基于承载能力的配电网优选方法与流程

本发明涉及一种配电网评价以及选择方法，具体的，涉及一种新形势下含新型负荷及高比例分布式电源的基于承载能力的新形势下配网综合评估以及优选方法。
背景技术：
：环保压力日益严峻，人们努力寻求可再生清洁能源替代传统化石能源。在此背景下，催生了大量接入配电网的分布式电源和电能替代化石能源的产物，如电动汽车和电采暖等新型负荷。分布式电源和新型负荷大规模接入配电网后，负荷波动加剧，电能质量难以保证，给配电网规划和改造建设带来新压力。目前，配电网承载能力综合评估的研究主要集中在传统配电网领域，缺乏综合考虑分布式电源和新型负荷接入后的影响，无法为配电网规划或改造方案的择优提供有效参考。因此，如何综合考虑配电网中的各个因素，并计算不同因素下指标对配电网的影响，从而综合设计出安全、可靠、优质、经济的配电网成为现有技术亟需解决的技术问题。技术实现要素：本发明的目的在于提出一种基于承载能力的新形势下配电网优选方法，利用量化计算的方式，考虑不同权重，设计出安全、可靠、优质、经济的配电网，为新形势下的网络建设提供参考。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于承载能力的配电网优选方法，包括如下步骤：s1：全面搜集配电网综合评估的相关数据信息，综合考虑新型负荷和分布式电源的特性，建立含新型负荷及高比例分布式电源的配网评价指标体系，所述新型负荷包括电动汽车和电采暖；s2：根据步骤s1所述的评价指标体系，分析并得出各指标的量化计算方法；s3：根据上述步骤中所述的评价指标体系及其量化方法计算，应用基于变权理论的多层次模糊综合评价算法，确定各指标的权重；s4：结合各指标的权重，得出配电网的综合评分；s5：根据配电网评分对配电网进行调整改造，确定最优的配电网络结构。可选的，在步骤s1中，所述新型负荷及高比例分布式电源的配网评价指标体系分别包括准则层和指标层，其中准则层包括安全性、可靠性、优质性和技术经济性；对于准则层中的每一个具体包括，所述安全性包括线路“n-1”通过率和短路容量；所述可靠性包括系统平均停电频率saifi(systemaverageinterruptionfrequencyindex)、系统平均停运持续时间saidi(systemaverageinterruptiondurationindex)、平均供电可用率asai(averageserviceavailabilityindex)和系统缺电量ens(energynotsupplied)；所述优质性包括电压合格率、电压波动率和谐波畸变率；所述技术经济性包括线损率、最大负载率、线路年平均负载率和配变容量年平均负载率和投资容量比。可选的，在步骤s2中，各指标的量化计算方法具体为：(1)安全性指标a.线路“n-1”通过率线路“n-1”校验通过率指在最大负荷运行方式下，在变电站出线开关停运后，该线路全部负荷可转移到其它线路供电，此类线路所占的比例，该指标用以反映最大负荷运行方式下线路负荷转供能力，计算公式如下：式中，nt是可转供线路数；nl是该线路所连接的总线路数；b.短路容量所述短路容量是在馈线发生三相短路时，最大运行方式下即最小阻抗时，计算的短路电流乘以短路点电压，取视在功率值，反映馈线对故障的应对能力，计算公式如下：式中，是最大运行方式下短路电流；是第i个分布式电源向短路点注入的短路电流；g为分布式电源的个数；uf是短路点电压；(2)可靠性指标通过配电网中的开关装置的配置状况和自动化程度，按照开关位置将配电网分块，同一块内任何元件故障对负荷点产生的影响完全相同，则块s的等效故障率λs和平均等效修复时间γs如下：式中，λi是块s的第i个元件的故障率；m是块s的元件总数；γi是块s的第i个元件的修复时间；块s的年平均停电时间us是：us＝λsγs(5)若块s的用户数为ns，总负荷数为ls，则系统可靠性指标系统平均停电频率saifi(systemaverageinterruptionfrequencyindex)、系统平均停运持续时间saidi(systemaverageinterruptiondurationindex)、平均供电可用率asai(averageserviceavailabilityindex)和系统缺电量ens(energynotsupplied)计算公式如下：ens＝∑lsus(9)；(3)优质性指标a.