基于高压配电网容量单元拓扑重构的城市电网负载均衡运行策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统自动化领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市化进程加快，W居民、金融工商业、服务业、高端制造为代表的城镇 负荷近年发展迅猛。然而由于高压配电网工程建设的滞后与负荷的实际发展产生了脱节， 主要表现在通道制约、落点不足、工期滞后、施工受阻等诸多方面，致使局部地区负载分配 极不均衡，造成设备过载、输电阻塞。因此地区调度员不得不采取频繁的甚至大面积的转供 操作，W保证系统安全运行。
[0003] 由于当前研究大多针对IOkV中压配电网，该类型网络由深度放射状馈线构成，部 分末端W环网装置连接，转供范围往往局限在相邻馈线，转供半径短，难W应对数十丽的 负荷缺额。而高压配电网既包括了 220kV环网运行的输电网，又有IlOkV浅度放射状配电 网，网络中存在大量的分段开关、主备供容量比例接近1: 1，为潮流大范围转移提供物理支 撑。而采用针对IOkV中压配电网的建模方式对高压配电网建模则存在模型维度过高，传统 智能优化算法难W在有限时间内求解。此外高压配电网运行控制目标在于消除输电阻塞， 均衡负载，提高资产利用率，而IOkV中压配电网控制目标更侧重减小网络损耗。因此对于 高压配电网而言，仍然缺乏实用模型为地区调度员实施连续优化运行提供指导。
【发明内容】
[0004] 针对上述不足，本发明提供了一种适用于高压配电网在线运行指导策略，为连续 时间下高压配电网实现负载均衡运行，确保优化供电裕度提供在线分析工具。
[0005] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为： 1) 分析高压配电网IlOkV站内结构及站间联络关系，从中抽象出配电容量单元及供电 通道，基于配电容量单元拓扑对高压配电网IlOkV系统建模； 2) 根据配电容量单元与供电通道的连接关系对配电容量单元进行分组，得到容量单元 组； 3) 分析单元组拓扑状态，排除其中存在孤岛及220kV-110kV-220kV电磁环网的拓扑 状态，计算可行拓扑状态下供电通道上传输的有功功率，制成相应的容量单元组负荷分布 表； 4) 建立城市电网均衡运行策略模型，W容量单元组为基础，采用均衡导向因子引导容 量单元组拓扑重构，实现连续时间下负载均衡运行； 本发明的有益效果为：W配电容量单元拓扑对高压配电网建模，不仅能够灵活表达 IlOkV站间联络关系，还能充分辨识站内结构，较好表达高压配电网运行方式的多样性。
[0006] 采用负荷分布表描述容量单元组不同拓扑状态下供电通道传输的有功功率，并W 均衡导向因子作为引导实现拓扑重构，能够有效降低模型维度，适合高压配电网在线运行 分析。
[0007] 所构建的城市电网均衡运行策略模型弥补了高压配电网运行方式调整在线分析 工具的不足，为调度员实施大范围功率转移提供在线决策依据。
【附图说明】
[0008]下面结合附图及【具体实施方式】详细说明本发明； 图1为本发明的基本配电容量单元； 图2为本发明的基于配电容量单元的站内结构表达； 图3为本发明的基于配电容量单元的站间结构表达。
【具体实施方式】
[0009]下面对本发明的【具体实施方式】进行描述，W便于本技术领域的技术人员理解本发 明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，运些变化是显而易 见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0010] 参见图1，图1表示基本配电容量单元，其定义为：110kV系统中，将电能从高压侧 传递至低压侧的设备组，包括IlOkV主变、高压侧断路器及低压侧断路器。当变压器存在功 率传递时，为有效容量单元，W字母U表示。图1中KH表示高压侧断路器，化表示低压侧 断路器，Trs表示主变压器。
[0011] IlOkV变电站主要由2-3卷容量为30-60MVA的变压器组成，站内接线方式主要有 单母分段、内桥及其与线变组的T接组合两种。W单母分段为例，在实际运行中共有4中典 型运行方式。则基于配电容量单元的站内结构表达参见图2。
[0012] 高压侧直接连接220kV变电站出线端，因此高压侧母联开关状态决定了负荷在各 220kV变电站分布情况；低压侧作为受电侧，其母联开关的状态决定各配电容量单元的传 输功率。对于失效配电容量单元(即变压器处于停运状态)，由于没有功率传输，故在转供过 程中可忽略不计，在图中W圆圈及水平线段表示。
