技术摘要：
本发明提出一种基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划方法，属于电力系统规划与评估技术领域。该方法首先确定元件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，然后建立由目标函数和约束条件构成的配电网规划模型，基于变电站、负荷布点和馈线走廊信息， 全部
背景技术：
配电网规划是电力系统规划中重要的一环，用于规划合理、经济的配电网建设方 案，使配电网满足当下或未来十年至三十年新增的电力负荷需求。 已有大多数配电网规划方法依赖于由人为预先确定的备选线路(支路)，即选择备 选线路集中的一个子集作为规划模型的输入，进而得到最终的规划方案。然而，人工提出的 备选线路可能考虑不周全，而将所有备选线路集穷举出来输出规划模型可能使该模型变得 不可计算，从而无法得到可实施的规划结果。 馈线走廊是配电馈线通过架空塔和电缆等形式可以走线的路径。馈线走廊通常是 在城市规划中预先规划的。在电力领域，可靠性是指电力系统持续满足终端用户电力需求 数量和质量的能力。配电网可靠性主要包括以下几个指标：用户中断频率(customer interruption frequency(CIF))、用户中断持续时间(customer interruption duration (CID))、系统年平均中断频率指数(system average interruption frequency index (SAIFI))、系统年平均中断持续时间指数(system average interruption duration index(SAIDI))和期望失负荷能量(expected energy not supplied(EENS))。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于馈线走廊的可靠性约 束配电网规划方法。本发明通过构建基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划模型，不通过 试探搜索，不需要预先生成备选线路集，而直接通过求解该模型得到最优规划方案，方法简 单，易于实施，所得到的方案在满足可靠性约束的前提下降低投资成本。 本发明提出一种基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划方法，其特征在于，包括 以下步骤： 1)确定元件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，具 体如下： 1-1)每条馈线首端安装断路器，馈线段两端安装隔离刀闸，假设正常运行状态下 断路器闭合； 1-2)在支路故障发生后，首先打开支路上游的断路器，开断故障电流，断路器下游 节点断电；然后，操作该配电网里所有刀闸和断路器，恢复断电节点负荷；最后，修复故障支 路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构； 2)构建基于混合整数线性规划模型的配电网规划模型，该模型由目标函数和约束 条件构成；具体步骤如下： 2-1)构建配电网规划模型的目标函数，如式(1)所示： 5 CN 111611662 A 说 明 书 2/8 页 其中，cTotal为配电网综合投资成本，cf为馈线f断路器和重合器成本，lf表示是否 建设馈线f的0-1变量，lf＝1表示建设，lf＝0表示不建设； 为馈线f在馈线走廊ij的馈线 段建设成本， 表示是否建设馈线f在馈线走廊ij的馈线段的0-1变量， 表示建设， 表示不建设；cij为馈线走廊ij的占用成本，lij表示是否占用馈线走廊ij的0-1变量， lij＝1表示占用，lij＝0表示不占用； 为位于节点i的馈线f和馈线g之间的节点联络开关 的成本， 表示是否建设位于节点i的馈线f和馈线g之间的节点联络开关的0-1变量， 表示建设， 表示不建设；ctr为变压器tr的建设成本，utr表示是否建设变压器tr 的0-1变量，utr＝1表示建设，utr＝0表示不建设；cSS为变电站SS的建设成本，uSS表示是否假 设变电站SS的0-1变量，uSS＝1表示建设，uSS＝0表示不建设；ωSAIDI为可靠性成本，其中ω 为权重因子，SAIDI为系统年平均停电时间； 2-2)确定配电网规划模型的约束条件，具体如下： 2-2-1)配电网正常运行状态功率平衡和支路约束，如式(2)-(9)所示： 其中 为正常运行状态下馈线f从节点i流向节点j的有功功率，Ψi为与节点i直 接相连的节点集合， 为正常运行状态下馈线f所带节点i的有功负荷功率，ΨSS为变电站 