基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法
【专利摘要】一种电网控制【技术领域】的基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法，通过将地区电网中各个变电站的接线方式整理并生成基本知识库，然后根据基本知识库编制出该变电站内所有供电方式集合，经过基于负荷情况、变压器荷载能力及进线线路的筛选优化后，对每个变电站内优化后的供电方式进行编码，最后根据编码通过遗传算法进行地区电网重构，实现电网结构优化。本发明针对现有技术存在的没有考虑电网的实际网络结构，重构效率低的问题，可以大大加快地区电网重构的速度。
【专利说明】基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种电网控制【技术领域】的方法，具体是一种基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的迅速发展，人民生产生活对电能的需求也在不断增加。近年来，电网建设迅猛发展，电网自动化水平不断提高。地区电网作为联络主干输电网和低压配电网的中间环节，规模不断变大。电力调控中心作为地区电网运行的组织、协调部门，必须根据电网实时状态，调整运行方式，保证电网安全可靠、经济运行。
[0003]地区电网重构是通过改变电网中开关的状态，调整供电路径，改变潮流分布,是电网运行方式的重要组成部分。在电网结构简单的情况下，调度员凭借直观观察和经验即可以对电网进行重构。然而，随着地区电网内线路及变电站数量的不断增加，网络结构日益复杂，地区电网的重构方式越来越多样化。通过人工观察和经验，对电网进行重构已经不具有可实施性，不仅工作量大，而且容易出现错误和遗漏，影响供电质量。
[0004]为了快速准确地完成地区电网的重构，必须通过合理的算法和计算机辅助，完成这一工作。以往的重构算法,将地区电网中每一个开关作为一个独立个体,通过一个二进制位来表示该开关状态。在电网重构的过程中，用N(N表示地区电网开关的数量)个二进制位来表示一种电网重构方式。由于这种方式随机设置地区电网的开关状态，没有考虑实际的网络结构，所以 会产生大量无效的电网重构方式，极大影响电网重构的速度。
[0005]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103701117A公开(公告)日2014.04.02，公开了一种基于混合人工智能的主动配电网动态拓扑重构方法，采用多种改进的人工智能方法对于求解进行优化，该技术的优化过程综合了三种目标函数，兼顾了三种不同的优化目标，求得对应的Pareto最优解集，由于开关操作次数、供电量等指标的度量并不一致，为了建立统一的度量模型，将这些指标全部按照各自的折算关系换算成损失指标，最后提出动态层次分析法对Pareto最优解集中的解进行决策，得到代表着最优配电网结构的最优解。但该技术仅适用于辐射状配电网的重构，由于该技术未能考虑变压器支路选择、变压器档位、电容器投切等更多复杂因素，无法适用于包含多个变电站的地区电网的重构的情况，难以满足现阶段工业需要。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的没有考虑电网的实际网络结构，重构效率低的问题，提出一种基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法，可以大大加快地区电网重构的速度。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将地区电网中各个变电站的接线方式整理并生成基本知识库,然后根据基本知识库编制出该变电站内所有供电方式集合，经过基于负荷情况、变压器荷载能力及进线线路的筛选优化后，对每个变电站内优化后的供电方式进行编码，最后根据编码通过遗传算法进行地区电网重构，实现电网结构优化。
[0008]所述的整理是指:对地区电网各个变电站的接线方式进行整理，对每个变电站，为了实现本变电站负荷的可靠供电，其供电路径的构成为:进线接线、变压器支路、低压侧母线接线、负荷支路，具体包含以下内容:
[0009]a)高压侧母线接线方式。如进线-变压器组接线，或桥式接线；
[0010]b)进线线路及其所包含开关。对进线-变压器组接线，需要列出所有进线线路及其所包含开关；对桥式接线，需要列出两侧线路及其包含开关，以及桥路开关；
[0011 ] c)所有变压器支路及其所包含开关；
[0012]d)低压侧母线接线方式。若母线分段，则列出分段开关；
[0013]e)所有负荷支路开关。
[0014]所述的所有供电方式集合是指:根据整理生成的基本知识库，编制出该变电站所有可能的供电方式集合，具体步骤包括:
