技术领域
[0001] 本
发明涉及配电网运行技术领域，具体涉及一种基于运行和网架风险的配电网运行方式优化方法。
背景技术
[0002] 配电网是整个电
力系统中与用户直接联系、向用户供应
电能和分配电能的重要环节。一旦发生故障或对电力设施设备进行检修、试验就会造成系统对用户供电的中断。配电网的运行方式是整个配电网络供电能力及运行特性的集中表现。根据数据统计，用户发生的停电故障中，有80％以上是由配电网环节的故障造成的。换句话来说，配电网环节对整个电力系统的供电可靠性、安全性以及供电能力等方面影响最大，因此有必要制定合理的配电网运行方式，并在此
基础上实现最优运行。
[0003] 目前配电网正常运行方式的设定通常考虑安全性、可靠性、经济性等方面，其存在的主要问题如下：
[0004] 1)虽然考虑到了配电网运行的安全性，但是没有考虑运行风险，容易导致一些意外事故的发生；
[0005] 2)安全性和可靠性通常仅考虑事故发生概率和事故导致后果的综合
水平，对于一些特殊情况，如发生概率很高但影响较小或者发生概率很小但是后果很严重的事故不能很好进行区分，容易导致调度人员的判断出现失误，从而引起更严重的事故发生；
[0006] 3)目前通常采用网络重构的方式来对运行方式进行优化，虽然能够在一定程度上实现对可靠性和经济性等方面的优化，但是容易导致负荷转供能力下降引起网架风险增大。
发明内容
[0007] 本发明旨在至少解决
现有技术中存在的技术问题之一，提出一种基于运行和网架风险的配电网运行方式优化方法。
[0008] 为了实现本发明目的，本发明实施方式提供一种基于运行和网架风险的配电网运行方式优化方法，具体采用以下技术方案：
[0009] 该方法包括如下步骤：
[0010] 1)采集配电网运行方式优化相关参数，该相关参数至少包括线路、
变压器、负荷参数；
[0011] 2)根据所述相关参数构建配电网运行方式优化数学模型，所述数学模型为非线性优化模型，该非线性优化模型的优化目标包括
节点电压偏离程度最小目标、线路负载均衡程度最优目标、配电网网损最小目标、运行风险最小目标和/或网架风险最小目标；
[0012] 3)求解所述数学模型得到配电网运行方式优化结果。
[0013] 与现有技术相比，该方法全面考虑与配电网运行相关的电能
质量、均衡度、经济性、运行风险和网架风险等各方面因素，在此基础上构建配电网方式优化的多目标非线性优化模型，并对优化模型进行求解得到最优的运行方式，最终得到的计算结果可以为配电网正常运行方式优化提供参考和依据。
[0014] 在某些实施方式中，所述步骤1)中，所述相关参数包括线路阻抗和导纳、变压器阻抗、负荷有功功率和
无功功率、节点数目、变压器数目、线路数目、无功补偿容量、用户数目、用户的等级因子、线路故障率、线路故障持续时间和/或配电网拓扑结构。
[0015] 在某些实施方式中，所述节点电压偏离程度最小目标函数表示：
[0016]
[0017] 式中：Vi为第i个节点的电压幅值(标幺值)；VNi为第i个节点的额定电压；Nbus为配电网节点数目；
[0018] 记第k条线路的负载率为βLk，即：
[0019]
[0020] 式中：|ILk|为第k条线路上的
电流幅值；ILNk为第k条线路的额定电流大小。
[0021] 所述线路负载均衡程度最优目标函数表示为：
[0022]
[0023] 式中：NL为线路数目；βLk为第k条线路的负载率；
[0024] 所述配电网网损最小目标函数表示为：
[0025]
[0026] 式中：PGi为第i个电源节点的注入有功功率；PDj为第j个负荷节点的有功负荷大小；ΩG和ΩD分别为电源节点和负荷节点的集合。
[0027] 所述运行风险最小目标函数表示为：
[0028]
[0029] 式中：nLO为负载率超过80％的线路数目；nTO为负载率超过80％的变压器数目。
[0030] 所述网架风险最小目标函数表示为：
[0031]
[0032] 式中： 为第k起预想事故发生后的
能量损失率； 为第k起预想事故发生后的用户时户数损失率； 为第k起预想事故的发生概率，此处的预想事故仅考虑单条线路故障的情况；ΩF为预想事故集合。
[0033] 能量损失率、用户时户数损失率和预想事故的发生概率利用如下的式(7)-式(9)进行计算：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 式中： 为第k起预想事故发生后所有损失的用户数；NSC为系统总用户数； 为第i个损失用户的容量； 为系统第j个用户的容量； 为第i个被
切除用户的等级因子，为系统第j个用户的等级因子，等级因子均在0到1之间，且用户越重要则等级因子越大；为第k起预想事故的故障修复时间；pFk为第k条线路的故障概率。
[0038] 在某些实施方式中，所述步骤2)中，所述数学模型包括约束条件，该约束条件包括潮流平衡约束、电压幅值约束、线路潮流约束、变压器容量约束、无功补偿容量约束和/或网络结构约束。
[0039] 在某些实施方式中，所述潮流平衡约束表示为：
[0040]
