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CN107294091A - 一种基于成本的电网降损方案优选方法 - Google Patents

一种基于成本的电网降损方案优选方法 Download PDF

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CN107294091A CN201710550046.4A CN201710550046A CN107294091A CN 107294091 A CN107294091 A CN 107294091A CN 201710550046 A CN201710550046 A CN 201710550046A CN 107294091 A CN107294091 A CN 107294091A
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陈逸君
胡欣
程松
俞浩
王兴龙
钱建平
孙维
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Taizhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Taizhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明属于电网降损技术领域，尤其涉及一种基于成本的电网降损方案优选方法。提出了一种基于降损方案的成本以及起约束性条件进行优化选择及判断的降损方案选择方法，其能充分考虑各种成本因素以及约束性条件，通过对各种降损方案的组合方式进行判断比较，辅助电网工作者选择最合适的降损方案，该方法科学合理、判断过程简明易懂，使用于在复杂电网环境中协助工作者迅速作出更科学的判断。

Description

一种基于成本的电网降损方案优选方法
技术领域
本发明属于电网降损技术领域，尤其涉及一种基于成本的电网降损方案优选方法。
背景技术
电力行业是国家经济发展支撑行业，由于现有技术水平的不足以及资源利用的不合理，电力行业普遍存在资源利用率、电源结构不合理、能源消耗大以及传输消耗大等问题，一方面，我国经济保持快速发展，社会对电量的需求持续增长，另一方面，在我国电力行业中占主体的火电受煤炭资源减少、环境要求提高的影响其应用收到诸多限制。对此，电力行业一方面寻求新能源发电技术、提高现有发电技术以缓解用电压力，一方面希望从资源利用率以及降低损耗等方面来提高电网整体的效率。电网降损即通过技术手段或者管理手段优化电网规划运行，进而降低传输损耗以及能源消耗。现有降损方法中由于涉及到复杂多变的现场环境以及各种实际需求的相互影响，因此其研究内容通常都是针对特定场合或设备提出的单一降损措施或者针对电网模型提出的概念性研究意见，缺乏基于电网整体的能够实际实施的降损方案，虽然我国在电网实际运用中总结了数量众多的降损方法，但尚难以作出合理选择利用，降损效果不理想。
发明内容
基于上述现状，本发明的目的在于提供一种能够实际应用的电网降损方案优选方法，其在考虑降损方法的效果的基础上结合各项综合指标以能够甄选出满足需求的最优方案组合。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于成本的电网降损方案优选方法，包含下列步骤，
步骤1)在调查、分析、校验该区域的各类基本配电网信息的基础上，根据生成的包含多种降损措施组合的降损方案集合，建立领域结构；
降损方案集合为：
其中，fi指第i个降损方案改造备选方案；G指互斥性，即同一种类的降损措施的不同实施方案在配电网中的实施是不可能同时发生的约束；其中i＝1,2,...,6；以此对应着缩短低压线路、无功补偿、平衡三相负荷、更换变压器容量、更换变压器型号、更换线路截面积这六种配电网降损措施；表示第i中将孙措施种类中第j种可行方案；
步骤2)确定nini种初始降损方案，给定算法参数并输入，置禁忌表TL＝φ；
步骤3)计算目标函数F＝LCCifi，选取目标函数值最小的方案作为当前最优方案Xbest＝X0并将初始降损方案列入禁忌表中；目标函数
其中
