一种计及触发功能的复杂配电网的优化方法与流程

本发明涉及触发功能配电网，具体为一种计及触发功能的复杂配电网的优化方法。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，对于电力需求也越来越多，同时电力系统也日趋复杂，配电网作为电网和用户之间连接的桥梁，特别是220kv等配电网由于其适用的电力需求的地区较大，导致其复杂程度也在逐渐增强，对配电网的运行优化也逐渐变得重要。目前，在配电网运行优化方法研究方面，大多数的研究存在运行方式较为单一，考虑指标不够全面，评估体系不够健全等情况。

2、大多数的研究中对于配电网优化考虑的方面都比较片面，如在进行配电网优化运行中仅考虑到运行的安全性和稳定性控制的研究，建立安全评估模型，但是其经济效益较差，同时随着配电网的复杂程度的增多，配电网所具备的状态也会不断的变化，传统的安全评估模型对于进行配电网重构优化的判定的准确性以及判定的动作不够灵活，导致不能够灵活的、及时的进行配电网重构以使得配电网达到最优的运行方式，会造成配电网安全性、经济性以及可靠性等变低，解决复杂配电网运行优化具有重要意义。

3、因此，现阶段需设计一种计及触发功能的复杂配电网的优化方法，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的所要解决的技术问题是如何使配电网的内部本身在重构之后可灵活且准确的运行，本发明提供一种计及触发功能的复杂配电网的优化方法，配电网的内部本身在重构之后能建立安全性、可靠性以及经济性的综合评价体系，即配电网的内部本身在重构之后能够灵活且准确的运行。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种计及触发功能的复杂配电网的优化方法，包括如下步骤：

4、步骤1)：构建网络状态评估体系模型，所述网络状态评估体系模型包括主变负载率、线路负载率、网损、负荷均衡指数以及电压质量的指标，从而对于配电网的安全性、经济性、可靠性三个方面进行综合评价；

5、步骤2)：构建综合评估模型，所述综合评估模型采用critic权重法来评价指标与指标之间的相互关联以及指标与决策目标之间的关系；

6、步骤3)：构建综合阈值模型，所述综合阈值模型的内部通过模糊集来设定综合阈值，所述综合阈值包括主变负载率、线路负载率、网损、负荷均衡指数以及电压质量，通过综合阈值触发不同的操作；

7、步骤4)：构建复杂配电网线性优化模型，所述复杂配电网线性优化模型用于找寻到负荷均衡度最高的开关组合方式，基于线路的潮流约束和开关的调节限制，实现多个分区之间的负荷平衡。

8、可选的，在步骤1)中，通过所述网络状态评估体系模型的构建对网络状态评估指标体系进行评价，网络状态评估体系模型用于对配电网进行综合评价。

9、可选的，在网络状态评估体系模型的构建具体步骤如下：

10、步骤a）：确定网络状态评估体系模型的结构；

11、步骤b）：引入指标；

12、将主变负载率、线路负载率、网损、负荷均衡指数和电压质量作为指标，制定网络状态评估体系；

13、（1）主变负荷率：

14、以主变压器当前的电负荷占用情况，用主变负载率作为评估主变压器的电负荷占用情况的指标，反映了主变压器当前承受的负荷相对于其额定容量的比率，主变负载率可表示为公式(1)：

15、(1)；

16、其中，表示主变负载率，表示主变负荷，表示主变额定容量；

17、（2）线路负载率：

18、线路负载率用于评估电力线路的电负荷占用情况，它表示电力线路当前承受的负荷相对于其额定容量的比率，线路负载率的计算公式(2)：

19、(2)；

20、其中，表示线路负载率，表示线路负荷，表示线路额定容量；

21、（3）网损：

22、网损是电力系统输电和配电过程中的能量损耗，通常以功率表示，网损的计算公式(3)如下：

23、(3)；

24、其中，表示网损，表示总发电量，表示总负荷；

25、（4）负荷均衡指数：

26、负荷均衡指数用于评估电力系统中各个分区或节点之间的负荷分布是否均衡，反映了不同地区之间电负荷的分布情况，高负荷均衡指数表示更均匀的负荷分布，负荷均衡指数的计算如下公式(4)：

