考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法

摘要

一种考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法，包括：建立10kV馈线最佳负载能力计算模型，所述的计算模型是以配电线路总投入与电网收益最小为目标函数，以设备负载率约束、设备负荷匹配约束和可靠性约束为约束条件；然后，调用matlab仿真中fmincon函数对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解。本发明的考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法，提出了一种可靠性与经济性结合的10kV馈线最佳负载能力计算方法，可以适用于不同负荷结构下10kV最佳负载能力的计算。本发明的合方法理地评价了10kV馈线的资产利用水平，为10kV馈线的负荷规划以及运行水平分析提供参考依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种10kV馈线最佳负载能力计算方法。特别是涉及一种考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法。

背景技术

科学合理地评价配电网最佳负载能力对提高设备利用水平、保障配网可靠供电和节约投资费用有重大意义，因而成为当前技术人员所关注的焦点。文献[1]考虑设备的负荷率、负载率峰值以及实际运行年限，提出一种考虑全寿命周期的电气设备负载能力评价方法。文献[2]结合负载率的概念对设备利用率进行定义，并考虑“N-x”准则、负荷特性、负荷发展等影响因素，提出配电网设备负载能力评价标准及相应的提升措施。文献[3]采用灰色关联阈值变权方法调整层次分析法AHP确定的多个配电网设备利用率指标权重，避免指标关联造成的影响，并提出一种利用调整后的权重和最优化思想确定模糊测度的方法，得到设备负载能力综合评价值。

上述研究对配电网设备最佳负载能力的分析分为两类，一类是结合运行效率的概念，分析配电网运行效率的主要影响因素，归纳出合理的运行效率评价指标，结合各类权重赋值方法对设备运行效率及其最佳负载能力进行评价。该类方法虽然系统地展示出不同影响因素对于设备运行效率的影响，但是具体指标的选择及其对应的权重缺少科学合理的依据。另一类是基于“N-1”安全准则的刚性约束计算设备最佳负载能力，计算得到设备负载能力仍有很大的提升空间。此外配电网负荷结构复杂多样，鲜有技术人员针对不同负荷结构下设备负载能力的差异性进行详尽地分析。

综上所述，如何提出一种考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法来科学合理地评价当前中压配电线路运行情况，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不仅能解决采用“N-1”准则难以合理度量在不同负荷结构下线路最佳负载能力的问题，还能充分考虑在不同负荷结构下线路运行经济性的考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法，包括：建立10kV馈线最佳负载能力计算模型，所述的计算模型是以配电线路总投入与电网收益最小为目标函数，以设备负载率约束、设备负荷匹配约束和可靠性约束为约束条件；然后，调用matlab仿真中fmincon函数对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解。

所述的目标函数公式如下：

式中：minB为目标函数，C

所述的10kV馈线停电损失成本C

C

式中：x、y、z分别为线路中居民负荷、工业负荷和商业负荷的比例；C

所述的配电线路建设投资和检修维护费用C

式中：Z

所述的电网收益C

C

式中：x、y、z分别为线路中居民负荷、工业负荷和商业负荷的比例；C

所述的约束条件中：

(1)设备负载率约束

0≤m

0≤m

式中：m

(2)设备负荷匹配约束

式中：A

(3)可靠性约束

式中：ASAI为系统平均供电可用度；N

所述的调用matlab仿真中fmincon函数对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解，包括如下步骤：

(1)输入初始条件，包括配电线路不同类型的负荷比例初值以及负载率初值；

(2)根据负荷比例初值和负载率初值计算目标函数中的配电线路建设投资和检修维护费用以及电网收益；

(3)按照输入负荷比例初值中的比例，对不同类型负荷的典型负荷特性曲线进行叠加，得到代表不同负荷结构的用户负荷特性曲线；

(4)初始化模拟时钟为0，随机生成配电线路、开关元件和配变这3类元件中的每一个元件的失效前运行时间TTF；找出最小的运行时间TTF

(5)由用户负荷特性曲线读取第r个元件故障时配电线路所带用户的负荷值，并基于馈线分区的故障分析过程，确定各用户的停电时间；

(6)生成一个新的随机数，并转化为第r个元件新的运行时间TTF

(7)判断模拟时钟是否跨年，未跨年则将记录的所有用户停电时间累加到当年停运时间中；如跨年，则计算系统可靠性指标；

(8)判断模拟时钟是否推进到了设定的满足评估精度所需时间长度，达到，则模拟过程结束，统计各个模拟年的系统可靠性指标并求平均值，未达到则返回步骤(4)；

(9)根据系统可靠性指标的平均值计算目标函数中的10kV馈线停电损失成本；

(10)将目标函数中的三个变量即，10kV馈线停电损失成本、配电线路建设投资和检修维护费用以及电网收益作为参数输入到fmincon函数中，当目标函数结果收敛或达到最大迭代次数时，求解结束，输出线路负载率初值作为该负荷结构下线路最佳负载能力；若求解未达到终止条件，则更新负载率初值返回步骤(2)步。

第(7)步所述的计算系统可靠性指标，是计算10kV馈线的系统平均供电可用度ASAI。

本发明的考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法，提出了一种可靠性与经济性结合的10kV馈线最佳负载能力计算方法，可以适用于不同负荷结构下10kV最佳负载能力的计算。本发明的合方法理地评价了10kV馈线的资产利用水平，为10kV馈线的负荷规划以及运行水平分析提供参考依据。

