一种配电网运行优化系统

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一种配电网运行优化系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及配电网运行技术领域，特别是一种优化配电网运行方式的系统。\n背景技术\n[0002] 配电网是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，是电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。近年来，我国配电网建设投入不断加大，配电网发展取得显著成效，但用电水平相对国际先进水平仍有差距，城乡区域发展不平衡，供电质量有待改善。配电网是电网的末端部分，犹如人体的毛细血管，数量众多、结构复杂、损耗大。与此同时，配电网运行的可靠性和经济型直接关系到用电用户的生活质量和电网公司的经济效益。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的就是提供一种配电网运行优化系统，它通过自动化信息处理平台，实现断路器配置方案的优化和配电网运行方式的优化，显著提高电网供电可靠性、降低线路损耗。\n[0004] 本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有实时数据库、配电优化计算模块、实时查询与设定模块、参数与历史数据接口模块、DA服务器及接口模块和组态模块；组态模块和参数与历史数据库接口模块数据交互，参数与历史数据库接口模块和实时数据库数据交互，实时数据库分别与配电优化计算模块、实时查询与设定模块和DA服务器及接口模块数据交互；\n[0005] 配电优化计算模块，用于计算断路器最佳配置方案，计算配电网最优运行方式，计算子区域的供电可靠性；\n[0006] 所述计算配电网最优运行方式的具体步骤如下：\n[0007] 1)建立单电源辐射状配电网系统模型；\n[0008] 2)针对配电网，建立由复杂配电网到单电源辐射状配电网的分解算法；\n[0009] 3)建立结合配电SCADA的单电源辐射状配电网的潮流算法；\n[0010] 4)基于网损最小出发，进一步考虑供电可靠性和安全性的前提下，计算出配电网断路器的最优运行组合方式；\n[0011] 步骤2)中所述分解算法的具体步骤如下：\n[0012] 2-1)读取多电源复杂配电网系统的拓扑结构参数，将全部线路对象、联络开关对象和分段开关对象的方向识别标志设置为假；\n[0013] 2-2)以配电网中的电源数为循环变量，每一个电源对应一个单电源辐射状配电网系统模型，并初始化当前单电源配电网模型的状态变量，状态变量包括模型层数和各层的母线数；\n[0014] 2-3)读取当前电源的属性参数，即所连接线路，并将线路的电源侧搜索标识修改为真，计算所连接线路对应的母线，该母线即当前单电源系统的第一层母线，把第一层作为当前层；\n[0015] 2-4)计算当前层全部母线的全部属性，包括输入母线、全部输出线路和全部负载支路；\n[0016] 2-5)判断当前层全部母线的全部输出线路数是否为0；若为0，则结束对当前电源的计算，否则对母线层数变量加1，并将上一层全部母线的全部输出线路数作为当前层的母线数；\n[0017] 2-6)重复步骤2-4)和步骤2-5)，继续计算当前单电源配电网模型直到完成；\n[0018] 2-7)将电源循环变量加1，重复步骤2-3)、步骤2-4)、步骤2-5)及步骤2-6)计算下一个电源对应的单电源输射状配电网系统直到完成全部电源的计算；\n[0019] 步骤3)中所述潮流算法如下：\n[0020]\n[0021] 式中，OutLineNum为某一母线的输出支路数；OutLoadNum为某一母线上负荷数；\n为某一母线的功率输入电流；\n[0022]\n[0023] 式中，Rij0是线路的电阻率，Lij是线路的长度，PTotalLoss(k)是第k次迭代过程中的损耗，BusLayerNum为母线层数，BusNumLayer[i]是第i层的母线数。\n[0024] 进一步，参数与历史数据接口模块，用于访问参数数据库和历史数据库文件，包括读取与写入，并与实时数据库进行数据交互，建立数据。\n[0025] 进一步，实时数据库，建立实时数据库内存，用于保存整个系统运行所需的参数和实时状态数据；建立统一的数据平台，同时为优化计算程序、实时查询程序和外部数据接口程序提供统一的数据服务接口。\n[0026] 进一步，DA服务器及接口模块，用于建立系统的实时数据库，接收配电SCADA系统或者是SCADA系统传送来的配电网实时状态数据，所述配电网实时状态数据包括有开关状态、电源电压和用户负荷。\n[0027] 进一步，组态模块，用于创建参数数据库，管理系统参数数据库，录入系统结构参数；所述管理系统参数数据库包括有增加、删除、插入和修改操作；所述录入系统结构参数包括有录入系统参数表、配电系统参数表、线路参数表、联络开关参数表、分段开关参数表和负载参数表。\n[0028] 进一步，实时查询与设定模块，用于实时查询配电网系统实时状态变量，手动修改或设定系统实时状态变量。