[发明专利]一种配电网接线方法

权利要求书

1.一种配电网接线方法，其特征在于，该方法

以基元接线方式为配电网输送电能的基本单位；

所述基元接线方式为由电源直接到负荷的点对点接线方式，包括架空基元接线和电缆基

元接线两种；

该方法含有步骤：

（1）确定基元接线种类和数量

首先定义“基元组合变量”，基元组合变量用四元组（x,U,G,M）来表征，其中，x代表基元接线类型，U代表规划区域性质，G代表区域负荷属性，M代表约束条件；每一个由基元接线构建的配电网接线方式均要满足相应的配电网边界条件；

（2）推理生成配电网接线方式

根据所建立的基元组合变量，利用模糊推理的方法生成配电网接线方式；其中基元接线组合原则库R来源于对基元组合变量中四项元素的合理分析，在模糊推理理论中，对应于一个多输入多输出系统，x、U、G、M 分别为四个输入数据项，每一项又包含多个输入变量，R₁、R₂、R₃、R₄分别为对应于基元组合变量的规则库；确定基元组合变量每一项的具体数值后，根据模糊推理方法输出基元接线组合方式，即配电网接线方式，在同一个输入条件下，可能有多个满足条件的接线方式输出；

（3）评价配电网接线方式

（3.1）可靠性评价；

（3.2）经济性评价；

（3.3）安全性评价；

（4）选择最优接线方式

引入模糊隶属度函数解决各种指标量纲不一致的问题，并通过动态加权实现对不同侧重点下最优接线方式的选择。

2.根据权利要求1所述的一种配电网接线方法，其特征在于，该方法

以基元接线方式为配电网输送电能的基本单位；

所述基元接线方式为由电源直接到负荷的点对点接线方式，包括架空基元接线和电缆基

元接线两种；

该方法含有步骤：

步骤一：确定基元接线种类和数量

首先，根据规划区经济发展趋势、地理条件因素确定采用架空基元接线或电缆基元接线；其次，根据规划区域供电的电源点容量与出线数，计算每个基元接线的供电容量，并根据规划区负荷总容量确定需要基元接线的数量；设电源点容量为P₁，负载率为θ，变电站出线数为n，规划区负荷容量为P₂，所需基元接线数量为

N=P₂/(P₁θ/n)                         (1)

步骤二：根据基元接线组合生成配电网接线方式

基元组合变量由一个四元组（x,U,G,M）来表征，x代表基元接线类型，U代表规划区域性质，G代表区域负荷属性，M代表约束条件；

（1）基元接线类型x_i(i=1,2)：对于每一个规划区域，根据实际情况选择架空基元接线x₁或电缆基元接线x₂；

（2）规划区域属性U_i(i=1,2,3,4)：规划区域属性主要包括规划区形状U₁、面积U₂、气候条件U₃和地形U₄对配电网接线方式影响较大的因素，其中，地形主要考虑平原、丘陵、一般山地、泥沼地带和高山类别；

（3）区域负荷属性G_i(i=1,2,3,4)：区域负荷属性主要考虑负荷等级G₁、负荷性质G₂、负荷变化规律G₃和负荷发展趋势G₄；

根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，将G₁分为一级负荷、二级负荷和三级负荷，不同负荷等级其对供电电源的要求为：一级负荷至少应有两个电源供电，二级负荷一般应有两回线路供电，三级负荷一般单电源供电；

根据用户的性质，将用电负荷性质G₂分为工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷、人民生活用电负荷和其他负荷，在配电网线路规划时应根据规划区实际负荷情况进行分析；

（4）约束条件M_i(i=1,2,…,7)：基元接线组合形成的网络需满足配电网固有的约束条件，包括：潮流约束M₁，短路电流限制M₂，可靠性要求M₃，经济性要求M₄，安全性要求M₅，电压水平M₆和建设许可要求M₇；