附图说明

图1是本发明中对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法做出详细说明。

研究10kV馈线最佳负载能力需综合考虑总投入的经济性和运行的安全性，具体包括以下三个方面：

(1)利用经济性。利用经济性主要通过10kV馈线所带总负荷体现。对于相同的网架结构，10kV馈线所带总负荷越大，单位负荷对应的10kV馈线建设成本则越低，10kV馈线利用越经济。

(2)供电质量。供电质量主要通过电压合格率体现。电压合格率可以看作设备损耗的另一种表现形式，其随负荷变化的整体趋势与设备损耗类似，过高的负荷对供电质量也将产生不利的影响。

(3)供电持续性。供电持续性主要通过供电可靠率体现。对于相同的网架结构，10kV馈线所带总负荷越大，设备故障后负荷转供的难度也将随之增加，部分负荷可能因为设备容量的限制无法及时转出，这对10kV馈线的供电可靠率有不利的影响。

基于上述分析，可以得到的计10kV馈线最佳负载能力的关键指标包括10kV馈线投资成本、可靠性指标及电网收益。

基于如上所述，本发明的考虑不同负荷结构的10kV馈线最佳负载能力计算方法，包括：建立10kV馈线最佳负载能力计算模型，所述的计算模型是以配电线路总投入与电网收益最小为目标函数，以设备负载率约束、设备负荷匹配约束和可靠性约束为约束条件；调用matlab仿真中fmincon函数对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解。其中：

1)可靠性指标可以选择平均供电可用度(ASAI)，由于平均供电可用度的差异性可以通过不同的停电损失反映，所以10kV馈线全寿命周期经济性分析主要包括10kV馈线停电损失成本、设备建设投资和检修维护费用以及配电线路收益。但是电网结构复杂，配电线路收益占电网总收益的比例难以直接衡量。本发明用该比例为常数的特点，以配电线路总投入与电网收益最小为目标，间接地衡量10kV馈线的经济性。本发明中所述的目标函数公式如下：

式中：minB为目标函数，C

(1.1)常用的可靠性成本计量方式是停电损失。停电损失是由于故障停电对电网和用户造成的经济损失，随负荷类型、数量以及停电时间变化较大，是经济性分析中的可变成本。先按照不同类型负荷各自停电损失及比例叠加得到代表不同负荷结构单个用户的停电损失，进一步再得到本发明所述的10kV馈线停电损失成本C

C

式中：x、y、z分别为线路中居民负荷、工业负荷和商业负荷的比例；C

(1.2)设备建设投资和检修维护费用基本不随负荷类型及数量变化，是经济性分析中的固定成本，本发明所述的配电线路建设投资和检修维护费用C

式中：Z

(1.3)电价收益是配电公司收益的主要来源，随负荷类型及数量变化较大，本发明所述的电网收益C

C

式中：x、y、z分别为线路中居民负荷、工业负荷和商业负荷的比例；C

2)所述的约束条件中：

(2.1)设备负载率约束

0≤m

0≤m

式中：m

(2.2)设备负荷匹配约束

式中：A

(2.3)可靠性约束

式中：ASAI为系统平均供电可用度；N

3)本发明所述的调用matlab仿真中fmincon函数对10kV馈线最佳负载能力计算模型进行求解，如图1所示，包括：

(3.1)输入初始条件，包括配电线路不同类型的负荷比例初值以及负载率初值；

(3.2)根据负荷比例初值和负载率初值计算目标函数中的配电线路建设投资和检修维护费用以及电网收益；

(3.3)按照输入负荷比例初值中的比例，对不同类型负荷的典型负荷特性曲线进行叠加，得到代表不同负荷结构的用户负荷特性曲线；

(3.4)初始化模拟时钟为0，随机生成配电线路、开关元件和配变这3类元件中的每一个元件的失效前运行时间TTF；找出最小的运行时间TTF

(3.5)由用户负荷特性曲线读取第r个元件故障时配电线路所带用户的负荷值，并基于馈线分区的故障分析过程

(3.6)生成一个新的随机数，并转化为第r个元件新的运行时间TTF

(3.7)判断模拟时钟是否跨年，未跨年则将记录的所有用户停电时间累加到当年停运时间中；如跨年，则计算则计算系统可靠性指标，所述的计算系统可靠性指标，是计算10kV馈线的系统平均供电可用度ASAI。

(3.8)判断模拟时钟是否推进到了设定的满足评估精度所需时间长度，达到，则模拟过程结束，统计各个模拟年的系统可靠性指标并求平均值，未达到则返回第(3.4)步；

(3.9)根据系统可靠性指标的平均值计算目标函数中的10kV馈线停电损失成本；

(3.10)将目标函数中的三个变量即，10kV馈线停电损失成本、配电线路建设投资和检修维护费用以及电网收益作为参数输入到fmincon函数中，当目标函数结果收敛或达到最大迭代次数时，求解结束，输出线路负载率初值作为该负荷结构下线路最佳负载能力；若求解未达到终止条件，则更新负载率初值返回第(3.2)步；

参考文献：

[1]HU Zhuangli,ZHANG Yongjun,LI Canbing,et al.Utilization efficiencyof electrical equipment within life cycle assessment:indexes,analysis and acase[J].Energy，2015,88:885-896..

[2]刘洪,杨卫红,王成山,等.配电网设备利用率评价标准与提升措施[J].电网技术,2014,38(02):419-423.

[3]关玉衡,汪隆君,孙川,等.考虑地区差异的电网设备运行效率评估[J].中国电力,2018,51(02):61-66.

[4]任建文,李越佳.基于馈线分区的分布式电源接入配电网可靠性评估[J].华北电力大学学报(自然科学版),2015,42(06):29-34.