CN105141464B - 一种输配电协调的网架结构规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输配电协调的网架结构规划方法，包含以下步骤：根据各个电源与变电站及变电站与负荷的供电关系，计算得到输电网、配电网的备选线路集合；建立输电网网架规划模型；建立配电网网架规划模型；采用预设算法分别求解输电网网架及配电网网架规划模型，得到输电网网架及配电网网架规划结果；采用预设评估算法对输电网网架及配电网网架规划结果进行可靠性评估，将满足可靠性需求的输电网网架及配电网网架规划结果输出为输配电协调的输电网网架、配电网网架规划结果。本发明采用自适应搜索的离散萤火虫算法来求解输配电网网架规划的问题，能快速、准确的得到规划模型的最优解，并最终得到输配电协调的网架结构规划方案。

Description

一种输配电协调的网架结构规划方法

技术领域

本发明涉及电网规划技术领域，具体涉及一种输配电协调的网架结构规划方法。

背景技术

电网网架结构坚强可靠是输配电网的基本要求，也是电网高可靠供电的基本保证，对预防停电事故，减少停电影响范围与损失有着举足轻重的作用。输电网和配电网作为上下两级电网，其网架结构是否相协调、能否很好的互相适应关系到整个电网供电的可靠性。而在现有的电网规划方法中，输电网和配电网的规划是分开进行的。即在进行输电网规划时没有考虑下层配电网的具体网架结构，而是将下级配电网作为其负荷点，只考虑输电网对这些负荷点的供电能力和可靠性；在配电网规划时也没有考虑其对上级输电网造成的影响，只是将上级输电网作为可靠的电源。这样的电网网架规划方法可能导致最终的输配电网网架结构无法很好的互相适应，无法互相提供负荷转供的路径，造成电网整体供电可靠性的下降和电网建设的性价比降低。

另外，目前的电网网架结构规划通常采用典型接线方式，这样能够做到标准化统一化的管理，降低电网运行管理的难度。但典型接线难以满足输配电网之间的互相协调以及各个具体供电区域的具体情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输配电协调的网架结构规划方法，采用自适应搜索的离散萤火虫算法来求解输配电网网架规划的问题，能快速、准确的得到规划模型的最优解，并最终得到输配电协调的网架结构规划方案。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种输配电协调的网架结构规划方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、根据各个电源与变电站及变电站与负荷的供电关系，计算得到输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合；

S2、以线路建设成本、运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、配电网负荷转供需求约束及供电可靠率约束为约束条件建立输电网网架规划模型；

S3、以线路建设成本，运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、潮流约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、输电网N-2故障转供需求约束及线路平均负载约束为约束条件建立配电网网架规划模型；

S4、采用预设算法分别求解输电网网架规划模型及配电网网架规划模型，得到输电网网架规划结果及配电网网架规划结果；

S5、采用预设评估算法对输电网网架规划结果及配电网网架规划结果进行可靠性评估，将满足可靠性需求的输电网网架规划结果及配电网网架规划结果输出为输配电协调的输电网网架规划结果及输配电协调的配电网网架规划结果。

所述的步骤S1中，所述的输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合中包含线路的起止点、线路长度及线路线型参数。

所述的步骤S2中，线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并且将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出。

所述的步骤S2中，备选线路约束为规划时所选的所有备选线路的约束；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；配电网负荷转供约束为在输电网规划时考虑配电网负荷转供需求的约束；供电可靠率约束为保证输电网对于配电网供电可靠率的约束。

