一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法
【专利摘要】本发明一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，包括以下步骤：离线建立配电网运行场景组态策略库；确定配电网运行场景的候选组态策略集；确定最优的配电网动态重构策略。本发明提供的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，为运行调度人员提供合理的配电线路运行方式优化参考依据，具有重要的理论价值和现实意义。
【专利说明】
一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法
技术领域
[0001] 本发明属于配电系统自动化技术领域，具体涉及一种基于运行场景匹配的配电网 动态重构方法。
【背景技术】
[0002] 配电自动化的核心内容之一是配电网重构。配电网重构是在保证网络结构呈辐射 状、电压降落要求等前提下，通过调整配电网中开关状态来改变网络组态，以实现配电网的 优化运行。配电网重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段。根据优化时间尺度不 同，重构主要包括静态重构和动态重构。静态重构基于确定时间点优化，而动态重构是在己 知未来一段时间的负荷的前提下，针对负荷的动态变化而进行的网络重构。动态重构能够 依据负荷的变化对配网结构进行动态调整，保证配电系统的安全、优质、经济运行，更加符 合高级配电网自动化的要求。对于实际配电网来说，由于网络结构复杂，负荷实时变化，利 用传统的智能算法来求解配电网动态重构问题，在算法的收敛性、计算速度和寻优效果上 很难令人满意。
[0003] 在传统配电网中，由于社会对配电网及其优化的重视不够，并且受数据采集装置 配置的制约，配电网信息采集不够，配电网动态重构策略快速生成方法的研究还比较落后。 但是随着目前配电自动化、智能电网建设，配电网运行监测手段日益增多，监测数据信息日 益丰富，为提出更为快速的配电线路动态重构策略生成方法提供了基础条件。
[0004] 目前求解配电网动态重构问题主要有两个思路。一种是根据系统负荷预测曲线对 未来一天进行时段划分，使连续过程离散化后利用静态重构方法进行优化。文献[1]提出 了以控制最大重构次数为目标的基于功率矩法的时段划分方法，建立了以系统运行费用最 小为目标函数的分层优化重构模型，并给出了适应模型的免疫算法。文献[2]利用最优分 段法对时段进行划分，并采用改进的快速最优流模式法获得动态重构策略。第一种方法的 缺陷在于，以系统总负荷预测曲线为依据划分时段而忽略了各节点负荷波动对于重构优化 结果的影响，因此动态重构策略并不是最优的。
[0005] 另一种是先在每个时段内进行静态重构优化，再通过启发式规则对时段进行合并 以达到最优的分段数。文献[3]将整个时区分成若干个连续的时间间隔，以网损最小为目 标函数，分别进行各时间间隔静态重构。通过分析不同时段数与网损下降量的关系，确定最 优时段数，对初始的时间间隔进行合并得到最优的动态重构策略。文献[4]在各个时段静 态重构后，定义了方式切换最小收益阈值，只有运行方式调整后的收益超过该阈值的方式 切换才被允许，通过这种方法对时段进行合并。第二种方法的缺陷在于，最终优化结果的候 选解来源于初始对各个时段进行静态重构的优化结果，因此其优化结果并非全局最优，容 易导致重构方式选择的不合理性，而且计算量大，求解速度慢。
[0006] 相关文献
[0007] [1]江东林，刘天琪，李樊.采用时段动态划分和分层优化策略的配电网重构[J]. 电网技术，2012,36(2) :153-157.
[0008] [2]郑怡，王威.基于最优分段法的配电网络动态重构[J].工业仪表与自动化装 置，2013,03 :70-72.
[0009] [3]余健明，王征，许苗.考虑负荷变化的配电网动态分时段重构[J].高电压技 术，2007,09 :125-128+158.
[0010] [4]刘健，徐精求，董海鹏.考虑负荷变化的配电网动态优化[J].继电器，2004， 13 :15-19.