所在节点组成的集合，Ω为所有馈线组成的集合， 为正常运行状态下从变压器tr输出 到馈线f的有功功率，Pi为节点i的有功负荷功率，Ψ为所有节点组成的集合，M为正数， 表 示正常运行状态下节点i是否由馈线f供电的0-1变量， 表示是， 表示否； 表 示正常运行状态下馈线f在馈线走廊ij的馈线段的连通状态的0-1变量， 表示连通， 表示不连通，Υ为所有馈线走廊组成的集合， 为馈线f的容量，Str为变压器tr的容 量，Ωtr为属于变压器tr的馈线组成的集合； 2-2-2)配电网故障状态功率平衡和支路约束，如式(10)-(20)所示： 6 CN 111611662 A 说 明 书 3/8 页 其中 为馈线f在馈线走廊ij的馈线段在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故 障情况下的连通状态的0-1变量， 表示连通， 表示不连通； 为节点i的 负荷在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障情况下的受影响状态的0-1变量， 表 示受影响失电， 表示不受影响； 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障情 况下馈线f从节点i流向节点j的有功功率， 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故 障情况下馈线f所带节点i的有功负荷功率， 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生 故障情况下在节点i经节点联络开关由馈线f流向馈线g的有功功率， 为在馈线h在馈 线走廊xy的馈线段发生故障情况下从变压器tr输出到馈线f的有功功率， 为在馈线h 在馈线走廊xy的馈线段发生故障情况下节点i的有功负荷功率， 表示在馈线h在馈线走 廊xy的馈线段发生故障情况下节点i的供电情况的0-1变量， 表示正常供电， 表示失电，[xy,h]代表馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障时的场景； 2-2-3)设备建设约束，如式(21)-(26)所示： 其中Nij为馈线走廊ij能容纳的馈线段数目，Ntr为变压器tr能出的馈线条数，NSS为 变电站SS能承载的变压器个数，ΛSS为属于变电站SS的变压器组成的集合； 7 CN 111611662 A 说 明 书 4/8 页 2-2-4)可靠性约束，如式(27)-(36)所示： SAIFI≤εSAIFI (70) SAIDI≤εSAIDI (71) EENS≤εEENS (72) 其中CIDi表示节点i的用户中断持续时间，λ[xy ,h]表示馈线h在馈线走廊xy的馈线 段的年故障率， 表示馈线h在馈线走廊xy的馈线段故障情况下的故障隔离和转供时间， 表示馈线h在馈线走廊xy的馈线段故障情况下的故障修复时间，CIFi表示节点i的用户 中断频率，NCi为给定的节点i的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为 系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B为所有负荷水平的集合，Δb为负荷水平b的 年持续小时数，μb≤1为负荷水平b的峰值负荷比，Li表示节点i的峰值负荷； 为节点i电 年均停电频率上限， 为节电i年均停电时间上限，εSAIFI为系统年均停电频率上限，εSAIDI 为系统年均停电时间上限，εEENS为系统期望能量不满足上限； 3)对步骤2)建立的模型求解，得到lf、 utr、uSS的最优解分别为馈线、馈 线段、馈线走廊、节点联络开关、变压器和变电站的规划建设状态，得到CIDi、CIFi、SAIDI、 SAIFI、EENS的最优解为对应规划方案的可靠性指标，规划完毕。 本发明的特点及有益效果在于： 本发明将配电网投资成本作为目标函数，基于变电站、负荷布点和馈线走廊信息， 将配电网中的变电站、变压器、馈线和联络开关统筹规划，构建配电网规划模型；该模型为 一混合整数线性规划模型，可以被求解器直接求解，避免了传统规划方法中先生成备选线 路集再进行遴选的复杂性和不可靠性，计算效率高且精确。通过求解该模型，可直接得到满 足可靠性约束的规划结果。 由于馈线走廊通常是在城市规划中预先规划的，比备选线路集更容易提供。本发 明直接基于馈线走廊信息的配电网规划模型可以跳过生成备选线路集的步骤，在实际规划 项目中更具实用性和有效性。在计算可靠性指标时，本发明基于馈线走廊直接建模，不需要 生成备选线路集，避免了生成备选线路集过程中时间投入和人力成本。 本发明方法简单，易于实施，所得到的最有规划方案在满足可靠性约束的前提下 8 CN 111611662 A 说 明 书 5/8 页 降低投资成本。