所述的步骤S2中输电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...n_l

i＝1,2...n

其中，A₁,A₂,A₃分别是线路年费用，年网损和年缺电成本的权重系数；L₁是规划方案中新建线路的集合；k₁是年费用的折算系数，其中r₀是折现率，n是线路经济使用年限；l_l是线路l的长度；z_l是线路l的建设成本；L是规划方案中所有线路的集合；k₂是年线损的费用系数；r_l是线路l的电阻值；P_l是线路l的有功功率；F是N-2情况下所有会导致缺电的状态集合；k₃是年缺电成本系数；P_j是j状态下的缺负荷量；t_j是状态j平均的故障恢复时间；p_j是每年出现j状态的次数；D_l是待选线路；m是可选线型总数；D是所有备选线路的集合；n_l是备选线路的总数；i是***中的任意节点；n是***的节点数；是正常情况下注入功率的总和；∑P_Li是负荷功率的总和。是正常情况下线路损耗的总和；是正常情况下，i节点发电机的功率；是正常情况下，i节点的电压；是正常情况下，流经线路l的有功功率；是N-1情况下注入功率的总和；是N-1情况下线路损耗的总和；是N-1情况下，i节点发电机的功率；是N-1情况下，i节点的电压；是N-1情况下，流经线路l的有功功率；是高压配电网负荷转供情况下注入功率的总和；是高压配电网负荷转供情况下负荷功率的总和；是高压配电网负荷转供情况下线路损耗的总和；是高压配电网负荷转供情况下，i节点发电机的功率；是高压配电网负荷转供情况下，i节点的电压；是高压配电网负荷转供情况下，流经线路l的有功功率；R_t是输电网可靠率指标；p_state,j是输电网处于j状态的概率；P_max是输电网最大负荷量。

所述的步骤S3中线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出。

所述的步骤S3中备选线路约束是规划时所选的所有备选线路的约束；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；输电网N-2故障转供需求约束为在配电网规划时考虑输电网N-2情况下的负荷转供需求的约束；线路平均负载率约束对配电网的线路平均负载率进行限制以兼顾规划的有效性和经济性。

所述的步骤S3中配电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...nl

i＝1,2...n

|R_T-R_H|≤ΔR_max

其中，A₁,A₂,A₃分别是线路年费用，年网损和年缺电成本的权重系数；L₁是规划方案中新建线路的集合；k₁是年费用的折算系数其中r₀是折现率，n是线路经济使用年限；l_l是线路l的长度；z_l是线路l的建设成本；L是规划方案中所有线路的集合；k₂是年线损的费用系数；r_l是线路l的电阻值；P_l是线路l的有功功率；F是N-2情况下所有会导致缺电的状态集；k₃是年缺电成本系数；P_j是j状态下的缺负荷量；t_j是状态j平均的故障恢复时间；p_j是每年出现j状态的次数；D_l是待选线路；m是可选线型总数；D是所有备选线路的集合；n_l是备选线路的总数；i是***中的任意节点；n是***的节点数；是正常情况下注入功率的总和；∑P_Li是负荷功率的总和；是正常情况下线路损耗的总和；是正常情况下，i节点发电机的功率；是正常情况下，i节点的电压；是正常情况下，流经线路l的有功功率；是N-1情况下注入功率的总和；是N-1情况下线路损耗的总和；是N-1情况下，i节点发电机的功率；是N-1情况下，i节点的电压；是N-1情况下，流经线路l的有功功率；是220kV输电网N-2情况下注入功率的总和；是负荷功率的总和；是220kV输电网N-2情况下线路损耗的总和；是220kV输电网N-2情况下，i节点的电压；是220kV输电网N-2情况下，流经线路l的有功功率；R_T是220kV输电网的线路平均负载率，R_H是高压配电网的线路平均负载率；ΔR_max是输配电网线路最大负载率的允许最大差值。