【发明内容】
[0011] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于运行场景匹配的配电网动态 重构方法，为运行调度人员提供合理的配电线路运行方式优化参考依据，具有重要的理论 价值和现实意义。
[0012] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0013] 本发明一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，所述方法包括以下步骤：
[0014] 离线建立配电网运行场景组态策略库；
[0015] 确定配电网运行场景的候选组态策略集；
[0016] 确定最优的配电网动态重构策略。
[0017] 离线建立配电网运行场景组态策略库包括：
[0018] 根据组态日所在季节、日类型、气温、负荷曲线配电网对配电网运行场景进行分 类；
[0019] 根据实际现场运行经验或采用动态重构算法对每个运行场景进行优化，获得该运 行场景对应的配电网动态重构策略；
[0020] 将运行场景与对应组态策略合并，形成运行场景策略组合，描述方式为{运行场 景，组态策略};
[0021] 将所有运行场景与组态策略进行组合，形成配电网运行场景组态策略库。
[0022] 所述季节包括春、夏、秋和冬；
[0023] 所述日类型包括工作日、周末、特殊节假日和一般节假日；所述特殊节假日包括 五一、十一和春节，所述一般节假日包括元旦节、清明节和端午节；
[0024] 所述气温包括最高气温、最低气温和平均气温；
[0025] 所述负荷曲线包括24小时负荷值。
[0026] 根据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化，进而确定该运行场景对应的配 电网动态重构策略；过程如下：
[0027] 根据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化由24小时的开关状态描述，假 设每个开关1天内状态改变不超过3次，每个开关状态描述为{1时状态，变位时刻1，2时 状态，变位时刻2, 3时状态，变位时刻3,4时状态}，其中开关状态0表示开断，1表示闭合。
[0028] 确定配电网运行场景的候选组态策略集包括：
[0029] 确定组态日所在季节和日类型，根据天气预报获得待预测日气温，并对配电网进 行负荷预测，获得待预测日24小时负荷预测值；
[0030] 根据组态日所在季节、日类型和气温，从配电网运行场景组态策略库中筛选出相 同的数据集合，形成基本条件匹配集合；
[0031] 根据负荷参数从基本条件匹配集合中筛选出负荷相似度大于相似度阈值的数据 集合，形成负荷条件匹配集合，负荷条件匹配集合将作为配电网运行场景的候选组态策略 集。
[0032] 所述负荷参数包括最大负荷参数、次最大负荷参数、最小负荷参数和次最小负荷 参数；
[0033] 所述最大负荷参数包括最大负荷值、最大负荷发生时刻和最大负荷持续时刻，最 大负荷持续时刻指统计附近大于等于85%最大负荷的时刻；
[0034] 所述次最大负荷参数包括次最大负荷值、次最大负荷发生时刻和次最大负荷持续 时刻，次最大负荷持续时刻指统计附近大于等于85%次最大负荷的时刻；
[0035] 所述最小负荷参数包括最小负荷值、最小负荷发生时刻和最小负荷持续时刻，最 小负荷持续时刻指统计附近小于等于115%最小负荷的时刻；
[0036] 所述次最小负荷参数包括次最小负荷值、次最小负荷发生时刻和次最小负荷持续 时刻，次最小负荷持续时刻指统计附近小于等于115%次最小负荷的时刻。
[0037] 所述负荷相似度表示为：
[0038]
[0039] 其中，pro表示负荷相似度，Μ表示负荷因素数，Xl表示组态日负荷的第i个因素 值， yi表示配电网运行场景组态策略库中某运行场景对应负荷的第i个因素值；
[0040] 所述相似度阈值取为〇· 7。
[0041] 根据配电网性能满意度评价函数对候选组态策略集中的各个候选组态策略进行 评价，从配电网性能指标满意度高于满意度标准值的组态策略中选取配电网性能指标满意 度最大的组态策略，作为最优的配电线路动态重构策略；若所有配电网性能指标满意度均 低于满意度标准值，则利用优化算法重新生成新的配电网动态重构策略，并将新的配电网 场景策略组合添加到配电网运行场景组态策略库中。