本发明提出一种基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划方法，属于电力系统规划与评估技术领域。该方法首先确定元件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，然后建立由目标函数和约束条件构成的配电网规划模型，基于变电站、负荷布点和馈线走廊信息， 全部
背景技术：
配电网规划是电力系统规划中重要的一环，用于规划合理、经济的配电网建设方 案，使配电网满足当下或未来十年至三十年新增的电力负荷需求。 已有大多数配电网规划方法依赖于由人为预先确定的备选线路(支路)，即选择备 选线路集中的一个子集作为规划模型的输入，进而得到最终的规划方案。然而，人工提出的 备选线路可能考虑不周全，而将所有备选线路集穷举出来输出规划模型可能使该模型变得 不可计算，从而无法得到可实施的规划结果。 馈线走廊是配电馈线通过架空塔和电缆等形式可以走线的路径。馈线走廊通常是 在城市规划中预先规划的。在电力领域，可靠性是指电力系统持续满足终端用户电力需求 数量和质量的能力。配电网可靠性主要包括以下几个指标：用户中断频率(customer interruption frequency(CIF))、用户中断持续时间(customer interruption duration (CID))、系统年平均中断频率指数(system average interruption frequency index (SAIFI))、系统年平均中断持续时间指数(system average interruption duration index(SAIDI))和期望失负荷能量(expected energy not supplied(EENS))。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于馈线走廊的可靠性约 束配电网规划方法。本发明通过构建基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划模型，不通过 试探搜索，不需要预先生成备选线路集，而直接通过求解该模型得到最优规划方案，方法简 单，易于实施，所得到的方案在满足可靠性约束的前提下降低投资成本。 本发明提出一种基于馈线走廊的可靠性约束配电网规划方法，其特征在于，包括 以下步骤： 1)确定元件安装状态和支路故障后故障隔离、负荷转供和故障恢复动作原则，具 体如下： 1-1)每条馈线首端安装断路器，馈线段两端安装隔离刀闸，假设正常运行状态下 断路器闭合； 1-2)在支路故障发生后，首先打开支路上游的断路器，开断故障电流，断路器下游 节点断电；然后，操作该配电网里所有刀闸和断路器，恢复断电节点负荷；最后，修复故障支 路，修复后通过动作开关和断路器恢复原供电网络结构； 2)构建基于混合整数线性规划模型的配电网规划模型，该模型由目标函数和约束 条件构成；具体步骤如下： 2-1)构建配电网规划模型的目标函数，如式(1)所示： 5 CN 111611662 A 说 明 书 2/8 页 其中，cTotal为配电网综合投资成本，cf为馈线f断路器和重合器成本，lf表示是否 建设馈线f的0-1变量，lf＝1表示建设，lf＝0表示不建设； 为馈线f在馈线走廊ij的馈线 段建设成本， 表示是否建设馈线f在馈线走廊ij的馈线段的0-1变量， 表示建设， 表示不建设；cij为馈线走廊ij的占用成本，lij表示是否占用馈线走廊ij的0-1变量， lij＝1表示占用，lij＝0表示不占用； 为位于节点i的馈线f和馈线g之间的节点联络开关 的成本， 表示是否建设位于节点i的馈线f和馈线g之间的节点联络开关的0-1变量， 表示建设， 表示不建设；ctr为变压器tr的建设成本，utr表示是否建设变压器tr 的0-1变量，utr＝1表示建设，utr＝0表示不建设；cSS为变电站SS的建设成本，uSS表示是否假 设变电站SS的0-1变量，uSS＝1表示建设，uSS＝0表示不建设；ωSAIDI为可靠性成本，其中ω 为权重因子，SAIDI为系统年平均停电时间； 2-2)确定配电网规划模型的约束条件，具体如下： 2-2-1)配电网正常运行状态功率平衡和支路约束，如式(2)-(9)所示： 其中 为正常运行状态下馈线f从节点i流向节点j的有功功率，Ψi为与节点i直 接相连的节点集合， 为正常运行状态下馈线f所带节点i的有功负荷功率，ΨSS为变电站 