專利名稱：一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵企業(yè)綜合節(jié)電領域，特別是提供了一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法。
背景技術：
配電系統中普遍存在聯絡開關和分段開關這兩類開關。聯絡開關在兩個變電站、兩條主饋線或者環(huán)路型分支線之間起聯絡作用，通常是斷開的；分段開關則把一條長線路分成多個線路段，通常是閉合的。配電網絡重構，又稱配電網絡再組合，是配電網絡分析與優(yōu)化的一個有效手段，它通過切換聯絡開關和分段開關的開/合狀態(tài)來改變網絡拓撲結構，從而提高可靠性，降低線損，均衡負荷和改善供電電壓質量。 最優(yōu)配電網絡重構技術主要是以網損最小為目標函數，相應產生了許多求解算法，這些算法主要分為傳統優(yōu)化技術和人工智能算法。但無論是傳統優(yōu)化算法還是人工智能算法，都有其各自的優(yōu)缺點，網絡重構本身就是一個尋求最優(yōu)網絡結構的過程，研究人員都在算法精度和速度之間徘徊，過多的考慮精度，就必然以求解速度慢為代價；而片面追求計算速度，則易使求解陷入局部最優(yōu)。同時理論研究與實際應用的結合方面還有進一步深入的空間。鋼鐵企業(yè)電力系統的配電網具有電壓等級多(220，110，35，10，6，0.4kV)，配電節(jié)點多，配電網絡拓撲復雜，配電變壓器多，負載功率密度大，負荷的沖擊性、不對稱性和非線性嚴重，配電網內包括自備電廠，電力設備功率大，連續(xù)生產等特點。鋼鐵企業(yè)配電網重構應按專家知識和經驗制定配電網重構規(guī)則，盡管不一定最優(yōu)，但最可靠，可以得到在滿足安全可靠運行及供電質量前提下優(yōu)化的配電網結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，克服了現有技術上要么過多考慮精度但計算速度不能得到保證，要么過于追求計算速度，從而導致求解陷入局部最優(yōu)，又或者所得重構結果理論上可行但不能滿足實際生產的需要等弊端，考慮鋼鐵企業(yè)配電網特點，基于專家知識和經驗，利用潮流計算分析驗證，最終給出一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法。該方法一方面能夠縮短重構時間，短時間內為企業(yè)調度人員提供可行的配電網接線方式，從而降低網損，節(jié)約用電成本，另一方面能夠結合專家知識和經驗，重構之后能夠保證系統安全可靠運行。因此，該方法對于鋼鐵企業(yè)電力系統配電網重構而言具有較強的實用應用價值。本發(fā)明的鋼鐵企業(yè)配電網采用的是由聯絡開關連接起來的多環(huán)網，本方法首先對配電網絡進行拓撲結構分析，結合鋼鐵企業(yè)配電網特點，利用專家知識和經驗最終給出一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法。具體步驟如下步驟SI，拓撲分析步驟，將配電網分為變電站層和線路層來進行分層分析，最終得到全網初始的拓撲結構；詳細內容如下
步驟S11，變電站層接線分析步驟，因廠站的接線類型數量有限，且運行方式規(guī)律，故首先對變電站常見的接線和運行方式進行搜集整理，最終以規(guī)則的形式體現，從而當系統運行時，根據電網運行的實時數據可以方便的確定電網的拓撲結構，實現變電站接線分析；步驟S12，線路層接線分析步驟，首先對饋線段主干線路進行分析，(饋線段即開關節(jié)點與開關節(jié)點，或開關節(jié)點與負荷分支節(jié)點組成的線路)，取變電站的一個母線節(jié)點，然后取出與該母線節(jié)點相連的出線開關，若閉合則利用深度優(yōu)先搜索向下搜索，與出線開關相連的非負荷節(jié)點即為該饋線的拓撲結構，同理遍歷所有類似饋線即得饋線主干線路的分析結果；然后對線路元進行分析(線路元由負荷節(jié)點和負荷節(jié)點或負荷節(jié)點與開關節(jié)點組成的線路)在饋線段分析基礎上，繼續(xù)擴展負荷節(jié)點，即饋線段上生成線路元的過程；由于考慮的負荷節(jié)點多，故采用廣度優(yōu)先搜索法，首先取待分析饋線段上的節(jié)點，搜索與該節(jié)點相連的所有負荷節(jié)點，再依次搜索與這些負荷節(jié)點相連的節(jié)點，直到沒有可擴展的其他節(jié)點為止，得到線路元的分析結果；最終得到全網的初始拓撲結構分析結果；

