一種配電網運行優化系統的制作方法
【專利摘要】一種配電網運行優化系統，包括有實時數據庫、配電優化計算模塊、實時查詢與設定模塊、參數與歷史數據接口模塊、DA服務器及接口模塊和組態模塊。它通過自動化信息處理平臺，實現斷路器配置方案的優化和配電網運行方式的優化，顯著提高電網供電可靠性、降低線路損耗。
【專利說明】
一種配電網運行優化系統
技術領域
[0001] 本發明涉及配電網運行技術領域，特別是一種優化配電網運行方式的系統。
【背景技術】
[0002] 配電網是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償器及一些附屬 設施等組成的，是電力網中起重要分配電能作用的網絡。配電網是國民經濟和社會發展的 重要公共基礎設施。近年來，我國配電網建設投入不斷加大，配電網發展取得顯著成效，但 用電水平相對國際先進水平仍有差距，城鄉區域發展不平衡，供電質量有待改善。配電網是 電網的末端部分，猶如人體的毛細血管，數量眾多、結構復雜、損耗大。與此同時，配電網運 行的可靠性和經濟型直接關系到用電用戶的生活質量和電網公司的經濟效益。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的就是提供一種配電網運行優化系統，它通過自動化信息處理平臺， 實現斷路器配置方案的優化和配電網運行方式的優化，顯著提高電網供電可靠性、降低線 路損耗。
[0004] 本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有實時數據庫、配電優化計 算模塊、實時查詢與設定模塊、參數與歷史數據接口模塊、DA服務器及接口模塊和組態模 塊;組態模塊和參數與歷史數據庫接口模塊數據交互，參數與歷史數據庫接口模塊和實時 數據庫數據交互，實時數據庫分別與配電優化計算模塊、實時查詢與設定模塊和DA服務器 及接口模塊數據交互。
[0005] 進一步，參數與歷史數據接口模塊，用于訪問參數數據庫和歷史數據庫文件，包括 讀取與寫入，并與實時數據庫進行數據交互，建立數據。
[0006] 進一步，實時數據庫，建立實時數據庫內存，用于保存整個系統運行所需的參數和 實時狀態數據;建立統一的數據平臺，同時為優化計算程序、實時查詢程序和外部數據接口 程序提供統一的數據服務接口。
[0007] 進一步，DA服務器及接口模塊，用于建立系統的實時數據庫，接收配電SCADA系統 或者是SCADA系統傳送來的配電網實時狀態數據，所述配電網實時狀態數據包括有開關狀 態、電源電壓和用戶負荷。
[0008] 進一步，組態模塊，用于創建參數數據庫，管理系統參數數據庫，錄入系統結構參 數;所述管理系統參數數據庫包括有增加、刪除、插入和修改操作;所述錄入系統結構參數 包括有系統參數表、配電系統參數表、線路參數表、聯絡開關參數表、分段開關參數表和負 載參數表。
[0009] 進一步，實時查詢與設定模塊，用于實時查詢配電網系統實時狀態變量，手動修改 或設定系統實時狀態變量。
[0010] 進一步，配電優化計算模塊，用于計算斷路器最佳配置方案，計算配電網最優運行 方式，計算子區域的供電可靠性。
[0011] 進一步，所述計算斷路器最佳配置方案的具體算法如下：
[0012] P=Min(Cs+CL)
[0013]式中，Cs為斷路器開關投資費用模型，Cl為負荷點停電損失費用計算模型；
[0015]式中：_為負荷點總數;Tj為第j個負荷點有Tj種停電持續時間分類;EENStj為負荷 點j第t種停電持續時間對應的失電量;Cut為負荷點j第t種停電持續時間對應的單位停電 損失；
[0017]式中：M為開關類型總數M為第j種開關增裝的臺數;Cs偽第j種開關單臺投資現 值，即現值單價;i為貼現率;匕為第j種開關設備的使用壽命；
[0018] 使P最小，完成配電網斷路器開關的配置優化。
[0019] 進一步，所述計算配電網最優運行方式的具體步驟如下：
[0020] 1)建立單電源輻射狀配電網系統模型；
