CN110728394A - 一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，首先进行较低电压等级变电站的选址、定容以及供电范围的划分，在此基础上，以较低电压等级的变电站所带负荷作为负荷，进行较高电压等级变电站选址、定容以及供电范围的划分，从而实现了多电压等级变电站规划方案的有效协调，另外，在较高电压等级变电站选址的过程中考虑较低电压等级潮流分布的影响，进一步提高了高压变电站规划方案的合理性，能够综合考虑电源接入对网供负荷的影响，并为满足待规划区域内的负荷需求，以各变电站的带负荷能力为约束条件，以变电站的年投资及运行费用、低压侧线路的年投资及网络损耗费用以及需求响应年费用三者之和最小为目标建立高压变电站优化规划模型。

Description

一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法

技术领域

本发明涉及一种规划方法，具体为一种考虑潮流分布的高压变电站规划 方法，属于电网规划技术领域。

背景技术

在电网的发展规划中，高电压等级变电站(500kV变电站)规划是大电 网规划的重要组成部分，高压变电站规划包括选址、定容以及供电范围划 分，其结果直接影响未来输电网结构、供电可靠性和运行经济性。高电压等 级变电站的供电半径比较大，投资也比较高，并且具有较高的辐射性，因此 需要对高压变电站的选址、定容以及供电范围划分提出更高的要求。

目前，国内外相关学者对高压变电站规划的研究较少，主要集中在配电 网变电站规划方法研究中，即传统配电网的变电站规划和考虑分布式电源接 入后有源配电网的变电站规划，在传统的配电网变电站规划中，首先根据N- 1原则确定变电站的负载率，建立负荷与变电站负载能力间的不等式约束， 然后运用传统加权Voronoi图算法进行各变电站供电范围划分；考虑大量分 布式电源接入配电网后，配电网的负荷由变电站和分布式电源共同承担，为 此，以分布式电源接入配电网前后***可靠性不变为原则，计算分布式电源 的置信容量，从而得到分布式电源所供负荷的大小，在此基础上采用层次性 和方向性改进的加权Voronoi图算法进行变电站供电范围划分，但是在研究 高压变电站选址时，不能够综合考虑电源接入对网供负荷的影响，不能够实 现以变电站的年投资及运行费用、低压侧线路的年投资及网络损耗费用以及 需求响应年费用三者之和最小为目标建立高压变电站优化规划模型。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种考虑潮流分布的高压 变电站规划方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种考虑潮流分布的高压变 电站规划方法，包括以下步骤：

步骤1、基于待规划区域内的综合负荷曲线，生成负荷削减量与需求响 应成本之间的关系表，确定负荷最大削减比例Lmax和负荷最小削减比例 Lmin以削减比例搜索步长d＝2％；

步骤2、令负荷削减比例L＝Lmin，根据目标年负荷预测结果确定新建站 个数及所有容量组合方案N,将所有方案进行排序；

步骤3、针对所有容量组合方案中的第n方案，首先n＝1，采用传统 Voronoi图算法进行各变电站供电范围划分，确定初始站址；

步骤4、以***的可靠性水平不变为原则计算各变电站供电范围内的DG 置信容量，利用改进加权Voronoi图算法进行供电范围划分，以负荷矩最小 为原则确定站址，得到各变电站的新站址和新的供电范围；

步骤5、各站站址移动距离和容量比是否满足要求，若不满足要求，则 返回步骤4重新确定站址，若满足要求，则进行下一步骤；

步骤6、优化站址，得到此容量组合下的变电站规划的最终结果，计算 所需投入的费用；

步骤7、比较所有容量组合方案下进行变电站规划的费用，把投入费用 最小的变电站规划结果作为此负荷削减比例下的变电站的最终规划结果；

步骤8、对比所有负荷削减比例下的变电站规划结果的投入费用，以投 入费用最小的负荷削减比例下的变电站规划结果作为待规划区域内的变电站 规划结果。

优选的，所述步骤2中，目标年负荷预测结果包括目标年负荷值大小、 已有站容量以及待选站容量组合。

优选的，所述步骤3中，利用运用最大空心圆策略确定各新建站的初始 站址，并以负荷至变电站欧式距离最小为原则划分各变电站的供电范围。

优选的，所述步骤4中，DG置信容量采用将变电站供电范围内各电源的 恒定出力叠加至各变电站的容量上，并根据各变电站供电范围内的负荷大小 计算得出。

优选的，所述步骤4中，对供电范围的划分采用公式：

V(i，η_i)＝{x∈V(i，η_i)|η_id(x，η_i)≤η_jd(x，η_j)}

进行划分各变电站的供电范围。

式中，V(i,η_i)表示变电站i的供电范围；x表示规划区域内的任意一 点；η_id(x，η_i)、η_jd(x，η_j)分别表示规划区域内x点到变电站i 和变电站j加权距离；η_i表示改进后变电站i的权重。

