一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法
【專利摘要】一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法：建立“三遙”、“二遙”配電自動化終端優(yōu)化配置模型的目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)中包括采用全壽命周期方法的成本費(fèi)用和由停電損失的減少所產(chǎn)生的綜合社會收益；以系統(tǒng)平均供電可用度為“三遙”、“二遙”配電自動化終端優(yōu)化配置模型的可靠性約束條件，采用解析法進(jìn)行可靠性評估，并將約束條件運(yùn)用罰函數(shù)法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，成為適應(yīng)度函數(shù)；采用粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化求解，計(jì)算粒子的適應(yīng)值，對每個(gè)粒子，將其適應(yīng)值與當(dāng)前的個(gè)體極值和全局極值進(jìn)行比較，確定個(gè)體和全局最優(yōu)值并更新；檢驗(yàn)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)。本發(fā)明能夠解決“三遙”、“二遙”配電自動化終端的數(shù)量和位置配置問題。
【專利說明】-種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法。特別是涉及一種適用 配電自動化系統(tǒng)中不同類型的面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提高，配電自動化不斷得到人們的重視， 而智能電網(wǎng)的興起，更是極大地助推了配電自動化的發(fā)展。配電自動化通過利用現(xiàn)代計(jì)算 機(jī)、通信與信息技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、用戶以及地理圖形等信息集 成，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及管理的自動化、信息化。其主要作用體現(xiàn)在提高供電可靠性、提 高設(shè)備利用率、降低線損、提高運(yùn)行指標(biāo)；提高工作效率、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)精細(xì)化管理、提升電網(wǎng)運(yùn) 行和安全管理水平；以及提高人員技能等方面。配網(wǎng)自動化技術(shù)將配電網(wǎng)在正常及事故情 況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與 用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最 好，企業(yè)管理更為有效。
[0003] 電力系統(tǒng)開關(guān)作為整個(gè)系統(tǒng)的重要元件，為系統(tǒng)的安全及可靠性奠定重要基礎(chǔ)。 配電自動化與一次設(shè)備開關(guān)密切相關(guān)，配電自動化故障自動隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，都是通過計(jì) 算機(jī)對一次設(shè)備開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作來實(shí)現(xiàn)。配電自動化終端是實(shí)現(xiàn)配電自動化的基礎(chǔ)環(huán) 節(jié)，具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)等功能。"二遙"配電終端是指具有故障信息上報(bào)（也可有開 關(guān)狀態(tài)遙信）和電流遙測功能的配電終端模塊，它不具備遙控功能，相應(yīng)的開關(guān)不必具有 電動操作機(jī)構(gòu)。"三遙"配電終端是指具有遙測、遙信、遙控和故障信息上報(bào)功能的配電終端 模塊，要求所控制的開關(guān)具有電動操作機(jī)構(gòu)。"二遙"及"三遙"配電終端的引入，可大大減 少配電網(wǎng)故障時(shí)造成的停電時(shí)間，顯著提升可靠性指標(biāo)。