电压合格率电压合格率为某个时间断面内，电压合格的节点数与总节点数之比，计算公式如下：式中，n是总的节点数；nq为电压合格的节点数；b.电压波动电压波动是指两个相邻的采样周期内，同一个节点电压幅值的变化，计算公式如下：式中，t为采样周期；u1t是t时电压幅值；u1t+t为t+t时电压幅值；c.谐波畸变率谐波畸变率反映了电压的高次谐波相对于基波所占的比例，电压谐波畸变率计算公式：式中，u1是基波电压；uh是电压的h次高次谐波；hmax是所计入的最高次谐波；(4)技术经济性指标a.线损率线损率是指馈线的有功功率损耗占馈线始端输入功率的百分数，线损率的计算公式如下：式中，l，t分别是支路和配变集合；ii是第i条支路的电流幅值；ij是第j个配变支路的电流幅值；ri是第i条支路的电阻；rj是第j个变压器支路的电阻；plmax是线路的供给功率值；b.最大负载率最大负载率是指线路、配变的最大负载与线路、配变最大传输有功功率的比值，计算公式如下：式中，pimax是第i个负荷的最大值；是第i个负荷的功率因数；n是线路或变压器上的负荷总数；s是线路、配变允许的最大传输有功功率；c.线路年平均负载率、配变容量年平均负载率线路(即馈线)年平均负载率、配变容量平均负载率是指线路、配变在年期间负载率的平均值，计算公式如下：式中，pave是线路或者配变的年平均负载，pmax是线路或者配变在年期间的最大负载；d.投资容量比配电网的投资容量比是配电网建设投资与负荷容量的比值，计算公式如下：式中，c是配电网建设投资成本，单位万元；pload是负荷总量，单位mw。可选的，步骤s3具体为：构造比较矩阵子步骤：对同一准则层下的每个指标进行成对比较，并采用1-9的方式进行赋值，1表示指标ai相对于指标aj同等重要，9表示指标ai相对于指标aj绝对重要，1-9程度依次增加，对于有n个指标的情况，形成如下比较矩阵a：式中，aij＝ai/aj，表示指标ai相对于指标aj的重要程度，指标权重计算子步骤：根据几何平均法(方根法)计算指标权重，如式(18)所示式中，n表示指标i所对应所述准则层下指标的个数，wi为该准则层下的第i个指标的权重；指标评分子步骤：根据各指标的计算方法，计算所有指标，并用功效系数法对各评价指标作无量纲化处理，公式如下：式中，xi是的第i个指标的评分值；x′i是第i个指标按照上述公式的实际计算值；mi和mi分别是指标i的满意值和不允许值；最终权重计算子步骤：在该步骤中应用变权理论解决各指标评分偏离正常值的情况，即对于指标评分过高或者过低，通过减小权值来减小这些异常指标对评价结果的影响，具体采用均衡函数的变权计算公式如下：式中，w’i是指标i变权后的权值，wi是指标i变权前的权值，xi是指标i的评分值，ti为指标i的均衡系数且t∈(0，1]，n表示指标i所对应准则层下指标的个数，其中，对于第i个指标的评分xi，均衡系数ti的计算方法如下：可选的，在步骤s3中，c＝60，d＝40。指标的满意值和不允许值为：(1)线路n-1通过率，满意值取100，不允许值取极小值0；(2)短路容量，满意值取0，不允许值取比常用的真空短路器短路容量最大值850mva略大；(3)可靠性指标，系统平均停电频率的不容许值取0.235次/用户·年，满意值取0.180次/用户·年；系统平均停运持续时间的不容许值取3.20小时/用户·年，满意值取2.89小时/用户·年；平均供电可用率不容许值取99.930％，满意值取99.980％；系统缺电量不容许值取13.00mw小时/年，满意值取10.50mw小时/年；(4)电压合格率，满意值是100，不允许值取98.5％；电压波动率和谐波畸变率满意值取0，电压波动率不允许值为3％，谐波畸变率的不允许值为4％；(5)最大负载率，线路年平均负载率，和配变年平均负载率，满意值取100％，不允许值取极限最小值0；(6)对于线损率，满意值取极限最小值0，不允许值为全国平均线损率5.2％；(7)投资容量比，满意值取30万元/mw，不允许值取计算的最大值100万元/mw。可选的，在步骤s4中，计算方案的综合评分值具体为每个准则层的综合评分值等于该准则下所有指标的权重乘以各指标评分的和，计算公式如下：式中，pk为第k个准则层的综合评分值。