步驟S2，節(jié)點關系矩陣獲取步驟，根據拓撲分析結果，得出節(jié)點關系矩陣，并依據如下三點其一，不在任何環(huán)路內之路上的斷路器必須是閉合的，其二，在網架結構合理的情況下，與電源點相連的出口斷路器應該是閉合的；其三，鋼鐵企業(yè)現場的實際生產情況和檢修計劃等，消除部分開關節(jié)點和負荷節(jié)點，得到最終簡化后的節(jié)點關系矩陣；步驟S3，初始潮流計算步驟，利用節(jié)點支路法進行初始潮流和網絡損耗的計算，計算每個聯絡開關兩端的電壓差；步驟S4，聯絡開關獲取步驟，根據配網損估算公式AP=2X I EIi I Re(Vm+Vn)+Ri( I E Ii I )2，降低網損需要閉合兩端電壓差最大的聯絡開關;步驟S5，分段開關獲取步驟，步驟S4中公式可以看成是E Ii的二次函數，即利用二次函數極值的方法，可以找到與A P最小值對應E Ii的值計為Itjpt，在合上聯絡開關后，應選擇電流值最為接近理想轉移電流1_的支路斷開；步驟S6，局部拓撲分析步驟，實施可以達到最大降損效果的開關操作，根據開關節(jié)點變位情況，首先判斷變位開關類型，若是母線開關，需對該開關所在變電站內的母線重新分析，依據步驟Sll中的規(guī)則給出該變電站母線開關變位后的分析結果；若是饋線開關，饋線開關斷開，使得正常運行的饋線的一部分從樹中脫離；饋線開關閉合，則使得正在運行的饋線樹上增加了一部分負荷，使樹上多了一些樹枝；對于饋線開關變位需要以變位開關為起始節(jié)點進行步驟S12中的廣度優(yōu)先搜索方法，實現線路層的局部修改，快速得到饋線開關變位后的拓撲分析結果。從而得到變位后的節(jié)點關系矩陣；步驟S7，合理性判斷步驟，對現有配電網進行潮流計算，并判斷是否滿足約束條件，若不存在電壓，電流等越限的情況，則轉至步驟S8 ;若存在電壓，電流等越限的情況，則放棄這一次的開關操作，轉至步驟S5，選擇其他滿足條件的分段開關；步驟S8，重構方式確定步驟，循環(huán)步驟S4到S7，直至網絡損耗不能在降低為止，得到最低網損的配電網結構。
步驟S9，輸出配電網重構結果。在上述鋼鐵企業(yè)配電網重構方法中，步驟S4，S5中，一般配電網沿線電壓相角變化很小，網損估算公式忽略了對Vm和Vn相角的考慮，利用估算公式來尋找最佳的開關操作，降低了總的搜索次數；每次交換開關只考慮降損效果最大的開關操作策略，減小了搜索的空間。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，基于配電拓撲結構分析，結合鋼鐵企業(yè)配電特點，得到配電網的節(jié)點關系矩陣，利用支路節(jié)點支路法進行潮流計算，然后依據啟發(fā)式規(guī)則和網損估算公式減少需要考慮的開關組合，局部拓撲分析獲取開關變位后的節(jié)點關系矩陣，進行變位后的潮流計算，最終得到鋼鐵企業(yè)配電網重構結果。本方法降低了開關操作的搜索次數和空間，提高潮流計算的速度，大大縮短重構的時間，能夠在短時間內為企業(yè)調度人員提供可行的配電網接線方式，從而降低網損，提高供電效率，節(jié)約用電成本；本發(fā)明利用專家知識和經驗來確定配電網重構規(guī)則，重構之后能夠保證系 統安全可靠運行；因此，該方法對于鋼鐵企業(yè)電力系統配電網重構而言具有較強的實用應用價值。


圖I為本發(fā)明的鋼鐵企業(yè)配電網重構方法的流程框圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步說明請參閱圖1，本發(fā)明的鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，基于配電拓撲分析，結合鋼鐵企業(yè)配電系統特點，依據啟發(fā)規(guī)則和網損估算公式，利用潮流計算來進行配電網重構的一種方法，所述配電網是鋼鐵企業(yè)內部由聯絡開關連接起來的多環(huán)網。所述鋼鐵企業(yè)配電網重構方法包括以下步驟步驟SI，拓撲分析步驟，將配電網分為變電站層和線路層來進行分層分析，最終得到全網初始的拓撲結構；詳細內容如下步驟S11，變電站層接線分析步驟，因廠站的接線類型數量有限，且運行方式規(guī)律，故首先對變電站常見的接線和運行方式進行搜集整理，最終以規(guī)則的形式體現，從而當系統運行時，根據電網運行的實時數據可以方便的確定電網的拓撲結構，實現變電站接線分析；步驟S12，線路層接線分析步驟，首先對饋線主干線路進行分析，(饋線段即開關節(jié)點與開關節(jié)點，或開關節(jié)點與負荷分支節(jié)點組成的線路)，取變電站的一個母線節(jié)點，然后取出與該母線節(jié)點相連的出線開關，若閉合則利用深度優(yōu)先搜索向下搜索，與出線開關相連的非負荷節(jié)點即為該饋線的拓撲結構，同理遍歷所有類似饋線即得饋線主干線路的分析結果；然后對線路元進行分析(線路元由負荷節(jié)點和負荷節(jié)點或負荷節(jié)點與開關節(jié)點組成的線路)在饋線分析基礎上，繼續(xù)擴展負荷節(jié)點，即饋線段上生成線路元的過程。