一种考虑主配网协调的城市电网规划方法与流程

本发明属于电网规划领域，具体涉及一种考虑主配网协调的城市电网规划方法。
背景技术：
：电力系统规划是电力系统发展的重要环节，其主要通过改造升级老旧或者新建电力设备来满足负荷的高可靠供电。目前电力系统规划方法研究主要集中在电源规划、变电站扩展规划、电网扩展规划以及无功规划四个方面。其中220千伏和110千伏变电站扩展规划、电网扩展规划是连接电网高压电网向负荷供电的重要通道，尤其对于城市电网，其发展主要以220千伏和110千伏电网发展为主。随着城市建设条件的越来越困难，城市电网发展遇见了输电通道匮乏、变电站落地困难等问题。因此，低压配电网线路和高压主网变电站之间的协调规划显得日益迫切。传统城市电网规划一般分为主网规划和配电网规划，各层电网分别规划，容易出线主网变电站向配电网变电站出线困难等问题，甚至会出现新建的主网设备，由于低压配电网出线通道难以建设，导致长期处于轻载状态的现象，使得主网规划的变电站并未达到设计的预期效果。基于此，主配网协调规划在城市电网建设中不容忽视。虽然“输配电协调的网架规划方法(水电能源科学，2016，34(9)：200-204)”在传统网架规划模型的基础上，在输电网规划模型中引入配电网转供需求约束和输电网可靠率约束，其在配电网规划模型中引入输电网n-2转供需求约束和线路平均负载率约束实现了主配网之间高可靠性规划；“主网与配电网协调规划的评价指标和规划方法(电力系统自动化，2010，34(15)：37-41)”从主配网协调评估指标方面入手提出了主配网规划的方法，解决了主配网规划过程中经济性和可靠性之间的协调。但是上述研究过程中都没有考虑地理位置、输电通道等城市电网建设条件对主配网协调规划的影响。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种综合考虑城市变电站位置、廊道情况以及电网的安全稳定性和建设成本的主配网协调的城市电网规划方法。为实现以上目的，本发明的技术方案如下：一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，依次包括以下步骤：步骤a、根据收集的待规划城市电网的基础数据构建变电站线路联合扩展规划模型，其中，所述规划模型以总建设成本最小为目标函数：ct＝c2t+c2l+c1t+c1l上式中，ct为总建设成本，c2t为新建的220千伏变电站的成本，c2l为新建的220千伏线路的成本，c1t为新建的110千伏变电站的成本，c1l为新建110千伏线路的成本；步骤b、求解上述规划模型，得到最优的电网规划方案。步骤a中，所述c2t按照以下公式计算得到：a(i)∈{0，1}s2(i)∈{18，24，36，48}s2(j)∈{18，24，36}上式中，g2(i)为第i个220千伏变电站新建的单位容量成本，f2(j)为第j个220千伏变电站的扩建单位容量成本，a(i)、s2(i)、s2(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的220千伏变电站，a(i)为1，否则为0，s2(i)表示第i个220千伏变电站新建的容量，s2(j)表示第j个220千伏变电站的扩建容量，i＝1，2，...，n，j＝n+1，n+2，...，l，n为备选的220千伏变电站的数量，l为220千伏变电站的总数量；所述c1t按照以下公式计算得到：b(i)∈{0，1}s1(i)∈{3.15，4，5，6.3，10}s1(j)∈{3.15，4，5，6.3}上式中，g1(i)为第i个110千伏变电站新建的单位容量成本，f1(j)为第j个110千伏变电站的扩建单位容量成本，b(i)、s1(i)、s1(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的110千伏变电站，b(i)为1，否则为0，s1(i)表示第i个110千伏变电站新建的容量，s1(j)表示第j个110千伏变电站的扩建容量，i＝1,2,…,m，j＝m+1,m+2,…,k，m为备选的110千伏变电站的数量，k为110千伏变电站的总数量；所述c2l按照以下公式计算得到：上式中，gl2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，xij为待决策变量，表示第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路数量，d2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路长度，为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的可建设线路数量，l为220千伏站点的总数量，且i≠j，220千伏站点包括220千伏变电站、500千伏变电站220千伏母线；所述c1l按照以下公式计算得到：上式中，gl1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，yij为待决策变量，表示第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路数量，d1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路长度，为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的可建设线路数量，k为110千伏变站点的总数量，且i≠j，110千伏站点包括110千伏变电站、220千伏变电站110千伏母线。