一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法与流程

本发明涉及电网生长演化技术领域，尤其涉及一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法。

背景技术：

随着我国电网规模不断扩大，跨区域电网互联在带来巨大经济效益和社会效益的同时，也使得网络结构和运行方式更加复杂，因而保证电力系统安全稳定运行的困难也不断增大。

当用电需求增长到一定程度导致系统的备用容量过低时，则需要根据能源分布情况新建发电厂，并确定其接入电网的电压等级和方式，如果该地方负荷密度过大，需要确定新建变电站的地址和容量，并确定其接入电网的电压等级和方式。由此可见，日益增加的负荷需求逐渐威胁电网电能供给的安全性与可靠性，从而促使电网的生长演化。因此，需要建立符合实际电网情况的电力系统演化模型以辅助指导电网规划与建设。

技术实现要素：

本发明的目的是解决当电网生长演化过程中变电站、发电厂以及线路的新建、扩建和升级改造时，从时间和空间两个层面对电网进行演化的问题，提供一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法，该方法包括以下步骤：

s1、模拟每年的负荷增加和上级电网变电站功率注入，通过上级电网平均容载比判断是否扩建上级电网变电站；

s2、确定当日是否需要新建下级电网变电站，若需要新建，则确定新建下级电网变电站的位置、负荷、容量，并按时空演化模型接入电网；

s3、判定系统是否缺电，若是，则按概率确定新建上级电网变电站或下级电网发电厂；

s4、对线路进行n-1校验，对不满足校验的薄弱线路进行升级改造；

s5、重复步骤s1–s4直到迭代天数超过要求迭代天数；

s6、通过特征路径长度、聚类系数、平均度以及下级电网线路潮流方差对演化结果进行评价。

步骤s1中，所述上级电网平均容载比为：

上式中，和pdhm，k分别为第k天上级电网节点i变电站的容量和负载，若则扩建上级电网变电站；ξ为生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和。

步骤s2、s3中，所述新建变电站的位置通过网络生长点确定，网络生长点定义为网络中未被占据且坐标均为整数的点，每一个生长点的负荷集中程度ξ为该生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和。

步骤s3中，根据系统电力电量平衡来判断系统是否缺电，其判断准则为：

pyu＝pl+max{pgenm，γpl}

上式中，α为两个电压等级导则规定的容载比下限值，β为机组可利用容量比例，γ为负荷备用及事故备用比例之和，sh为上级电网变电站总容量，pl为系统的负荷总量，pgenm为下级电网发电厂最大单机容量，pg为发电厂总发电量。

步骤s2、s3中，新建变电站和发电厂均按电网的时空演化模型接入电网，电网的时空演化模型将新增线路阻抗用单位长度电抗x与其关联的两个节点之间的物理距离的乘积表示，即：

xij＝x×dij

上式中，xij为节点i与j之间线路的电抗，dij为节点i与j之间线路的长度。

步骤s6中，所述特征路径长度定义为所有节点对之间距离的平均值：

上式中，n为网络节点数，dij为节点i与j之间线路的长度。

步骤s6中，所述聚类系数定义为：

上式中，n为网络节点数，ai为连接到节点i的三角形个数，bi为连接到节点i的三元组个数。

步骤s6中，所述平均度定义为：

上式中，<k>为网络中所有节点度的平均值，节点度ki为以该节点为一个端点的边的条数，n为网络节点数。

步骤s6中，所述下级电网线路潮流方差定义为：

上式中，fi为节点i的潮流值，μ为下级电网线路潮流平均值，n为下级电网线路数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明基于电网时空演化模型提出了一种考虑负荷增长，变电站、发电厂新建与升级改造，线路n-1校验等综合因素的两个电压等级电网的生长演化模型；本模型针对电网实际情况，以电网公司电力电量平衡经验公式来判定电网是否缺电，在上级电网变电站升级改造时采用增加一台变压器并考虑变电站最大容量的方式，在线路升级改造时采用增加一回线路的方式，比其它模型中采用乘增长因子的方法更符合电网实际情况；此外，应用本发明提出的负荷范围d，可以在新增下级电网变电站选址时计算出该范围内的符合集中程度，新增下级电网变电站后又按比例减小该范围内其余变电站的负荷，这样更能反映实际电网中变电站选址和建设后分担一定区域内负荷的实际情况。