由于考慮的負荷節(jié)點多，故采用廣度優(yōu)先搜索法，首先取待分析饋線段上的節(jié)點，搜索與該節(jié)點相連的所有負荷節(jié)點，再依次搜索與這些負荷節(jié)點相連的節(jié)點，直到沒有可擴展的其他節(jié)點為止，得到線路元的分析結果；最終得到全網的初始拓撲結構分析結果；
步驟S2，節(jié)點關系矩陣獲取步驟，根據拓撲分析結果，得出節(jié)點關系矩陣，并利用相關規(guī)則和專家經驗對節(jié)點關系矩陣進行相應的簡化；步驟S3，初始潮流計算步驟，利用節(jié)點支路法進行初始潮流和網絡損耗的計算，計算每個聯絡開關兩端的電壓差；步驟S4，聯絡開關獲取步驟，根據配網損估算公式AP=2X I EIi I Re(Vm+Vn)+Ri( I E Ii I )2，降低網損需要閉合兩端電壓差最大的聯絡開關;步驟S5，分段開關獲取步驟，步驟S4中公式可以看成是E Ii的二次函數，即利用二次函數極值的方法，可以找到與A P最小值對應E Ii的值計為Itjpt，在合上聯絡開關后，應選擇電流值最為接近理想轉移電流1_的支路斷開；步驟S6，局部拓撲分析步驟，實施可以達到最大降損效果的開關操作，根據開關節(jié) 點變位情況，以變位開關為起始節(jié)點進行搜索，實現線路層的局部修改，得到變位后的拓撲分析結果和節(jié)點關系矩陣；步驟S7，合理性判斷步驟，對現有配電網進行潮流計算，并判斷是否滿足約束條件，步驟S7，合理性判斷步驟，對現有配電網進行潮流計算，并判斷是否滿足約束條件，若不存在電壓，電流等越限的情況，則轉至步驟S8 ;若存在電壓，電流等越限的情況，則放棄這一次的開關操作，轉至步驟S5，選擇其他滿足條件的分段開關；步驟S8，重構方式確定步驟，循環(huán)步驟S4到S7，直至網絡損耗不能在降低為止，得到最低網損的配電網結構。 步驟S9，輸出配電網重構結果。在上述鋼鐵企業(yè)配電網重構方法中，步驟S4，S5中，一般配電網沿線電壓相角變化很小，網損估算公式忽略了對V1^P Vn相角的考慮，利用估算公式來尋找最佳的開關操作，降低了總的搜索次數；每次交換開關只考慮降損效果最大的開關操作策略，減小了搜索的空間。本發(fā)明的鋼鐵企業(yè)配電網重構方法，基于配電拓撲分析，結合鋼鐵企業(yè)配電系統特點，依據啟發(fā)規(guī)則和網損估算公式，利用潮流計算來進行配電網重構的一種方法。本方法降低了開關操作的搜索次數和搜索空間，提高潮流計算的速度，大大縮短重構的時間，能夠達到降低網損，提高供電效率，節(jié)約用電成本的目的，同時利用專家知識和經驗制定配電網重構規(guī)則，能夠得到在滿足安全可靠運行及供電質量前提下優(yōu)化的配電網結構。因此，該方法對于鋼鐵企業(yè)電力系統配電網重構而言具有較強的實用應用價值。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，并非是對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出各種變換或變型，因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由個權利要求所限定。
權利要求
1.一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，其特征在于，具體步驟如下 步驟Si，拓撲分析步驟，將配電網分為變電站層和線路層來進行分層分析，最終得到全網初始的拓撲結構；內容如下 步驟S11，變電站層接線分析步驟，因廠站的接線類型數量有限，首先對變電站常見的接線和運行方式進行搜集整理，最終以規(guī)則的形式體現，從而當系統運行時，根據電網運行的實時數據可以方便的確定電網的拓撲結構，實現變電站接線分析； 