一种适应负荷季节性变化的变电站供电范围优化方法与流程

本发明涉及一种适应负荷季节性变化的变电站供电范围优化方法，属变电站供电技术领域。

背景技术：

农村地区山区湖泊较多，居民居住分散，农网线路供电距离长、路径曲折率大，边远地区低电压问题较为严重。此外，由于春节返乡习俗，农村负荷峰谷差大，导致变电站平时轻载与春节期间重载矛盾较为突出。目前，我国正处在新型城镇化建设快速发展期，居民生活水平有了很大的提高，用户对电网供电能力和电压质量的更高要求与农网改造成本大、投资效益低成为了主要矛盾。除进一步做好农网规划，提高建设效益外，如何根据现有变电站布点，对供电范围进行合理划分，通过管理手段最大限度降低边远用户至电源点之间的负荷矩，改善用户电压质量，对于节约电网基建投资，提高设备利用效率，实现城乡公共服务均等化服务具有重要意义。

沃罗诺伊图(voronoidiagram，以下简称v图)是由俄国(乌克兰)数学家格奥尔吉·沃罗诺伊建立的空间分割算法，来源于笛卡尔用凸域分割空间的思想。沃罗诺伊图像具有如下特性：每个希森多边形内仅含有一个离散点数据pi；对于该点pi，希森多边形内的任意点x到该点的距离d(x,pi)比到其他离散点pj的距离更近，即：

pi＝{x∈x|d(x,pi)<d(x,pj),ij}；

两维空间的沃罗诺伊分割示意图如图1所示。

技术实现要素：

本发明的目的是，为了解决农网供电范围合理划分，改善用户电压质量，本发明提出一种适应负荷季节性变化的变电站供电范围优化方法。

实现本发明的技术方案如下，一种适应负荷季节性变化的变电站供电范围优化方法，所述方法以变电站位置为离散的细胞点，采用模拟细胞生长法生成沃罗诺伊空间图形，并在每个细胞生长过程中增加变电站负载水平多负荷场景安全约束校核，在降低变电站最大供电范围、减少网络损耗和电压降落损失的同时，避免变电站无法适应负荷季节变化而发生过载。

所述模拟细胞增长法，根据供区负荷密度设置细胞生长速度，以各变电站为细胞核，以圆形向外扩张，相邻两个扩张圆交点的连线为供区边界；细胞生长速度wi设置方法如下：

式中：ρi为地块i的负荷密度，为地区的平均负荷密度；∑p为地区总负荷；s为地区总供电面积。

所述多负荷场景安全约束校核，按平时负荷密度进行扩张搜索，但以春节和平时两种场景下的负荷进行变电站安全上限校核，若触发其中任一种上限，则该变电站停止扩散；校核方法如下式所示：

pi(ri,ρ1)≤ptimax；

pi(ri,ρ2)≤ptimax；

式中，ptimax为变电站i的安全上限；pi为变电站i的负荷；ri为变电站i供电半径；ρ1为平时轻载情况下的负荷密度；ρ2为春节重载情况下的负荷密度。

本发明的有益效果是，本发明一种能适应负荷季节性变化的变电站供电范围优化方法，通过设置细胞生长速度及多场景负荷约束校核机制，在尽量减小平时期间变电站供电负荷矩的同时，保证了春节重负荷期间变电站不发生过载。本发明投资小、运维简单，供区固定，适用于城市和乡村所有地区。

附图说明

图1为两维空间的沃罗诺伊分割示意图；

图2为本发明方法实施流程框图；

图3为本发明适应负荷季节性变化的v图生成流程。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图2所示。本发明具体实施如下：

(1)模拟细胞生长法

从模拟细胞自然生长的角度来生成v图。以各离散点为细胞核，以圆形向外扩张，形成该离散点的扩张圆，相邻两个扩张圆交点的连线即为“生长边界”，也就是v图的分割边界。

沃罗诺伊分割图内的点到相应离散点的距离最近这一特性与供电区域划分具有极大的相通性，可以反映变电站位于负荷中心及其空间影响的范围。因此，可以变电站落点位置中心为细胞核的点坐标，采用沃罗诺伊图细胞生长法，构造基于v图的供电分区。