其中LCCi为第i个配电网降损备选方案的综合成本值；CIi为配电设备i的降损成本；COik、CFik、CDik分别为第k年由设备i造成的运行维护成本、故障成本与拆除回收成本；n为设备总数量；N为运行年限；rDk为第k年的贴现率rDk＝(1+rI)1-k,rI为利率；rDN为运行年限最后一年的贴现率；ΔB1k、ΔB2k、ΔB3k分别为第k年由损耗电量引起的售电费用损失、等效GDP值与碳排放罚金；和分别为第k年第a台变压器和第b条线路的年电能损耗；aall和ball分别为变压器总台数和线路总条数；K0为运行年限第一年的电量与GDP转换系数，为第m年的GDP增长率；为用电量增长与GDP增长率ρGDP的关系式；αk、βk、γk分别是指电力工业碳排放比重系数(一般取值0.4)、待降损省份的电力系统碳排放比重系数、待降损配电网的碳排放比重系数；ηf指配电网电源中火电所占比重；为第k年全国各行业的总碳排放额度；
步骤4)产生nnei种相邻方案，相邻方案是根据领域结构中不同变量内的变动而产生，相邻方案与初始方案只在一个变量上发生了变化，且禁忌表中的降损方案不能作为相邻方案；
步骤5)计算各个相邻方案的约束条件指标集，其是否满足约束条件集，对于不满足约束条件的相邻方案，在其目标函数中附加上极大的惩罚值；其中约束条件集及其指标可表示为，
Ts为统计总时间，Toff为不计系统电源不足造成限电的停电时间；RSN为规定限制；和为第k次停电事故的停电用户数与停电时间；noff为停电事件数；AIN为规定值；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；Il和Imax为实际传输容量和最大传输容量；CIj指第j项措施的降损成本；R为降损方案的措施组合；CI指投资限制；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；
步骤6)计算相邻方案的目标函数，若此时最优目标函数小于当前最优方案的目标函数，则替换该相邻方案为当前最优方案Xbest＝X*；
步骤7)若终止条件不满足，则继续步骤4),否则输出当前最优方案作为最优的配电网降损实施方案。其中，终止条件是通过给定最优方案选取连续保持不变的最大迭代次数k,若经过k次迭代，当前最优方案都保持不变，则当前最优方案为全局最优方案；
其中在实际实施过程中，根据设备数目量以及实际需求，可能仅仅涉及到其中几个步骤或者以不同顺序执行上述步骤。
特别的，针对备选方案个数较少情况下的配电网降损改造备选方案集，可以通过对每一个降损改造备选方案的决策目标函数进行计算，对于满足决策约束条件的配电网降损改造备选方案，直接比较各个方案的决策目标函数优劣，应用择优选择原优选出综合成本最优的配电网降损规划方案。
其有益效果在于：
本发明提出了一种基于降损方案的成本以及起约束性条件进行优化选择及判断的降损方案选择方法，其能充分考虑各种成本因素以及约束性条件，通过对各种降损方案的组合方式进行判断比较，辅助电网工作者选择最合适的降损方案，该方法科学合理、判断过程简明易懂，使用于在复杂电网环境中协助工作者迅速作出更科学的判断。
附图说明
图1是本发明的实施过程流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本发明的一种基于成本的电网降损方案优选方法是以现有电网技术水平，结合国内电网电能损耗现状为基础进行的，在充分研究国内电网背景数据以及多种降损措施的基础上，本发明优选了在实际使用中应用效果好、应用范围广以及综合效应佳的六种降损措施作为组合方案的备选项，在实际应用中，根据实际应用范围及需求也可以增减其他降损措施并采用其他指标数据对优选方法进行完善和发展。
这六种降损措施包括：
1、缩短低压路线，通过降低由于线路自身阻抗产生的功率损耗实现降损，在实际应用中通常采用将中压线延伸至负荷点或等效负荷中心等方法来实现。
2、无功补偿，通过无功补偿减少电网中流动的无功功率，避免大量无功功率在配电网中流动导致的电能损耗，根据实际需求不同，常采用配电变压器集中补偿或者用户终端分散补偿等方式。
3、平衡三相负荷，通过降低三项不平衡程度来实现降损，通常使用人工定期测量调节不平衡度或者通过安装三项不平衡无功补偿装置等方式来实现平衡三相负荷的目的。
4、更换变压器容量，通过合理配置更换变压器容量，降低变压器损耗，降低电网总体消耗。
5、更换变压器型号，即采用节能变压器替换老式变压器，降低配电网损耗中变压器的额定空载损耗以及负载损耗。
6、更换线路截面积，通过采用大线径线缆，减少配电网中线路损耗，降低单位符合下有功及无功损耗。
由于配电网中包含大量随机、模糊的不确定因素，电网的损耗也呈现不确定性，在进行配电网降损方案的选择过程中，应当根据降损措施实现的降损电量(即通过降损方案避免损失掉的的那部分电量)相应的综合成本来对降损方案进行评判，根据实际应用的需要即电网特点，主要从降损电量对应的直接费用，降损电量所能产生的等效GDP效益，降损电量所能产生的低碳效益来进行评判。