[0004] 配電網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置是以成本-效益分析原理為基礎(chǔ)，通過確定饋線上斷路器、 隔離開關(guān)及熔斷器等開關(guān)設(shè)備的最佳位置和數(shù)量來提高系統(tǒng)供電可用率和資金的使用效 率。開關(guān)優(yōu)化配置屬連續(xù)-離散混合的非線性組合優(yōu)化問題，計(jì)算過程復(fù)雜，涉及開關(guān)設(shè) 備的投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用以及停電損失等多種因素。其目標(biāo)函數(shù)常難以用決策變量解析表 達(dá)，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法不適合求解該問題。配電網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置研究主要環(huán)節(jié)包括：配電 網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置模型及目標(biāo)函數(shù)的確定、成本及效益等費(fèi)用的計(jì)算、優(yōu)化方法的使用及改 進(jìn)。目前開關(guān)優(yōu)化配置的目標(biāo)函數(shù)主要有3類：①在滿足系統(tǒng)可靠性要求的前提下，以開關(guān) 投資成本、維護(hù)成本等總費(fèi)用最小為目標(biāo)；②以開關(guān)投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本及系統(tǒng)停電損 失等總費(fèi)用最小為目標(biāo)；③以可靠性指標(biāo)最高為目標(biāo)，將投資費(fèi)用等作為約束條件加以體 現(xiàn)。用戶停電損失的計(jì)算主要考慮用戶的停電持續(xù)時(shí)間及用戶類型，成本計(jì)算則主要考慮 投資成本及運(yùn)行維護(hù)成本。開關(guān)優(yōu)化配置求解算法所確定的搜索步驟和搜索方向，不但影 響收斂速度，而且對計(jì)算結(jié)果能否收斂于全局最優(yōu)解非常重要。目前主要采用禁忌搜索法、 遺傳算法、蟻群算法、動態(tài)規(guī)劃算法等優(yōu)化方法。
[0005] 配電網(wǎng)自動化是實(shí)現(xiàn)故障快速定位、隔離以及供電恢復(fù)從而提高供電可靠性的重 要手段，也是智能電網(wǎng)的重要組成部分。配電終端裝置是配電自動化系統(tǒng)的基本單元，其主 要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)還要完成故障的識別和控制，與主站和子站相配 合實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行情況的檢測和優(yōu)化，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，隔離故障。
[0006] 通常，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中配電自動化終端安裝的越多，配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性就會增 力口，但是投資也要大大增加，而可靠性提高了可以減少用戶的停電損失，因此必須要綜合 考慮其可靠性和經(jīng)濟(jì)性，使優(yōu)化配置方案在滿足系統(tǒng)的可靠性要求的前提下又要具有經(jīng)濟(jì) 性，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一，可借助配電網(wǎng)開關(guān)優(yōu)化配置的方法對這一問題進(jìn)行 研究。配電自動化終端數(shù)量及位置的優(yōu)化選擇將使配電自動化的建設(shè)和改造得到經(jīng)濟(jì)合理 的安排，在實(shí)現(xiàn)配電自動化功能的同時(shí)使可靠性指標(biāo)得到合理提升。
[0007] 雖然配電網(wǎng)自動化技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面尚需要研究 各種類型的配電終端的合理數(shù)量配置和布置問題，因此，構(gòu)建針對配電自動化"二遙"及"三 遙"終端的優(yōu)化配置方法，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠達(dá)到供電可靠性，解決"三遙"、"二 遙"配電自動化終端的數(shù)量和位置配置問題，為科學(xué)地進(jìn)行配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和改 造提供參考的面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法。
[0009] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，包 括如下步驟：
[0010] 1)輸入描述配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的參數(shù)，包括饋線數(shù)量、各饋線段長度、饋線連接關(guān) 系、開關(guān)元件類型、負(fù)荷點(diǎn)數(shù)、各負(fù)荷點(diǎn)峰值以及聯(lián)絡(luò)線路備用容量；輸入配電系統(tǒng)可靠性 參數(shù)，包括饋線元件的平均年破壞性故障率、平均故障修復(fù)時(shí)間、故障定位時(shí)間、故障隔離 與負(fù)荷轉(zhuǎn)帶時(shí)間、平均供電可用度下限值；輸入粒子群算法的基本參數(shù)，包括粒子群個(gè)數(shù) N、粒子群初始位置、粒子群算法最大迭代次數(shù)M;"二遙"和"三遙"配電自動化終端候選位 置節(jié)點(diǎn)集和各位置自動化終端安裝情況總場景數(shù)K，K為正整數(shù)；