所述规划模型的约束条件包括：发电机出力约束：上式中，为第i台机组出力的有功功率，分别为第i台机组的出力上、下限，i＝1,2,…,d，d为待规划城市电网内的机组总数量；支路潮流约束：上式中，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的有功功率，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的极限传输功率，i＝1,2,…,e，j＝1,2,…,e，k＝1,2,…,fij，e为待规划城市电网内变电站的总数量，fij为第i个变电站与第j个变电站之间并列线路的总数量，且i≠j；新建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(i)≤s2(i)≤1.8p2(i)上式中，p2(i)为第i个220千伏变电站下网有功功率，s2(i)为第i个220千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,n，n为备选的220千伏变电站的数量；扩建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(j)≤s2(j)+s20(j)≤1.8p2(j)上式中，p2(j)为第j个220千伏变电站下网有功功率，s2(j)为第j个220千伏变电站的主变容量，s20(j)为第j个220千伏变电站扩建前的主变容量，j＝n+1,n+2,…,l，l为220千伏变电站的总数量；新建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(i)≤s1(i)≤2.2p1(i)上式中，p1(i)为第i个110千伏变电站下网有功功率，s1(i)为第i个110千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,m，m为备选的110千伏变电站的数量；扩建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(j)≤s1(j)+s10(j)≤2.2p1(j)上式中，p1(j)为第j个110千伏变电站下网有功功率，s1(j)为第j个110千伏变电站的主变容量，s10(j)为第j个110千伏变电站扩建前的主变容量，j＝m+1,m+2,…,k，k为110千伏变电站的总数量；直流潮流约束：上式中，θi为第i个变电站母线相对于第e个变电站母线的相对相角大小，pi为第i个变电站母线的净流入有功功率，为第i个变电站发电注入有功功率，为第i个变电站负荷下网有功功率，yij为第i个变电站母线与第j个变电站母线之间的互导纳，xij为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的阻抗,yii为第i个变电站母线的自导纳，tt为与第i个变电站母线直接互联的其他变电站的集合，i＝1,2,…,z，z＝e-1。所述步骤b采用粒子群算法求解规划模型。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明一种考虑主配网协调的城市电网规划方法先根据收集的待规划城市电网的基础数据构建变电站线路联合扩展规划模型，再求解该规划模型，得到最优的电网规划方案，其中，规划模型以新建的220千伏变电站及线路的成本、新建的110千伏变电站及线路的成本最小为目标函数，一方面，该设计在规划过程中综合考虑了城市电网的施工条件，能够保证规划方案的有效实施，另一方面，该方法将不同电压等级电网的规划建立在统一的模型中，从而一次性完成主网和配网的规划，能够有效协调220千伏电网和110千伏电网之间的关系，避免线路和变压器重载的问题，大幅降低线路和变压器的轻载率，使线路和变压器的整体负载率更加合理，从而有效改善了系统设备的运行效率和运行安全性。因此，本发明不仅能够保证规划方案的有效实施，而且有效改善了系统设备的运行效率和运行安全性。附图说明图1为本发明的流程图。图2为本发明实施例1所述电网的原始结构。图3为采用本发明实施例1所述方法得到的规划后电网结构。图4为采用传统分电压等级分别进行规划后的电网结构。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。参见图1，一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，依次包括以下步骤：步骤a、根据收集的待规划城市电网的基础数据构建变电站线路联合扩展规划模型，其中，所述规划模型以总建设成本最小为目标函数：ct＝c2t+c2l+c1t+c1l上式中，ct为总建设成本，c2t为新建的220千伏变电站的成本，c2l为新建的220千伏线路的成本，c1t为新建的110千伏变电站的成本，c1l为新建110千伏线路的成本；步骤b、求解上述规划模型，得到最优的电网规划方案。步骤a中，所述c2t按照以下公式计算得到：a(i)∈{0，1}s2(i)∈{18，24，36，48}s2(j)∈{18，24，36}上式中，g2(i)为第i个220千伏变电站新建的单位容量成本，f2(j)为第j个220千伏变电站的扩建单位容量成本，a(i)、s2(i)、s2(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的220千伏变电站，a(i)为1，否则为0，s2(i)表示第i个220千伏变电站新建的容量，s2(j)表示第j个220千伏变电站的扩建容量，i＝1,2,…,n，j＝n+1,n+2,…,l，n为备选的220千伏变电站的数量，l为220千伏变电站的总数量；所述c1t按照以下公式计算得到：b(i)∈{0，1}s1(i)∈{3.15，4，5，6.3，10}s1(j)∈{3.15，4，5，6.3}上式中，g1(i)为第i个110千伏变电站新建的单位容量成本，f1(j)为第j个110千伏变电站的扩建单位容量成本，b(i)、s1(i)、s1(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的110千伏变电站，b(i)为1，否则为0，s1(i)表示第i个110千伏变电站新建的容量，s1(j)表示第j个110千伏变电站的扩建容量，i＝1,2,…,m，j＝m+1,m+2,…,k，m为备选的110千伏变电站的数量，k为110千伏变电站的总数量；所述c2l按照以下公式计算得到：上式中，gl2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，xij为待决策变量，表示第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