[0021] 2)針對配電網，建立由復雜配電網到單電源輻射狀配電網的分解算法；
[0022] 3)建立結合配電SCADA的單電源輻射狀配電網的潮流算法。；
[0023] 4)基于網損最小出發，進一步考慮供電可靠性和安全性的前提下，計算出配電網 斷路器的最優運行組合方式。
[0024] 進一步，步驟2)中所述分解算法的具體步驟如下：
[0025] 2-1)讀取多電源復雜配電網系統的拓撲結構參數，將全部線路對象、聯絡開關對 象和分段開關對象的方向識別標志設置為假；
[0026] 2-2)以配電網中的電源數為循環變量，每一個電源對應一個單電源輻射狀配電網 系統模型，并初始化當前單電源配電網模型的狀態變量，狀態變量包括模型層數和各層的 母線數；
[0027] 2-3)讀取當前電源的屬性參數，即所連接線路，并將線路的電源側搜索標識修改 為真，計算所連接線路對應的母線，該母線即當前單電源系統的第一層母線，把第一層作為 當前層；
[0028] 2-4)計算當前層全部母線的全部屬性，包括輸入母線、全部輸出線路和全部負載 支路；
[0029] 2-5)判斷當前層全部母線的全部輸出線路數是否為0;若為0,則結束對當前電源 的計算，否則對母線層數變量加1，并將上一層全部母線的全部輸出線路數作為當前層的母 線數；
[0030] 2-6)重復步驟2-4)和步驟2-5)，繼續計算當前單電源配電網模型直到完成；
[0031] 2-7)將電源循環變量加1，重復步驟2-3)、步驟2-4)、步驟2-5)及步驟2-6)計算下 一個電源對應的單電源輸射狀配電網系統直到完成全部電源的計算；
[0032]步驟3)中所述潮流算法如下：
[0034] 式中，OutLineNum為某一母線的輸出支路數;OutLoadNum為某一母線上負荷數； 為某一母線的功率輸入電、流；
[0036] 式中，RijQ是線路的電阻率，Lij是線路的長度，Ptc^ilossOO是第k次迭代過程中的損 耗。，BusLayerNum為母線層數，BusNumuyerCi]是第i層的母線數。
[0037]由于采用了上述技術方案，本發明具有如下的優點：
[0038] (1)本發明基于Visual C++6.0語言進行程序開發，具有計算速度快和數據實時性 強的優點，有利于在下一步研究中將程序功能進行擴展和深入；
[0039] (2)數據庫系統兼容Access和SQL Server系統，有利于依據系統規模和成本需要 進行合理選擇；
[0040] (3)將應用功能和平臺功能進行模塊化分離，建立整個系統實時服務器平臺，便于 與其他系統建立一體化功能，方便接入電力系統配電SCADA和調度SCADA系統的數據；
[0041] (4)基于統一的數據平臺，建立實時數據的監視和手動修改窗口便于調試；
[0042] (5)斷路器開關配置算法科學、可靠，具有較強的工程應用價值；
[0043] (6)由最優運行計算算法得出最優運行方案科學、實用性強；
[0044] (7)建立的最優評價標準同時兼顧了電網運行可靠性、科學性和經濟性，具有較強 的應用價值。
[0045] 本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要 求書來實現和獲得。
【附圖說明】
[0046]本發明的【附圖說明】如下。
[0047] 圖1為單電源輻射狀配電網系統拓撲結構示意圖；
[0048] 圖2為全部母線層及每層的全部母線之間的關系圖；
[0049] 圖3為分解算法的流程示意圖；
[0050] 圖4為本發明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0051] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0052] 一種配電網運行優化系統的操作界面包括有數據維護與管理界面、實時數據查詢 與手動修改界面和配電網運行優化與配置優化計算界面。