[0042] 对候选组态策略集中的各个候选组态策略进行评价包括：
[0043] 对于候选组态策略集中的各个候选组态策略，根据开关状态和当前日24小时负 荷，采用前推回带方法进行潮流计算，获得各时刻节点电压、线路功率和线路损耗；
[0044] 排除节点电压越限和线路过载的策略，形成有效候选组态策略集；
[0045] 分别构建线路损耗满意度评价函数和线路负载均衡度满意度评价函数Ai， 有：
[0046]
[0047]
[0048] 其中，P1为组态策略中的线路损耗，分别为组态策略中的线路损耗最大 值和最小值；P2为组态策略中的线路负载均衡度，分别为线路负载均衡度的最大 值和最小值；
[0049] 建立配电网性能满意度评价函数，有：
[0050]
[0051] 其中，f表示配电网性能满意度，wJPw2分别为线路损耗和线路负载均衡度的权 重，且 ￥1取0.6，《2取0.4。
[0052] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0053] (1)本发明所建立的场景组态策略库可离线形成，应用时随时调用，不占用组态策 略形成时间，能够大大提高在线生成网络重构策略的效率，节约计算时间。
[0054] (2)本发明模式匹配和判断函数值的计算量均较小，组态策略花费的时间主要考 虑候选组态策略集中每一候选策略的潮流计算时间。本文采用前推回带潮流计算方法的迭 代次数一般不超过4次，计算速度快，因此提出的网络组态方法具有较快的求解速度。
[0055] (3)本发明适用于日前24小时配电线路动态重构，可为配电线路运行方式优化提 供参考依据；本发明对于在线考虑某一时段内的配电网实时组态策略生成，也具有较好的 适应性。
【附图说明】
[0056] 图1是本发明实施例中基于运行场景匹配的配电网动态重构方法流程图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0058] 如图1，本发明一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，所述方法包括以下 步骤：
[0059] 离线建立配电网运行场景组态策略库；
[0060] 确定配电网运行场景的候选组态策略集；
[0061] 确定最优的配电网动态重构策略。
[0062] 离线建立配电网运行场景组态策略库包括：
[0063] 根据组态日所在季节、日类型、气温、负荷曲线配电网对配电网运行场景进行分 类；
[0064] 根据实际现场运行经验或采用动态重构算法对每个运行场景进行优化，获得该运 行场景对应的配电网动态重构策略；
[0065] 将运行场景与对应组态策略合并，形成运行场景策略组合，描述方式为{运行场 景，组态策略};
[0066] 将所有运行场景与组态策略进行组合，形成配电网运行场景组态策略库。
[0067] 所述季节包括春、夏、秋和冬；
[0068] 所述日类型包括工作日、周末、特殊节假日和一般节假日；所述特殊节假日包括 五一、十一和春节，所述一般节假日包括元旦节、清明节和端午节；
[0069] 所述气温包括最高气温、最低气温和平均气温；
[0070] 所述负荷曲线包括24小时负荷值。
[0071] 根据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化，进而确定该运行场景对应的配 电网动态重构策略；过程如下：
[0072] 根据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化由24小时的开关状态描述，假 设每个开关1天内状态改变不超过3次，每个开关状态描述为{1时状态，变位时刻1，2时 状态，变位时刻2, 3时状态，变位时刻3,4时状态}，其中开关状态0表示开断，1表示闭合。
[0073] 确定配电网运行场景的候选组态策略集包括：
[0074] 确定组态日所在季节和日类型，根据天气预报获得待预测日气温，并对配电网进 行负荷预测，获得待预测日24小时负荷预测值；
[0075] 根据组态日所在季节、日类型和气温，从配电网运行场景组态策略库中筛选出相 同的数据集合，形成基本条件匹配集合；