附图说明

图1是本发明一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法的流程图。

图2是本发明的实施例中湖北荆州北部输电网拓扑结构示意图。

图3是本发明的实施例中荆州电网经过5年生长演化的结果。

图4是本发明的实施例中荆州电网经过10年生长演化的结果。

图5是本发明的实施例中荆州电网经过15年生长演化的结果。

图3至图5中，黑点1表示500kv变电站-江陵1站，黑点2表示500kv变电站-兴隆站，黑点3表示220kv发电厂-沙市电厂，黑点4表示220kv发电厂-江陵电厂，黑点5表示500kv变电站-仙桃站，黑点6表示500kv变电站-江陵2站，江陵1站左侧和兴隆站上方的黑点均表示电源点，其余黑点都表示220kv变电站。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法，该方法包括以下步骤：

s1、模拟每年的负荷增加和上级电网变电站功率注入，通过上级电网平均容载比判断是否扩建上级电网变电站；

s2、确定当日是否需要新建下级电网变电站，若需要新建，则确定新建下级电网变电站的位置、负荷、容量，并按时空演化模型接入电网；

s3、判定系统是否缺电，若是，则按概率确定新建上级电网变电站或下级电网发电厂；

s4、对线路进行n-1校验，对不满足校验的薄弱线路进行升级改造；

s5、重复步骤s1–s4直到迭代天数超过要求迭代天数；

s6、通过特征路径长度、聚类系数、平均度以及下级电网线路潮流方差对演化结果进行评价。

步骤s1中，所述上级电网平均容载比为：

上式中，和pdhm，k分别为第k天上级电网节点i变电站的容量和负载，若则扩建上级电网变电站；ξ为生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和。

步骤s2、s3中，所述新建变电站的位置通过网络生长点确定，网络生长点定义为网络中未被占据且坐标均为整数的点，每一个生长点的负荷集中程度ξ为该生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和。

步骤s3中，根据系统电力电量平衡来判断系统是否缺电，其判断准则为：

pyu＝pl+max{pgenm，γpl}

上式中，α为两个电压等级导则规定的容载比下限值，β为机组可利用容量比例，γ为负荷备用及事故备用比例之和，sh为上级电网变电站总容量，pl为系统的负荷总量，pgenm为下级电网发电厂最大单机容量，pg为发电厂总发电量。

步骤s2、s3中，新建变电站和发电厂均按电网的时空演化模型接入电网，电网的时空演化模型将新增线路阻抗用单位长度电抗x与其关联的两个节点之间的物理距离的乘积表示，即：

xij＝x×dij

上式中，xij为节点i与j之间线路的电抗，dij为节点i与j之间线路的长度。

步骤s6中，所述特征路径长度定义为所有节点对之间距离的平均值：

上式中，n为网络节点数，dij为节点i与j之间线路的长度。

步骤s6中，所述聚类系数定义为：

上式中，n为网络节点数，ai为连接到节点i的三角形个数，bi为连接到节点i的三元组个数。

步骤s6中，所述平均度定义为：

上式中，<k>为网络中所有节点度的平均值，节点度ki为以该节点为一个端点的边的条数，n为网络节点数。

步骤s6中，所述下级电网线路潮流方差定义为：

上式中，fi为节点i的潮流值，μ为下级电网线路潮流平均值，n为下级电网线路数。

实施例：

本实施例对湖北荆州北部500kv–220kv电网进行电网生长演化模型仿真分析，该地区输电网拓扑结构如图2所示，它是以当地电力网络的实际地理位置信息按一定比例缩小绘制而成。图2中只显示电网拓扑结构，并没有呈现线路回数、变压器数目、发电机数目、某些变压器支路和500kv功率注入等信息。该地区原有2座500kv变电站(江陵变电站和兴隆变电站)，2座220kv发电厂(沙市电厂和江陵电厂)，16座220kv变电站，其所带负荷为2897.7mw。电网共有7条双回线路和21条单回线路。为了模拟西电东送的潮流过程，在江陵1左侧和兴隆上方分别设置1个电源点。荆州北部地区220kv变电站容量及下网负荷如表1所示，由表1可知，荆州电网负荷集中于北部地区，该地区年负荷增长率约为8﹪～6﹪。设前5年的负荷增长因子λ为1.00018，第5年到第10年的负荷增长因子λ为1.00015,10年以后的负荷增长因子λ为1.00012。

