出典型居民小区的户均配变容量，然后以典型居民小区的户均配变容量为标准，对任一供电分区内所有居民小区进行户均配变容量的配置。由于典型居民小区的户均配变容量计算过程中考虑到综合能耗费用最小，因此，以此为标准的任一供电分区内所有居民小区的户均配变容量配置也能达到综合能耗费用最小，从而能够在综合能耗费用最小情况下，最大程度地满足居民用户供电需求，进而有效避免城乡配网建设中出现供电能力不足或电力资源浪费等现象的发生。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例所提供的一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中居民小区负荷发展曲线示意图；

图3为本申请实施例中居民小区负荷年增长率曲线示意图；

图4为本申请实施例中不同配变负载率下各方案的toc图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种基于供电分区的户均配变容量标准配置方法的流程示意图。由图1可知，本实施例中基于供电分区的户均配变容量标准配置方法主要包括如下步骤：

s1：按照供电分区对待配置的所有居民小区进行分类。

在电网规划中，通常将供电区域划分为五类：a+类、a类、b类、c类和d类。其中，a+、a、b、c类为城镇小区，d类为乡村住宅。本实施例中按照供电分区对所有居民小区进行分类，将居民小区划分为a+类、a类、b类、c类和d类共五类，居民小区位于哪个供电分区即为该类供电分区的类别。

s2：分别在多个供电分区内筛选典型居民小区。

在多个供电分区内分别筛选出每个供电分区内的典型居民小区，便于计算得出典型居民小区的户均配变容量之后，后续以典型居民小区的户均配变容量为标准，对当前供电分区内的所有居民小区进行户均配变容量的配置。

具体地，步骤s2包括如下过程：

s21：获取任一供电分区内的一个或多个典型区域。

任一供电分区内的典型区域可以选择一个或多个，根据供电分区的特点和实际情况选择即可。

s22：获取任一供电分区内的一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线。

典型日负荷特性曲线能够反映居民小区的负荷变化趋势及负荷特性，通过典型日负荷特性曲线可以获取到当前居民小区的最大负荷、日平均负荷、日峰谷差日负荷率、日最小负荷率以及日峰谷差率。

s23：利用自适应模糊c均值聚类法，对任一供电分区内的一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线进行聚类。

具体地，步骤s23包括如下过程：

s231：将任一供电分区内的一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线进行编号；

s232：建立任一供电分区内n个居民小区的原始功率数据集合x＝{x1，…，xn}^t，x1，x2，…，xn是由s个数据组成的矢量；

s233：对原始功率数据集合进行标准化处理，获取标准化样本x’＝{x1’，x2’…，xn’}，且标准化样本中任一居民小区的功率数据为：

其中：ximax为原始数据矩阵第i个小区实时功率的最大值；ximin为原始数据矩阵第i个小区实时功率的最小值；

s234：定义自适应模糊c均值聚类的模糊加权指数、迭代标准、聚类数以及初始化聚类矩阵。

自适应模糊c均值聚类的模糊加权指数即平滑因子m，通常m取值为2；迭代标准ε，迭代终止条件ε＝0.00001；聚类数1的有效性函数l(1)＝0；聚类数c＝2；定义初始化聚类矩阵v(0)。

s235：利用公式计算模糊矩阵u，并利用公式更新聚类中心v。

如果存在j，r使则令：且当i≠r时，

其中：drj＝||vi-xj||为第i个聚类中心与第j个向量间的欧几里德距离，xj表示第j个典型日负荷特性曲线向量。

s236：计算‖v(k+1)-v(k)‖。

若‖v(k+1)-v(k)‖<ε，则停止迭代，否则置k＝k+1，返回步骤s235。

s237：利用公式计算聚类数c的有效性函数l(c)。

聚类数c的有效性函数l(c)的值越大，说明分类越合理，若l(c-1)>l(c-2)并且l(c-1)>l(c)，则聚类过程结束，否则置c＝c+l，返回步骤s235。其中：l1描述了同一类中所有负荷曲线xi与该类聚类中心vi的距离，其值越小说明分类越合理，该指标为逆指标；l2描述了所有聚类中心相互之间的距离和，其值越大说明分类越合理，该指标为正指标；l3描述了聚类生成的隶属度矩阵中每条曲线的最大隶属度的平均值，其值越大说明曲线对这一类曲线的隶属度越大该指标为正指标；umax,k代表第k条负荷曲线在隶属度矩阵中的最大隶属度。

s24：根据聚类结果，采用加权重心法筛选出任一供电分区内的典型居民小区。

具体地，步骤s24包括如下过程：

s241：根据一个或多个典型区域内所有居民小区的典型日负荷特性曲线的聚类结果，获取任一供电分区的典型日负荷特性曲线的峰谷特征fi和电量水平特征qi。

s242：将任一供电分区的典型日负荷特性曲线的峰谷特征fi和电量水平特征qi作为小区i的位置和重心，利用公式计算小区i所在j类小区的重心wj，其中，fi∈i，cj为j类小区个数，负荷曲线的峰谷特征fi为单位小时用电量的百分比，反映小区i负荷时段分布，共分为24个时段，记fi＝{f0，f1…，f23}；电量水平特征qi为用户日用电量。

s243：利用公式minf＝||fi-wj||，确定离小区重心wj最近的典型日负荷特性曲线。

s244：以离小区重心wj最近的典型日负荷特性曲线所对应的居民小区，作为任一供电分区内的典型居民小区。

继续参见图1可知，获取到典型居民小区后，执行步骤s3：计算多个供电分区中任一供电分区的典型居民小区的户均配变容量。

具体地，步骤s3包括如下过程：

s31：计算任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量，并对任一供电分区内的典型居民小区进行负荷预测。