[0015]a)选择所有负荷支路开关，该类开关在运行中需要闭合，不参与变电站供电方式集的编制；
[0016]b)确定变电站高压侧母线接线方式，具体为:对进线-变压器组接线，选择一条或多条进线，选择一台变压器，并选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择一条或多条进线，选择多台变压器，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择一条或多条进线，选择多台变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式。
[0017]c)确定变电站高压侧母线接线方式，具体为:对桥式接线，按照闭合桥路开关和断开桥路开关分为两大类供电方式，其中:闭合桥路开关时，其供电方式与进线-变压器组接线类似。断开桥路开关时，选择一侧线路及同侧变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择两侧线路及两侧变压器，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择两侧线路及两侧变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式。
[0018]所述的筛选优化是指:结合每个变电站的负荷情况、变压器荷载能力及进线线路，对供电方式集中所有供电方式进行校验，当针对某一供电方式，负荷容量超过进线或变压器荷载能力，则该种供电方式在该负荷情况下不可行，则从变电站供电方式集中剔除该供电方式；当本变电站内存在其他运行方式约束，也可以在此阶段将不合理运行方式剔除。
[0019]所述的编码是指:对每个变电站所有可行供电方式进行编码，可以采用但不限于十进制编码，即用十进制数标记各个供电方式。
[0020]所述的重构是指:在遗传算法中，每个个体由N个十进制数组成，其中N为地区电网变电站的个数；每个十进制数代表对应变电站的一种供电方式，该供电方式为站内若干个开关的组合。在遗传算法优化过程中，各个变电站站内开关首先需要断开，然后根据编码值，找到相应需要闭合的开关，闭合N个站内的N组开关，形成一种新的地区电网重构方式。
技术效果
[0021]本发明基于基础电网知识，总结出变电站供电方式集，同时结合负荷情况对供电方式集进行初步校验，在变电站供电方式可行集的基础上，采用十进制编码对地区电网进行重构。该方法与传统地区电网重构方法相比，大大缩小了解空间的大小，有效提高了地区电网重构算法的效率。同时，新的编码方式更加清晰直观的代表地区电网的各种重构方式。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明中进线-变压器组接线变电站供电方式集形成示意图；
[0023]图2为本发明中桥式接线变电站供电方式集形成示意图；
[0024]图3为本发明中供电方式初步校验流程图；
[0025]图4为某地区电网拓扑结构图；
[0026]图5为某地区电网向阳变电站内主接线图。
【具体实施方式】
[0027]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0028]如图4所示，为某地区电网拓扑结构图，图中三个矩形代表三个220kV变电站，为整个地区电网的供电电源。整个地区电网包含10个66kV变电站。
[0029]1、根据步骤1，需要对10个变电站的接线方式进行整理。图5为向阳变站内主接线图，以向阳变为例，其主接线方式包含以下内容:
[0030]a)高压侧进线接线方式为进线-变压器组接线；
[0031]b)进线线路包括“白南甲线(开关923)”、“白南乙线(开关925)”;
[0032]c)变压器支路包括“I号主变(开关921、101)”、“2号主变(开关922、102) ” ；
[0033]d)低压侧母线采用单母分段带旁母接线，分段开关(开关100)；
[0034]e)负荷支路开关(开关113、114、211)。
[0035]对于其他66kV变电站，其主接线方式的整理内容类似。
[0036]2、根据步骤I中所整理出的10个变电站的主接线方式，可以根据步骤2所列思路，通过编程找出每个变电站所有可能的供电方式集合。仍以向阳变为例。
[0037]a)负荷支路开关113、114、211在运行中需闭合，不参与变电站供电方式集的编制；
[0038]b)向阳变为进线-变压器组接线方式，其供电方式集的编制思路如图1所示。最终形成的向阳变供电方式集包括:
[0039]方式1:白南甲线，I号主变，开关923、921、101、100
[0040]方式2:白南甲线，2号主变，开关923、922、102、100
[0041]方式3:白南甲线，I号主变、2号主变，开关923、921、101、922、102