为衡量供区划分的合理性，本实施例定义供区总负荷距和供区总网损这两个指标：

pd＝∑i∈gpiri；

式中：pd为供区总负荷距；g为变电站集合；pi为变电站i的负荷；ri为变电站i供电半径；△pl为供区总网损；τ为最大负荷利用小时数；vi为变电站低压侧母线电压；ra为线路单位长度电阻；为负载功率因数。

细胞生长速度设置：

由于不同地块性质、不同发展程度，其负荷密度各不相同，为使供区范围内任一负荷点到变电站的负荷矩最小，根据供区负荷密度设置细胞生长速度wi：

式中：ρi为地块i的负荷密度，为地区的平均负荷密度；∑p为地区总负荷；s为地区总供电面积。

以细胞核为圆心向各个方向扩散，动态调整扩散速度，均衡各变电站供区范围的负荷矩。由于线路电压损耗与负荷矩成正比例关系，能量网损也与负荷矩正相关，因此该供电区域划分方法可最大限度避免长距离供电导致的网络损耗和电压降落损失。

(2)多场景安全约束校核

负荷多场景校核：

对于农村等地区，由于存在大量的季节性返乡负荷，峰谷差大，且高峰负荷持续时间短。若按平时负荷水平确定供区范围，则春节期间变电站或配变重过载问题可能较为突出；若按春节期间负荷确定供区范围，则平时期间可能出现负荷矩过大，电压质量差，网损过高等问题。为此，提出一种多负荷场景校核机制。该方法按平时负荷密度进行扩散搜索，但以春节和平时2种场景下的负荷进行变电站安全上限校核，若触发其中任一种上限，则该变电站停止扩散。校核方法如下式所示：

pi(ri,ρ1)≤ptimax；

pi(ri,ρ2)≤ptimax；

式中：ptimax为变电站i的安全上限；p为变电站i的负荷；ri为变电站i供电半径；ρ1为平时轻载情况下的负荷密度；ρ2为春节重载情况下的负荷密度。

收敛条件判断：

判断供电范围是否已经全部覆盖。若覆盖，搜索结束，根据供电区域划分原则进行手动调整；若未覆盖，表明地区供电能力不足，进入增加布点规划环节。具体流程如图3所示。

(3)供电范围规整

供电范围划分要考虑运行维护的方便，一般要求供区边界固定，且同一网格地块的负荷应属于同一变电站的供电区域，具体要求如下：

①合理的供电半径。各分区内变电站应该有明确的供电范围，不宜跨区供电；供电面积大小始终，确保分区内变电站供电半径合理。

②满足容载比的需求。按照分区供电的原则，各变电分区内容载比应满足《配电网规划设计技术导则》的要求，并在校验分区容载比时，应当考虑该分区负荷未来几年的增长速度。

③考虑负荷特性。充分考虑各类可能出现的典型负荷的峰谷特性与运行特性，应将日特征与年特征纳入考虑范围。

④实现属地化管理。为方便运行管理，供电分区应尽可能与各供电部门管理范围一致，并充分考虑地理屏障影响。

因此，在采用所提方法优化变电站供电范围后，对地块(网格)进行规整，并重新进行供电安全校核，以满足供区划分要求。

本实施例采用上述方法，对某县级市进行变电站供电范围优化。截至2016年，该市共有17座变电站。平时期间，地区变电站网供负荷为14.49万千瓦，变电站平均负载率为36.80％；春节期间，地区网供负荷为25.82万千瓦，变电站平均负载率为65.57％。

分别采用4种供区方案对比，验证所提方法的有效性，方案设置及相应合理性评价指标情况如下表所示。

表1四种供区划分方案指标比较情况

由表1分析可知，方案1(原供区方案)负荷距和网损最大；方案2(平时负荷场景下的v图划分方案)负荷距和网损最小，但春节期间有6座变电站发生过载；方案3(春节负荷场景下的v图划分方案)虽保证了春节期间无变电站发生过载现象，但平时期间负荷距和网损较大；方案4(适应负荷季节性变化的v图划分方案)负荷距和网损均较小，且春节期间无变电站发生过载，属于较优的供区划分方案。

通过计算可知，若采用所提方法对该市供区进行划分，年节约电量1629万度，以居民电价0.69元计价，年增收1124万元；以收购电价0.34元计算，每年挽回损失553.89万元，经济效益明显。