一种配电网主要设备新建与改造规划协同优化方法技术

本发明专利技术涉及一种配电网主要设备新建与改造规划协同优化方法，包括以下步骤：1)设定配电网设备拓扑联络关系指标和主要设备运行状态水平指标，应用基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法，将配电网划分为若干个改造分区。2)对各分区内新建、改造项目对配电网供电能力、供电充裕度等指标进行评估。3)结合配电网改造和新扩建工程的特点，基于配电网供电能力评估指标，设定配电网主要设备新建与改造协同优化目标函数与数学模型：4)对改造分区内新建、改造项目建设时序进行随机排序，形成若干新建与改造项目建设时序方案。根据协同优化数学模型，不同时序方案的目标函数值，选目标函数值最大的方案，为新建与改造项目建设时序的推荐方案。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，包括以下步骤：1)设定配电网设备拓扑联络关系指标和主要设备运行状态水平指标，应用基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法，将配电网划分为若干个改造分区。2)对各分区内新建、改造项目对配电网供电能力、供电充裕度等指标进行评估。3)结合配电网改造和新扩建工程的特点，基于配电网供电能力评估指标，设定配电网主要设备新建与改造协同优化目标函数与数学模型：4)对改造分区内新建、改造项目建设时序进行随机排序，形成若干新建与改造项目建设时序方案。根据协同优化数学模型，不同时序方案的目标函数值，选目标函数值最大的方案，为新建与改造项目建设时序的推荐方案。【专利说明】
本专利技术涉及一种配电网规划方法，特别是关于一种配电网主要设备新建与改造规 划协同优化方法。
技术介绍
配电网是电网的重要组成部分，直接面向终端用户，与广大人民群众的生产生活 息息相关。目前，配电网中变电设备、配电设备、线路等主要设备的改造仍然停留在基于设 备健康水平，估算改造工程量和年度改造计划的初级阶段，尚未实现与电力需求和电网结 构等的有效衔接，存在安排停电次数多、经济性水平低等问题。配电网规划主要包括对新建 和改造两类项目的规划，改造期间由于设备退出运行，会暂时削弱配电网供电能力，降低配 电网可靠性水平；新建变配电设施能够提升配电网的可靠供电能力，可以弥补改造对于配 电网供电能力的削弱，但若过早投产将降低配电网设备利用水平。因此，配电网主要设备新 建与改造安排时序需要以规划期内配电网供电能力综合评估指标最优为目标，合理划分供 电区域改造分区，优化协调安排项目改造开工与新建投产时序。目前，还没有配电网主设备 新建与改造规划协同优化算法的研究，一般只是通过经验来安排项目新建、改造时序，这种 经验往往不能全面考虑新建和改造项目与配电网结构间的有效衔接，且易造成用户停电次 数多、时间长、供电能力损失大等问题。现有聚类分析技术和协同优化方法包括多种多样， 其中： 聚类分析技术是研究"物以类聚"的一种多元统计方法，其认为所研究的样本或指 标之间存在着程度不同的相似性，根据一批样本的多个观测指标，将彼此间相似程度较大 的样本聚合为一个指标簇，再将关系密切的簇聚合到一个小的分类单位，关系疏远的簇聚 合到一个大的分类单位，直到把所有样本都聚合完毕，以达到无监督状态下寻找最优划分 的目的。聚类分析的算法主要有：1、层次聚类算法，通过逐步融合数据点或切分数据组，而 把数据分组为一棵层次树的方式获得聚类。层次的方法具体可以分为凝聚和分裂两种形 式，前一种是自下而上的，而后一种则是自上而下的；2、密度聚类算法，认为一个点到最近 邻接点的距离为随机变量，通过定义密度连通来寻找基于密度的聚类，并且可以通过计算 学习到随机变量的分布，适用于维数不高的空间数据；3、栅格聚类算法，将数据划分为有限 的区段，形成数据栅格结构，在每个子区段上面进行聚类算法，最大优势是计算速度更快。 4、划分聚类算法，一般采用贪心启发式算法，最小化某个优化函数，通过迭代最终获取符合 要求的划分分类，实际中使用最多的K-Means法即为划分聚类算法。 协同优化方法是多学科设计多级优化方法的一种，多用于解决大规模复杂工程优 化、多学科设计优化和异地优化设计等问题，一般分为学科级优化和系统级优化。协同优化 方法将优化问题分解为多个学科优化问题，目标函数采用平方和最小形式，各学科优化问 题在一定程度上独立求解。系统级优化的目的是使原问题目标函数最优，各学科级优化问 题在满足自身约束的情况下，系统级优化使得各学科级优化变量尽可能地靠近系统级分配 的目标变量，并在协调策略影响下实现整体最优。当各学科级变量的最优解与系统级传递 下来的目标变量相重合时，各学科间达到一致，完成协同优化。 然而，单一应用聚类分析技术或协同优化方法均无法实现对任意地区内配电网项 目改造开工与新建投产时序的优化协调安排。