在确定基元组合变量的基础上，采用模糊推理方法由基元接线组合获取可行的配电网接线方式；

基元接线组合推理配电网接线方式的模型描述为：

R_i:  if y(k) is A_i1 and y(k-1) is A_i2 and ,…, and y(k-n+1) is A_in

and u(k) is B_i1 and u(k-1) is B_i2 and ,…, and u(k-m+1) is B_im

then y(k+1) is C_i

其中，模型中的y(k)和A_in分别表示规则库R第k条规则的前提条件和对应的输出，n代表规则的数量；u(k)和B_im代表基元组合变量中的数据类型项，即，与x,U,G,M对应的数值；y(k+1)表示根据结合输入基元组合变量信息和规则而得到的输出，即为配电网接线方式；在同一个输入条件下，可能有不止一个满足条件的C_i 输出；

步骤三：评价配电网接线方式

对配电网接线方式的评价主要包括可靠性评价、经济性评价和安全性评价，并建立对应指标的隶属度函数，引入动态权值思想构建全面的综合评价体系，实现对最优接线方式的选择；

（1）可靠性评价

可靠性评价分别从系统平均停电频率指标F_SAIFI、系统平均停电持续时间指标F_SAIDI和平均供电可靠率指标η_ASAI三个方面进行分析；

FSAIFI=ΣiλsiNiΣiNi---(2)]]>

FSAIDI=ΣiNiNiΣiNi---(3)]]>

ηASAI=8760ΣiNi-ΣiuiNi8760ΣiNi---(4)]]>

其中，λ_si为负荷点i 的平均停运率；U_i 为负荷点i的年平均停电时间；N_i为负荷点i的用户数；

根据可靠性指标的属性，利用模糊统计方法建立F_SAIFI的隶属度函数为：

μ1=e-m0<m≤m00m≥m0---(5)]]>

其中，m为系统平均停电频率，m₀为最大允许平均停电频率，根据实际需要设定数值；μ₁是m的减函数，且其隶属度值在一个合理的范围内，符合F_SAIFI指标的性质；

F_SAIDI隶属度函数为：

μ2=e-(ti-0.012)ti>0.011ti≤0.01---(6)]]>

其中，ti为系统平均停电持续时间（h），μ₂随ti的增加而合理减小；

η_ASAI隶属度函数为：

μ3=1043η+(1-1043)η>η00η≤η0---(7)]]>

其中，η为系统平均供电可靠率指标，假设取η₀=0.9997为系统平均供电可靠率参考值，当η取值介于99.97%～100%之间时，μ₃随着η的增加而递增，符合基元接线ASAI满意度的变化趋势；当η≤η₀时，μ₃=0，满足实际计算要求；

（2）经济性评价

经济性评价主要包括财务效益评估和技术经济效益评估两方面；财务评估指标包括财务净现值率N_PVR 和内部收益率I_RR，二者值越大，说明配电网接线方案的经济效益越好；

NPVR=NPVIP---(8)]]>

其中，N_PV 为净现值， I_P 为投资的现值；N_PV 的计算公式为：

NPV=Σt=1T(CI-CO)t(1+i)-t---(9)]]>

其中，CI为现金流入，CO为现金流出，t指现金流量发生在第t年，i为折现率，T为计算期；

内部收益率I_RR采用内插法来近似求解：

IRR=i1+NPV(i1)NPV(i1)+|NPV(i2)|(i2-i1)---(10)]]>

其中，i₁、i₂ 分别为试算所取的较低和较高折现率；N_PV (i₁)、N_PV (i₂)分别为对应于i₁、i₂的净现值；

技术经济效益评估中，采用单位总资产的最大预期收益作为评价指标F_P：

FP=FmaxCE---(11)]]>

其中，Fmax 为电网最大预期收益；C_E 为电网的总资产；Fmax的计算公式为：

F_max=E_max×p_out-Ca′×(1-ΔA%)×8760×p_in          (12)