所述的步骤S4中预设算法为自适应搜索的萤火虫算法，所述自适应搜索的萤火虫算法包含以下步骤：

根据设备电气和可靠性参数，绘制电气设备图形并用备选线路连接形成备选电网拓补图，建立网架规划问题模型；

初始化萤火虫算法中的萤火虫个数、迭代次数、荧光素挥发系数、适应度提取比例、邻域变化率、邻域萤火虫阈值、荧光素浓度、感知半径以及决策半径参数；

对离散萤火虫进行编码后将若干个萤火虫随机分布到可行域的任意位置；

更新荧光素后开始循环迭代求解；

计算萤火虫个体间距离，并确定邻域集合；

更新萤火虫位置后进行自适应搜索；

更新感知半径后重新随机分布萤火虫，完成设定迭代次数后得到输电网网架规划结果及配电网网架规划结果。

所述的步骤S5中预设评估算法为蒙特卡洛模拟法。

本发明一种输配电协调的网架结构规划方法与现有技术相比具有以下优点：本发明在进行输电网网架结构规划时满足配电网转供需求，并引入输电网可靠率指标来保证配电网电源的可靠性，在进行配电网网架结构规划时满足输电网N-2故障状态转供需求，并且使配电网的线路平均负载率与输电网线路平均负载率相近，使投资的性价比最大化，并且使得规划后的输电网能够满足配电网负荷转供的需求并且给配电网提供可靠的电源，规划后的配电网能够满足输电网N-2情况下的负荷转供需求，并且线路的平均负载率与输电网线路的平均负载率接近不至于造成浪费；本发明根据不同地区供电的实际情况，创建适合的备选线路集合并采用自适应搜索的离散萤火虫算法求解网架规划模型，可以满足不同地区的不同供电需求，进行输配电统筹的可靠性评估可以保证输配电网网架规划方案能满足不同的可靠性要求，最终形成满足不同地区不同供电需求的兼顾经济性与可靠性的输配电协调网架结构规划方案。

附图说明

图1为本发明一种输配电协调的网架结构规划方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种输配电协调的网架结构规划方法，包含以下步骤：

S1、根据各个电源与变电站及变电站与负荷的供电关系，计算得到输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合。

输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合中包含线路的起止点、线路长度及线路线型参数；所选备选线路的线型参数应满足线路电压等级和容量的需求，可选取几种可能的待选线型作为备用线路线型，并且应根据所选线型得到线路材质、截面等物理参数，单位长度电阻、单位长度电抗、单位长度电纳、容量上限等电气参数以及单位长度建设成本等经济性参数。

S2、以线路建设成本、运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、配电网负荷转供需求约束及供电可靠率约束为约束条件建立输电网网架规划模型。

线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并且将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出；备选线路约束为规划时所选的所有备选线路的约束，在线路集合中选取新建的线路以及其线型，其中D_l是待选线路，D是所有可选线路集合，m是可选线型总数；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；配电网负荷转供约束为在输电网规划时考虑配电网负荷转供需求的约束，配电网发生故障时可能引发负荷转供，造成输电网的潮流变化，因此输电网也要能够满足各种合理的负荷转供情况下，线路潮流不越限；供电可靠率约束为保证输电网对于配电网供电可靠率的约束，传统的输电网可靠性指标无法体现输电网作为下级配电网的电源对下级电网供电可靠性的影响，因此参考配电网供电可靠率指标引入输电网可靠率指标来体现输电网对配电网的供电可靠率，输电网可靠率指标计算公式如下：

其中，R_t是输电网可靠率指标；F是所有故障状态的集合；p_state,j是输电网处于j状态的概率；P_j是j状态下的所供负荷量；P_max是输电网预测最大负荷量；R_t,min是输电网可靠率的目标值。