[0042]方式4:白南甲线，I号主变、2号主变，开关923、921、101、922、102、100
[0043]方式5:白南乙线，I号主变，开关925、921、101、100
[0044]方式:6:白南乙线，2号主变，开关925、922、102、100
[0045]方式7:白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、921、922、102、101
[0046]方式8:白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、921、922、102、101、100
[0047]方式9:白南甲线、白南乙线，1号主变，开关923、925、921、101、100
[0048]方式10:白南甲线、白南乙线，2号主变，开关923、925、922、102、100[0049]方式11:白南甲线、白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、925、921、101、922、102
[0050]方式12:白南甲线、白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、925、921、101、922、102,100
[0051]其他变电站，同样可以通过统一编制的程序，基于步骤I中所整理的接线方式基本信息，找出站内所有可能的供电方式集合。
[0052]3、在步骤2中所找到的可能供电方式集的基础上，根据当前负荷，对可能供电方式集中各个供电方式的线路及变压器荷载能力进行校验，如果线路或变压器过载，则该供电方式不可行。以向阳变为例。
[0053]a)粮油线、安广线、铁路线三条线路负荷分别为:4.5+1.3j、3.1+0.8j、3.5+0.9j，对负荷进行折算，三条线路负荷分别为:4.68MVA、3.20MVA、3.61MVA，总负荷为11.49MVA。
[0054]b) I号主变额定容量为10MVA，2号主变额定容量为20MVA。
[0055]c)白南甲线和白南乙线型号为LGJ- 240，春季20度环境下，载流量为640.3A，线路额定电压按照66kV计算，则载流量折算为:42.26MVA。
[0056]d)对向阳变8种可能供电方式进行初步校验，方式1、5、9均不满足变压器载流量约束，故需要从可能供电方式集中剔除。
[0057]e)由于向阳变内I号主变和2号主变短路电压相差较大，因此不满足并列运行条件，故方式4、8、12需要从可能供电方式集中剔除。
[0058]e)对剩余供电方式进行重新编号
[0059]方式1:白南甲线，2号主变，开关923、922、102、100
[0060]方式2:白南甲线，I号主变、2号主变，开关923、921、101、922、102
[0061]方式3:白南乙线，2号主变，开关925、922、102、100
[0062]方式4:白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、921、922、102、101
[0063]方式5:白南甲线、白南乙线，2号主变，开关923、925、922、102、100
[0064]方式6:白南甲线、白南乙线，I号主变、2号主变，开关923、925、921、101、922、102
[0065]4、对其他变电站可能供电方式集，可以通过同样的方式进行初步校验，剔除不可行供电方式。对步骤3中，每个变电站运行方式集中运行方式进行编码，以向阳变为例，6种供电方式可以用十进制数“0、1、2、3、4、5”表示。对其他变电站，也采用同样的编码方式。
[0066]5、基于步骤4中形成的关于各个变电站运行方式的编码，可以构造遗传算法的个体。在该地区电网中，一共有10个66kV变电站，因此遗传算法每一个个体由10个十进制数组成。假设10个变电站序号为O?9，向阳变的序号为3，则遗传算法每一个个体为“S[0]S[1]S[2]S[3].....S[9]”，其中S[i]为对应变电站的供电方式编码值，“S[3]”对应向阳变，且S[3]取值范围为[0，5]。其他变电站，根据步骤4中确定的供电方式编码，S[i]取值同样需要在限定区间内。确定了遗传算法个体编码之后，即可以按照需要目标，采用遗传算法进行地区电网进行重构。
[0067]采用基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法，可以极大的缩小地区电网重构解空间的大小，提高重构算法的效率。以该地区电网为例，该地区电网涉及电网重构的开关有113个。采用传统的重构算法，每个开关需要用一个二进制位表示，共113位。遍历所有可能重构方式有Total_t = 2113种情况。采用该方法之后，10个变电站供电方式数目分别为8、8、6、9、8、12、8、6、12、8种。遍历所有可能重构方式有Total_n =8*8*6*9*8*12*8*6*12*8种情况。传统重构方式解空间约为本专利所提出重构方式解空间的 1.19e+022 倍。