可选的，在步骤s4中，还采用最大隶属度原则确定模糊综合评价结果，[0，20]为极差，[20，40]为较差，[40，60]为中，[60，80]为良，[80，100]为优。本发明能够有效判别新形势下配电网的承载能力水平，有助于现有及规划中的配电网选择最佳的建设或改造方案，从而能够科学合理地构建网架结构，进一步提高分布式电源的接入比例和新型负荷的消纳能力，避免因盲目建设而导致资金浪费，从而有效提高电力公司的经济效益，因此具有重要的实际意义。附图说明图1是根据本发明的基于承载能力的新形势下配电网优选方法的流程图；图2是根据本发明具体实施例的新型负荷及高比例分布式电源接入配电网综合评估指标体系。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。参见图1，示出了根据本发明具体实施例的基于承载能力的新形势下配电网优选方法的流程图，包括如下步骤：s1：全面搜集配电网综合评估的相关数据信息，综合考虑新型负荷和分布式电源的特性，建立含新型负荷及高比例分布式电源的配网评价指标体系，所述新型负荷包括电动汽车和电采暖；具体的，参见图2，所述新型负荷及高比例分布式电源的配网评价指标体系分别包括准则层和指标层，其中准则层包括安全性、可靠性、优质性和技术经济性；对于准则层中的每一个具体包括，所述安全性包括线路“n-1”通过率和短路容量；所述可靠性包括系统平均停电频率saifi(systemaverageinterruptionfrequencyindex)、系统平均停运持续时间saidi(systemaverageinterruptiondurationindex)、平均供电可用率asai(averageserviceavailabilityindex)和系统缺电量ens(energynotsupplied)；所述优质性包括电压合格率、电压波动率和谐波畸变率；所述技术经济性包括线损率、最大负载率、线路(即馈线)年平均负载率和配变容量年平均负载率和投资容量比。s2：根据步骤s1所述的评价指标体系，分析并得出各指标的量化计算方法。该步骤即用于对各指标进行量化，便于下一阶段的计算各指标的权重。具体而言：(1)安全性指标a.线路“n-1”通过率线路“n-1”校验通过率指在最大负荷运行方式下，在变电站出线开关停运后，该线路全部负荷可转移到其它线路供电，此类线路所占的比例，该指标用以反映最大负荷运行方式下线路负荷转供能力，计算公式如下：式中，nt是可转供线路数：nl是该线路所连接的总线路数。b.短路容量分布式电源并后，会向短路点提供短路电流，当分布式电源容量达到一定程度时，会使过流保护装置不能正确动作。因此，所述短路容量是在馈线发生三相短路时，最大运行方式下即最小阻抗时，计算的短路电流乘以短路点电压，取视在功率值，反映馈线对故障的应对能力，计算公式如下：式中，是最大运行方式下短路电流；是第i个分布式电源向短路点注入的短路电流；g为分布式电源的个数；uf是短路点电压。(2)可靠性指标通过配电网中的开关装置的配置状况和自动化程度，按照开关位置将配电网分块，同一块内任何元件故障对负荷点产生的影响完全相同，则块s的等效故障率λs和平均等效修复时间γs如下：式中，λi是块s的第i个元件的故障率；m是块s的元件总数；γi是块s的第i个元件的修复时间。块s的年平均停电时间us是：us＝λsγs(5)若块s的用户数为ns，总负荷数为ls，则系统可靠性指标系统平均停电频率saifi(systemaverageinterruptionfrequencyindex)、系统平均停运持续时间saidi(systemaverageinterruptiondurationindex)、平均供电可用率asai(averageserviceavailabilityindex)和系统缺电量ens(energynotsupplied)计算公式如下：ens＝∑lsus(9)(3)优质性指标a.电压合格率电压合格率为某个时间断面内，电压合格的节点数与总节点数之比，计算公式如下：式中，n是总的节点数；nq为电压合格的节点数；b.电压波动电压波动是指两个相邻的采样周期内，同一个节点电压幅值的变化，计算公式如下：式中，t为采样周期；u1t是t时电压幅值；u1t+t为t+t时电压幅值；c.谐波畸变率谐波畸变率反映了电压的高次谐波相对于基波所占的比例，ieeestd519-1992中规定谐波畸变率应≤5％，电压谐波畸变率计算公式：式中，u1是基波电压；uh是电压的h次高次谐波；hmax是所计入的最高次谐波。