[0011] 2)隨機(jī)生成初始粒子群的初始速度；
[0012] 3)將場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k置為1，迭代次數(shù)m置為1 ;
[0013] 4)根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)架參數(shù)，在第k場景下以開關(guān)裝置為邊界對配電網(wǎng)饋線進(jìn)行饋 線區(qū)劃分，其內(nèi)部不再包含開關(guān)裝置計(jì)算饋線區(qū)的等值可靠性參數(shù)，所述的等值可靠性參 數(shù)包括有饋線區(qū)的平均年破壞性故障率λ和饋線區(qū)的平均故障修復(fù)時(shí)間r;對各饋線區(qū)進(jìn) 行故障影響分類，計(jì)算系統(tǒng)各負(fù)荷點(diǎn)的年平均停電時(shí)間U、系統(tǒng)平均供電可用度ASAI、系統(tǒng) 總電量不足指標(biāo)EENS等系統(tǒng)可靠性指標(biāo)；
[0014] 5)判斷可靠性指標(biāo)是否滿足約束條件，即系統(tǒng)平均供電可用度不小于系統(tǒng)平均供 電可用度下限值，若不滿足，則設(shè)置懲罰函數(shù)h=wf*fM，其中Wf為懲罰因子，為可靠性 約束函數(shù)，=relim-re，式中，relim表示系統(tǒng)平均供電可用度下限值，re表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)配 置對應(yīng)的系統(tǒng)平均供電可用度，若滿足約束條件，則h= 0 ;
[0015] 6)根據(jù)式maxf=B-(Cc^C1-C2)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值f，其中B是改造后停電損失減 少給所增加的綜合社會收益，Q1是投資階段成本等年值，C1是運(yùn)行階段成本費(fèi)用，C2是報(bào)廢 階段成本費(fèi)用，將目標(biāo)函數(shù)值f與懲罰函數(shù)h求和得到適應(yīng)度函數(shù)obj取值，將當(dāng)前粒子的 適應(yīng)值與當(dāng)前的個(gè)體極值和全局極值進(jìn)行比較，確定個(gè)體和全局最優(yōu)值并更新；
[0016] 7)對當(dāng)前粒子進(jìn)行評價(jià)后，對下一粒子進(jìn)行評價(jià)，場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k加1，判斷更新后 的情景統(tǒng)計(jì)數(shù)t是否大于情景數(shù)N，否則進(jìn)入下一步驟，反之進(jìn)入步驟10);
[0017]8)判斷是否完成所有粒子評價(jià)，即完成一次迭代，是則進(jìn)入步驟9)，否則進(jìn)入步 驟4)
[0018] 9)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，如果是，則結(jié)束，輸出最優(yōu)解，反之，則迭代次數(shù)m
[0019] 加1，則進(jìn)入下一步；
[0020] 10)進(jìn)行粒子群的更新操作，即根據(jù)' 1形成新的粒子群位 置并根據(jù))) =l/(l+exp(-〇)}形成新的粒子群速度，并返回步驟3)。
[0021] 步驟1)所述粒子群算法的基本參數(shù)包括有：粒子群個(gè)數(shù)N、粒子群初始位置、粒子 群算法最大迭代次數(shù)M
[0022] 步驟1)所述的場景是各候選位置自動化終端的安裝情況
[0023] 步驟3)所述的場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k是已完成適應(yīng)度計(jì)算的各候選位置自動化終端的安 裝情況數(shù)。
[0024] 步驟4)所述的對配電網(wǎng)饋線進(jìn)行饋線區(qū)劃分是以網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)元件為邊界形成饋 線區(qū)域，區(qū)域內(nèi)部不再包含開關(guān)裝置。
[0025] 步驟4)所述的計(jì)算最小隔離區(qū)的等值可靠性參數(shù)是采用如下公式： m
[0026] 饋線區(qū)的平均年破壞性故障率A=ΣΛ·，饋線區(qū)的平均故障修復(fù)時(shí)間 I=I m Ar. "式中m為最小隔離區(qū)中包含的饋線數(shù)，Ai是饋線i平均年破壞性故障率，&是r=-， X 饋線區(qū)的平均故障修復(fù)時(shí)間。