路数量，d2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路长度，为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的可建设线路数量，l为220千伏站点的总数量，且i≠j，220千伏站点包括220千伏变电站、500千伏变电站220千伏母线；所述c1l按照以下公式计算得到：上式中，gl1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，yij为待决策变量，表示第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路数量，d1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路长度，为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的可建设线路数量，k为110千伏变站点的总数量，且i≠j，110千伏站点包括110千伏变电站、220千伏变电站110千伏母线。所述规划模型的约束条件包括：发电机出力约束：上式中，为第i台机组出力的有功功率，分别为第i台机组的出力上、下限，i＝1,2,…,d，d为待规划城市电网内的机组总数量；支路潮流约束：上式中，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的有功功率，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的极限传输功率，i＝1,2,…,e，j＝1,2,…,e，k＝1,2,…,fij，e为待规划城市电网内变电站的总数量，fij为第i个变电站与第j个变电站之间并列线路的总数量，且i≠j；新建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(i)≤s2(i)≤1.8p2(i)上式中，p2(i)为第i个220千伏变电站下网有功功率，s2(i)为第i个220千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,n，n为备选的220千伏变电站的数量；扩建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(j)≤s2(j)+s20(j)≤1.8p2(j)上式中，p2(j)为第j个220千伏变电站下网有功功率，s2(j)为第j个220千伏变电站的主变容量，s20(j)为第j个220千伏变电站扩建前的主变容量，j＝n+1,n+2,…,l，l为220千伏变电站的总数量；新建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(i)≤s1(i)≤2.2p1(i)上式中，p1(i)为第i个110千伏变电站下网有功功率，s1(i)为第i个110千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,m，m为备选的110千伏变电站的数量；扩建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(j)≤s1(j)+s10(j)≤2.2p1(j)上式中，p1(j)为第j个110千伏变电站下网有功功率，s1(j)为第j个110千伏变电站的主变容量，s10(j)为第j个110千伏变电站扩建前的主变容量，j＝m+1,m+2,…,k，k为110千伏变电站的总数量；直流潮流约束：上式中，θi为第i个变电站母线相对于第e个变电站母线的相对相角大小，pi为第i个变电站母线的净流入有功功率，为第i个变电站发电注入有功功率，为第i个变电站负荷下网有功功率，yij为第i个变电站母线与第j个变电站母线之间的互导纳，xij为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的阻抗,yii为第i个变电站母线的自导纳，tt为与第i个变电站母线直接互联的其他变电站的集合，i＝1,2,…,z，z＝e-1。所述步骤b采用粒子群算法求解规划模型。本发明的原理说明如下：本发明公开了一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，该方法综合考虑城市变电站位置、不同电压等级电网线路的廊道情况以及电网的安全经济约束，将不同电压等级电网的规划建立在统一的模型中，通过采用粒子群算法求解，一次性完成主网和配网的规划，可以有效保障主配网变电站发展的有效衔接，实现城市电网的主配网协调规划，进而充分发挥电网设备的利用效率。实施例1：参见图1，一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，本实施例以我国某城市电网为对象，该电网具有：备选220千伏站址2个，分别为a1、a2，已有220千伏站点9个，分别为a3-a11，备选110千伏站址10个，分别为b1-b10，已有110千伏站点22个，分别为b11-b32.，具体结构参见图2，该方法依次按照以下步骤进行：步骤a、根据收集的待规划城市电网的基础数据构建变电站线路联合扩展规划模型，其中，所述规划模型以总建设成本最小为目标函数：ct＝c2t+c2l+c1t+c1la(i)∈{0，1}s2(i)∈{18，24，36，48}s2(j)∈{18，24，36}b(i)∈{0，1}s1(i)∈{3.15，4，5，6.3，10}s1(j)∈{3.15，4，5，6.3}上式中，ct为总建设成本，c2t为新建的220千伏变电站的成本，c2l为新建的220千伏线路的成本，c1t为新建的110千伏变电站的成本，c1l为新建110千伏线路的成本，g2(i)为第i个220千伏变电站新建的单位容量成本，f2(j)为第j个220千伏变电站的扩建单位容量成本，a(i)、s2(i)、s2(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的220千伏变电站，a(i)为1，否则为0，s2(i)表示第i个220千伏变电站新建的容量，s2(j)表示第j个220千伏变电站的扩建容量，i＝1，2，...