[0013] IlOkV变电站通常至少配置一条备供线路，网络中存在大量的W站间联络形式为 主的备供路径，运行方式极其多样。图3(a)为某城市局部IlOkV高压配电网拓扑结构，其 中S,表示220kV变电站出线端。图中共3座IlOkV变电站，其中两座运行方式为图2中"方 式1"，另一座为"方式2"。右半部分为基于配电容量单元的网络拓扑表达。其中带箭头的 线段表示220kV变电站出线。作为供电侧（220kV系统）向受电侧（IlOkV系统)传输电能的 供电通道；虚线表示该段线路处于断开状态；U, ( i=l，…，6)表示配电容量单元名称，圆圈 中数字表示该配电容量单元传输的有功功率。
[0014] 由图3(b)易知在删去所有供电通道后（图3(b)中带箭头线段)，110kV系统中存在 着一些相互之间存在拓扑联系的配电容量单元巧日虚线框所示)，运些配电容量单元构成了 一个由多个供电通道供电的容量单元组，其定义为：由IlOkV配电容量单元组成的集合，集 合内任意两个配电容量单元之间至少存在一条连通路径，且该路径不经过220kV变电站， W字母G表示。图3(b)中共两个容量组，分别为Gi、G2,如图中虚线框所示。
[0015] 关于容量单元组的生成方法参见W下步骤： 步骤I :定义关于各配电容量单元可达性矩阵乂其中乂％冲介方阵，^中各元素定义如 式（1)。
[0017] 式（1)中i、7表示配电容量单元编号；U表示配电容量单元。
[0018] 步骤2 :将可达性矩阵^进行初等变换，化简为行标准型矩阵化《中非0行个数即 为容量单元组的个数。
[0019] 步骤3 :对每一个非零行，其中不为0的元素对应的列序数表示容量单元组中包含 的配电容量单元编号。
[0020] 每一种容量单元组拓扑结构对应了一种IlOkV负荷分布状态(不同供电通道上的 传输功率)。由于单元组内各有效配电容量单元不能失电，且不能出现220kV-110kV-220kV 电磁环网，加之单元组内部结构相对简单，因此可采取枚举法获得单元组所有有效拓扑状 态，并建立相应的负荷分布表，用于支持在线决策。
[0021] 依次W 0-1变量表示容量单元组内所有可操作开关状态（1表示闭合，0表示断 开)，对于所有开关状态构成的全部状态空间，采用基于堆找操作的深度捜索算法分析拓扑 可行性，步骤如下： 步骤1:获取容量单元组供电通道数A 步骤2 :沿第i (i=l，2,…，如条供电通道进行深度捜索，如果连至另一供电通道，则判 断该种拓扑状态存在220kV-110kV-220kV电磁环网，选择下一种拓扑状态，从步骤1重新开 始；如果并未连至另一供电通道，则从第i+1条供电通道开始重复步骤2。
[0022] 步骤3 :沿所有的供电通道捜索过后，判断容量单元组中是否存在未被访问的节 点，若是，则该种拓扑状态存在孤岛，选择下一种拓扑状态从步骤1重新开始；若否，则该种 拓扑状态属于可行拓扑状态，进行步骤4。
[0023] 步骤4 :对可行拓扑状态，计算供电通道上的传输功率，保存在负荷分布表中并输 出。
[0024] W图3容量单元组Gi为例，可操作的开关有：SiUi、U化、U3IVS3 U4、U4U5、S化，依次 W 0-1状态变量表示各开关状态（1表示闭合；0表示断开)，则相应的状态空间共有26种。 依次对每一种拓扑状态进行分析，排除不可行解，得到关于容量单元组Gi的负荷分布表见 表1。
[00巧]表1单元组负荷分布表。
[002引表1中，T。表示电源点、与容量单元组G/司的供电通道，尸灯。）表示供电通道T,, 传输的有功功率。
[0027]为确定单元组负荷优化分布，提出基于均衡导向因子的容量单元拓扑重构策 略。利用均衡导向因子引导单元组拓扑结构变化，采用所提出的负载率均衡度指标来衡量 220kV系统全局均衡性，通过对均衡导向因子的修正使系统达到全局负载均衡。
[002引 W图3所示网络结构为例说明。为确定各单元组G浙扑状态，定义均衡导向因子： 电源点S述过供电通道T。向配电容量单元组G /共电的负荷比例，W 凌示。满足约 束条件如式（2)。
[0030] 式（2)中，^^,表示所有与容量单元组〇/目连的供电通道。
[0031] 切负荷是城市电网高峰阻塞时常用手段。为保证获得满足约束条件的可行解，W 配电容量单元组为单位，定义负荷削减比例：单元组G,切去的有功负荷占组内总负荷的百 分数，W 示，其中有表示单元组负荷切除比例上限。为简化问题，负荷削 减策略采用IlOkV变电站均摊方案。
[003引 W A表示削减前配电容量单元G的有功负荷，则削减后&的有功负荷计算如式 (3)。
[0033] 巧;-R (1-…孩,）WJ'eG做。
[0034] 削减后容量单元组Gj总负荷计算见式（4)。 阳〇对吃-IX WJsG/(4)。
[0036]均衡导向因子反应了不同供电通道对某一单元组供电负荷的多少，而在单元组内 总能找到一种拓扑状态，使负荷分布最贴近均衡导向因子，因此定义逼近度，描述单元组不 同拓扑状态下负荷分布与均衡导向因子的相似程度，如式巧）。
[003引式（5) W广义两点间距公式定义单元组G/g尸也,）与斯相似程度，其值越小 表明贴近程度越好；尸灯^,.)。表示在单元组G/g第诗中开关状态下