[0076] 根据负荷参数从基本条件匹配集合中筛选出负荷相似度大于相似度阈值的数据 集合，形成负荷条件匹配集合，负荷条件匹配集合将作为配电网运行场景的候选组态策略 集。
[0077] 所述负荷参数包括最大负荷参数、次最大负荷参数、最小负荷参数和次最小负荷 参数；
[0078] 所述最大负荷参数包括最大负荷值、最大负荷发生时刻和最大负荷持续时刻，最 大负荷持续时刻指统计附近大于等于85%最大负荷的时刻；
[0079] 所述次最大负荷参数包括次最大负荷值、次最大负荷发生时刻和次最大负荷持续 时刻，次最大负荷持续时刻指统计附近大于等于85%次最大负荷的时刻；
[0080] 所述最小负荷参数包括最小负荷值、最小负荷发生时刻和最小负荷持续时刻，最 小负荷持续时刻指统计附近小于等于115%最小负荷的时刻；
[0081] 所述次最小负荷参数包括次最小负荷值、次最小负荷发生时刻和次最小负荷持续 时刻，次最小负荷持续时刻指统计附近小于等于115%次最小负荷的时刻。
[0082] 所述负荷相似度表示为：
[0083]
[0084] 其中，pro表示负荷相似度，Μ表示负荷因素数，Xl表示组态日负荷的第i个因素 值， yi表示配电网运行场景组态策略库中某运行场景对应负荷的第i个因素值；
[0085] 所述相似度阈值取为0· 7。
[0086] 根据配电网性能满意度评价函数对候选组态策略集中的各个候选组态策略进行 评价，从配电网性能指标满意度高于满意度标准值的组态策略中选取配电网性能指标满意 度最大的组态策略，作为最优的配电线路动态重构策略；若所有配电网性能指标满意度均 低于满意度标准值，则利用优化算法重新生成新的配电网动态重构策略，并将新的配电网 场景策略组合添加到配电网运行场景组态策略库中。
[0087] 对候选组态策略集中的各个候选组态策略进行评价包括：
[0088] 对于候选组态策略集中的各个候选组态策略，根据开关状态和当前日24小时负 荷，采用前推回带方法进行潮流计算，获得各时刻节点电压、线路功率和线路损耗；
[0089] 排除节点电压越限和线路过载的策略，形成有效候选组态策略集；
[0090] 分别构建线路损耗满意度评价函数和线路负载均衡度满意度评价函数€1， 有：
[0091]
[0092]
[0093] 其中，P1为组态策略中的线路损耗，分别为组态策略中的线路损耗最大 值和最小值；P2为组态策略中的线路负载均衡度，t和分别为线路负载均衡度的最大 值和最小值；
[0094] 建立配电网性能满意度评价函数，有：
[0095]
[0096] 其中，f表示配电网性能满意度，^和w 2分别为线路损耗和线路负载均衡度的权 重，且 ￥1取0.6，《2取0.4。
[0097] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：所述方法包括W下步 骤： 离线建立配电网运行场景组态策略库； 确定配电网运行场景的候选组态策略集； 确定最优的配电网动态重构策略。2. 根据权利要求所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：离线 建立配电网运行场景组态策略库包括： 根据组态日所在季节、日类型、气溫、负荷曲线配电网对配电网运行场景进行分类； 根据实际现场运行经验或采用动态重构算法对每个运行场景进行优化，获得该运行场 景对应的配电网动态重构策略； 将运行场景与对应组态策略合并，形成运行场景策略组合，描述方式为{运行场景，组 态策略}; 将所有运行场景与组态策略进行组合，形成配电网运行场景组态策略库。3. 根据权利要求2所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：所 述季节包括春、夏、秋和冬； 所述日类型包括工作日、周末、特殊节假日和一般节假日；所述特殊节假日包括五一、 十一和春节，所述一般节假日包括元旦节、清明节和端午节； 所述气溫包括最高气溫、最低气溫和平均气溫； 所述负荷曲线包括24小时负荷值。4. 