，n，j＝n+1，n+2，...，l，n为备选的220千伏变电站的数量，l为220千伏变电站的总数量，g1(i)为第i个110千伏变电站新建的单位容量成本，f1(j)为第j个110千伏变电站的扩建单位容量成本，b(i)、s1(i)、s1(j)均为待决策变量，若建设第i个备选的110千伏变电站，b(i)为1，否则为0，s1(i)表示第i个110千伏变电站新建的容量，s1(j)表示第j个110千伏变电站的扩建容量，i＝1,2,…,m，j＝m+1,m+2,…,k，m为备选的110千伏变电站的数量，k为110千伏变电站的总数量，gl2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，xij为待决策变量，表示第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路数量，d2(i,j)为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的建设线路长度，为第i个220千伏站点与第j个220千伏站点之间的可建设线路数量，l为220千伏站点的总数量，且i≠j，220千伏站点包括220千伏变电站、500千伏变电站220千伏母线，gl1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路的单位长度成本，yij为待决策变量，表示第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路数量，d1(i,j)为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的建设线路长度，为第i个110千伏站点与第j个110千伏站点之间的可建设线路数量，k为110千伏变站点的总数量，且i≠j，110千伏站点包括110千伏变电站、220千伏变电站110千伏母线；所述规划模型的约束条件包括：发电机出力约束：上式中，为第i台机组出力的有功功率，分别为第i台机组的出力上、下限，i＝1,2,…,d，d为待规划城市电网内的机组总数量；支路潮流约束：上式中，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的有功功率，为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的极限传输功率，i＝1,2,…,e，j＝1,2,…,e，k＝1,2,…,fij，e为待规划城市电网内变电站的总数量，fij为第i个变电站与第j个变电站之间并列线路的总数量，且i≠j；新建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(i)≤s2(i)≤1.8p2(i)上式中，p2(i)为第i个220千伏变电站下网有功功率，s2(i)为第i个220千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,n，n为备选的220千伏变电站的数量；扩建220千伏变电站容载比约束：1.6p2(j)≤s2(j)+s20(j)≤1.8p2(j)上式中，p2(j)为第j个220千伏变电站下网有功功率，s2(j)为第j个220千伏变电站的主变容量，s20(j)为第j个220千伏变电站扩建前的主变容量，j＝n+1,n+2,…,l，l为220千伏变电站的总数量；新建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(i)≤s1(i)≤2.2p1(i)上式中，p1(i)为第i个110千伏变电站下网有功功率，s1(i)为第i个110千伏变电站的主变容量，i＝1,2,…,m，m为备选的110千伏变电站的数量；扩建110千伏变电站容载比约束：2.0p1(j)≤s1(j)+s10(j)≤2.2p1(j)上式中，p1(j)为第j个110千伏变电站下网有功功率，s1(j)为第j个110千伏变电站的主变容量，s10(j)为第j个110千伏变电站扩建前的主变容量，j＝m+1,m+2,…,k，k为110千伏变电站的总数量；直流潮流约束：上式中，θi为第i个变电站母线相对于第e个变电站母线的相对相角大小，pi为第i个变电站母线的净流入有功功率，为第i个变电站发电注入有功功率，为第i个变电站负荷下网有功功率，yij为第i个变电站母线与第j个变电站母线之间的互导纳，xij为第i个变电站与第j个变电站之间第k条线路的阻抗,yii为第i个变电站母线的自导纳，tt为与第i个变电站母线直接互联的其他变电站的集合，i＝1,2,…,z，z＝e-1；步骤b、采用粒子群算法求解上述规划模型，得到各待决策变量的取值，从而确定最优的电网规划方案，最优的电网规划结构如图3所示，规划结果如表1所示：表1采用本实施例所述方法得到的规划结果表为考察本发明方法的有效性，采用传统的分电压等级分别规划方法对实施例1所述电网进行规划，得到的如图4、表3所示的规划方案作为对比例：表2采用传统分电压等级分别规划方法得到的规划结果表将实施例1得到的规划方案与对比例进行对比，结果如表3、表4所示：表3建设成本对比表表4本发明所述方法结果运行指标对比表指标项实施例1(％)对比例(％)线路平均负载率24.8920.58线路重载率0.002.94线路轻载率40.6555.71线路潮流不均匀度19.0827.41变电站平均负载率52.7943.74变电站重载率0.000.00变电站轻载率11.1119.26变电站负载率不均匀度24.3829.43通过比较表3、表4所示数据不难发现，本发明所述方法更好的协调了220千伏电网和110千伏电网之间的关系，通过扩建已有220千伏变电站完成了所规划电网的供电需求，节约了电网的投资约10660万元。同时对规划结果进行潮流分析发现本发明所述方法得到的规划结果不存在线路和变压器重载的问题，同时线路和变压器的轻载率大幅降低、线路和变压器整体负载率更加合理，设备的利用效率得到了有效利用，有利于电网运行质效的提高。当前第1页12