CN111541236B - 一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,包括以下步骤:(1)获取运行方式、网架结构、负荷分布数据;(2)建立终端定位初始模型,利用采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间;(3)建立用户负荷分布模型,将负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中,得到适用于精准定位模型的负荷分布;(4)建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型,实现FA功能的可靠性提升;(5)建立终端精准定位模型,利用遗传算法求解,实现FA终端最优位置的精准定位。本发明能结合线路实际的网架结构、负荷分布、运行方式,给出FA功能涉及的分段开关及配电自动化终端准确的最优设置位置,实用性及可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,属配电网技术领域。
背景技术
馈线自动化(Feeder Automation,FA)作为配电自动化的重要功能,可快速隔离配电网故障,恢复非故障区域的供电,缩短停电时间,提高配电网的供电可靠性。在部署FA时,需综合考虑供电可靠性要求、网架结构、一次设备现状及通信条件等情况,科学合理的规划配置方案能够在最小的经济投入下,获得最优的供电可靠性。
传统对FA功能提升多集中于FA模式的选取、终端类型的选择,并未涉及终端定位对FA的功能提升作用,而目前FA终端定位研究较少,现场多采用经验及主观判断,严重制约了FA大规模应用及配电自动化实用化进程。
发明内容
本发明的目的是,针对传统方法对馈线自动化终端定位存在的不足,本发明提出一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法。
本发明实现的技术方案如下,一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,包括以下步骤:
(1)获取运行方式、网架结构、负荷分布数据;
(2)建立终端定位初始模型,利用步骤(1)采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间;
(3)建立用户负荷分布模型,将步骤(1)采集到的负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中,得到适用于精准定位模型的负荷分布;
(4)基于最小割级算法,建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型,实现FA功能的可靠性提升;
(5)建立终端精准定位模型,利用遗传算法求解,实现综合考虑安全性、可靠性、经济性的FA终端最优位置的精准定位。
所述终端定位初始模型包括:
(1)确定终端数量
根据供电区域及线路长度,确定所需分段开关数量;
(2)确定终端初始区间
具体终端定位区间初始模型可表示为:
Xi0=ω1xiload+ω2xilength+ω3xiclient
其中,Xi0为第i个分段开关到出线开关间的距离;ω1为线路负荷权重因子,建议设置为0.6;ω2为线路长度权重因子,建议设置为0.3;ω3为线路用户数权重因子,建议设置为0.1;xiload负荷为按负荷均分法,第i个分段开关到出线开关的距离;xilength长度为按长度均分法,第i个分段开关到出线开关的距离;xiclient用户为按用户数量均分法,第i个分段开关到出线开关的距离。
所述用户负荷分布模型将终端位置作为决策变量,模型如下:
其中,Xi表示第i个分支开关位置,Pi表示分支所挂接的负荷。
所述可靠性分析模型通过计算***的年平均故障停电时间获得故障损失成本,其中***的年平均故障停电时间计算步骤包括:
(1)线路分块:以出线开关、分段开关、联络开关、分支/分界开关为边界,对配电线路进行分块处理,并采取先主干后分支,顺潮流方式进行编号;
(2)计算分块可靠性指标;
(3)求***最小割级:最小割级是指导致***失效的元件集合的最小子集,采用基于搜索树的方法寻找负荷点的最小供电连集,逻辑运算后获得最小割集;
(4)计算线路可靠性指标:区域内的线路长度将影响故障查找时间进而影响平均故障停电时间,因此可靠性指标故障停运时间与终端位置相关。
所述终端精准定位模型是满足供电可靠性及安全性的前提下,寻求综合关键成本最低的规划方案;所述终端精准定位模型目标函数为:
其中,Cz表示综合关键成本的等年值;Cei为第i个设备建设投资成本的等年值;Cfi为第i个终端区域内故障损失成本的等年值;N为每条线路上的设备总数。
所述设备建设投资成本Cei计算公式如下:
其中,Cs为设备成本;Cgl为敷设1km光缆的成本,包括人工成本及材料成本;Xi为三遥终端到变电站的光缆长度;Cwx为通信卡月流量费用;a为利率;s为设备使用寿命。
所述故障损失成本Cfi计算公式如下:
Cfi=Cf*Tfi*Pi
其中,Cf为***单位电量平均停电损失费用;Tfi为第i个终端区域内年平均故障停电时间;Pi为为第i个终端区域内的平均负荷。
本发明的有益效果是,本发明的优化模型综合考虑了安全性、可靠性及成本性三方面的影响,确定FA最优建设方案,使FA在满足安全前提下,经济可靠的运行,使FA的建设规划方案更加科学、合理;本发明的优化模型能结合线路实际的网架结构、负荷分布、运行方式,给出FA功能涉及的分段开关及配电自动化终端准确的最优设置位置,实用性及可操作性强,能有效地指导现场FA的规划建设工作。
本发明实施例结果表明本发明提出的FA规划建设方法收敛性良好,获得了安全性、可靠性、经济性皆满足的最优建设方案。