[0068]采用基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法，可以对已有的基础电网知识进行利用，大大的压缩了重构算法的搜索空间，减少了编码空间中的不可行编码和非法编码，显著提高了重构算法的效率。
【权利要求】
1.一种基于单一变电站供电方式集的地区电网重构方法,其特征在于,通过将地区电网中各个变电站的接线方式整理并生成基本知识库，然后根据基本知识库编制出该变电站内所有供电方式集合，经过基于负荷情况、变压器荷载能力及进线线路的筛选优化后，对每个变电站内优化后的供电方式进行编码，最后根据编码通过遗传算法进行地区电网重构，实现电网结构优化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的整理是指:对地区电网各个变电站的接线方式进行整理，对每个变电站，为了实现本变电站负荷的可靠供电，其供电路径的构成为:进线接线、变压器支路、低压侧母线接线、负荷支路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的整理具体包含以下内容: a)高压侧母线接线方式； b)进线线路及其所包含开关； c)所有变压器支路及其所包含开关； d)低压侧母线接线方式； e)所有负荷支路开关。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的所有供电方式集合是指:根据整理生成的基本知识库，编制出该变电站所有可能的供电方式集合，具体步骤包括: a)选择所有负荷支路开关，该类开关在运行中需要闭合，不参与变电站供电方式集的编制； b)确定变电站高压侧母线接线方式； c)确定变电站高压侧母线接线方式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的确定变电站高压侧母线接线方式，具体为:对进线-变压器组接线，选择一条或多条进线，选择一台变压器，并选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择一条或多条进线，选择多台变压器，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择一条或多条进线，选择多台变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式； 确定变电站高压侧母线接线方式，具体为:对桥式接线，按照闭合桥路开关和断开桥路开关分为两大类供电方式，其中:闭合桥路开关时，其供电方式与进线-变压器组接线类似，断开桥路开关时，选择一侧线路及同侧变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择两侧线路及两侧变压器，闭合这组开关，形成一种供电方式；选择两侧线路及两侧变压器，选择配电母线分段开关，闭合这组开关，形成一种供电方式。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的筛选优化是指:结合每个变电站的负荷情况、变压器荷载能力及进线线路，对供电方式集中所有供电方式进行校验，当针对某一供电方式，负荷容量超过进线或变压器荷载能力，则该种供电方式在该负荷情况下不可行，则从变电站供电方式 集中剔除该供电方式；当本变电站内存在其他运行方式约束，也可以在此阶段将不合理运行方式剔除。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的编码是指:对每个变电站所有可行供电方式进行编码，具体为十进制编码，即用十进制数标记各个供电方式。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的重构是指:在遗传算法中，每个个体由N个十进制数组成，其中N为地区电网变电站的个数；每个十进制数代表对应变电站的一种供电方式，该供电方式为站内若干个开关的组合；在遗传算法优化过程中，各个变电站站内开关首先需要断开，然后根据编码值，找到相应需要闭合的开关，闭合N个站内的N组开关，形成一种新的地区电 网重构方式。
【文档编号】H02J3/00GK103944166SQ201410183087
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月2日 优先权日:2014年5月2日
【发明者】尚瑨, 陈淼, 胡炎, 邰能灵, 康久兴, 张灿煜, 姚国良, 郑文, 徐冰 申请人:上海交通大学, 国网吉林省电力有限公司白城供电公司