本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)層間供電能力匹配度評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

作為電力系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的組成部分，配電網(wǎng)的正常工作關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。同樣作為與用戶相連接的最前沿，其安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行直接影響到人民生活水平的提高，其次對(duì)于一個(gè)城市或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也起到了決定性的作用。因此安全、可靠、經(jīng)濟(jì)是配電網(wǎng)的核心。

隨著我國(guó)電網(wǎng)不斷建設(shè)升級(jí)以及負(fù)荷水平的不斷提高，電力系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這樣的前提條件下，配電網(wǎng)需要更高的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷，所以供電能力成為評(píng)價(jià)配電網(wǎng)建設(shè)水平的一個(gè)新指標(biāo)，而且在我國(guó)很多配電網(wǎng)的建設(shè)中得到了應(yīng)用，并在近年來(lái)得到了一定的進(jìn)展。目前，如何提高配電網(wǎng)供電能力已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題之一。

為了極大的提高配電網(wǎng)的運(yùn)行水平和更有效的挖掘配電網(wǎng)的供電能力，必須對(duì)配電網(wǎng)有一個(gè)全面合理的評(píng)估，以求一個(gè)符合我國(guó)實(shí)際情況的評(píng)估方法?？茖W(xué)的對(duì)配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，可以清楚的反應(yīng)出配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在配電網(wǎng)的升級(jí)建設(shè)工作中提供強(qiáng)有力的依據(jù)，找到最有效的改進(jìn)措施，挖掘配電網(wǎng)的潛在能力。目前對(duì)于配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)可靠性方面研究較多，外對(duì)配電網(wǎng)供電能力方面研究較少。

在配電網(wǎng)目前的建設(shè)和發(fā)展中，很多問(wèn)題還缺乏理論依據(jù)的支撐和指導(dǎo)，而關(guān)于供電能力方面目前還存在供電能力計(jì)算不精確、配網(wǎng)中容載比過(guò)高、配網(wǎng)建設(shè)不精確等問(wèn)題。而其中，配電網(wǎng)供電能力的計(jì)算是評(píng)估配網(wǎng)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)該找到合理的評(píng)價(jià)配電網(wǎng)供電能力的方法，才能更全面評(píng)價(jià)整體配電網(wǎng)。

目前已有關(guān)于配電網(wǎng)最大供電能力方面的研究，一般是基于單一電壓等級(jí)配電網(wǎng)，即僅僅研究單側(cè)配電網(wǎng)在滿足n-1安全準(zhǔn)則與一系列實(shí)際約束下所能提供的最大供電量。在這種研究方法中對(duì)最大供電能力的各種計(jì)算，實(shí)際上忽視了上級(jí)配電網(wǎng)的制約，已經(jīng)默認(rèn)了上級(jí)配電網(wǎng)的供電能力為無(wú)限大，這在實(shí)際的工程項(xiàng)目中是有缺陷的。在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行中，一般情況下上級(jí)配電網(wǎng)是制約下級(jí)配電網(wǎng)運(yùn)行的，而且下級(jí)配電網(wǎng)的運(yùn)行必須服從上級(jí)配電網(wǎng)?？傮w來(lái)說(shuō)，僅僅研究配電網(wǎng)中某個(gè)電壓等級(jí)區(qū)域最大供電能力忽視了其整體性，是片面的，不能滿足實(shí)際工程的需求，因此本發(fā)明在研究下級(jí)配電網(wǎng)最大供電能力的時(shí)候還將對(duì)上級(jí)配電網(wǎng)進(jìn)行充分考慮，探究考慮配電系統(tǒng)層間的相互約束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種配電網(wǎng)層間供電能力匹配度評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟，

（1）根據(jù)已知配電網(wǎng)確定不同電壓等級(jí)；

（2）針對(duì)不考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的下級(jí)配電網(wǎng)與考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的下級(jí)配電網(wǎng)，分別計(jì)算其最大供電能力；

（3）計(jì)算單個(gè)變電站中其不同電壓側(cè)配電網(wǎng)間最大供電能力匹配度。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中，最大供電能力的計(jì)算方法如下：

將整個(gè)配電網(wǎng)分成不同電壓等級(jí)下的配電網(wǎng)，確定配電網(wǎng)中主變和饋線的容量，以及饋線間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系；

建立供電能力模型，分別計(jì)算單個(gè)電壓等級(jí)的最大供電能力與考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的最大供電能力，其區(qū)別在于計(jì)算時(shí)所需的轉(zhuǎn)帶方案中，是否考慮上級(jí)配電網(wǎng)的輸電線n-1約束；