输电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...n_l

i＝1,2...n

其中，A₁,A₂,A₃分别是线路年费用，年网损和年缺电成本的权重系数；L₁是规划方案中新建线路的集合；k₁是年费用的折算系数，其中r₀是折现率，n是线路经济使用年限；l_l是线路l的长度；z_l是线路l的建设成本；L是规划方案中所有线路的集合；k₂是年线损的费用系数；r_l是线路l的电阻值；P_l是线路l的有功功率；F是N-2情况下所有会导致缺电的状态集合；k₃是年缺电成本系数；P_j是j状态下的缺负荷量；t_j是状态j平均的故障恢复时间；p_j是每年出现j状态的次数；D_l是待选线路；m是可选线型总数；D是所有备选线路的集合；n_l是备选线路的总数；i是***中的任意节点；n是***的节点数；是正常情况下注入功率的总和；∑P_Li是负荷功率的总和。是正常情况下线路损耗的总和；是正常情况下，i节点发电机的功率；是正常情况下，i节点的电压；是正常情况下，流经线路l的有功功率；是N-1情况下注入功率的总和；是N-1情况下线路损耗的总和；是N-1情况下，i节点发电机的功率；是N-1情况下，i节点的电压；是N-1情况下，流经线路l的有功功率；是高压配电网负荷转供情况下注入功率的总和；是高压配电网负荷转供情况下负荷功率的总和；是高压配电网负荷转供情况下线路损耗的总和；是高压配电网负荷转供情况下，i节点发电机的功率；是高压配电网负荷转供情况下，i节点的电压；是高压配电网负荷转供情况下，流经线路l的有功功率；R_t是输电网可靠率指标；p_state,j是输电网处于j状态的概率；

P_max是输电网最大负荷量。

S3、以线路建设成本，运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、潮流约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、输电网N-2故障转供需求约束及线路平均负载约束为约束条件建立配电网网架规划模型。

线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出；备选线路约束是规划时所选的所有备选线路的约束，在线路集合中选取新建的线路以及其线型，其中D_l是待选线路，D是所有可选线路集合，m是可选线型总数。；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；输电网N-2故障转供需求约束为在配电网规划时考虑输电网N-2情况下的负荷转供需求的约束，输电网发生N-2故障而自身网架结构无法保证为所有负荷点正常供电时，可以通过配电网的倒闸操作转移负荷减小或消除切负荷的量，因此配电网应能满足输电网N-2故障时负荷转移的需求；线路平均负载率约束为对配电网的线路平均负载率进行限制以兼顾规划的有效性和经济性，输配网的平均负载率相近可使得输配电网的网架规划较为均衡，不会出现头重脚轻的状况，配电网规划时应充分考虑到输电网的线路平均负载率，使得自身的线路平均负载率与之相近，保证线路利用率与投资的性价比。线路平均负载率的计算公式如下：

|R_T-R_H|≤ΔR_max

R_T是220kV输电网的线路平均负载率，R_H是高压配电网的线路平均负载率；ΔR_max是输配电网线路最大负载率的允许最大差值；I_i是线路i的电流，I_max，i是线路i电流的最大允许值。

配电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...nl

i＝1,2...n

|R_T-R_H|≤ΔR_max

其中，A₁,A₂,A₃分别是线路年费用，年网损和年缺电成本的权重系数；L₁是规划方案中新建线路的集合；k₁是年费用的折算系数其中r₀是折现率，n是线路经济使用年限；l_l是线路l的长度；z_l是线路l的建设成本；L是规划方案中所有线路的集合；k₂是年线损的费用系数；r_l是线路l的电阻值；P_l是线路l的有功功率；F是N-2情况下所有会导致缺电的状态集；k₃是年缺电成本系数；P_j是j状态下的缺负荷量；t_j是状态j平均的故障恢复时间；p_j是每年出现j状态的次数；D_l是待选线路；m是可选线型总数；D是所有备选线路的集合；n_l是备选线路的总数；i是***中的任意节点；n是***的节点数；是正常情况下注入功率的总和；∑P_Li是负荷功率的总和；是正常情况下线路损耗的总和；是正常情况下，i节点发电机的功率；是正常情况下，i节点的电压；是正常情况下，流经线路l的有功功率；是N-1情况下注入功率的总和；是N-1情况下线路损耗的总和；是N-1情况下，i节点发电机的功率；是N-1情况下，i节点的电压；是N-1情况下，流经线路l的有功功率；是220kV输电网N-2情况下注入功率的总和；是负荷功率的总和；是220kV输电网N-2情况下线路损耗的总和；是220kV输电网N-2情况下，i节点的电压；是220kV输电网N-2情况下，流经线路l的有功功率；R_T是220kV输电网的线路平均负载率，R_H是高压配电网的线路平均负载率；ΔR_max是输配电网线路最大负载率的允许最大差值。