[0041] 式中：PDi和QDi分别为节点i的有功负荷和无功负荷；PGi为节点i的有功注入，当节点i不是电源节点时PGi＝0；QRi为节点i的无功补偿容量；Gij和Bij分别为节点i和j之间的转移电导和电纳；Vi和Vj为节点i和节点j的电压大小；δi和δj为节点i和节点j的电压相
角；
[0042] 所述电压幅值约束表示为：
[0043] Vimin≤Vi≤Vimax (11)
[0044] 式中：Vi为第i个节点的电压幅值；Vimax和Vimin分别为第i个节点的电压幅值上、下限；
[0045] 所述线路潮流约束表示为：
[0046] |ILk|≤ILkmax (12)
[0047] 式中：|ILk|为第k条线路上的电流幅值；ILkmax为第k条线路的最大载流量；
[0048] 所述变压器容量约束表示为：
[0049] |ITk|≤ITkmax (13)
[0050] 式中：|ITk|为流过第k个变压器的电流幅值；ITkmax为允许流过第k个变压器的电流幅值上限；
[0051] 所述无功补偿容量约束表示为：
[0052] QRimin≤QRi≤QRimax,i∈ΩQ (14)
[0053] 式中：QRi为节点i的无功补偿值，当节点i没有无功补偿装置时QRi＝0；QRimin和QRimax分别为节点i的无功补偿容量下限和上限；ΩQ为拥有无功补偿设备的节点集合；
[0054] 所述网络结构约束为：优化前后保持配电网
辐射状结构不变，且没有
孤岛存在。
[0055] 在某些实施方式中，所述数学模型表示为：
[0056]
[0057]
[0058] 式中：Fi(x)为第i个子目标函数；h(x)＝0代表潮流平衡约束和网络结构约束；g(x)≤0代表电压幅值约束、线路潮流约束、变压器容量约束、无功补偿容量约束；x代表变量；ωi为第i个子目标的权重，且满足 为第i个子目标函数的最小值。
[0059] 在某些实施方式中，所述步骤3)包括对式(15)的多目标优化模型进行求解，最终得到的运行方式优化结果包括线路投运情况、无功补偿情况以及各个子目标函数的值。
[0060] 与现有技术相比，该基于运行和网架风险的配电网运行方式的优化方法具有以下优点：
[0061] 1、在传统的经济性、可靠性等优化目标的基础上增加了运行风险和网架风险两个目标，相比于传统优化模型更加全面；
[0062] 2、将运行风险和网架风险纳入配电网运行方式优化中，运行风险反映了线路和变压器的运行情况，网架风险反映了发生预想事故后所引起的后果，使得运行方式优化更为科学合理；
[0063] 3、利用加权和的形式将多个子目标合成为一个综合目标，避开了传统多目标优化问题中繁琐的讨论步骤，使得多目标优化模型求解更加简便并且更加适用于工程应用。
附图说明
[0064] 为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0065] 图1为本发明实施方式所述基于运行和网架风险的配电网运行方式优化方法流程示意图；
[0066] 图2为一个本发明实施方式所述3
馈线14节点配电系统图。
具体实施方式
[0067] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透切理解本发明实施方式。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、
电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0068] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施方式结合附图来进行说明。
[0069] 图1为本发明实施方式提出的一种基于运行和网架风险的配电网运行方式的优化方法的方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0070] 1)采集配电网运行方式优化相关参数，该相关参数包括但不限于线路阻抗和导纳、变压器阻抗、负荷有功功率和无功功率、节点数目、变压器数目、线路数目、无功补偿容量、用户数目、用户的等级因子、线路故障率、线路故障持续时间和配电网拓扑结构等配电网运行参数；
[0071] 2)根据所述相关参数构建配电网运行方式优化数学模型，所述数学模型为多目标非线性优化模型，该非线性优化模型的优化目标包括以下五个子目标：节点电压偏离程度最小目标、线路负载均衡程度最优目标、配电网网损最小目标、运行风险最小目标和网架风险最小目标；
[0072] 3)求解所述数学模型得到配电网运行方式优化结果。
[0073] 该基于运行和网架风险的配电网运行方式的优化方法全面考虑与配电网运行相关的电能质量、均衡度、经济性、运行风险和网架风险等各方面因素，在此基础上构建配电网方式优化的多目标非线性优化模型，并对优化模型进行求解得到最优的运行方式，最终得到的计算结果可以为配电网正常运行方式优化提供参考和依据。
[0074] 进一步地，所述节点电压偏离程度最小目标函数表示：
[0075]