[0027] 步驟4)所述的對各饋線區(qū)進(jìn)行故障影響分類，是指如下分類方式：故障線所在饋 線區(qū)為故障區(qū)，停電時(shí)間為故障元件定位隔離及修復(fù)時(shí)間；定義故障區(qū)至主電源方向?yàn)樯?游方向，前向區(qū)域?yàn)槲挥诠收蠀^(qū)域上游，當(dāng)故障隔離后能夠與主電源構(gòu)成連通的區(qū)域，停電 時(shí)間為故障定位隔離時(shí)間；定義自故障區(qū)遠(yuǎn)離主電源方向?yàn)橄掠畏较?，后向區(qū)域?yàn)槲挥诠?障區(qū)下游的區(qū)域，根據(jù)是否存在與其它饋線的聯(lián)絡(luò)，后向區(qū)域又可分為兩種類型，存在聯(lián)絡(luò) 的后向區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的停電時(shí)間為故障定位隔離時(shí)間與負(fù)荷轉(zhuǎn)帶時(shí)間，不存在聯(lián)絡(luò)的后向區(qū) 域內(nèi)負(fù)荷的停電時(shí)間為故障定位隔離及修復(fù)時(shí)間；無影響區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷不受故障元件的影 響，停電時(shí)間為〇。
[0028] 步驟4)所述的計(jì)算平均供電可用度ASAI、系統(tǒng)總電量不足指標(biāo)EENS，其中，
[0029] 平均供電可用度

【權(quán)利要求】
1. 一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 輸入描述配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的參數(shù)，包括饋線數(shù)量、各饋線段長度、饋線連接關(guān)系、開 關(guān)元件類型、負(fù)荷點(diǎn)數(shù)、各負(fù)荷點(diǎn)峰值以及聯(lián)絡(luò)線路備用容量；輸入配電系統(tǒng)可靠性參數(shù)， 包括饋線元件的平均年破壞性故障率、平均故障修復(fù)時(shí)間、故障定位時(shí)間、故障隔離與負(fù)荷 轉(zhuǎn)帶時(shí)間、平均供電可用度下限值；輸入粒子群算法的基本參數(shù)，包括粒子群個(gè)數(shù)N、粒子 群初始位置、粒子群算法最大迭代次數(shù)M ; "二遙"和"三遙"配電自動化終端候選位置節(jié)點(diǎn) 集和各位置自動化終端安裝情況總場景數(shù)K，K為正整數(shù)； 2) 隨機(jī)生成初始粒子群的初始速度； 3) 將場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k置為1，迭代次數(shù)m置為1 ; 4) 根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)架參數(shù)，在第k場景下以開關(guān)裝置為邊界對配電網(wǎng)饋線進(jìn)行饋線區(qū) 劃分，其內(nèi)部不再包含開關(guān)裝置計(jì)算饋線區(qū)的等值可靠性參數(shù)，所述的等值可靠性參數(shù)包 括有饋線區(qū)的平均年破壞性故障率λ和饋線區(qū)的平均故障修復(fù)時(shí)間r;對各饋線區(qū)進(jìn)行故 障影響分類，計(jì)算系統(tǒng)各負(fù)荷點(diǎn)的年平均停電時(shí)間U、系統(tǒng)平均供電可用度ASAI、系統(tǒng)總電 量不足指標(biāo)EENS等系統(tǒng)可罪性指標(biāo)； 5) 判斷可靠性指標(biāo)是否滿足約束條件，即系統(tǒng)平均供電可用度不小于系統(tǒng)平均供電可 用度下限值，若不滿足，則設(shè)置懲罰函數(shù)h = wf*fM，其中Wf為懲罰因子，為可靠性約束 函數(shù)，= relim-re，式中，relim表示系統(tǒng)平均供電可用度下限值，re表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)配置對 應(yīng)的系統(tǒng)平均供電可用度，若滿足約束條件，則h = O ; 6) 根據(jù)式max f = B-(CfC1-C2)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值f，其中B是改造后停電損失減少給 所增加的綜合社會收益，Q 1是投資階段成本等年值，C1是運(yùn)行階段成本費(fèi)用，C2是報(bào)廢階段 成本費(fèi)用，將目標(biāo)函數(shù)值f與懲罰函數(shù)h求和得到適應(yīng)度函數(shù)ob j取值，將當(dāng)前粒子的適應(yīng) 值與當(dāng)前的個(gè)體極值和全局極值進(jìn)行比較，確定個(gè)體和全局最優(yōu)值并更新； 7) 對當(dāng)前粒子進(jìn)行評價(jià)后，對下一粒子進(jìn)行評價(jià)，場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k加1，判斷更新后的情 景統(tǒng)計(jì)數(shù)t是否大于情景數(shù)N，否則進(jìn)入下一步驟，反之進(jìn)入步驟10); 8) 判斷是否完成所有粒子評價(jià)，即完成一次迭代，是則進(jìn)入步驟9)，否則進(jìn)入步驟4) 9) 判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，如果是，則結(jié)束，輸出最優(yōu)解，反之，則迭代次數(shù)m加1， 則進(jìn)入下一步； 10) 進(jìn)行粒子群的更新操作，即根據(jù)