最大供電能力數(shù)學(xué)模型的約束條件為：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

其中：

表示第i號(hào)主變所帶的負(fù)荷；表示第j號(hào)主變所帶的負(fù)荷;

表示低壓側(cè)第m號(hào)饋線所帶的負(fù)荷；

表示高壓側(cè)第m號(hào)輸電線所供的電量；

表示低壓側(cè)饋線m發(fā)生n-1時(shí)轉(zhuǎn)帶給饋線n的負(fù)荷量；

表示高壓側(cè)輸電線m發(fā)生n-1時(shí)轉(zhuǎn)帶給輸電線n的電量；

表示主變i發(fā)生n-1轉(zhuǎn)帶給主變j的負(fù)荷量；

表示低壓側(cè)饋線n的容量；

表示高壓側(cè)輸電線n的容量；

表示主變j的額定容量；

表示主變i；表示饋線m出自主變i的對(duì)應(yīng)母線；

式(1)為饋線所帶負(fù)荷等式約束，表示單條饋線出現(xiàn)故障進(jìn)行n-1時(shí)其所帶負(fù)荷可分別轉(zhuǎn)帶到其他不同的饋線；

式(2)為主變與饋線間負(fù)荷等式約束，表示在配電網(wǎng)中，所有饋線所帶負(fù)荷之和即為所有主變所帶負(fù)荷之和；

式(3)為主變與饋線轉(zhuǎn)帶等式約束。表示當(dāng)主變發(fā)生故障進(jìn)行n-1(配電網(wǎng)中所有n個(gè)元件中任一獨(dú)立元件發(fā)生故障而被切除后，此配電網(wǎng)還會(huì)正常運(yùn)行)時(shí)，其轉(zhuǎn)帶的負(fù)荷即為與此主變相連饋線上所帶的所有負(fù)荷；

式(4)為低壓側(cè)饋線n-1約束，表示單條饋線發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他饋線時(shí)，接收負(fù)荷的饋線不可過(guò)載；

式(5)為高壓側(cè)輸電線n-1約束，表示單條輸電線發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他輸電線時(shí)，接收負(fù)荷的輸電線不可過(guò)載；

式(6)為主變n-1約束，表示單臺(tái)主變發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他主變時(shí)，接收負(fù)荷的主變不可過(guò)載；

配電網(wǎng)最大供電能力目標(biāo)函數(shù)為：

（7）

其中，tsc表示配電網(wǎng)最大供電能力，目標(biāo)函數(shù)表示tsc為當(dāng)前配電網(wǎng)中所有主變負(fù)荷之和的最大值；

在計(jì)算單個(gè)電壓等級(jí)的最大供電能力時(shí)，不需要考慮約束（6），即高壓側(cè)輸電線n-1約束，在計(jì)算考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的最大供電能力時(shí)，則需考慮約束（6）。

進(jìn)一步的，所述步驟（3）中配電網(wǎng)層間供電能力匹配度（interlayersupplycapabilitymatchingdegree，ismd）的計(jì)算方法如下：

（8）

其中，ismd表示配電網(wǎng)層間供電能力匹配度；表示下級(jí)配電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的最大供電能力；表示考慮上級(jí)配電網(wǎng)的限制時(shí)下級(jí)配電網(wǎng)的最大供電能力，兩者之比反映該變電站在兩級(jí)電網(wǎng)之間最大供電能力的匹配程度，當(dāng)ismd越趨近于1時(shí)，下級(jí)配電網(wǎng)相對(duì)于上級(jí)配電網(wǎng)匹配狀況越良好；當(dāng)ismd越背離于1時(shí)，下級(jí)配電網(wǎng)相對(duì)于上級(jí)配電網(wǎng)匹配狀況越差。

本發(fā)明結(jié)合最大供電能力，運(yùn)用配電網(wǎng)層間供電能力匹配度這一新的指標(biāo)以及常規(guī)的線性規(guī)劃算法，提出一種配電網(wǎng)層間供電能力匹配度的評(píng)價(jià)方法，從而更好更全面的反映不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)整體的影響，能夠較為直觀的反映出上下兩級(jí)配電網(wǎng)的匹配程度，使計(jì)算結(jié)果更具有實(shí)際參考價(jià)值，并且能夠深入研究不同結(jié)構(gòu)的上下級(jí)配電網(wǎng)的具體匹配狀況，為網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化改造提供更有價(jià)值的信息。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中配電網(wǎng)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中主變供電能力對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

如圖1所示，一種配電網(wǎng)層間供電能力匹配度評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟，