根据权利要求2所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：根 据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化，进而确定该运行场景对应的配电网动态重 构策略；过程如下： 根据实际现场运行经验对每个运行场景进行优化由24小时的开关状态描述，假设每 个开关1天内状态改变不超过3次，每个开关状态描述为{1时状态，变位时刻1，2时状态， 变位时刻2, 3时状态，变位时刻3,4时状态}，其中开关状态O表示开断，1表示闭合。5. 根据权利要求1所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：确 定配电网运行场景的候选组态策略集包括： 确定组态日所在季节和日类型，根据天气预报获得待预测日气溫，并对配电网进行负 荷预测，获得待预测日24小时负荷预测值； 根据组态日所在季节、日类型和气溫，从配电网运行场景组态策略库中筛选出相同的 数据集合，形成基本条件匹配集合； 根据负荷参数从基本条件匹配集合中筛选出负荷相似度大于相似度阔值的数据集合， 形成负荷条件匹配集合，负荷条件匹配集合将作为配电网运行场景的候选组态策略集。6. 根据权利要求5所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：所 述负荷参数包括最大负荷参数、次最大负荷参数、最小负荷参数和次最小负荷参数； 所述最大负荷参数包括最大负荷值、最大负荷发生时刻和最大负荷持续时刻，最大负 荷持续时刻指统计附近大于等于85%最大负荷的时刻； 所述次最大负荷参数包括次最大负荷值、次最大负荷发生时刻和次最大负荷持续时 亥IJ，次最大负荷持续时刻指统计附近大于等于85%次最大负荷的时刻； 所述最小负荷参数包括最小负荷值、最小负荷发生时刻和最小负荷持续时刻，最小负 荷持续时刻指统计附近小于等于115%最小负荷的时刻； 所述次最小负荷参数包括次最小负荷值、次最小负荷发生时刻和次最小负荷持续时 亥IJ，次最小负荷持续时刻指统计附近小于等于115%次最小负荷的时刻。7. 根据权利要求5所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：所 述负荷相似度表示为：其中，pro表示负荷相似度，M表示负荷因素数，Xi表示组态日负荷的第i个因素值，y 1 表示配电网运行场景组态策略库中某运行场景对应负荷的第i个因素值； 所述相似度阔值取为0. 7。8. 根据权利要求1所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：根 据配电网性能满意度评价函数对候选组态策略集中的各个候选组态策略进行评价，从配电 网性能指标满意度高于满意度标准值的组态策略中选取配电网性能指标满意度最大的组 态策略，作为最优的配电线路动态重构策略；若所有配电网性能指标满意度均低于满意度 标准值，则利用优化算法重新生成新的配电网动态重构策略，并将新的配电网场景策略组 合添加到配电网运行场景组态策略库中。9. 根据权利要求8所述的基于运行场景匹配的配电网动态重构方法，其特征在于：对 候选组态策略集中的各个候选组态策略进行评价包括： 对于候选组态策略集中的各个候选组态策略，根据开关状态和当前日24小时负荷，采 用前推回带方法进行潮流计算，获得各时刻节点电压、线路功率和线路损耗； 排除节点电压越限和线路过载的策略，形成有效候选组态策略集； 分别构建线路损耗满意度评价函数片L和线路负载均衡度满意度评价函数巧i，有：其中，pi为组态策略中的线路损耗，巧和瑞。分别为组态策略中的线路损耗最大值和 最小值；P2为组态策略中的线路负载均衡度，瑞^和嗦。分别为线路负载均衡度的最大值和 最小值； 建立配电网性能满意度评价函数，有：其中，f表示配电网性能满意度，Wi和W 2分别为线路损耗和线路负载均衡度的权重，且 Wi取 0. 6, W 2取 0. 4。
【文档编号】H02J3/00GK105990833SQ201510047989
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】盛万兴, 孟晓丽, 唐巍, 丛鹏伟, 张璐, 蔡永翔
【申请人】国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网山东省电力公司济南供电公司