[0076] 式中：Vi为第i个节点的电压幅值(标幺值)；VNi为第i个节点的额定电压；Nbus为配电网节点数目；
[0077] 记第k条线路的负载率为βLk，即：
[0078]
[0079] 式中：|ILk|为第k条线路上的电流幅值；ILNk为第k条线路的额定电流大小。
[0080] 进一步地，所述线路负载均衡程度最优目标函数表示为：
[0081]
[0082] 式中：NL为线路数目；βLk为第k条线路的负载率；
[0083] 进一步地，所述配电网网损最小目标函数表示为：
[0084]
[0085] 式中：PGi为第i个电源节点的注入有功功率；PDj为第j个负荷节点的有功负荷大小；ΩG和ΩD分别为电源节点和负荷节点的集合。
[0086] 进一步地，所述运行风险最小目标函数表示为：
[0087]
[0088] 式中：nLO为负载率超过80％的线路数目；nTO为负载率超过80％的变压器数目。
[0089] 进一步地，所述网架风险最小目标函数表示为：
[0090]
[0091] 式中： 为第k起预想事故发生后的能量损失率； 为第k起预想事故发生后的用户时户数损失率； 为第k起预想事故的发生概率，此处的预想事故仅考虑单条线路故障的情况；ΩF为预想事故集合。
[0092] 其中，能量损失率、用户时户数损失率和预想事故的发生概率利用如下的式(7)-式(9)进行计算：
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] 式中： 为第k起预想事故发生后所有损失的用户数；NSC为系统总用户数； 为第i个损失用户的容量； 为系统第j个用户的容量； 为第i个被切除用户的等级因子，为系统第j个用户的等级因子，等级因子均在0到1之间，且用户越重要则等级因子越大；为第k起预想事故的故障修复时间；pFk为第k条线路的故障概率。
[0097] 在某些实施方式中，所述步骤2)中的数学模型还包括约束条件，该约束条件包括潮流平衡约束、电压幅值约束、线路潮流约束、变压器容量约束、无功补偿容量约束和/或网络结构约束。
[0098] 进一步地，所述潮流平衡约束表示为：
[0099]
[0100] 式中：PDi和QDi分别为节点i的有功负荷和无功负荷；PGi为节点i的有功注入，当节点i不是电源节点时PGi＝0；QRi为节点i的无功补偿容量；Gij和Bij分别为节点i和j之间的转移电导和电纳；Vi和Vj为节点i和节点j的电压大小；δi和δj为节点i和节点j的电压相角；
[0101] 进一步地，所述电压幅值约束表示为：
[0102] Vimin≤Vi≤Vimax (11)
[0103] 式中：Vi为第i个节点的电压幅值；Vimax和Vimin分别为第i个节点的电压幅值上、下限；
[0104] 进一步地，所述线路潮流约束表示为：
[0105] |ILk|≤ILkmax (12)
[0106] 式中：|ILk|为第k条线路上的电流幅值；ILkmax为第k条线路的最大载流量；
[0107] 进一步地，所述变压器容量约束表示为：
[0108] |ITk|≤ITkmax (13)
[0109] 式中：|ITk|为流过第k个变压器的电流幅值；ITkmax为允许流过第k个变压器的电流幅值上限；
[0110] 进一步地，所述无功补偿容量约束表示为：
[0111] QRimin≤QRi≤QRimax,i∈ΩQ (14)
[0112] 式中：QRi为节点i的无功补偿值，当节点i没有无功补偿装置时QRi＝0；QRimin和QRimax分别为节点i的无功补偿容量下限和上限；ΩQ为拥有无功补偿设备的节点集合；
[0113] 进一步地，所述网络结构约束为：优化前后保持配电网辐射状结构不变，且没有孤岛存在。
[0114] 基于上面所述内容，所述步骤2)的数学模型可以表示为：
[0115]
[0116]
[0117] 式中：Fi(x)为第i个子目标函数；h(x)＝0代表潮流平衡约束和网络结构约束；g(x)≤0代表电压幅值约束、线路潮流约束、变压器容量约束、无功补偿容量约束；x代表变量；ωi为第i个子目标的权重，且满足 可以利用层次分析法进行确定，也可以直接根据实际需求来赋值； 为第i个子目标函数的最小值。
[0118] 具体地， 为第i个子目标函数的最小值，通过求解如下非线性规划问题得到：
[0119] min Fi(x)
[0120]
[0121] 式(16)中的h(x)＝0和g(x)≤0的定义与式(15)相同，求解式(16)得到的第i个子目标函数的最小值即为
[0122] 在某些实施方式中，所述步骤3)包括选取合适的
算法对式(15)的多目标优化模型进行求解，最终得到的运行方式优化结果包括线路投运情况、无功补偿情况以及各个子目标函数的值，所述合适的算法可以是粒子群算法。
[0123] 通过上面描述可知，该基于运行和网架风险的配电网运行方式的优化方法具有以下优点：
[0124] 1、在传统的经济性、可靠性等优化目标的基础上增加了运行风险和网架风险两个目标，相比于传统优化模型更加全面；