(4)技术经济性指标a.线损率线损率是指馈线的有功功率损耗占馈线始端输入功率的百分数，线损率的计算公式如下：式中，l，t分别是支路和配变集合；ii是第i条支路的电流幅值；ij是第j个配变支路的电流幅值；ri是第i条支路的电阻；rj是第j个变压器支路的电阻；plmax是线路的供给功率值。b.最大负载率最大负载率是指线路、配变的最大负载与线路、配变最大传输有功功率的比值，计算公式如下：式中，pimax是第i个负荷的最大值；是第i个负荷的功率因数；n是线路或变压器上的负荷总数；s是线路、配变允许的最大传输有功功率。c.线路年平均负载率、配变容量年平均负载率线路(即馈线)年平均负载率、配变容量平均负载率是指线路、配变在年期间负载率的平均值，计算公式如下：式中，pave是线路或者配变的年平均负载；pmax是线路或者配变在年期间的最大负载。d.投资容量比配电网的投资容量比是配电网建设投资与负荷容量的比值，反映了配电网单位容量的造价水平，计算公式如下：式中，c是配电网建设投资成本，单位万元；pload是负荷总量，单位mw。s3：根据上述步骤中所述的评价指标体系及其量化方法计算，应用基于变权理论的多层次模糊综合评价算法，确定各指标的权重；具体步骤包括：构造比较矩阵子步骤：根据图2的指标体系，对同一准则层下的每个指标进行成对比较，并采用表1的方法获得具体数值，即采用1-9的方式进行赋值，1表示指标ai相对于指标aj同等重要，9表示指标ai相对于指标aj绝对重要，1-9程度依次增加，对于有n个指标的情况，形成如下比较矩阵a：式中，aij＝ai/aj，表示指标ai相对于指标aj的重要程度，其值大小的含义如表1所示：表1比较矩阵a的标度含义指标权重计算子步骤：根据几何平均法(方根法)计算指标权重，如式(18)所示式中，n表示指标i所对应所述准则层(即安全性、可靠性、优质性、技术经济性)下指标的个数，wi为该准则层下的第i个指标的权重。指标评分子步骤：根据各指标的计算方法，计算所有指标，并用功效系数法对各评价指标作无量纲化处理，公式如下：式中，xi是的第i个指标的评分值；x′i是第i个指标按照上述公式的实际计算值；mi和mi分别是指标i的满意值和不允许值；c和d均为常数，通常取c＝60，d＝40。在一个可选的实施例中，指标的满意值和不允许值：(1)线路n-1通过率，满意值取100，不允许值取极小值0；(2)短路容量，满意值取0，不允许值取比常用的真空短路器短路容量最大值850mva略大；(3)可靠性指标，其中不容许值稍高于国内城市可靠性指标的平均值。而满意值均为各指标最高的极限值；其中，系统平均停电频率的不容许值取0.235次/用户·年，满意值取0.180次/用户·年；系统平均停运持续时间的不容许值取3.20小时/用户·年，满意值取2.89小时/用户·年；平均供电可用率不容许值取99.930％，满意值取99.980％；系统缺电量不容许值取13.00mw小时/年，满意值取10.50mw小时/年。(4)电压合格率，满意值是100，不允许值取国家能源局规定的98.5％；电压波动率和谐波畸变率满意值取0，电压波动率不允许值按照《gb/t12326-2008电能质量电压波动和闪变》中规定的3％，谐波畸变率的不允许值为4％；(5)最大负载率，线路年平均负载率，和配变年平均负载率，满意值取100％，不允许值取极限最小值0；(6)对于线损率，满意值取极限最小值0，不允许值为全国平均线损率5.2％；(7)投资容量比，满意值取30万元/mw，不允许值取计算的最大值100万元/mw。最终权重计算子步骤：在该步骤中应用变权理论解决各指标评分偏离正常值的情况，即对于指标评分过高或者过低，通过减小权值来减小这些异常指标对评价结果的影响，具体采用均衡函数的变权计算公式如下：式中，w’i是指标i变权后的权值；wi是指标i变权前的权值；xi是指标i的评分值；ti为指标i的均衡系数且t∈(0，1]；n表示指标i所对应准则层(安全性、可靠性、优质性、技术经济性)下指标的个数。其中，对于第i个指标的评分xi，本发明提出均衡系数ti的计算方法如下：s4：结合各指标的权重，得出配电网的综合评分。计算方案的综合评分值每个准则层的综合评分值等于该准则下所有指标的权重乘以各指标评分的和，计算公式如下：式中，pk为第k个准则层的综合评分值，在本发明中共有4个准则层(安全性、可靠性、优质性、技术经济性)。