（1）根據(jù)已知配電網(wǎng)確定不同電壓等級(jí)；

（2）針對(duì)不考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的下級(jí)配電網(wǎng)與考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的下級(jí)配電網(wǎng)，分別計(jì)算其最大供電能力；

（3）計(jì)算單個(gè)變電站中其不同電壓側(cè)配電網(wǎng)間最大供電能力匹配度。

在步驟（2）中，最大供電能力的計(jì)算方法如下：

將整個(gè)配電網(wǎng)分成不同電壓等級(jí)下的配電網(wǎng)，確定配電網(wǎng)中主變和饋線的容量，以及饋線間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系；

建立供電能力模型，分別計(jì)算單個(gè)電壓等級(jí)的最大供電能力與考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的最大供電能力，其區(qū)別在于計(jì)算時(shí)所需的轉(zhuǎn)帶方案中，是否考慮上級(jí)配電網(wǎng)的輸電線n-1約束；

最大供電能力數(shù)學(xué)模型的約束條件為：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

其中：

表示第i號(hào)主變所帶的負(fù)荷；表示第j號(hào)主變所帶的負(fù)荷;

表示低壓側(cè)第m號(hào)饋線所帶的負(fù)荷；

表示高壓側(cè)第m號(hào)輸電線所供的電量；

表示低壓側(cè)饋線m發(fā)生n-1時(shí)轉(zhuǎn)帶給饋線n的負(fù)荷量；

表示高壓側(cè)輸電線m發(fā)生n-1時(shí)轉(zhuǎn)帶給輸電線n的電量；

表示主變i發(fā)生n-1轉(zhuǎn)帶給主變j的負(fù)荷量；

表示低壓側(cè)饋線n的容量；

表示高壓側(cè)輸電線n的容量；

表示主變j的額定容量；

表示主變i；表示饋線m出自主變i的對(duì)應(yīng)母線；

式(1)為饋線所帶負(fù)荷等式約束，表示單條饋線出現(xiàn)故障進(jìn)行n-1時(shí)其所帶負(fù)荷可分別轉(zhuǎn)帶到其他不同的饋線；

式(2)為主變與饋線間負(fù)荷等式約束，表示在配電網(wǎng)中，所有饋線所帶負(fù)荷之和即為所有主變所帶負(fù)荷之和；

式(3)為主變與饋線轉(zhuǎn)帶等式約束，表示當(dāng)主變發(fā)生故障進(jìn)行n-1時(shí)，其轉(zhuǎn)帶的負(fù)荷即為與此主變相連饋線上所帶的所有負(fù)荷；

式(4)為低壓側(cè)饋線n-1約束，表示單條饋線發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他饋線時(shí)，接收負(fù)荷的饋線不可過(guò)載；

式(5)為高壓側(cè)輸電線n-1約束，表示單條輸電線發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他輸電線時(shí)，接收負(fù)荷的輸電線不可過(guò)載；

式(6)為主變n-1約束，表示單臺(tái)主變發(fā)生故障后將其所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)帶到其他主變時(shí)，接收負(fù)荷的主變不可過(guò)載；

配電網(wǎng)最大供電能力目標(biāo)函數(shù)為：

（7）

其中，tsc表示配電網(wǎng)最大供電能力，目標(biāo)函數(shù)表示tsc為當(dāng)前配電網(wǎng)中所有主變負(fù)荷之和的最大值；

在計(jì)算單個(gè)電壓等級(jí)的最大供電能力時(shí)，不需要考慮約束（6），即高壓側(cè)輸電線n-1約束，在計(jì)算考慮上級(jí)配電網(wǎng)限制的最大供電能力時(shí)，則需考慮約束（6）。

上述模型進(jìn)行變形后采用線性規(guī)劃軟件（如lingo）來(lái)求解即可得到tsc。

在步驟（3）中配電網(wǎng)層間供電能力匹配度（interlayersupplycapabilitymatchingdegree，ismd）的計(jì)算方法如下：

（8）

其中，ismd表示配電網(wǎng)層間供電能力匹配度；表示下級(jí)配電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的最大供電能力；表示考慮上級(jí)配電網(wǎng)的限制時(shí)下級(jí)配電網(wǎng)的最大供電能力，兩者之比反映該變電站在兩級(jí)電網(wǎng)之間最大供電能力的匹配程度，當(dāng)ismd越趨近于1時(shí)，下級(jí)配電網(wǎng)相對(duì)于上級(jí)配電網(wǎng)匹配狀況越良好；當(dāng)ismd越背離于1時(shí)，下級(jí)配電網(wǎng)相對(duì)于上級(jí)配電網(wǎng)匹配狀況越差。