步骤s31包括如下过程：

s311：采集任一供电分区内典型居民小区的基础数据，基础数据包括：典型居民小区的建成时间、户数、建筑面积以及历史负荷。

s312：根据任一供电分区内典型居民小区的户数和建筑面积，利用需要系数法确定任一供电分区内典型居民小区的远景饱和负荷。

本实施例中远景饱和负荷即预测负荷总量。本实施例中，利用公式ppre＝kxptot计算预测负荷总量，式中ppre为预测负荷总量，kx为需要系数，ptot为规划区用电设备总容量。其中，需要系数kx表示不同性质的民宅对电器负荷的需要和同时使用的一个系数，需要系数与用电设备的工作性质、使用效率、数量等因素有关，通常，当用电设备组内的设备数量较多时，需要系数应取较小值，反之则应取较大值，设备使用率较高时，需要系数应取较大值，反之则应取较小值。

本实施例中需要系数kx的计算公式为：式中：p小区指与待配置居民小区相似的饱和小区的典型日最大负荷，n为饱和小区住户数，pi为饱和小区第i户住户的各用电设备最大容量。

本实施例中规划区用电设备总容量ptot采用负荷密度法来计算，其计算公式为：ptot＝nressavpn，式中：nres为用户数，sav为户均建筑面积，pn为居民用电指标。

s313：根据任一供电分区内典型居民小区的建成时间、历史负荷、负荷增长率以及远景饱和负荷，确定任一供电分区内典型居民小区的发展阶段，发展阶段包括：发展初期、高速发展期或发展饱和期间。

本实施例中不同发展阶段的居民小区负荷发展曲线示意图参见图2，不同发展阶段的居民小区负荷年增长率曲线示意图参见图3。

s314：当任一供电分区内典型居民小区的发展阶段为发展初期时，根据任一供电分区内典型居民小区的基础数据和远景饱和负荷，利用logistic法确定近中期任一供电分区内典型居民小区的负荷增长曲线。

具体地，利用logistic法拟合任一供电分区内典型居民小区的负荷增长曲线，其中，logistic法的曲线方程为：k>0，a>0，b<0且均为常数，t为时间，yt为电力负荷值。本实施例中k、a、b都是未知数，已知小区历史负荷、历史负荷的时间、饱和负荷以及饱和负荷的时间，利用曲线方程可求出k、a、b以及e这些常数的值。

根据近中期任一供电分区内典型居民小区的负荷增长曲线，可以获取到典型居民小区的近中期负荷，然后根据近中期负荷实施配变过渡方案。例如：如果需要建两台配变，可以先投运一台配变，到一定时期后再投运另一台，根据近中期负荷实现的配变过渡方案能够减少损耗，有利于节约能源。

当任一供电分区内典型居民小区的发展阶段不为发展初期，即：发展阶段为高速发展期货发展饱和期时，只需确定其远景饱和负荷即可，不必执行步骤s314，即：不必计算其近中期的负荷增长曲线。

s32：利用综合能耗法确定任一供电分区内典型居民小区的配变负载率。

步骤s32包括如下过程：

s321：确定任一供电分区内典型居民小区多种类型配变的最佳经济运行区间，最佳经济运行区间为：一定负荷下，配变耗损率最低时的配变运行区间。

研究配变变压器的经济运行区间，主要是得出任一供电分区内不同型号的配变的最佳经济运行区间，通常，最佳经济运行区间下配变负载率都较低。

本实施例中，首先，利用公式δp＝p0+η²pk计算配变总损耗，式中，δp为总损耗，p0为额定空载损耗，pk为额定负载损耗，η为配变负载率。

其次，利用公式计算配变的损耗率，式中δp％为配变损耗率，p负荷为变压器的所带负荷。

然后，利用公式计算配变的最佳负载率。

最后，确定配变的最佳经济运行区间。

s322：在最佳经济运行区间内，利用公式分别计算任一供电分区内典型居民小区中不同类型配变的综合能耗费用。

其中，toc为配变的综合能耗费用，ci为配变的初始费用，e为配变用户的平均小时电价，n为变压器的经济使用年限，一般取值为20年，i为年折现率，该年折现率通常不低于同年期银行贷款利率值，kpv为折现率为i的连续n年费用现值系数，hpy为配变年带电小时数，τ为年最大负载损耗小时数，η为配变的初始负载率。

s323：在同一配变负载率下，比对不同类型配变的综合能耗费用，确定综合能耗费用最小的配电变压器配置方案，配电变压器配置方案包括配变的型号。

综合能耗法是假设小区负荷一定，在负荷一定的情况下，配置配变有多种方案。配变类型相同时，配变负载率越高综合能耗越小，为确定最小综合能耗费用，选择配变负载率更高的配变类型可确定小区变压器配置方案；配变类型不同时，在同一负载率下，以综合能耗费用最小为目标，可以确定小区变压器配置方案。

