一种基于电缆热特性的配电网优化调度方法与流程

本发明属于电力调度领域，具体涉及一种基于电缆热特性的配电网优化调度方法。

背景技术：

配电网优化调度是优化配电系统，提高配网运行安全性和经济性的重要手段。配电网调度能在满足配网安全运行的约束条件下，确定网络最佳的拓扑结构和运行方式，达到降低网损、平衡负荷、优化无功及最大程度恢复用户供电等目的。

传统的配电网优化调度方法一般将电缆载流量作为线路容量的安全约束条件，忽略了电缆线路的热特性对优化调度决策的影响。事实上，电缆载流量通常在相对恶劣的运行条件下确定，是一个保守的静态约束值。因此通过载流量确定线路容量，无法动态挖掘电缆线路输送潜力，进而低估线路供电能力，并可能导致配电网调度策略趋向保守。然而本质上，电缆的安全输送容量应由电缆运行温度决定。在线路负荷较小时，电缆温度通常留有一定的提升裕量，同时由于电缆温升具有热惯性，故可在电缆温度未达到最大允许值之前，短时提升线路供电能力，这为丰富配电网调度策略和优化网络拓扑提供了可能。早期，受限于电缆线路状态监测技术的发展，配电网调度模型难以利用电缆温度进行线路约束。但近些年来随着电缆温度监测系统的不断进步，将电缆温度数据参与配电网调度已有了良好的工程基础。因此发明一种计及电缆热特性的配电网优化调度方法对更大程度利用电缆供电能力从而提高配电网运行性能具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出了一种基于电缆热特性的配电网优化调度方法，克服了传统配电网调度方法忽略电缆线路的热特性对优化调度决策的影响。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电缆热特性的配电网优化调度方法，在配电网调度决策过程中计及电缆的热特性，把电缆最高运行温度作为线路容量约束，将电缆温度作为配电网调度关键决策量，依据电缆温度做出相应的调度决策。

首先根据电缆的物理结构建立电缆温度计算模型，然后将待优化的目标函数通过配电网潮流计算获取，通过将潮流计算得到的线路电流代入电缆温度计算模型求解得到电缆温度，最后依据电缆温度是否超过电缆运行最高温度的限制，求解待优化问题得到相应的调度决策。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：配电网调度中计及电缆的热特性并把电缆温度约束纳入关键决策量，能够利用电缆温度裕量及其温升惯性过程，充分挖掘线路供电能力，进一步优化配电网调度决策，提高配电网运行的经济性与安全性。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明实施例的电缆物理结构示意图。

图3为本发明实施例的系统结构示意图。

图4为本发明实施例的电缆温度与电缆变化曲线图。

图5为本发明实施例的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

结合图1和图2所示，根据本发明的实施例，一种基于电缆热特性的配电网优化调度方法，在配电网调度决策过程中计及电缆的热特性，把电缆最高运行温度作为线路容量约束，将电缆温度作为配电网调度关键决策量，依据电缆温度做出相应的调度决策。

步骤1、根据电缆的物理结构建立电缆温度计算模型，由电缆暂态热平衡方程描述，当电缆结构参数、导体初始温度、环境温度及电流已知时，计算得到任意时刻的电缆温度；

步骤2、待优化问题的目标函数由基于前推回代法的配电网潮流计算获得，再将电流代入电缆暂态热平衡方程，得到随时间变化的电缆温度；

步骤3、依据步骤2中随时间变化的电缆温度是否超过电缆运行最高温度的限制，求解待优化问题，得到最优化的调度方案。

步骤1中的电缆温度计算模型基于热路模型建立，具体如下：

在电缆iec稳态热路模型的基础上建立简化暂态热路模型，得到电缆暂态热平衡方程，即：

式中：wc为电缆导体热损耗，t表示时间，c为电缆等效热容，g为电缆等效热阻，tc为电缆温度，te为环境温度；

式(1)中的wc、c、g分别由式(2)至式(9)确定：

wc＝i²r(tc)＝i²rref(1+α(tc-tref))(1+ys)(2)

g＝gd+(1+λ)gj+ge(3)

c1＝cc+p1cd(5)

式中：i为电缆电流，r(tc)为电缆温度tc下单位长度的电阻值，rref为厂商规定参考温度tref下单位长度的电阻值，ys为集肤效应系数，α为电阻温度系数，λ为金属护套层的热损耗系数，cc为导体热容，cd为绝缘层热容，cs为金属护套层热容，cj为外护套层热容，gd为绝缘层热阻，gj为外护套层热阻，ge为环境热阻。c1、c2、c3均为中间变量，p1、p2均为比例系数，dc为电缆导体直径，dd为绝缘层外径，ds为金属护套层外径，dj为电缆外径。电缆各部分的热阻、热容以及ys与λ可由电缆结构参数计算得到。

步骤3中，可通过遗传算法、最优流模式法、模拟退火算法等求解待优化问题，得到最优化的调度方案

由电缆暂态热平衡方程可知，当电缆结构参数、导体初始温度、环境温度及电流已知时，结合电缆初始温度，即得到任意时刻的电缆温度。由于电缆温度随时间变化，因此本发明所述的调度方法是一种随时间变化的动态调度方法。

结合图3，根据本发明的实施例，系统中共有8条支路(含联络开关ts1-4所在支路)，其中ts1-2、ts2-3、ts3-5、ts4-5、ts4-7为分段开关，假设支路4采用yjlv-21/35kv型号电缆(载流量210a)供电。分别考虑以网损最小为目标的传统配电网调度和基于支路4电缆热特性的配电网调度。

结合图4和图5，根据本发明的实施例，利用传统调度方法降低网损，为使支路4电缆电流不超过载流量，应闭合开关ts1-4，断开开关ts4-5。此时支路4电流仅为166a，远低于其载流量，同时支路4最高温度仅为66℃，远小于电缆最高允许温度90℃的规定。这说明支路4有着充足的温度安全裕量，但未能被利用以增加线路供电电流。然而，根据本发明所提方法，当t≤98min时，可将系统开关ts1-4闭合，开关ts3-5断开。尽管支路4电流已超过电缆载流量，但由于电缆热惯性作用，支路4运行温度并未超标。当t＞98min时，由于支路4电缆温度达到最大允许值，故这一时段本发明所提方法所得结果与传统调度方法所的策略一致。

图5给出了不同调度方法所得系统网损的对比。相比传统方法，本发明所提方法在支路4温度未超标时可将网损进一步降低31kw，网损优化效果提高了11.3％。因此在计及电缆热特性后，本发明所提方法在一定时段内充分挖掘配网电缆的供电能力，进一步降低网络损耗，安全地提升并保证配电网运行的经济性。