[0125] 2、将运行风险和网架风险纳入配电网运行方式优化中，运行风险反映了线路和变压器的运行情况，网架风险反映了发生预想事故后所引起的后果，使得运行方式优化更为科学合理；
[0126] 3、利用加权和的形式将多个子目标合成为一个综合目标，避开了传统多目标优化问题中繁琐的讨论步骤，使得多目标优化模型求解更加简便并且更加适用于工程应用。
[0127] 图2为本发明一个实施方式给出的3馈线14节点配电系统示例，基于3馈线14节点配电系统，该对本发明提出的配电网运行方式优化方法进行进一步说明。
[0128] 图2中节点1、节点2和节点3为馈入节点，其余节点为负荷节点，初始运行状态下线路5-11、线路10-14和线路7-16上的联络
开关均处于打开状态。为了不失一般性，各个负荷节点的用户等级在0-1之间随机取得，用户数在1-10之间随机取得，并假设同一节点的所有用户的等级因子都相同，各条线路的故障属性参数见表1所示。
[0129] 表1支路故障属性表
[0130]
[0131] 一般来说，对于中低压配电网来说，用户往往更关心整个配电网的抗风险能力，即在最终优化得到的运行方式下其相应的运行风险和网架风险应当尽可能小，而其余的负载均衡性、网损以及电压偏移程度等都是次要考虑的目标。因此在本实施方式中设置各个子目标的权重分别为：节点电压偏离程度权重ω1＝0.025，线路负载均衡程度权重ω2＝0.15，配电网网损权重ω3＝0.025，运行风险权重ω4＝0.4，网架风险权重为ω5＝0.4。
[0132] 为了表明本发明实施方式提出的运行方式优化方法能够正确对配电网正常运行方式进行优化，首先对原算例系统在初始运行状态下计算初始目标值，然后通过线路投运的调整得到优化后的运行方式，并给出计算结果。调整后的运行方式中线路8-10、线路9-11和线路7-16上的联络开关处于打开状态，其余开关均闭合，初始状态下和优化后的状态下的各子目标计算结果见表2所示，对建立的配电网运行方式优化数学模型采用粒子群算法求解。粒子群算法，也称粒子群
优化算法或
鸟群觅食算法(Particle Swarm Optimization)，缩写为PSO，PSO算法属于
进化算法的一种，和模拟
退火算法相似，它也是从随机解出发，通过
迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。
[0133] 表2正常运行方式优化前后对比
[0134]
[0135]
[0136] 由表2可以看出，优化后的方式与初始的运行方式相比，除了网架风险维持不变以外其余4个子目标均得到了不同程度的优化，并且总体的目标函数值也得到了一定程度的下降，从而达到了技术、经济和风险综合最优的水平。
[0137] 从优化后的结果对比可以看出，本发明实施方式提出的基于运行和网架风险的配电网运行方式优化方法是合理的并且有效的。
[0138] 本发明实施方式中优化方法中未展开的部分，可参考以上实施方式的评估系统及其方法的对应部分，在此不再详细展开。
[0139] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0140]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模
块、
片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。
[0141] 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定
序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(
电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取
存储器(RAM)，
只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0142] 应当理解，本发明的各部分可以用
硬件、
软件、
固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据
信号实现逻辑功能的
逻辑门电路的离散
逻辑电路，具有合适的组合
逻辑门电路的
专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，
现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0143] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。
[0144] 此外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0145] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0146] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、
修改、替换和变型。