参见图1，本发明一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法包括以下步骤：

s1、模拟每年的负荷增加和上级电网变电站功率注入，通过上级电网平均容载比判断是否扩建上级电网变电站；

下级电网从上级电网获取的功率，根据负荷增长因子来模拟上级电网变电站注入功率的增长，即：

phi，k+1＝λphi，k

上式中，phi，k为第k天上级电网变电站i的注入功率，λ为负荷增长因子；

所述上级电网平均容载比为：

上式中，和pdhm，k分别为第k天上级电网节点i变电站的容量和负载，若则扩建上级电网变电站；ξ为生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和；

s2、确定当日是否需要新建下级电网变电站，若需要新建，则确定新建下级电网变电站的位置、负荷、容量，并按时空演化模型接入电网；

以nsub/365的概率确定当日是否需要新建下级电网变电站，若有，则通过负荷集中程度确定新建变电站位置并按时空演化模型接入电网，按比例减小距离d以内的下级电网变电站的负荷；

所述新建变电站的位置通过网络生长点确定，网络生长点定义为网络中未被占据且坐标均为整数的点，以此作为新建变电站的可能站址，每一个生长点的负荷集中程度ξ为该生长点负荷范围d以内所有下级电网变电站负荷的总和；

s3、判定系统是否缺电，若是，则按概率确定新建上级电网变电站或下级电网发电厂；

根据系统电力电量平衡来判断系统是否缺电，其判断准则为：

pyu＝pl+max{pgenm，γpl}

上式中，α为两个电压等级导则规定的容载比下限值，β为机组可利用容量比例，γ为负荷备用及事故备用比例之和，sh为上级电网变电站总容量，pl为系统的负荷总量，pgenm为下级电网发电厂最大单机容量，pg为发电厂总发电量；

新建变电站和发电厂均按电网的时空演化模型接入电网，由于新增线路阻抗受多种因素影响，因此不失一般性，电网的时空演化模型将新增线路阻抗用单位长度电抗x与其关联的两个节点之间的物理距离的乘积表示，即：

xij＝x×dij

上式中，xij为节点i与j之间线路的电抗，dij为节点i与j之间线路的长度；

s4、对线路进行n-1校验，对不满足校验的薄弱线路进行升级改造；

线路的负载率定义为：

ρ＝|fl/flmax|

上式中，fl为线路潮流，flmax为线路容量，ρ＞1的线路为超载线路；

本模型对电网线路进行n-1校验，要求每条线路都要满足n-1原则；

s5、重复步骤s1–s4直到迭代天数超过要求迭代天数；

具体经过5年、10年、15年演化的结果分别参见图3、图4、图5，由图3至图5可知，5年后(2022年)，该地区会新增1座500kv变电站-仙桃站，4座220kv变电站，10条线路；10年后(2027)，该地区再新增1座500kv变电站-江陵2站，15座220kv变电站，20条线路；15年后(2032年)，该地区再新增11座220kv变电站，25条线路；

结合图5可以看出：新建变电站大多集中于负荷集中的荆州北部，表明该模型变电站选址是合理的，而模型多次演化5年之后，该地区电网会新增500kv变电站-仙桃站，这与荆州电网规划的2020年电网地理接线相吻合，表明了本模型的正确性；

s6、通过特征路径长度、聚类系数、平均度以及下级电网线路潮流方差对演化结果进行评价；

所述特征路径长度定义为所有节点对之间距离的平均值：

上式中，n为网络节点数，dij为节点i与j之间线路的长度；

所述聚类系数为描述网络集聚程度的参数，整个网络的聚类系数c定义为：

上式中，n为网络节点数，ai为连接到节点i的三角形个数，bi为连接到节点i的三元组个数；

所述平均度定义为：

上式中，<k>为网络中所有节点度的平均值，节点度ki为以该节点为一个端点的边的条数，n为网络节点数；

所述下级电网线路潮流方差定义为：

上式中，fi为节点i的潮流值，μ为下级电网线路潮流平均值，n为下级电网线路数。

具体演化结果评价如下表所示：

表1

由表1可知，使用本模型演化最后得到的电网的复杂网络特征参数：特征路径长度l、聚类系数c、平均度<k>、下级电网线路潮流方差d(f)与初始网络都较为接近，可以体现电网中节点的集聚性，由于本模型演化的电网在新增节点接入电网时考虑了节点距离及节点度数，新增线路长度不会很大，电网潮流分布较好，电网经济性、安全性都比较高，也更加符合实际电网的情况。