主要是由于现有聚类分析技术并无针对配电 网设备拓扑联络关系和运行状态水平的聚类计算指标，无法将配电网划分为若干个相对独 立又能互送电力的改造分区；同时，由于地区配电网内新建或改造项目繁多，不进行改造分 区划分的情况下，应用现有协同优化方法进行优化计算量大，迭代次数多，易产生错误解。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种对配电网改造期间供电能力影响最小， 对配电网供电能力综合评估指标最优的配电网主要设备新建与改造规划协同优化方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种配电网主要设备新建与改造 规划协同优化方法，其包括以下步骤：1)根据当前配电网规划期内新建、改造项目总量和 110kV及以下各电压等级配电网地理接线图，设定配电网设备拓扑联络关系指标和主要设 备运行状态水平指标，采用基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法，将配电网划分 为若干个相对独立又能互送电力的改造分区；2)采用配电网供电能力评估指标对各改造 分区内新建、改造项目对配电网供电能力、供电充裕度等指标进行评估；3)结合配电网改 造和新扩建工程的特点，基于配电网供电能力评估结果，设定配电网主要设备新建与改造 协同优化目标函数与数学模型；4)对改造分区内新建、改造项目建设时序进行随机排序， 形成若干新建与改造项目建设时序方案；然后根据协同优化数学模型，计算一定时间周期 内，改造及新建项目在不同月份开始改造或建成投产的不同时序方案的目标函数值，对不 同方案目标函数计算结果，选取目标函数值最大的方案，作为新建与改造项目建设时序的 推荐方案。 所述步骤1)中，采用所述基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法对配电 网进行改造分区划分的步骤包括：①获取当前配电网地理接线图及主要设备运行状态，设 定配电网设备拓扑联络关系指标和主要设备运行状态水平指标：配电网设备拓扑联络关系 指标是根据变电站、断路器及线路在配电网中位置与互联关系进行评分，主要设备运行状 态水平指标包括设备运行年限指标、设备健康水平指标和设备缺陷指标；②结合配电网拓 扑联络关系指标矩阵和主要设备运行状态水平指标矩阵，对110kV及以下各电压等级配电 网分别应用基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法，划分改造分区：a、对当前配电 网设备拓扑联络关系指标矩阵及主要设备运行状态水平指标矩阵，分别运用改进的分层凝 聚聚类分析算法进行聚类，得到基于配电网设备拓扑联络关系指标的改造分区和基于主要 设备运行状态水平指标的改造分区两种方案；b、110kV及以下各电压等级配电网基于设备 拓扑联络关系指标的改造分区划分，需结合上级变电站站址以及本级配电网拓扑联络关系 设定配电网设备拓扑联络关系指标矩阵，应用改进的分层凝聚聚类分析算法，得到相互匹 配的各级配电网改造分区划分方案；c、同理，结合主要设备运行状态水平指标评分结果，设 定主要设备运行状态水平指标矩阵，应用改进的分层凝聚聚类分析算法，得到110kV及以 下各电压等级配电网基于主要设备运行状态水平指标的改造分区划分方案；d、综合考虑配 电网设备拓扑联络关系指标和主要设备运行状态水平指标两类指标对改造分区聚类划分 方案的影响因素，以设备拓扑联络关系指标为约束判据，综合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网主要设备新建与改造规划协同优化方法，其包括以下步骤：1)根据当前配电网规划期内新建、改造项目总量和110kV及以下各电压等级配电网地理接线图，设定配电网设备拓扑联络关系指标和主要设备运行状态水平指标，采用基于配电网拓扑结构聚类的改造分区划分算法，将配电网划分为若干个相对独立又能互送电力的改造分区；2)采用配电网供电能力评估指标对各改造分区内新建、改造项目对配电网供电能力、供电充裕度等指标进行评估；3)结合配电网改造和新扩建工程的特点，基于配电网供电能力评估结果，设定配电网主要设备新建与改造协同优化目标函数与数学模型；4)对改造分区内新建、改造项目建设时序进行随机排序，形成若干新建与改造项目建设时序方案；然后根据协同优化数学模型，计算一定时间周期内，改造及新建项目在不同月份开始改造或建成投产的不同时序方案的目标函数值，对不同方案目标函数计算结果，选取目标函数值最大的方案，作为新建与改造项目建设时序的推荐方案。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷体钧，李红军，王旭阳，刘海波，杨卫红，吴国英，江峰青，胡滨，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11