S4、采用预设算法分别求解输电网网架规划模型及配电网网架规划模型，得到输电网网架规划结果及配电网网架规划结果。

在本实施例中，预设算法为自适应搜索的萤火虫算法，自适应搜索萤火虫算法的解空间属于连续的实数域空间，而网架结构规划问题的解空间属于离散的整数域空间，无法采用标准萤火虫算法进行求解，且由于考虑输配电协调的约束后规划的复杂度增大，需要加快萤火虫算法的收敛速度，快速找到全局最优解。为了使面向连续优化问题的萤火虫算法适用于求解输配的协调的网架结构规划问题，本文对传统自适应搜索的萤火虫算法进行了离散化，并针对网架规划问题提出了新的自适应搜索方法，提出自适应搜索离散萤火虫算法

自适应搜索的萤火虫算法的具体步骤如下：

步骤1、建立网架规划问题模型，根据设备电气和可靠性参数，绘制电气设备图形并用备选线路连接形成备选电网拓扑图。

步骤2、初始化参数，设置萤火虫算法中的各项参数如：萤火虫个数，迭代次数，荧光素挥发系数，适应度提取比例，邻域变化率，邻域萤火虫阈值，荧光素浓度，感知半径以及决策半径。

步骤3、随机分布萤火虫，将N个萤火虫随机分布到可行域的任意位置。

萤火虫个体i的编码如下所示：

X_i＝[x_i1,x_i2,x_i3,…,x_ij,…,x_in]

x_ij∈{0,1,2,3,…,m}

其中，n为萤火虫个体的维数即备选线路总数，m为线路的不同型号数量。

步骤4、更新荧光素，开始循环迭代求解。

首先计算适应度，除了目标函数以外，为了将模型中的约束条件都融入算法，将约束条件转化为罚函数加入适应度的计算中，一旦违反约束条件，适应度就会因加入的罚函数而变大，超过其他满足约束的个体的适应度从而成为适应度较差的个体。

然后计算荧光素值，第t+1次迭代时萤火虫的荧光素值l_i(t+1)与第t次迭代时萤火虫的荧光素值l_i(t)以及t+1时刻的适应度J(x_i(t+1))有如下关系：

l_i(t+1)＝(1-ρ)l_i(t)+γJ(x_i(t+1))

其中ρ是荧光素挥发系数，γ是适应度提取比例。

步骤5、确定邻域集合，当一个萤火虫个体与其他萤火虫个体之间距离小于其感知半径时即会被感知；如果个体A邻域半径内的个体B的荧光素值大于A的荧光素值则B会被纳入A的邻域集合内。

萤火虫个体i，j之间距离的计算公式如下所示：

其中是x_ij向上取整。

步骤6、选择优秀个体，建立邻域集合N_i(t)之后按照下式计算个体i的邻域集合中所有个体j被选择作为目标个体的概率，然后根据计算的概率大小选择某一较优个体作为目标向其移动。

步骤7、更新萤火虫位置，根据邻域集合内萤火虫的亮度值确定向其方向移动的概率，最终确定移动方向。当萤火虫i向萤火虫k方向移动时，随机选择一个i与k不同的元素j，并使x_ij按下式变化：

步骤8、自适应搜索，对于邻域集合为空的萤火虫个体，随机改变其一项元素值并判断适应度是否比改变之前更优。如是，则变为更优的新值。反之不变。

标准萤火虫算法中，邻域集合为空的萤火虫个体不会移动，这样导致整体的收敛速度较慢，为此，加入自适应搜索提高萤火虫算法的收敛速度。为了能够使得算法适应网架规划问题，采取双重自搜索。即对于邻域集合为空的萤火虫个体，随机改变其一项元素值并判断适应度是否比改变之前更优。如是，则变为更优的新值。反之再改变另一项元素值，如更优则变为更优的新值，反之不变。这使得算法能实现增减线路同时的搜索，这样的双重自搜索功能可以使算法能够跳出局部最优解从而能更准确的找到全局最优解。