下面將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)所提的配電網(wǎng)層間供電能力匹配度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析。典型供電模式a+—1由110kv與10kv兩個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成。110kv側(cè)采用雙回鏈?zhǔn)浇泳€，由2座220千伏變電站作為電源，中間“π”接入2座110千伏變電站，線路數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而10kv側(cè)包含了變電站出線雙環(huán)網(wǎng)接線、三電源開(kāi)關(guān)站接線以及開(kāi)關(guān)站出線雙環(huán)網(wǎng)接線三種結(jié)構(gòu)，如圖2所示福建省典型供電模式a+—1的簡(jiǎn)化算例圖，該配電網(wǎng)總共有4條輸電線路，2條聯(lián)絡(luò)線，2座變電站，8個(gè)變壓器，56條饋線。本實(shí)施例由110kv與10kv兩個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成，110kv側(cè)輸電線路容量為116mva，10kv側(cè)變電站所出饋線的容量為11.4mva，開(kāi)關(guān)站所出饋線的容量為9.5mva。

該電網(wǎng)圖由110kv與10kv側(cè)兩個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成，110kv側(cè)為雙回鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，10kv由簡(jiǎn)化的四種結(jié)構(gòu)組合而成：1.變電站出線雙環(huán)網(wǎng)（饋線1與饋線14、饋線4與饋線11組成一個(gè)雙環(huán)網(wǎng)環(huán)；饋線2與饋線16、饋線6與饋線12組成一個(gè)雙環(huán)網(wǎng)）。2.兩供一備開(kāi)關(guān)站接線（饋線3、饋線9、饋線7組成一個(gè)兩供一備連線；饋線10、饋線8、饋線15組成一個(gè)兩供一備連線）。3.開(kāi)關(guān)站出線雙環(huán)網(wǎng)（饋線17與饋線24、饋線19與饋線22組成一個(gè)雙環(huán)網(wǎng)；饋線18與饋線23、饋線20與饋線21組成一個(gè)雙環(huán)網(wǎng)）。4.重要負(fù)荷供電（饋線5、饋線13）。下面的研究將基于此圖展開(kāi)。

由于線路過(guò)于復(fù)雜，圖中并沒(méi)有把采用變電站出線雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的所有線路全部畫(huà)完，主變所連饋線的編號(hào)以及未畫(huà)出的線路的連接情況將由表1與表2列出。

目前已有的關(guān)于配電網(wǎng)最大供電能力的研究，是基于單一電壓等級(jí)供電區(qū)域，即研究圖2中的10kv供電區(qū)域在滿足n-1安全準(zhǔn)則與一系列實(shí)際運(yùn)行約束條件下所能提供的最大負(fù)荷。在該研究模式下，經(jīng)計(jì)算，該供電區(qū)域的最大供電能力為210.46mw，8個(gè)主變所帶的負(fù)荷值如表3所示。

僅研究單一電壓等級(jí)最大供電能力的方法是存在缺陷的，在充分考慮了上級(jí)配電網(wǎng)對(duì)于下級(jí)配電網(wǎng)的限制后，計(jì)算可得該供電區(qū)域的最大供電能力為199.43mw，8個(gè)主變所帶的負(fù)荷值如表4所示。

已知10kv電壓側(cè)的現(xiàn)有負(fù)荷為180mw，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以得出以下計(jì)算：

其中:表示10kv側(cè)電網(wǎng)在滿足n-1安全準(zhǔn)則與運(yùn)行約束條件下的最大供電能力裕度,表示充分考慮110kv側(cè)電網(wǎng)對(duì)10kv側(cè)電網(wǎng)的限制時(shí)，10kv側(cè)電網(wǎng)最大供電能力裕度。為了更為直觀的看到供電能力的變化并作出對(duì)比，給出每個(gè)主變的供電能力對(duì)比圖，如圖3所示。

可見(jiàn)，考慮了上級(jí)配電網(wǎng)的限制之后，下級(jí)配電網(wǎng)每個(gè)主變的供電能力發(fā)生了一定程度的變化，其總體的供電裕度也大大減小，從而說(shuō)明，高電壓側(cè)的供電能力制約著低電壓側(cè)的供電能力，進(jìn)一步說(shuō)明多電壓等級(jí)是考慮配電網(wǎng)最大供電能力必不可少的重要影響。而在上下級(jí)配電網(wǎng)的匹配方面，ismd=0.95，并不是十分的接近1，可知，上下級(jí)配電網(wǎng)供電能力的匹配程度并不是特別高，所以要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高上下級(jí)配電網(wǎng)的匹配程度。

以上對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。