[0053]數據維護與管理界面是是整個系統的基礎，主要處理配電網的拓撲結構，是建立 配電網開關優化配置和配電網最優運行方式計算的基礎。整個配電網系統主要由以下幾個 表構成：系統參數表、配電子系統參數表、線路參數表、聯絡開關參數表、分段開關參數表、 電源參數表和負荷參數表，此外，還有開關類型表等。
[0054] 實時數據查詢與手動修改界面，在計算系統潮流過程中，需要用到來自配電SCADA 或者是調度SCADA系統的實時數據。該子系統的功能就是實時監視實時數據的正確性，在不 能收到實時數據時，可以通過手動修改實時數據以完成最優運行方式的計算。
[0055] 配電網運行優化與配置優化計算界面，包括配電網結構識別子界面、配電網潮流 計算子界面、斷路器優化配置子界面和最優運行方案計算子界面。配電網結構識別子界面， 以配電網的網絡結構參數為基礎，同時結合由配電SCADA系統傳送來的斷路器實時狀態計 算配電網系統的結構，或依據給定開關狀態向量實時配置系統，該功能是潮流計算的前提。 配電網潮流計算子界面，根據配電網結構識別算法計算出的模型，計算配電子系統中潮流 分布和系統網絡損耗，并與最優評價指標進行比較。斷路器優化配置子界面，在拓撲識別、 潮流計算和維護成本計算的基礎上，計算出最優的斷路器配置方案。最優運行方案計算子 界面，在網絡拓撲識別和潮流計算的基礎上，通過改變開關狀態向量的取值計算每種狀態 向量下的指標值，并依據指標值來比較計算出最優運行方案。
[0056] 圖1為單電源輻射狀配電網系統拓撲結構示意圖，復雜配電網系統潮流計算的基 本思想是將復雜配電網分解為若干個單電源配電網子系統進行，整個網絡的總損耗等于全 部單電源子系統的損耗之和。因此，建立單電源輻射狀配電網系統的模型是計算系統損耗 的基礎，也是采用前推回代法計算單電源配電子系統潮流的前提條件。
[0057]由于C++語言具有計算效率高，適合于實時計算，以母線節點為核心，建立用C++語 言表示的對象模型有利于整個系統的開發和計算。整個系統全部母線層及每層的全部母線 之間的關系可以歸納為圖2。圖2中，每一個母線對象的數據結構為： Lypcdcf struct _BusModcI_ {WORD BusNo; M本母線編號 WORD LaBusBus; | 卜七:母線編 4 WORD InLincNo: I |輸入線路編號
[005g] WORD OutLincNum； | 輸出線路數 WORD OulLinc[MaxNunl]: | | 輸出線路對象 WORD OutLoadNum; :|| 所連負載數； WOR[)()iULoad[MaxNum]; j| 所連負載對象； ^BusModei;
[0059]如圖3所示，步驟2)中所述分解算法的具體步驟如下：
[0060] 2-1)讀取多電源復雜配電網系統的拓撲結構參數，將全部線路對象、聯絡開關對 象和分段開關對象的方向識別標志設置為假；
[0061] 2-2)以配電網中的電源數為循環變量，每一個電源對應一個單電源輻射狀配電網 系統模型，并初始化當前單電源配電網模型的狀態變量，狀態變量包括模型層數和各層的 母線數；
[0062] 2-3)讀取當前電源的屬性參數，即所連接線路，并將線路的電源側搜索標識修改 為真，計算所連接線路對應的母線，該母線即當前單電源系統的第一層母線，把第一層作為 當前層；
[0063] 2-4)計算當前層全部母線的全部屬性，包括輸入母線、全部輸出線路和全部負載 支路；
[0064] 2-5)判斷當前層全部母線的全部輸出線路數是否為0;若為0,則結束對當前電源 的計算，否則對母線層數變量加1，并將上一層全部母線的全部輸出線路數作為當前層的母 線數；
[0065] 2-6)重復步驟2-4)和步驟2-5)，繼續計算當前單電源配電網模型直到完成；
[0066] 2-7)將電源循環變量加1，重復步驟2-3)、步驟2-4)、步驟2-5)及步驟2-6)計算下 一個電源對應的單電源輸射狀配電網系統直到完成全部電源的計算；
[0067] 實施例：