优选的，所述步骤6中，优化站址要保证各变电站和供电范围内同级电 源的欧式距离不超过规定值。

本发明的有益效果是：该考虑潮流分布的高压变电站规划方法设计合 理，能够综合考虑电源接入对网供负荷的影响，并为满足待规划区域内的负 荷需求，以各变电站的带负荷能力为约束条件，以变电站的年投资及运行费 用、低压侧线路的年投资及网络损耗费用以及需求响应年费用三者之和最小 为目标建立高压变电站优化规划模型，进而运用改进的加权Voronoi图算法 对变电站规划模型进行求解，能够基于目标年负荷，首先进行较低电压等级 (220kV)变电站的选址、定容以及供电范围的划分，在此基础上，以较低 电压等级(220kV)的变电站所带负荷作为负荷，进行较高电压等级 (500kV)变电站选址、定容以及供电范围的划分，从而实现了多电压等级 变电站规划方案的有效协调，另外，在较高电压等级(500kV)变电站选址 的过程中考虑较低电压等级潮流分布的影响，进一步提高了高压变电站规划 方案的合理性，并促进输电网建设结构与规划技术的合理发展。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明待规划区域内的综合负荷曲线示意图；

图3为本发明数值分布折线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，包括以下 步骤：

步骤1、根据低电压等级变电站所供的目标年负荷值大小、已有站容量 以及待选站容量组合，确定低电压等级新建站的个数以及所有的容量组合方 案；

步骤2、针对所有容量组合方案中的任一方案，运用最大空心圆策略确 定各新建站的初始站址，以负荷至变电站欧式距离最小为原则划分各变电站 的供电范围；

步骤3、将同电压等级以及低电压等级的电源以欧式距离最小为原则分 配给各变电站，将变电站供电范围内各电源的恒定出力叠加至各变电站的容 量上，根据各变电站供电范围内的负荷大小计算各变电站的权值η；

步骤4、采用加权Voronoi图算法重新划分各变电站供电范围；是按如 下公式划分各变电站供电范围：

V(i，η_i)＝{x∈V(i，η_i)|η_id(x，η_i)≤η_jd(x，η_j)}

式中，V(i,η_i)表示变电站i的供电范围；x表示规划区域内的任意一 点；η_id(x，η_i)、η_jd(x，η_j)分别表示规划区域内x点到变电站i 和变电站j加权距离；η_i表示改进后变电站i的权重，由下式得到：

式中：α、σ表示距离限制比例；η_i(m，k)表示变电站i在第m次迭 代中第k步划分的权重值；P_i(m，k)表示变电站i第m次迭代第k步划分 后所带的负荷量。

步骤5、在保证各变电站和供电范围内同级电源的欧式距离不超过规定 值的情况下，以负荷矩最小为原则优化各变电站的位置，返回步骤4，直至 各变电站与供电范围内同级电源的距离及各变电站的容载比满足设定的精度 要求为止，得到所述任一方案下变电站规划的最终结果，并计算所需投入的 费用；所述计算所需投入的费用公式如下：

式中：C_Station表示折算到每年的变电站投资及维修年费用；C_Feeder表示 折算到每年的低压侧线路投资费用；C_Ws表示低压侧线路的年网损费用；J_i、 S_i、P_τ分别表示第i个变电站的负荷集合、第i个变电站的容量、第τ个负 荷节点的负荷量；D_xi表示第i个变电站供电范围内低电压等级电源的集合； D_ti表示第i个变电站供电范围同电压等级级电源的集合；l(i，τ)表示变 电站i与所供负荷τ间的直线距离；l(i，v₂)表示变电站i与供电范围内 同电压等级电源间的直线距离；N表示新建变电站的个数；e_i表示第i个变 电站的负载率；cosφ表示功率因素；R_i表示变电站i在容量及供电范围内负 荷密度共同限制下的最大供电半径；H_i表示变电站i与供电范围内同电压等 级变电站的最小距离限制；其中，

