一種計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)及成本的配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)及成本的配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化模型，屬電力配電技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化是指通過(guò)選擇無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)安裝位置、類型和容量， 達(dá)到盡量少的投入最大限度地改善電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損的目的。
[0003] 配電網(wǎng)中的無(wú)功優(yōu)化算法是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。它是由多個(gè)約束條件、多個(gè)操 作變量、多個(gè)目標(biāo)函數(shù)的大規(guī)模非線性問(wèn)題組合起來(lái)的。解決無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題，首先得把實(shí)際 問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上，獲得最優(yōu)解。目前主要把無(wú)功優(yōu)化算法分為兩類，一 類是經(jīng)典的無(wú)功優(yōu)化算法，另一類是人工智能無(wú)功優(yōu)化算法。經(jīng)典無(wú)功優(yōu)化算法由于其數(shù) 學(xué)模型復(fù)雜、對(duì)初始點(diǎn)選取的要求較高，不具備實(shí)時(shí)性等缺點(diǎn)，正在被人工優(yōu)化算法逐漸取 代。
[0004] 以往的中低壓配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃，大多是以估算年最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)來(lái)計(jì)算年運(yùn)行網(wǎng) 損費(fèi)用最小作為人工優(yōu)化算法的主要目標(biāo)函數(shù)，并以此為依據(jù)來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化 配置。這種目標(biāo)函數(shù)只考慮運(yùn)行費(fèi)用，存在一定的片面性。也有學(xué)者研究了考慮多種目標(biāo) 的無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化，考慮年運(yùn)行網(wǎng)損費(fèi)用、無(wú)功補(bǔ)償投資費(fèi)用和電能質(zhì)量的綜合影響，但這種 目標(biāo)函數(shù)沒(méi)有考慮資金的時(shí)間性、設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的總體成本以及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行 時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)，依然不夠完整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是，根據(jù)中低壓配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃存在的問(wèn)題，特別是針對(duì)現(xiàn)有人工 優(yōu)化算法目標(biāo)函數(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)及成本的配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化模 型，綜合考慮無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的成本，在保證補(bǔ)償效果的基礎(chǔ)上，提高配電網(wǎng) 無(wú)功規(guī)劃配置的有效性。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)及成本的配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化模 型，所述模型將配電網(wǎng)線路負(fù)荷分為最大、一般、最小三個(gè)負(fù)荷水平；然后以各節(jié)點(diǎn)的無(wú)功 補(bǔ)償容量為優(yōu)化變量，建立考慮故障風(fēng)險(xiǎn)影響下的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的全壽命周期成本模型 C^，并以最小為改進(jìn)的遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)求得的最大負(fù)荷和最小負(fù)荷運(yùn)行方 式下的補(bǔ)償容量來(lái)確定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的安裝容量和投切檔數(shù)。
[0007] 所述模型建模步驟包括：
[0008] 步驟1 :采用模糊聚類方法將配電線路負(fù)荷分為最大、一般、最小三個(gè)負(fù)荷水平；
[0009] 步驟2 :在確定安裝節(jié)點(diǎn)的前提下，以各節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量為優(yōu)化變量，建立考 慮故障風(fēng)險(xiǎn)影響下的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的全壽命周期成本模型C^:
[0010] Clcc - C Ic+C0c+CMC+Risk (R | X) +Cdc
[0011] 并以最小為改進(jìn)的遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)；
[0012] 步驟3 :根據(jù)步驟2求得的最大負(fù)荷和最小負(fù)荷運(yùn)行方式下的補(bǔ)償容量來(lái)確定無(wú) 功補(bǔ)償設(shè)備的安裝容量和投切檔數(shù)。
[0013] 本發(fā)明采用模糊聚類方法，是將配電網(wǎng)的有功功率損耗P、無(wú)功功率損耗Q作為每 小時(shí)負(fù)荷曲線的特征參數(shù)，采用模糊聚類方法將配電線路負(fù)荷分為最大、一般、最小三個(gè)負(fù) 荷水平，各負(fù)荷水平聚類中心的典型向量h k= [Pzk Qzk]，k = 1，2, 3為聚類中心編號(hào)；則任 一負(fù)荷到一聚類中心的距離為：
[0015] 式中：WjS各特征參數(shù)的權(quán)重，P p Q1R表任一小時(shí)負(fù)荷的有功功率損耗和無(wú)功功 率損耗；
[0016] 則各負(fù)荷到任一聚類的隸屬度μ lk為：
[0018] 本發(fā)明的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的全壽命周期成本模型模型的等式約束為：
[0019] ⑴Cie為投資成本：
[0021] 式中：0。為最大負(fù)荷水平下節(jié)點(diǎn)j處的無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘?，kVar 為節(jié)點(diǎn)j處補(bǔ) 償電容器單位容量?jī)r(jià)格，萬(wàn)元/kVar;K。為每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)備費(fèi)用和固定投資費(fèi) 用，萬(wàn)元/節(jié)點(diǎn)；N。為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)總數(shù)；