27、(4)；

28、其中，表示负荷均衡指数；表示最大负荷；表示最小负荷；表示平均负荷；

29、（5）电压质量：

30、电压质量是衡量电力系统提供电压稳定性的指标，电压质量可导致设备故障和电力质量，采用供电电压偏差来衡量电压质量，电压质量的衡量方式采用如下公式(5)：

31、(5)；

32、其中：表示电压测量值，表示系统标称电压。

33、可选的，在步骤2)中，采用critic权重法的步骤如下：

34、步骤a）：建立决策；

35、根据建立的所述网络状态评估体系采用critic权重法综合衡量基于历史指标值的标准差与相关系数对各指标进行客观赋权；

36、明确定义多准则决策，包括明确的决策目标以及与之相关的评价指标，在配电网的情境下，所述评价指标包括主变负载率、线路负载率、网损、负荷均衡指数和电压质量；

37、步骤b）：建立对比矩阵；

38、对于每一对所述评价指标，构建一个对比矩阵，表示两个指标之间的相对重要性，对比矩阵中的元素通常取值为1、3和5，以此类推；

39、步骤c)：计算相对权重；

40、利用所述对比矩阵，计算每个评价指标相对于其他指标的相对权重，计算一致性指标，以确保对比矩阵的一致性，对于相对权重的计算，使用一致性矩阵cm和一致性指标ci；

41、一致性矩阵cm的表达式为公式(6)：

42、(6)；

43、其中，是对比矩阵中第i行的第j个元素的值，是对比矩阵第j列的和；

44、一致性指标ci用于衡量一致性，表达式为公式(7)：

45、(7)；

46、其中，是一致性矩阵的最大特征值，n是评价指标的数量；

47、步骤d)：建立冲突矩阵；

48、对于每一对评价指标，需要计算它们之间的冲突性，冲突性表示了指标之间的相互关系，即它们是否存在冲突，冲突矩阵的元素根据指标之间的关系确定，通常取值在0到1之间，表示冲突程度的程度；

49、步骤e)：计算客观权重；

50、用所述相对权重和所述冲突矩阵，计算每个评价指标的客观权重，客观权重综合考虑了相对权重和评价指标之间的冲突性，以更好地反映指标的实际重要性；

51、对于客观权重的计算，可以使用冲突矩阵和相对权重进行计算，其表达式为公式(8)：

52、(8)；

53、其中，表示评价指标i的客观权重、表示一致性矩阵第i行的第j个元素、表示冲突矩阵第i行的第j个元素。

54、可选的，在步骤3)中，综合阈值的设定采用如下方法：

55、步骤①：定义模糊数集；

56、对于每个单一指标和综合指标，定义模糊集，即“低”、“中”和“高”，对于某一指标x，定义三个模糊集，如下式(9)：

57、(9)；

58、式(9)中，，和分别表示不同程度的隶属度，即负载率的模糊集包括“低负载率”、“中等负载率”和“高负载率”；

59、步骤②：确定隶属函数；

60、隶属函数描述了输入值与模糊集的隶属度之间的关系，为每个模糊集选择适当的隶属函数，即三角形、梯形或高斯隶属函数，隶属函数通常表示为，其中x表示输入值；

61、步骤③：设定隶属度范围；

62、为每个模糊集定义隶属度范围，通常在0到1之间，隶属度范围表示为如下式(10)：

63、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>ì</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>f</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>x</mi></mstyle></msub></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>x</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>∈</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle></mstyle>(10)；

64、步骤④：定义阈值模糊集；

65、阈值模糊集表示不同程度的阈值，为每个单一指标和综合指标定义表示阈值的模糊集，即“低阈值”、“中等阈值”和“高阈值”，对于某一指标x，可以定义三个阈值模糊集，如下式(11)：

66、(11)；

67、步骤⑤：确定阈值隶属函数；

68、阈值隶属函数描述了输入值与阈值模糊集的隶属度之间的关系，为阈值模糊集选择适当的隶属函数，阈值隶属函数通常表示为，其y表示输入值；

69、步骤⑥：设定阈值隶属度范围：

70、阈值隶属度范围表示输入值对应于阈值模糊集的隶属度的程度，为每个阈值模糊集定义隶属度范围，通常在0到1之间，阈值隶属度范围表示为如下式(12)：

71、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>ì</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>x</mi></mstyle></msub></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>y</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>∈</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle></mstyle>(12)；