加入自适应搜索后的萤火虫算法能够提高每个萤火虫个体在局部范围内的搜索能力，加快萤火虫算法找到最优解的速度。

经过改进的自适应搜索离散萤火虫算法能够满足电网离散变量优化的要求并且算法收敛速度得到了很大的提升。

步骤9、更新感知半径，当萤火虫个体周围的其他萤火虫个体减少时，需要增大其感知半径来增加其感知其他萤火虫的几率，加快收敛；相反，当一个萤火虫个体周围的其他萤火虫个体增多时需要减少其感知半径而增强局部的寻优能力。更新感知半径的公式如下：

r′_d(t+1)＝min{r_s,max{0,r′_d(t)+β(n_t-|N_i(t)|)}}

其中，r_s表示所有个体的最大感知半径，β表示感知半径变化系数，n_t表示感知范围内限定的优秀个体数。当感知范围内的较优个体数大于n_t时，个体的邻域半径减小，反之则增大。|N_i(t)|表示个体/感知范围内搜索到的较优个体数，即邻域集合大小。

步骤10、一次循环结束，返回步骤3继续循环，直至达到设定的迭代次数。

S5、采用预设评估算法对输电网网架规划结果及配电网网架规划结果进行可靠性评估，将满足可靠性需求的输电网网架规划结果及配电网网架规划结果输出为输配电协调的输电网网架规划结果及输配电协调的配电网网架规划结果，即对网架规划结果进行可靠性评估以保证网架规划结果满足电网的可靠性需求，如不符合要求则调整规划模型中的目标函数各项权重，重新进行规划模型求解直至满足可靠性需求。

在本实施例中，预设评估算法为蒙特卡洛模拟法。

使用蒙特卡洛模拟法进行可靠性评估的具体步骤如下：

步骤A、导入电气设备的电气参数和可靠性参数，以及规划后形成的电网拓扑图，图中包含规划的线路信息以及运行的备用线路、断路器、开关等信息。

步骤B、设置故障模拟时间和故障模拟边界(考虑正常方式下几重故障以及检修方式下几重故障)，根据所需计算精度选取故障的模拟时间，模拟时间越长模拟的精度越高；故障模拟边界可设置为至少包含正常状态下N-2与检修状态下N-1以更好的模拟实际电网运行情况。

步骤C、用蒙特卡洛模拟法进行模拟，得到整体电网供电可靠率指标。在模拟中统筹考虑输电网和配电网，在输电网故障需要切负荷时可对配电网进行倒闸操作，负荷转供以减小切负荷量；在配电网故障造成负荷转供时也要考虑输电网线路是否过载。最终得到电网供电可靠性指标。