式中：f(S_i)表示第i个新建变电站的投资费用；ν(S_i)表示第i 个新建变电站的年运行费用；N₂表示已有变电站和新建变电站的个数；S_i表 示第i个变电站的容量；M₁、M₂分别表示为变电站折旧年限和变电站低压侧 线路的折旧年限；ζ表示单位长度线路的投资费用；γ表示线路的网络折算 系数，具体表达式如下：

式中：H₁表示低压侧线路单位长度电阻；H₂表示规划地区的电价；H₃表 示低压侧线路的年损耗小时数；U表示低压侧线路的电压。

步骤6、依次遍历所有容量组合方案，比较各容量组合方案下进行变电 站规划所需投入的费用，把投入费用最小的容量组合方案下的变电站规划结 果作为作为整个待规划区域的变电站规划结果；

步骤7、把较低电压等级(220kV)的变电站规划结果作为较高电压等级 (500kV)变电站规划时的目标年负荷，并根据已有站容量以及待选站容量 组合，确定低电压等级新建站的个数以及所有的容量组合方案，重复步骤 2、3；

步骤8、在考虑低压等级变电站潮流分布的影响，采用加权Voronoi图 算法重新划分各变电站供电范围；然后重复步骤5、6、7；

步骤9、最后把考虑低电压等级变电站潮流分布后，变电站规划投入费用 最小的容量组合方案下的作为整个待规划区域的高电压等级变电站规划结 果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细 节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形 式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因 此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明 内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实 施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也 可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、基于待规划区域内的综合负荷曲线，生成负荷削减量与需求响应成本之间的关系表，确定负荷最大削减比例Lmax和负荷最小削减比例Lmin以削减比例搜索步长d＝2％；

步骤2、令负荷削减比例L＝Lmin，根据目标年负荷预测结果确定新建站个数及所有容量组合方案N,将所有方案进行排序；

步骤3、针对所有容量组合方案中的第n方案，首先n＝1，采用传统Voronoi图算法进行各变电站供电范围划分，确定初始站址；

步骤4、以***的可靠性水平不变为原则计算各变电站供电范围内的DG置信容量，利用改进加权Voronoi图算法进行供电范围划分，以负荷矩最小为原则确定站址，得到各变电站的新站址和新的供电范围；

步骤5、各站站址移动距离和容量比是否满足要求，若不满足要求，则返回步骤4重新确定站址，若满足要求，则进行下一步骤；

步骤6、优化站址，得到此容量组合下的变电站规划的最终结果，计算所需投入的费用；

步骤7、比较所有容量组合方案下进行变电站规划的费用，把投入费用最小的变电站规划结果作为此负荷削减比例下的变电站的最终规划结果；

步骤8、对比所有负荷削减比例下的变电站规划结果的投入费用，以投入费用最小的负荷削减比例下的变电站规划结果作为待规划区域内的变电站规划结果。

2.根据权利要求1所述的一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：所述步骤2中，目标年负荷预测结果包括目标年负荷值大小、已有站容量以及待选站容量组合。

3.根据权利要求1所述的一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：所述步骤3中，利用运用最大空心圆策略确定各新建站的初始站址，并以负荷至变电站欧式距离最小为原则划分各变电站的供电范围。

4.根据权利要求1所述的一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：所述步骤4中，DG置信容量采用将变电站供电范围内各电源的恒定出力叠加至各变电站的容量上，并根据各变电站供电范围内的负荷大小计算得出。

5.根据权利要求1所述的一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：所述步骤4中，对供电范围的划分采用公式：

V(i，η_i)＝{x∈V(i，η_i)|η_id(x，η_i)≤η_jd(x，η_j)}

进行划分各变电站的供电范围。

式中，V(i,η_i)表示变电站i的供电范围；x表示规划区域内的任意一点；η_id(x，η_i)、η_jd(x，η_j)分别表示规划区域内x点到变电站i和变电站j加权距离；η_i表示改进后变电站i的权重。

6.根据权利要求1所述的一种考虑潮流分布的高压变电站规划方法，其特征在于：所述步骤6中，优化站址要保证各变电站和供电范围内同级电源的欧式距离不超过规定值。

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