所在节点组成的集合，Ω为所有馈线组成的集合， 为正常运行状态下从变压器tr输出 到馈线f的有功功率，Pi为节点i的有功负荷功率，Ψ为所有节点组成的集合，M为正数， 表 示正常运行状态下节点i是否由馈线f供电的0-1变量， 表示是， 表示否； 表 示正常运行状态下馈线f在馈线走廊ij的馈线段的连通状态的0-1变量， 表示连通， 表示不连通，Υ为所有馈线走廊组成的集合， 为馈线f的容量，Str为变压器tr的容 量，Ωtr为属于变压器tr的馈线组成的集合； 2-2-2)配电网故障状态功率平衡和支路约束，如式(10)-(20)所示： 6 CN 111611662 A 说 明 书 3/8 页 其中 为馈线f在馈线走廊ij的馈线段在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故 障情况下的连通状态的0-1变量， 表示连通， 表示不连通； 为节点i的 负荷在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障情况下的受影响状态的0-1变量， 表 示受影响失电， 表示不受影响； 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障情 况下馈线f从节点i流向节点j的有功功率， 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故 障情况下馈线f所带节点i的有功负荷功率， 为在馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生 故障情况下在节点i经节点联络开关由馈线f流向馈线g的有功功率， 为在馈线h在馈 线走廊xy的馈线段发生故障情况下从变压器tr输出到馈线f的有功功率， 为在馈线h 在馈线走廊xy的馈线段发生故障情况下节点i的有功负荷功率， 表示在馈线h在馈线走 廊xy的馈线段发生故障情况下节点i的供电情况的0-1变量， 表示正常供电， 表示失电，[xy,h]代表馈线h在馈线走廊xy的馈线段发生故障时的场景； 2-2-3)设备建设约束，如式(21)-(26)所示： 其中Nij为馈线走廊ij能容纳的馈线段数目，Ntr为变压器tr能出的馈线条数，NSS为 变电站SS能承载的变压器个数，ΛSS为属于变电站SS的变压器组成的集合； 7 CN 111611662 A 说 明 书 4/8 页 2-2-4)可靠性约束，如式(27)-(36)所示： SAIFI≤εSAIFI (70) SAIDI≤εSAIDI (71) EENS≤εEENS (72) 其中CIDi表示节点i的用户中断持续时间，λ[xy ,h]表示馈线h在馈线走廊xy的馈线 段的年故障率， 表示馈线h在馈线走廊xy的馈线段故障情况下的故障隔离和转供时间， 表示馈线h在馈线走廊xy的馈线段故障情况下的故障修复时间，CIFi表示节点i的用户 中断频率，NCi为给定的节点i的用户数量，SAIFI为系统年平均中断持续时间指数，ASAI为 系统平均供电指数，EENS为期望失负荷能量，B为所有负荷水平的集合，Δb为负荷水平b的 年持续小时数，μb≤1为负荷水平b的峰值负荷比，Li表示节点i的峰值负荷； 为节点i电 年均停电频率上限， 为节电i年均停电时间上限，εSAIFI为系统年均停电频率上限，εSAIDI 为系统年均停电时间上限，εEENS为系统期望能量不满足上限； 3)对步骤2)建立的模型求解，得到lf、 utr、uSS的最优解分别为馈线、馈 线段、馈线走廊、节点联络开关、变压器和变电站的规划建设状态，得到CIDi、CIFi、SAIDI、 SAIFI、EENS的最优解为对应规划方案的可靠性指标，规划完毕。 本发明的特点及有益效果在于： 本发明将配电网投资成本作为目标函数，基于变电站、负荷布点和馈线走廊信息， 将配电网中的变电站、变压器、馈线和联络开关统筹规划，构建配电网规划模型；该模型为 一混合整数线性规划模型，可以被求解器直接求解，避免了传统规划方法中先生成备选线 路集再进行遴选的复杂性和不可靠性，计算效率高且精确。通过求解该模型，可直接得到满 足可靠性约束的规划结果。 由于馈线走廊通常是在城市规划中预先规划的，比备选线路集更容易提供。本发 明直接基于馈线走廊信息的配电网规划模型可以跳过生成备选线路集的步骤，在实际规划 项目中更具实用性和有效性。在计算可靠性指标时，本发明基于馈线走廊直接建模，不需要 生成备选线路集，避免了生成备选线路集过程中时间投入和人力成本。 本发明方法简单，易于实施，所得到的最有规划方案在满足可靠性约束的前提下 8 CN 111611662 A 说 明 书 5/8 页 降低投资成本。