步骤C1、读入网架结构、设备参数以及对***数据进行初始化。

步骤C2、给每个元件(线路、断路器等)产生一个随机数，利用下式由随机数确定每个元件的持续工作时间。

步骤C3、模拟时间经过，并记录各用户在这段时间内的停电情况。

步骤C4、如有元件发生故障或检修，产生一个随机数，并根据随机数和下式确定该元件恢复正常工作的时间。

步骤C5、断路器、开关动作，潮流计算，判断该元件故障或检修是否造成用户停电，如不停电，则跳转至步骤C9。

步骤C6、在配电网中搜索合适的联络开关，倒闸操作投入备用线路，并记录倒闸操作时间内各用户的停电情况。

步骤C7、潮流计算，判断是否需要切负荷，如不需要切负荷则跳转到步骤C9。

步骤C8、记录用户停电的状况。

步骤C9、判断是否达到模拟年限，如未达到年限则跳转到步骤C3。

步骤C10、根据模拟年限内的各用户停电情况统计数据，计算各类可靠性指标，结束可靠性计算。

步骤C11、如有元件故障修复或检修完成，产生一个随机数，并根据随机数和公式确定该元件接下来持续正常工作的时间。

步骤C12、恢复正常线路的供电，如有备用线路曾投入则断开相应联络开关，记录各用户的停电状况。转到步骤C9。

步骤D、如电网的供电可靠性不满足要求则增大规划模型中缺电成本的权重，重新进行步骤S4，得到新的电网网架规划方案。

综上所述，本发明通过建立一个输配电协调的网架结构规划模型。在现有电网网架规划方法的基础上，引入负荷转供约束，线路平均负载率约束等输配协调的约束条件，使得在输电网网架规划时能满足配电网对输电网网架结构的要求；在配电网规划时也能满足输电网负荷转供的需求并保证输配电网线路利用率相近。在上述模型的基础上采用自适应搜索的离散萤火虫算法求解模型，能快速、准确的找到最优解。同时，该发明在输配电协调的基础上能够适应不同地区电网现状，满足不同可靠性要求，是未来电网网架规划中可以借鉴的。对规划方案进行输配统筹的可靠性评估可以保证电网整体的供电可靠性满足要求。本发明所述的规划方法可通过计算机模拟来实现。通过Matlab以及基于Matlab的PSAT工具包可以实现整体规划的过程。利用PSAT工具包可以建立输配电网的电气拓扑模型，并根据电气数据进行潮流计算。而利用Matlab可以实现自适应搜索的离散萤火虫算法与蒙特卡洛模拟法。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种输配电协调的网架结构规划方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、根据各个电源与变电站及变电站与负荷的供电关系，计算得到输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合；

S2、以线路建设成本、运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、配电网负荷转供需求约束及供电可靠率约束为约束条件建立输电网网架规划模型；

S3、以线路建设成本，运行网损成本及缺电成本的加权和最小为目标函数，以备选线路约束、潮流约束、正常状态潮流约束、N-1状态潮流约束、输电网N-2故障转供需求约束及线路平均负载约束为约束条件建立配电网网架规划模型；

S4、采用预设算法分别求解输电网网架规划模型及配电网网架规划模型，得到输电网网架规划结果及配电网网架规划结果；

S5、采用预设评估算法对输电网网架规划结果及配电网网架规划结果进行可靠性评估，将满足可靠性需求的输电网网架规划结果及配电网网架规划结果输出为输配电协调的输电网网架规划结果及输配电协调的配电网网架规划结果；