[0068] 本發明在某開閉所配電網系統進行了應用，某開閉所配電網系統由A變電站和B變 電站供電，中間連接有分支箱。根據本項目所研制軟件系統的使用方法，首先歸納出某開閉 所配電網系統的網絡模型，包括2個電源、13條線路、1個聯絡開關、6個分段開關、12個節點 和17個負載。表1顯示的是某開閉所配電網系統所轄的負載。
[0069] 表1某開閉所配電網系統所轄負荷表
[0072] 表2為某開閉所配電網系統所轄的配電線路及其長度。其中，長度為0的線路是為 滿足拓撲結構模型需要而增加的虛擬線路。
[0073] 表2某開閉所配電網系統所轄線路表
[0076]在滿足配電網系統可靠性的前提下，某開閉所配電網系統存在三種典型的供電模 式，如表3所示。
[0077]表3某開閉所配電網系統供電模式表
[0079]本發明分別在全部負載處于額定值狀態和母線I處于輕載且母線II處于額定狀態 的2種負荷模式下計算某開閉所配電網系統的最優運行模式，并比較分析運行結果。
[0080] (一）、在額定負荷狀態下
[0081] 分別在模式一、二和三下運行時對應的網損計算，結果如表4所示：
[0082] 表4某開閉所在額定負載下各供電模式對應網損表
[0084]由表4可見，在額定負載工況下，模式1對應的網損是最小的，因此本文計算出的配 電網運行方式是最優的，網損最小。如果運行在其它兩種模式，網損將分別增大330.6kW和 42.7kW。
[0085](二）、母線I處于輕載，母線II處于額定值
[0086] 當系統的負荷發生變化時，假設某一時刻全部負荷的實際值如表5所示
[0087] 表5某開閉所系統某一變化時刻預報負荷表(母線I輕載）
[0089] ~將全部負載的實際功率設定為表5給定的工況值，計算最優運行模式，優化運行方 式是:斷開602開關，合上聯絡開關和其它5個分段開關。同時，分別設置表3所列全部供電模 式并計算相應的網損。在母線I輕載負荷狀態下，模式一下運行時對應的網損計算;在母線I 輕載負荷狀態下，模式二下運行時對應的網損計算;在母線I輕載負荷狀態下，模式三下運 行時對應的網損計算。
[0090] 歸納以上三種供電模式對應的計算結果，如表6所示。
[0091]表6某變電所的在母線I輕載工況下供電模式表
[0093] 可見，在母線I輕載、母線II處于額定值工況下，計算出的運行模式對應的網損是 所有可能模式下網損的最小值，因此此時模式3是最優的運行方式。如果依據經驗將系統運 行在模式1，則網損將增大103.5kW。
[0094] 從上面的分析中可以看出：本發明研制的配電網優化系統能夠依據負荷的實時變 化給出配電網系統的最優運行模式，網損最小，從而提高配電網運行的經濟性。
[0095] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明 的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種配電網運行優化系統，其特征在于，所述系統包括有實時數據庫、配電優化計算 模塊、實時查詢與設定模塊、參數與歷史數據接口模塊、DA服務器及接口模塊和組態模塊； 組態模塊和參數與歷史數據庫接口模塊數據交互，參數與歷史數據庫接口模塊和實時數據 庫數據交互，實時數據庫分別與配電優化計算模塊、實時查詢與設定模塊和DA服務器及接 口模塊數據交互。2. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于：參數與歷史數據接口模塊， 用于訪問參數數據庫和歷史數據庫文件，包括讀取與寫入，并與實時數據庫進行數據交互， 建立數據。3. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于:實時數據庫，建立實時數據 庫內存，用于保存整個系統運行所需的參數和實時狀態數據;建立統一的數據平臺，同時為 優化計算程序、實時查詢程序和外部數據接口程序提供統一的數據服務接口。4. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于:DA服務器及接口模塊，用于 建立系統的實時數據庫，接收配電SCADA系統或者是SCADA系統傳送來的配電網實時狀態數 據，所述配電網實時狀態數據包括有開關狀態、電源電壓和用戶負荷。5. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于:組態模塊，用于創建參數數 據庫，管理系統參數數據庫，錄入系統結構參數;所述管理系統參數數據庫包括有增加、刪 除、插入和修改操作;所述錄入系統結構參數包括有系統參數表、配電系統參數表、線路參 數表、聯絡開關參數表、分段開關參數表和負載參數表。6. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于:實時查詢與設定模塊，用于 實時查詢配電網系統實時狀態變量，手動修改或設定系統實時狀態變量。7. 如權利要求1所述的配電網運行優化系統，其特征在于:配電優化計算模塊，用于計 算斷路器最佳配置方案，計算配電網最優運行方式，計算子區域的供電可靠性。8. 如權利要求7所述的配電網運行優化系統，其特征在于，所述計算斷路器最佳配置方 案的具體算法如下： P=Min(Cs+CL) 式中，Cs為斷路器開關投資費用模型，α為負荷點停電損失費用計算模型；式中：nLP為負荷點總數;Tj為第j個負荷點有Tj種停電持續時間分類;EENStj為負荷點j第 t種停電持續時間對應的失電量;CUt為負荷點j第t種停電持續時間對應的單位停電損失；式中:Μ為開關類型總數;N」為第j種開關增裝的臺數;(?為第j種開關單臺投資現值，即 現值單價;i為貼現率;匕為第j種開關設備的使用壽命； 使P最小，完成配電網斷路器開關的配置優化。9. 如權利要求7所述的配電網運行優化系統，其特征在于，所述計算配電網最優運行方 式的具體步驟如下： 1) 建立單電源輻射狀配電網系統模型； 2) 針對配電網，建立由復雜配電網到單電源輻射狀配電網的分解算法； 3) 建立結合配電SCADA的單電源輻射狀配電網的潮流算法^; 4) 基于網損最小出發，進一步考慮供電可靠性和安全性的前提下，計算出配電網斷路 器的最優運行組合方式。10.如權利要求9所述的配電網運行優化系統，其特征在于，步驟2)中所述分解算法的 具體步驟如下： 2-1)讀取多電源復雜配電網系統的拓撲結構參數，將全部線路對象、聯絡開關對象和 分段開關對象的方向識別標志設置為假； 2-2)以配電網中的電源數為循環變量，每一個電源對應一個單電源輻射狀配電網系統 模型，并初始化當前單電源配電網模型的狀態變量，狀態變量包括模型層數和各層的母線 數； 2-3)讀取當前電源的屬性參數，即所連接線路，并將線路的電源側搜索標識修改為真， 計算所連接線路對應的母線，該母線即當前單電源系統的第一層母線，把第一層作為當前 層； 2-4)計算當前層全部母線的全部屬性，包括輸入母線、全部輸出線路和全部負載支路； 2-5)判斷當前層全部母線的全部輸出線路數是否為0;若為0,則結束對當前電源的計 算，否則對母線層數變量加1，并將上一層全部母線的全部輸出線路數作為當前層的母線 數； 2-6)重復步驟2-4)和步驟2-5)，繼續計算當前單電源配電網模型直到完成； 2-7)將電源循環變量加1，重復步驟2-3)、步驟2-4)、步驟2-5)及步驟2-6)計算下一個 電源對應的單電源輸射狀配電網系統直到完成全部電源的計算； 步驟3)中所述潮流算法如下：式中，OutLineNum為某一母線的輸出支路數;OutLoadNum為某一母線上負荷數； 為某一母線的功率輸入電流；式中，Rij〇是線路的電阻率，Lij是線路的長度，Ptc^ilossOO是第k次迭代過程中的損耗 BusLayerNum為母線層數，BusNumuyerti]是第i層的母線數。
【文檔編號】H02J3/00GK105958472SQ201610254733
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】宮林, 胡曉銳, 周李, 劉育明, 向菲
【申請人】國網重慶市電力公司電力科學研究院, 國家電網公司