[0022] (2) Cl3c為運(yùn)行成本：
[0024] 式中：T為使用年限，Kf3為電價(jià)，元/kWh ;T N為系統(tǒng)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)；μ⑴μ 12、μ 13 分別代表一負(fù)荷到最大、一般、最小負(fù)荷水平的隸屬度；Pmax、PnOT、Pmin分別代表最大、一般和 最小二種負(fù)荷水平下補(bǔ)償后系統(tǒng)功率損耗，其中：
[0028] 式中：K為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，Qpl、Qp2、Qp3分別代表最大、一般、最小負(fù)荷水平下的無(wú)功 補(bǔ)償容量；
[0029] (3) Cmc為檢修維護(hù)成本：
[0031] 式中：Cm為年檢修維護(hù)成本；
[0032] (4) Risk(R/X)為在運(yùn)行條件X下對(duì)應(yīng)的故障風(fēng)險(xiǎn)值：
[0034] 式中：Θ為條件X下，設(shè)備的過(guò)載熱點(diǎn)溫度；PJ Θ IX)是考慮觀測(cè)變量X后，變量 Θ的概率密度函數(shù)；H(t| Θ)為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在熱點(diǎn)溫度達(dá)到Θ時(shí)發(fā)生故障的概率；R為 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)成本；
[0035] (5) Cdc為退役處置成本：
[0037] 式中：Cse為報(bào)廢成本，C R為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的殘值；
[0038] (6)各節(jié)點(diǎn)的功率平衡條件：
[0041] 式中：k = 1，2, 3代表最大、一般、最小負(fù)荷水平；Pt^ Qtil為加在該節(jié)點(diǎn)的有功功 率、無(wú)功功率；PDi、Qdi為該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的有功功率、無(wú)功功率；G lP Blj分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的 電導(dǎo)和電納；Θ u為節(jié)點(diǎn)i、j之間的相角差；y ;= 1表示節(jié)點(diǎn)i為無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)。
[0042] 本發(fā)明的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的全壽命周期成本模型模型的不等式約束為：
[0046] 式中：COS^1為補(bǔ)償后功率因數(shù)的最小值分別為節(jié)點(diǎn)電壓及該節(jié)點(diǎn) 上、下限值；η為配電線路節(jié)點(diǎn)數(shù)；Q tlimax為節(jié)點(diǎn)i無(wú)功補(bǔ)償上限；m為無(wú)功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0047] 所述安裝容量和投切檔數(shù)的確定為：根據(jù)最小負(fù)荷運(yùn)行方式下得到的最優(yōu)補(bǔ)償容 量來(lái)確定固定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的安裝容量；根據(jù)最大負(fù)荷運(yùn)行方式下得到的最優(yōu)補(bǔ)償容量與 最小負(fù)荷運(yùn)行方式下得到的最優(yōu)補(bǔ)償容量的差來(lái)確定可投切的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的安裝容量； 為減小開(kāi)關(guān)和電容器的故障率，采用等容分組方法對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行分組，根據(jù)需要將 電容器投切檔數(shù)設(shè)定為2- 3檔，平均分配每檔的容量。
[0048] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明根據(jù)不同的負(fù)荷水平建立計(jì)及故障風(fēng)險(xiǎn)及全壽命周 期成本的配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化模型，充分考慮無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在全壽命周期內(nèi)的各種成本， 從而節(jié)約了無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的成本，提高了配電網(wǎng)無(wú)功規(guī)劃配置的有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1為采用本發(fā)明模型作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。
[0051] 本實(shí)施例采用本發(fā)明模型作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化的流程圖如圖1所示， 無(wú)功規(guī)劃優(yōu)化具體步驟如下：
[0052] 步驟I :采用模糊聚類方法將配電線路負(fù)荷分為最大、一般、最小三個(gè)負(fù)荷水平：
[0053] 將配電網(wǎng)的有功功率損耗P、無(wú)功功率損耗Q作為每小時(shí)負(fù)荷曲線的特征參數(shù)，采 用模糊聚類方法將配電線路負(fù)荷分為最大、一般、最小三個(gè)負(fù)荷水平，各負(fù)荷水平聚類中心 的典型向量h k= [Pzk Qzk]，k= 1，2, 3為聚類中心編號(hào)。則任一負(fù)荷到一聚類中心的距離 為：
[0055] 式中：^為各特征參數(shù)的權(quán)重，P p Q1R表任一小時(shí)負(fù)荷的有功功率損耗和無(wú)功功 率損耗。
[0056] 則各負(fù)荷到任一聚類的隸屬度μ lk為：
[0058] 步驟2 :在確定安裝節(jié)點(diǎn)的前提下，以各節(jié)點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償容量為優(yōu)化變量，建立考 慮故障風(fēng)險(xiǎn)影響下的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的全壽命周期成本模型C^:
[0059] Clcc - C Ic+C0c+CMC+Risk (R | X) +Cdc
[0060] 的等式約束具體為：
[0061] (I)Cic為投資成本：
[0063] 式中：0。為最大負(fù)荷水平下節(jié)點(diǎn)j處的無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘?，kVar 為節(jié)點(diǎn)j處補(bǔ) 償電容器單位容量?jī)r(jià)格，萬(wàn)元/kVar;K。為每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)備費(fèi)用和固定投資費(fèi) 用，萬(wàn)元/節(jié)點(diǎn)；N。為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)總數(shù)；
[0064] (2) Cl3c為運(yùn)行成本：
[0066] 式中：T為使用年限，Kf3為電價(jià)，元/kWh