其中，所述的步骤S2中输电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...n_l

i＝1,2...n

P_l,min≤P_l ^N≤P_l,max

P_l,min≤P_l ^N-1≤P_l,max

P_l,min≤P_l ^H≤P_l,max

所述的步骤S3中配电网网架规划模型为：

s.t. D_l＝{0,1,…,m} D_l∈D l＝1,2...nl

i＝1,2...n

P_l,min≤P_l ^N≤P_l,max

P_l,min≤P_l ^N-1≤P_l,max

P_l,min≤P_l ^TN-2≤P_l,max

|R_T-R_H|≤ΔR_max；

其中，A₁,A₂,A₃分别是线路年费用，年网损和年缺电成本的权重系数；L₁是规划方案中新建线路的集合；k₁是年费用的折算系数，其中r₀是折现率，n是线路经济使用年限；l_l是线路l的长度；z_l是线路l的建设成本；L是规划方案中所有线路的集合；k₂是年线损的费用系数；r_l是线路l的电阻值；P_l是线路l的有功功率；F是N-2情况下所有会导致缺电的状态集合；k₃是年缺电成本系数；P_j是j状态下的缺负荷量；t_j是状态j平均的故障恢复时间；p_j是每年出现j状态的次数；D_l是待选线路；m是可选线型总数；D是所有备选线路的集合；n_l是备选线路的总数；i是***中的任意节点；n是***的节点数；是正常情况下注入功率的总和；∑P_Li是负荷功率的总和；∑P_l ^N(X)是正常情况下线路损耗的总和；是正常情况下，i节点发电机的功率；是正常情况下，i节点的电压；P_l ^N是正常情况下，流经线路l的有功功率；是N-1情况下注入功率的总和；∑P_l ^N-1(X)是N-1情况下线路损耗的总和；是N-1情况下，i节点发电机的功率；是N-1情况下，i节点的电压；P_l ^N-1是N-1情况下，流经线路l的有功功率；是高压配电网负荷转供情况下注入功率的总和；是高压配电网负荷转供情况下负荷功率的总和；∑P_l ^H(X)是高压配电网负荷转供情况下线路损耗的总和；是高压配电网负荷转供情况下，i节点发电机的功率；是高压配电网负荷转供情况下，i节点的电压；P_l ^H是高压配电网负荷转供情况下，流经线路l的有功功率；R_t是输电网可靠率指标；p_state,j是输电网处于j状态的概率；P_max是输电网最大负荷量；是220kV输电网N-2情况下注入功率的总和；是负荷功率的总和；∑P_l ^TN-2(X)是220kV输电网N-2情况下线路损耗的总和；是220kV输电网N-2情况下，i节点的电压；P_l ^TN-2是220kV输电网N-2情况下，流经线路l的有功功率；R_T是220kV输电网的线路平均负载率，R_H是高压配电网的线路平均负载率；ΔR_max是输配电网线路最大负载率的允许最大差值；ΔP^N是指正常情况下注入功率的总和同时减去负荷功率的总和以及正常情况下线路损耗的总和后的差值；P_Gi,min是指i节点发电机的功率最小允许值；P_iGi,max是指i节点发电机的功率最大允许值；U_i,min是指i节点的电压的最小允许值；U_i,max是指i节点的电压的最大允许值；P_l,min是指流经线路l的有功功率的最小允许值；P_l,max是指流经线路l的有功功率的最大允许值；R_t,min是指输电网可靠率指标的最小允许值。

2.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的输电网的备选线路集合及配电网的备选线路集合中包含线路的起止点、线路长度及线路线型参数。

3.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S2中，线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并且将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出。

4.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S2中，备选线路约束为规划时所选的所有备选线路的约束；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；配电网负荷转供约束为在输电网规划时考虑配电网负荷转供需求的约束；供电可靠率约束为保证输电网对于配电网供电可靠率的约束。

5.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S3中线路建设成本是根据新建线路的长度以及单位长度造价计算得出，并将计算结果换算为电网使用寿命的等年值；运行网损成本是根据规划后电网每年的预计总网损计算得出；缺电成本由输电网N-2情况下的年预计缺电量计算得出。

6.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S3中备选线路约束是规划时所选的所有备选线路的约束；潮流约束包括功率平衡约束、电源出力约束、电压约束及线路容量约束；正常状态潮流约束为在正常运行状态下需满足正常供电的潮流约束；N-1潮流约束为在电网发生任一线路故障时满足正常供电的潮流约束；输电网N-2故障转供需求约束为在配电网规划时考虑输电网N-2情况下的负荷转供需求的约束；线路平均负载率约束对配电网的线路平均负载率进行限制以兼顾规划的有效性和经济性。

7.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S4中预设算法为自适应搜索的萤火虫算法，所述自适应搜索的萤火虫算法包含以下步骤：

根据设备电气和可靠性参数，绘制电气设备图形并用备选线路连接形成备选电网拓补图，建立网架规划问题模型；

初始化萤火虫算法中的萤火虫个数、迭代次数、荧光素挥发系数、适应度提取比例、邻域变化率、邻域萤火虫阈值、荧光素浓度、感知半径以及决策半径参数；

对离散萤火虫进行编码后将若干个萤火虫随机分布到可行域的任意位置；

更新荧光素后开始循环迭代求解；

计算萤火虫个体间距离，并确定邻域集合；

更新萤火虫位置后进行自适应搜索；

更新感知半径后重新随机分布萤火虫，完成设定迭代次数后得到输电网网架规划结果及配电网网架规划结果。

8.如权利要求1所述的网架结构规划方法，其特征在于，所述的步骤S5中预设评估算法为蒙特卡洛模拟法。