进一步的，还可以对采用最大隶属度原则确定模糊综合评价结果。采用百分制的计分方法确定结果评价等级，本发明采用5级评价，如下表：表3不同等级分值区间表s5：根据配电网评分对配电网进行调整改造，确定最优的配电网络结构。即，可以根据s4计算出来的评分值，确定是否达标，是否需要对网络结构进行调整，从而得到最优，或者满足要求的配电网络结构。实施例一：依据图2建立的评价体系的基础指标的定义及其计算方法，确定相关实际数据：(1)算例所研究的北广线的配电网络由10个节点构成，各节点负荷参数见表2。北广线的电动汽车充电负荷、电采暖等新型负荷根据北广线2018-2022年的新型负荷改造计划得出，结合常规负荷可预测出北广线2018-2022年每年总负荷情况，如表4所示。表4北广线总负荷预测结果(单位：kw，kvar)根据上表的北广线总负荷预测结果可知，2022年北广线总的负荷为6.387mva，在1#利嘉服装、2号新世纪专变和6号荣信电气专变分别接入分布式光伏，容量的接入比例为0％，15％，30％，50％。(2)各指标计算结果下表5给出短路容量和n-1通过率指标计算结果：表5北广线的安全性指标计算结果假设隔离开关完全可靠，涉及到的刀间操作时间为1小时，且熔断器100％可靠熔断，计算的可靠性指标如下：表6北广线的可靠性指标计算结果经计算优质性指标如下：表7北广线优质性指标计算结果分布式电源渗透率电压波动率总谐波畸变率电压合格率0％1.011.1499.1415％1.031.1599.0230％1.081.1798.7850％1.111.1998.01经计算技术经济性指标如下：表8北广线技术经济性指标计算结果分布式电源渗透率线损率(％)最大负载率(％)年平均负载率(％)投资容量比0％4.50270.9968.1241.2515％4.0761.5558.1447.1430％3.3449.1247.1549.1250％3.1240.3137.3252.13下表给出以上方案的各指标的评分值：表9不同渗透率下各指标评分结果(3)各指标的权重计算1)安全性指标的权重参考国内外相关文献及专家意见，安全性指标的比较矩阵如下：表10安全性指标比较矩阵指标类别n-1通过率短路容量n-1通过率15短路容量1/51结合上一节的指标计算结果和变权理论，计算得到安全性指标权重系数为：w＝(0.8160.184)t(23)2)可靠性指标的权重可靠性指标的比较矩阵如下：表11可靠性指标比较矩阵结合上一节的指标计算结果和变权理论，计算得到可靠性指标权重系数为：w＝(0.16790.21940.33250.2801)t(24)3)优质性指标的权重优质指标的比较矩阵如下：表12优质性指标比较矩阵指标类别电压波动率总谐波畸变率电压合格率电压波动率11.51/3.5总谐波畸变率1/1.511/3.5电压合格率3.53.51结合上一节的指标计算结果和变权理论，计算得到优质性指标权重系数为：w＝(0.6770.1930.130)t(25)4)技术经济性指标的权重技术经济性指标的比较矩阵如下：表13技术经济性指标比较矩阵指标类别线损率最大负载率年平均负载率投资容量比线损率12.521/1.5最大负载率1/2.511.51/4年平均负载率21/1.511/5投资容量比1.5451结合上一节的指标计算结果和变权理论，计算得到技术经济性指标权重系数为：w＝(0.2770.1810.1680.374)t(26)(4)再基于模糊综合评价，下表给出了综合指标的评价值：表14北广线综合评分值/等级根据表14的评价结果，该建设方案的综合评分等级为优和良，说明该方案的合理性，而且随着分布式电源渗透率的逐步提高，供电可靠性和技术经济性水平也逐步提高。此外，可以根据最终想要达到的结果，对北广线进行优化，达到所需要的效果。本发明能够有效判别新形势下配电网的承载能力水平，有助于现有及规划中的配电网选择最佳的建设或改造方案，从而能够科学合理地构建网架结构，进一步提高分布式电源的接入比例和新型负荷的消纳能力，避免因盲目建设而导致资金浪费，从而有效提高电力公司的经济效益，因此具有重要的实际意义。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。当前第1页12