72、步骤⑦：计算隶属度；

73、对于每个指标，计算其值对应于模糊集和阈值模糊集的隶属度，使用相应的隶属函数来计算隶属度；

74、步骤⑧：综合隶属度；

75、使用模糊逻辑操作即最小或最大操作来综合每个单一指标的隶属度，获得综合指标的隶属度；

76、步骤⑨：确定阈值；

77、基于综合指标的隶属度，确定综合指标的阈值，使用模糊推理方法来确定，若综合指标的隶属度较高，则选择“高阈值”，若综合指标的隶属度较低，则选择“低阈值”。

78、可选的，在步骤4)中，构建复杂配电网线性优化模型，具体如下：

79、为了快速进行配电网重构求解，忽略线路的网络损耗与电压偏移，目标函数为最大化相邻分区可转供区域所有主变所带有功负荷之和即公式(13)与各条馈线的负荷均衡度即公式(14)：

80、(13)；

81、(14)；

82、表示第s个典型场景下可转供区域220kv主变所带有功负荷，表示可转供区域所有馈线有功功率的方差，s表示正常运行典型场景数量；表示第m条馈线所带有功功率，表示所有馈线平均功率，m表示该分区变电站所有出线条数；

83、配电网线性优化模型的约束条件为：

84、（1）功率平衡约束，如公式(15)：

85、(15)；

86、表示化简后配电网节点j的上游线路有功功率流，表示化简后配电网节点j的下游线路有功功率流，对应化简后配电网节点j的上游节点集合，π(j)对应化简后配电网节点j的下游节点集合，b表示化简后配电网的所有节点集合，表示节点j的有功负荷，表示第s个典型场景下待求解的有功负荷统一倍率；

87、(2)安全约束，如公式(16)-(18)：

88、(16)；

89、(17)；

90、(18)；

91、表示线路有功潮流上限值，表示变电站所带有功功率上限值，这两个值通过视在功率上限值与变电站所带负荷功率因素求得，表示线路有功潮流下限值，由于开关发生变化后，支路ij的潮流可能会发生转向，因此通常是的负值；表示化简配电网没有开关的支路集合，表示化简配电网有开关的支路集合，表示待求解的开关状态；

92、（3）拓扑辐射状约束：

93、辐射状约束由以下两种约束来保证，1：线路数=节点数-变电站数，如公式(19)；2：含有变电站节点的子连通图，如公式(20)-(23)，这两个约束保证了网络既没有孤岛也没有环网，具体如下所示：

94、(19)；

95、(20)；

96、(21)；

97、(22)；

98、(23)；

99、其中，表示化简配电网节点数量，表示变电站数量，此处为1；与分别表示虚拟变电站有功功率与虚拟有功负荷；是一个小的常数；与均为虚拟支路有功功率流；上式限制了开关组合方式，能保证辐射性；

100、根据配电网相邻馈线组分区的可用转供能力模型求得有功负荷倍率其对应的最大可用转供能力，代表相邻分区的总负荷，则相邻分区可用转供能力为公式(24)：

101、(24)；

102、由于目标函数是非线性的，对目标进行线性化采用如下公式(25)-(26)：

103、(25)；

104、(26)；

105、其中，为引入的辅助变量。

106、本发明的有益效果：

107、1.本发明通过对整个复杂配电网的构建即网络状态评估体系模型、综合评估模型、综合阈值模型和复杂配电网线性优化模型，可以有效的对220kv这类的复杂配电网进行运行优化，可实现对复杂配电网运行优化的灵活快速求解，实现电力系统的高效运行和负荷均衡，其中，在对配电网状态评估和优化的确定时，采用阈值设置法对阈值的确定，基于模糊集进行阈值的设定是一种灵活且适用性强的方法，因此，本发明的配电网的内部本身在重构之后可灵活且准确的运行。

108、2.本发明提出了触发规则的复杂配电网运行的优化方法，首先，涉及安全性、经济性、可靠性等三个方面，将主变负载率、线路负载率、网损、负荷均衡指数、电压质量等作为指标，制定网络状态评估机制；其次基于critic客观权重法建立critic综合评估模型，通过综合衡量基于历史指标值的标准差与相关系数对各指标进行客观赋权，得到综合评估值，从而实现配网网络状态评估，以及提出基于模糊集的综合阈值设置法，不仅考虑单一指标的阈值设定，还将综合指标的阈值映射到模糊集合，有助于应对多指标综合评估中阈值设置的复杂性；再次，对配电网网络进行状态评估，通过设置指标的阀值触发及定期触发对配电网馈线组运行方式优化计算；最后建立复杂配电网线性优化模型，通过多个相邻分区馈线组分区进行快速互济支撑，并考虑到线路的潮流约束和开关的调节限制，从而实现多个分区之间的负荷平衡，最终达到220kv等复杂配电网优化运行。