\n[0029] 进一步，所述计算断路器最佳配置方案的具体算法如下：\n[0030] P＝Min(CS+CL)\n[0031] 式中，CS为断路器开关投资费用模型，CL为负荷点停电损失费用计算模型；\n[0032]\n[0033] 式中：nLP为负荷点总数；Tj为第j个负荷点有Tj种停电持续时间分类；EENStj为负荷点j第t种停电持续时间对应的失电量；CLjt为负荷点j第t种停电持续时间对应的单位停电损失；\n[0034]\n[0035] 式中：M为开关类型总数；Nj为第j种开关增装的台数；CSj为第j种开关单台投资现值，即现值单价；i为贴现率；Pj为第j种开关设备的使用寿命；\n[0036] 使P最小，完成配电网断路器开关的配置优化。\n[0037] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：\n[0038] (1)本发明基于Visual C++6.0语言进行程序开发，具有计算速度快和数据实时性强的优点，有利于在下一步研究中将程序功能进行扩展和深入；\n[0039] (2)数据库系统兼容Access和SQL Server系统，有利于依据系统规模和成本需要进行合理选择；\n[0040] (3)将应用功能和平台功能进行模块化分离，建立整个系统实时服务器平台，便于与其他系统建立一体化功能，方便接入电力系统配电SCADA和调度SCADA系统的数据；\n[0041] (4)基于统一的数据平台，建立实时数据的监视和手动修改窗口便于调试；\n[0042] (5)断路器开关配置算法科学、可靠，具有较强的工程应用价值；\n[0043] (6)由最优运行计算算法得出最优运行方案科学、实用性强；\n[0044] (7)建立的最优评价标准同时兼顾了电网运行可靠性、科学性和经济性，具有较强的应用价值。\n[0045] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。\n附图说明\n[0046] 本发明的附图说明如下。\n[0047] 图1为单电源辐射状配电网系统拓扑结构示意图；\n[0048] 图2为全部母线层及每层的全部母线之间的关系图；\n[0049] 图3为分解算法的流程示意图；\n[0050] 图4为本发明的流程示意图。\n具体实施方式\n[0051] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。\n[0052] 一种配电网运行优化系统的操作界面包括有数据维护与管理界面、实时数据查询与手动修改界面和配电网运行优化与配置优化计算界面。\n[0053] 数据维护与管理界面是是整个系统的基础，主要处理配电网的拓扑结构，是建立配电网开关优化配置和配电网最优运行方式计算的基础。整个配电网系统主要由以下几个表构成：系统参数表、配电子系统参数表、线路参数表、联络开关参数表、分段开关参数表、电源参数表和负荷参数表，此外，还有开关类型表等。\n[0054] 实时数据查询与手动修改界面，在计算系统潮流过程中，需要用到来自配电SCADA或者是调度SCADA系统的实时数据。该子系统的功能就是实时监视实时数据的正确性，在不能收到实时数据时，可以通过手动修改实时数据以完成最优运行方式的计算。\n[0055] 配电网运行优化与配置优化计算界面，包括配电网结构识别子界面、配电网潮流计算子界面、断路器优化配置子界面和最优运行方案计算子界面。配电网结构识别子界面，以配电网的网络结构参数为基础，同时结合由配电SCADA系统传送来的断路器实时状态计算配电网系统的结构，或依据给定开关状态向量实时配置系统，该功能是潮流计算的前提。\n配电网潮流计算子界面，根据配电网结构识别算法计算出的模型，计算配电子系统中潮流分布和系统网络损耗，并与最优评价指标进行比较。断路器优化配置子界面，在拓扑识别、潮流计算和维护成本计算的基础上，计算出最优的断路器配置方案。最优运行方案计算子界面，在网络拓扑识别和潮流计算的基础上，通过改变开关状态向量的取值计算每种状态向量下的指标值，并依据指标值来比较计算出最优运行方案。\n[0056] 图1为单电源辐射状配电网系统拓扑结构示意图，复杂配电网系统潮流计算的基本思想是将复杂配电网分解为若干个单电源配电网子系统进行，整个网络的总损耗等于全部单电源子系统的损耗之和。因此，建立单电源辐射状配电网系统的模型是计算系统损耗的基础，也是采用前推回代法计算单电源配电子系统潮流的前提条件。\n[0057] 由于C++语言具有计算效率高，适合于实时计算，以母线节点为核心，建立用C++语言表示的对象模型有利于整个系统的开发和计算。整个系统全部母线层及每层的全部母线之间的关系可以归纳为图2。图2中，每一个母线对象的数据结构为：\n[0058] typedef struct_BusModel_\n[0059] {WORD BusNo；||本母线编号\n[0060] WORD LaBusBus；||上一层母线编号\n[0061] WORD InLineNo；||输入线路编号\n[0062] WORD OutLineNum；||输出线路数\n[0063] WORD OutLine[MaxNum]；||输出线路对象\n[0064] WORD OutLoadNum；||所连负载数；\n[0065] WORD OutLoad[MaxNum]；||所连负载对象；\n[0066] }BusModel；\n[0067] 如图3所示，步骤2)中所述分解算法的具体步骤如下：\n[0068] 