附图说明
图1为本发明一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法流程图;
图2为本发明实例运算模型收敛过程示意图;
图3为本发明实例模型运算结果示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
本实施例基于某公司实际10kV配电线路参数展开,并对现有方案、初始规划方案、最优规划方案进行验证分析。
该10kV配电线路为C区单联络混合线路,线路总长13.25千米,主干线总长5.15千米,其中电缆线路0.65千米,导线型号为YJV22 8.7/15,架空线路4.5千米,导线型号为JKLYJ-10/150,共计装接配变46台,总容量25550千伏安。根据线路的负荷分布可得出线路功率分布函数如下:
FTU设备购置费用为7000元,DTU为15000元,设备使用寿命为10年计,利率取10%。150M电话卡流量费用为20元/月,三遥终端光缆敷设及设备费用为3500/公里。
方案1:现有的方案
分段开关3台,分别位于19号杆、41号杆和86号杆,联络开关1台,将线路分为4段。如表1所示。
表1方案1开关明细表
序号 | 名称 | 开关类型 | 开关位置 | 开关用途 | 装接容量(kVA) |
1 | 922开关 | 10kV断路器 | 110kV变电站 | 出线 | 2800 |
2 | D01 | 柱上断路器 | 19#杆 | 分段 | - |
3 | D02 | 柱上断路器 | 41#杆 | 分段 | 975 |
4 | D03 | 柱上断路器 | 86#杆 | 分段 | 13065 |
目标成本为:9.35万元。
方案2:初始规划方案
(1)确定分段开关数量
线路拟建设于C类供电区域,主干线总长5.15千米,《配电网技术导则》要求,主干线的分段开关数量为2个,将主干线分成3段。
(2)确定分段开关位置
D01:利用负荷均分,1号开关位到出线开关处所承担的负荷应为25550/3=8516.67kVA,则距离出线开关约0.98公里,即x1load=0.98;利用长度均分,x1length=1.67公里;利用用户数量均分,1号开关位到出线开关处所承担的用户数量应为15,则距离出线开关约1.05公里,即x1cilent=1.05。代入公式(1),选取本方案建议权重因子。
1号开关位于距离出线开关约1.194公里处。
D02:同理,2号开关位于距离出线开关约3.157公里处。
目标成本为:3.07万元
方案3:模型优化方案
遗传算法的基本参数设置:种群规模50,迭代次数100,交叉概率为0.8,变异概率为0.02。将线路参数及初始规划方案结果代入优化模型,算法模型收敛性良好,如图2所示。
优化结果为x=1.11,y=0.95。即,D01开关位于距离出线开关1.33公里处,D02开关位于距离出线开关3.08公里处。如图3所示。
Claims (5)
1.一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)获取运行方式、网架结构、负荷分布数据;
(2)建立终端定位初始模型,利用采集到的运行方式、网架结构、负荷分布数据确定FA终端最优位置区间;
(3)建立用户负荷分布模型,将负荷分布数据输入到相应用户负荷模型中,得到适用于精准定位模型的负荷分布;
(4)基于最小割级算法,建立与终端定位相关的FA线路可靠性分析模型,实现FA功能的可靠性提升;
(5)建立终端精准定位模型,利用遗传算法求解,实现综合考虑安全性、可靠性、经济性的FA终端最优位置的精准定位;
所述终端定位初始模型包括:
(1)确定终端数量
根据供电区域及线路长度,确定所需分段开关数量;
(2)确定终端初始区间
具体终端定位区间初始模型可表示为:
Xi0=ω1xiload+ω2xilength+ω3xiclient
其中,Xi0为第i个分段开关到出线开关间的距离;ω1为线路负荷权重因子,建议设置为0.6;ω2为线路长度权重因子,建议设置为0.3;ω3为线路用户数权重因子,建议设置为0.1;xiload负荷为按负荷均分法,第i个分段开关到出线开关的距离;xilength长度为按长度均分法,第i个分段开关到出线开关的距离;xiclient用户为按用户数量均分法,第i个分段开关到出线开关的距离;
所述用户负荷分布模型将终端位置作为决策变量,模型如下:
其中,xi表示第i个分支开关位置,pi表示分支所挂接的负荷;N表示区段内所接带的用户总数。
2.根据权利要求1所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,其特征在于,所述可靠性分析模型通过计算***的年平均故障停电时间获得故障损失成本,其中***的年平均故障停电时间计算步骤包括:
(1)线路分块:以出线开关、分段开关、联络开关、分支/分界开关为边界,对配电线路进行分块处理,并采取先主干后分支,顺潮流方式进行编号;
(2)计算分块可靠性指标;
(3)求***最小割级:最小割级是指导致***失效的元件集合的最小子集,采用基于搜索树的方法寻找负荷点的最小供电连集,逻辑运算后获得最小割集;
(4)计算线路可靠性指标:区域内的线路长度将影响故障查找时间进而影响平均故障停电时间,因此可靠性指标故障停运时间与终端位置相关。
5.根据权利要求3所述的一种馈线自动化功能提升及终端精准定位方法,其特征在于,所述故障损失成本Cfi计算公式如下:
Cfi=Cf*Tfi*Pi
其中,Cf为***单位电量平均停电损失费用;Tfi为第i个终端区域内年平均故障停电时间;Pi为第i个终端区域内的平均负荷。
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