通常最终确定的配电变压器方案是一种配变型号。方案确定后可根据所确定的配变型号，推荐各供电分区内典型小区配变负载率。

例如：设定最大负荷为1000kw，可选取s13-200、s13-400、sh15-200、sh15-400这四种配变，不同负载率下各选择方案toc对比结果如表1所示。

表1不同负载率下各方案toc结果表

不同负载率下各方案的toc图参见图4，虽然各种型号的配变在经济运行区间配变损耗率最低，但由于经济运行区间配变负载率较低，导致新建配变个数增多。如果按配变经济运行年限20年计算，由图4可知，配变负载率在55％～70％之间，各方案toc最佳。

s324：以综合能耗费用最小时所对应的配变负载率，作为任一供电分区内典型居民小区的配变负载率。

通过步骤s31获取到任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量，通过步骤s32获取到配变负载率后，执行步骤s33：根据任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，确定任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量。

利用综合能耗法可以得到一个配变负载率区间，如(60％，75％)，选择下限60％为配变负载率值。

由于本实施例中聚类结果可能分为多类，例如：聚类结果分为3类，从这3类中可筛选出3个典型居民小区，3个典型居民小区对应3个配变负载率，从中选出配变负载率的最小值，即下限。

具体地，步骤s33有两种实现方法，分别为：

第一种实现方法包括：

s331：根据任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，利用公式计算任一供电分区内典型居民小区的配变总容量，其中，s为配变总容量，ppre为预测的负荷总量，η为变压器的负载率，cosφav为补偿后的平均功率因数。

s332：根据任一供电分区内典型居民小区的配变总容量和任一供电分区内典型居民小区的户数，利用公式计算得出任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量，其中，sav为户均配变容量，nc为配变涉及的用户数。

第二种实现方法：

根据任一供电分区内典型居民小区的预测负荷总量和配变负载率，利用公式计算任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量，其中，cosφi为第i个用户的功率因数。

其中，变电站10kv侧的cosφi≥0.9，容量达到100kva及以上的电力用户的cosφi≥0.9，农业用户的cosφi≥0.8。

以上两种确定任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量的方法中，由于实际操作中，第i个用户的功率因数cosφi比补偿后的平均功率因数cosφav更方便计算，优选第二种实现方法。

继续参见图1可知，获取到任一供电分区的典型居民小区的户均配变容量后，执行步骤s4：以任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量为标准，对任一供电分区内的户均配变进行容量分配。

具体地，步骤s4包括：

s41：利用专家评估法确定任一供电分区内户均配变容量的上限容量裕度和下限容量裕度。

本实施例中，采用专家评估法能够根据供电区域的实际情况来评估确定容量裕度，从而能够进一步提高典型小区选择的准确度，进而使得典型小区的选择更加全面、准确，有利于提高户均配变容量计算的准确性。

s42：根据任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量最大值savmax和上限容量裕度，利用公式s1＝(1+a1)*savmax，计算任一供电分区内的户均配变容量的最大值，其中，s1为任一供电分区的户均配变容量的最大值，savmax为任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量的最大值。

s43：根据任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量最小值savmin和下限容量裕度a2，利用公式s2＝(1-a2)*savmin，计算任一供电分区内的户均配变容量的最小值s2，其中，s2为任一供电分区的户均配变容量的最小值，savmin为任一供电分区内典型居民小区的户均配变容量的最小值。

本实施例中，通过专家评估法获取到的上限容量裕度a1为+5％，下限容量裕度a2为-2％。

比较各供电分区内典型居民小区的户均配变容量，最大值为savmax，最小值为savmin，因此，当上限容量裕度a1为+5％，下限容量裕度a2为-2％时，该供电分区内户均配变容量上限为1.05savmax，下限为0.98savmin。

由于本实施例中聚类结果可能分为多类，例如：聚类结果分为3类，从这3类中可筛选出3个典型居民小区。根据上述方法获取到3个典型小区的户均配变容量，3个典型小区户均配变容量作对比，最大值为savmax，最小值为savmin，1.05savmax为该供电分区的上限户均配变容量标准，0.98savmin为该供电分区下限户均配变容量标准

综上所述，本申请通过首先从综合能耗费用最小的角度，确定典型居民小区的户均配变容量，然后以典型居民小区的户均配变容量为参考标准，进行典型居民小区所在供电分区的户均配变容量标准配置，有利于电力资源的合理使用，并且能够在综合能耗费用最小情况下，最大程度地满足居民用户供电需求，进而有效避免城乡配网建设中出现供电能力不足或电力资源浪费等现象的发生。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。