形成新的粒子群位置并 根據(jù)％(〇) = l/(】+exp(-〇)形成新的粒子群速度，并返回步驟3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟1)所述粒子群算法的基本參數(shù)包括有：粒子群個(gè)數(shù)N、粒子群初始位置、粒子群算 法最大迭代次數(shù)M。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟1)所述的場景是各候選位置自動化終端的安裝情況。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟3)所述的場景統(tǒng)計(jì)數(shù)k是已完成適應(yīng)度計(jì)算的各候選位置自動化終端的安裝情況 數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟4)所述的對配電網(wǎng)饋線進(jìn)行饋線區(qū)劃分是以網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)元件為邊界形成饋線區(qū) 域，區(qū)域內(nèi)部不再包含開關(guān)裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟4)所述的計(jì)算最小隔離區(qū)的等值可靠性參數(shù)是采用如下公式： 饋線區(qū)的平均年破壞性故障率
，饋線區(qū)的平均故障修復(fù)時(shí)間^" 式 中m為最小隔離區(qū)中包含的饋線數(shù)，λ i是饋線i平均年破壞性故障率，ri是饋線區(qū)的平均 故障修復(fù)時(shí)間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟4)所述的對各饋線區(qū)進(jìn)行故障影響分類，是指如下分類方式：故障線所在饋線區(qū) 為故障區(qū)，停電時(shí)間為故障元件定位隔離及修復(fù)時(shí)間；定義故障區(qū)至主電源方向?yàn)樯嫌畏?向，前向區(qū)域?yàn)槲挥诠收蠀^(qū)域上游，當(dāng)故障隔離后能夠與主電源構(gòu)成連通的區(qū)域，停電時(shí)間 為故障定位隔離時(shí)間；定義自故障區(qū)遠(yuǎn)離主電源方向?yàn)橄掠畏较?，后向區(qū)域?yàn)槲挥诠收蠀^(qū) 下游的區(qū)域，根據(jù)是否存在與其它饋線的聯(lián)絡(luò)，后向區(qū)域又可分為兩種類型，存在聯(lián)絡(luò)的后 向區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的停電時(shí)間為故障定位隔離時(shí)間與負(fù)荷轉(zhuǎn)帶時(shí)間，不存在聯(lián)絡(luò)的后向區(qū)域內(nèi) 負(fù)荷的停電時(shí)間為故障定位隔離及修復(fù)時(shí)間；無影響區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷不受故障元件的影響， 停電時(shí)間為0。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向配電自動化終端類型的優(yōu)化配置方法，其特征在 于，步驟4)所述的計(jì)算平均供電可用度ASAI、系統(tǒng)總電量不足指標(biāo)EENS，其中，
平均供電可用度 式中，Ui為負(fù)荷點(diǎn)i的年平均停電時(shí) f 間，Ni為負(fù)荷點(diǎn)i的用戶數(shù)； 系統(tǒng)總電量不足指標(biāo)EENS =Σ LaiUi,式中，Lai為接入負(fù)荷點(diǎn)i的平均負(fù)荷，Ui為負(fù)荷 點(diǎn)i的年平均停電時(shí)間。
【文檔編號】G06Q50/06GK104376376SQ201410638072
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】劉洪 , 楊毅, 趙明欣, 王飛, 劉偉, 呂衛(wèi)民, 季時(shí)宇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 天津大學(xué), 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司