步驟S12，線路層接線分析步驟，首先對饋線段主干線路進行分析，取變電站的ー個母線節(jié)點，然后取出與該母線節(jié)點相連的出線開關，當閉合則利用深度優(yōu)先搜索向下捜索，與出線開關相連的非負荷節(jié)點即為該饋線的拓撲結構，同理遍歷所有類似饋線即得饋線主干線路的分析結果；然后對線路元進行分析，在饋線段分析基礎上，繼續(xù)擴展負荷節(jié)點，即饋線段上生成線路元的過程；采用廣度優(yōu)先搜索法，首先取待分析饋線段上的節(jié)點，捜索與該節(jié)點相連的所有負荷節(jié)點，再依次捜索與這些負荷節(jié)點相連的節(jié)點，直到沒有可擴展的其他節(jié)點為止，得到線路元的分析結果；最終得到全網的初始拓撲結構分析結果； 步驟S2，節(jié)點關系矩陣獲取步驟，根據拓撲分析結果，得出節(jié)點關系矩陣，并依據如下三點 其一，不在任何環(huán)路內之路上的斷路器必須是閉合的， 其ニ，在網架結構合理的情況下，與電源點相連的出口斷路器應該是閉合的； 其三，鋼鐵企業(yè)現場的實際生產情況和檢修計劃，消除部分開關節(jié)點和負荷節(jié)點，得到最終簡化后的節(jié)點關系矩陣； 步驟S3，初始潮流計算步驟，利用節(jié)點支路法進行初始潮流和網絡損耗的計算，計算每個聯絡開關兩端的電壓差； 步驟S4，聯絡開關獲取步驟，根據配網損估算公式AP=2X I EIi I Re(Vm+Vn)+Ri( I E Ii I )2，降低網損需要閉合兩端電壓差最大的聯絡開關; 步驟S5，分段開關獲取步驟，步驟S4中公式可以看成是E Ii的二次函數，即利用二次函數極值的方法，可以找到與AP最小值對應E Ii的值計為Itjpt，在合上聯絡開關后，應選擇電流值最為接近理想轉移電流1_的支路斷開； 步驟S6，局部拓撲分析步驟，實施可以達到最大降損效果的開關操作，根據開關節(jié)點變位情況，首先判斷變位開關類型，若是母線開關，需對該開關所在變電站內的母線重新分析，依據步驟Sll中的規(guī)則給出該變電站母線開關變位后的分析結果；若是饋線開關，饋線開關斷開，使得正常運行的饋線的一部分從樹中脫離；饋線開關閉合，則使得正在運行的饋線樹上增加了一部分負荷，使樹上多了一些樹枝；對于饋線開關變位需要以變位開關為起始節(jié)點進行步驟S12中的廣度優(yōu)先捜索方法，實現線路層的局部修改，快速得到饋線開關變位后的拓撲分析結果。從而得到變位后的節(jié)點關系矩陣； 步驟S7，合理性判斷步驟，對現有配電網進行潮流計算，并判斷是否滿足約束條件，若不存在電壓，電流等越限的情況，則轉至步驟S8 ;若存在電壓，電流等越限的情況，則放棄這一次的開關操作，轉至步驟S5，選擇其他滿足條件的分段開關； 步驟S8，重構方式確定步驟，循環(huán)步驟S4到S7，直至網絡損耗不能在降低為止，得到最低網損的配電網結構；步驟S9，輸出配電網重構結果。
2.根據權利要求I所述的鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，其特征在于，所述的饋線段是指開關節(jié)點與開關節(jié)點，或開關節(jié)點與負荷分支節(jié)點組成的線路。
3.根據權利要求I所述的鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，其特征在于，所述的線路元由負荷節(jié)點和負荷節(jié)點或負荷節(jié)點與開關節(jié)點組成的線路。
全文摘要
一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法，屬于鋼鐵企業(yè)綜合節(jié)電領域。鋼鐵企業(yè)配電網采用的是由聯絡開關連接起來的多環(huán)網，本方法首先對配電網絡進行拓撲結構分析，結合鋼鐵企業(yè)配電網特點，利用專家知識和經驗最終給出一種鋼鐵企業(yè)配電網重構的方法?？朔爽F有技術上要么過多考慮精度但計算速度不能得到保證，要么過于追求計算速度，從而導致求解陷入局部最優(yōu)，又或者所得重構結果理論上可行但不能滿足實際生產的需要等弊端。該方法一方面能夠縮短重構時間，短時間內為企業(yè)調度人員提供可行的配電網接線方式，從而降低網損，節(jié)約用電成本，另一方面能夠結合專家知識和經驗，重構之后能夠保證系統安全可靠運行。
文檔編號H02J3/00GK102820648SQ20121027517
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權日2012年8月3日
發(fā)明者劉慶賀, 于立業(yè), 徐化巖, 蘇勝石, 趙博, 朱寅, 盛剛, 曾玉嬌, 賈天云 申請人:冶金自動化研究設計院