其中，E_max=pCa′×(1-ΔA%)×8760×ASAI为电网最大预期售电量，p_out为研究范围内的平均售电价格，p_in为研究范围内的平均购电价格，Ca’为供电能力，ΔA%为线损率，ASAI为系统平均供电可靠性指标；

由于N_PVR与I_RR的值本身介于0~1之间，因此，隶属度函数分别为μ₄= N_PVR，μ₅=I_RR；

F_P 隶属度函数为：

μ6=1,FP≥FPmaxFP-FPminFPmax-FPmin,FPmin<FP<FPmax0,FP≤FPmin---(13)]]>

其中，F_Pmin、F_Pmax分别为最小、最大的单位负荷年费用；当F_P ≤F_Pmin时，隶属度为0；当F_P≥F_Pmax时，隶属度为1；当F_Pmin <F_P <F_Pmax时，μ₆随F_P的增加而增加，F_Pmin与F_Pmax的值可以根据实际情况确定；

（3）安全性评价

定义子指标故障后能量损失率和故障后时户数损失率为：

CFE=(TFL·λL·L+TFS·λs·n)Σi=1NF(SFi·γFi)Σj=1NS(SSj·γSj)---(14)]]>

CFC=(TFL·λL·L+TFS·λs·n)Σi=1NF(γFi)Σj=1NS(γSj)---(15)]]>

其中，T_FL为线路故障平均修复时间，λ_L为支路线路故障率，L为支路长度，T_FS为分段开关故障平均修复时间，λ_S为支路分段开关故障率，n为支路分段开关个数（通常为1），为第i个损失用户的容量，为系统第j个用户的容量，是第i个被切除用户的等级因子，是系统第j个用户的等级因子，N_F为故障后所有损失的用户数，N_S为系统总用户数，γ为等级因子（0＜γ≤1，γ越大，表明该用户的供电优先级越高）；

将故障后能量损失率C_FE和故障后时户数损失率C_FC加权求和，得到单一故障严重程度指标：

C_F=w₁·C_FE+w₂·C_FC                     (16)

其中，w₁和w₂分别为能量损失率和用电时户数损失率的权重系数，w₁+w₂=1；若取值不同，反映不同的评价侧重点，一般情况下，二者可都取0.5；

为了能够反映所有可能的支路故障对配电网接线造成的影响，定义系统的故障严重程度指标为：

CSF=(Σi=1NBCFi)/NB---(17)]]>

其中，N_B 为支路数； 为第i 条支路的单一故障严重程度指标；

考虑接线故障恢复情况，建立接线故障恢复指标：

k′=Σi=1NB(ki+1)/(CFi+1)Σj=1NB1(CFj+1)---(18)]]>

其中，是为了考虑某些环网式接线中的情况；

把故障严重程度指标和接线故障恢复指标结合起来，得到接线安全指标：

S_S=k′/C_SF                           (19)

当一种配网接线的安全性越高，故障后甩负荷的概率会越小，故障造成的不利影响越小，即C_SF越小，S_S越大；

结合对两个安全性指标的分析，定义C_SF的隶属度函数为：

μ7=1e10CSF---(20)]]>

S_S的隶属度函数为：

μ8=11+2.5-(SS+50)·10-2---(21)]]>

其中，μ₈取值 在0~1之间，且随着S_S的增加而缓慢递增，符合S_S的增长趋势；

为了使所建立的综合评价体系能反映不同规划区的实际情况，设定每个权值w_i可以根据规划者对基元组合变量中不同元素的侧重而变化，则配电网的基元接线动态综合评价指标z可以表示为

z=Σi=18wiμi---(22)]]>

其中，0<w_i<1，；

根据不同规划区的不同约束条件调整权值，以综合满意度指标最高的接线方式作为配电网典型接线方式；

步骤四：选择最优接线方式

根据对每种基元接线组合方式的综合评价结果，选择最优的组合方式作为适合规划区用电需求的接线网络结构。