2-1)读取多电源复杂配电网系统的拓扑结构参数，将全部线路对象、联络开关对象和分段开关对象的方向识别标志设置为假；\n[0069] 2-2)以配电网中的电源数为循环变量，每一个电源对应一个单电源辐射状配电网系统模型，并初始化当前单电源配电网模型的状态变量，状态变量包括模型层数和各层的母线数；\n[0070] 2-3)读取当前电源的属性参数，即所连接线路，并将线路的电源侧搜索标识修改为真，计算所连接线路对应的母线，该母线即当前单电源系统的第一层母线，把第一层作为当前层；\n[0071] 2-4)计算当前层全部母线的全部属性，包括输入母线、全部输出线路和全部负载支路；\n[0072] 2-5)判断当前层全部母线的全部输出线路数是否为0；若为0，则结束对当前电源的计算，否则对母线层数变量加1，并将上一层全部母线的全部输出线路数作为当前层的母线数；\n[0073] 2-6)重复步骤2-4)和步骤2-5)，继续计算当前单电源配电网模型直到完成；\n[0074] 2-7)将电源循环变量加1，重复步骤2-3)、步骤2-4)、步骤2-5)及步骤2-6)计算下一个电源对应的单电源输射状配电网系统直到完成全部电源的计算；\n[0075] 实施例：\n[0076] 本发明在某开闭所配电网系统进行了应用，某开闭所配电网系统由A变电站和B变电站供电，中间连接有分支箱。根据本项目所研制软件系统的使用方法，首先归纳出某开闭所配电网系统的网络模型，包括2个电源、13条线路、1个联络开关、6个分段开关、12个节点和17个负载。表1显示的是某开闭所配电网系统所辖的负载。\n[0077] 表1某开闭所配电网系统所辖负荷表\n[0078]\n[0079]\n[0080] 表2为某开闭所配电网系统所辖的配电线路及其长度。其中，长度为0的线路是为满足拓扑结构模型需要而增加的虚拟线路。\n[0081] 表2某开闭所配电网系统所辖线路表\n[0082]\n[0083]\n[0084] 在满足配电网系统可靠性的前提下，某开闭所配电网系统存在三种典型的供电模式，如表3所示。\n[0085] 表3某开闭所配电网系统供电模式表\n[0086]\n编号 模式状态\n1 联络开关断开，其他开关合\n2 601开关断开，其他开关合\n3 602开关断开，其他开关合\n[0087] 本发明分别在全部负载处于额定值状态和母线I处于轻载且母线II处于额定状态的2种负荷模式下计算某开闭所配电网系统的最优运行模式，并比较分析运行结果。\n[0088] (一)、在额定负荷状态下\n[0089] 分别在模式一、二和三下运行时对应的网损计算，结果如表4所示：\n[0090] 表4某开闭所在额定负载下各供电模式对应网损表\n[0091]\n编号 模式状态 对应损耗(kW)\n1 联络开关断开，其他开关合 380.5\n2 601开关断开，其他开关合 711.1\n3 602开关断开，其他开关合 423.2\n[0092] 由表4可见，在额定负载工况下，模式1对应的网损是最小的，因此本文计算出的配电网运行方式是最优的，网损最小。如果运行在其它两种模式，网损将分别增大330.6kW和\n42.7kW。\n[0093] (二)、母线I处于轻载，母线II处于额定值\n[0094] 当系统的负荷发生变化时，假设某一时刻全部负荷的实际值如表5所示[0095] 表5某开闭所系统某一变化时刻预报负荷表(母线I轻载)\n[0096]\n负荷编号 负荷名称 负荷额定功率\n1 3B 20kVA\n2 5B 10kVA\n3 7B 20kVA\n4 8B 10kVA\n5 9B 10kVA\n6 10B 10kVA\n7 12B 10kVA\n8 11B 1000kVA\n9 6B 1000kVA\n10 4B 1000kVA\n11 2B 1000kVA\n12 专变1B 1250kVA\n13 1B 800kVA\n14 2B 630kVA\n15 3B 630kVA\n16 负载16 1000kVA\n17 负载17 800kVA\n[0097] 将全部负载的实际功率设定为表5给定的工况值，计算最优运行模式，优化运行方式是：断开602开关，合上联络开关和其它5个分段开关。同时，分别设置表3所列全部供电模式并计算相应的网损。在母线I轻载负荷状态下，模式一下运行时对应的网损计算；在母线I轻载负荷状态下，模式二下运行时对应的网损计算；在母线I轻载负荷状态下，模式三下运行时对应的网损计算。\n[0098] 归纳以上三种供电模式对应的计算结果，如表6所示。\n[0099] 表6某变电所的在母线I轻载工况下供电模式表\n[0100]\n编号 模式状态 对应损耗(kW)\n1 联络开关断开，其他开关合 272.3\n2 601开关断开，其他开关合 277.0\n3 602开关断开，其他开关合 168.8\n[0101] 可见，在母线I轻载、母线II处于额定值工况下，计算出的运行模式对应的网损是所有可能模式下网损的最小值，因此此时模式3是最优的运行方式。如果依据经验将系统运行在模式1，则网损将增大103.5kW。\n[0102] 从上面的分析中可以看出：本发明研制的配电网优化系统能够依据负荷的实时变化给出配电网系统的最优运行模式，网损最小，从而提高配电网运行的经济性。\n[0103] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。