降损电量所引起的直接费用，最直接也是最重要的部分是电费ΔB1，且等于降损电量ΔL与对应电价σ的乘积，即
和分别为第k年第a台变压器和第b条线路的年电能损耗；aall和ball分别为变压器总台数和线路总条数；
降损电量所能产生的GDP效益，社会用电量与GDP呈强相关性联系，降损电量与其所能产生的等效GDP效益ΔB2可用ΔB2＝ΔL*K表示，即其中Kk为第k年的电量与GDP转换系数，K为电量与GDP转换系数，可通过SPSS对历史数据进行相关性分析得到用电增长率ρe与GDP增长率ρGDP的关系式ρe＝f(ρGDP)来确定K。由统计得到运行年限前一年(第0年)电量与GDP转换系数，即K0＝W0/GDP0，在统计结果的基础上，可以得到运行年限中第k年的GDP转换系数K0为运行年限第一年的电量与GDP转换系数，为第m年的GDP增长率；为用电量增长与GDP增长率ρGDP的关系式。
降损电量所能产生的低碳价值，由于碳排放量的配额限制，碳排放限额交易系统成为世界范围内的交易体系，电力工业作为最主要的矿物能消耗产业，其碳排放占据主要部分，降损方案带来的碳排放价值ΔB3＝L*(MCr-MCn)其中L指碳价，MCr和MCn分别是指配电网的实际碳排放量与碳排放额度，用表示第k年全国各行业的总碳排放额度，则待降损电网的第k年碳排放额度可表示为其中αk、βk、γk分别是指电力工业碳排放比重系数(一般取值0.4)、待降损省份的电力系统碳排放比重系数、待降损配电网的碳排放比重系数；即电网系统中火电属于其最主要的碳排放模式，火电产生的碳排放量可表示为其中f指单位燃料燃烧充分所排放的碳量，q指燃烧的单位发热量，G指电源转换效率，则第k年实际的碳排放量可表示为ηf指配电网电源中火电所占比重；
因此易知的，当ΔB3k为正式表示当前排放造成经济损失，反之ΔB3k为负时则会产生经济效应。
在进行降损方案的选择的时候，不仅需要考虑降损方案带来的降损电量相关的效益，还需要考虑实施降损方案过程中的成本支出、后期维护、可能出现的故障以及拆除回收等成本因素。因此降损方案合理的成本计算方法可表示为
其中LCCi为第i个配电网降损备选方案的综合成本值；CIi为配电设备i的降损成本；COik、CFik、CDik分别为第k年由设备i造成的运行维护成本、故障成本与拆除回收成本；n为设备总数量；N为运行年限；rDk为第k年的贴现率rDk＝(1+rI)1-k,rI为利率；rDN为运行年限最后一年的贴现率。
在利用上述公式及方法对待降损电网进行降损方案判断获取了各降损方案的效益情况之后，往往还不能直接应用其具有最佳效益的降损方案，因为在电网运行过程中不仅需要考虑经济效益更需要保证电网整体的运行稳定，因此通过上述过程获得多个优选降损方案之后，还需要根据因电网运行的需要产生的若干约束性条件进行判断，其中电网系统中最主要的约束性包括：电网可靠性约束、供电稳定性约束、电压偏差约束、传输限制约束以及成本限制约束。
电网可靠性约束是指其可靠性应当不低于规定限值RSN，使用RS指标表示可靠性，则应当满足其中Ts为统计总时间，Toff为不计系统电源不足造成限电的停电时间。
供电稳定性约束是指用户和平均停电时间AI应当不超过预先设定的规定限制AIN，即其中
和为第k次停电事故的停电用户数与停电时间；noff为停电事件数。
电压偏差约束是指降损措施造成电网的电压偏差的绝对值不超过标准电压的7％，即其中Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压。
传输限制约束是指实施降损方案之后线路传输的实际传输容量不能超过线路最大传输容量，传输容量一般用传输电流来表示，即应当满足Il≤Imax，Il、Imax分别是指实际传输容量以及最大传输容量。
成本限制是指采取的降损方案需要耗费的成本应当在预设成本限制之内，即其中CIj分别是指第j项降损措施的降损成本、CI是指成本限制，R是指降损方案的组合。
基于上述基础，本发明的基于成本的电网降损方案优选方法的具体实施步骤包括：
步骤1)在调查、分析、校验该区域的各类基本配电网信息的基础上，根据生成的包含多种降损措施组合的降损方案集合，建立领域结构；
降损方案集合为：
其中，fi指第i个降损方案改造备选方案；G指互斥性，即同一种类的降损措施的不同实施方案在配电网中的实施是不可能同时发生的约束；其中i＝1,2,...,6；以此对应着缩短低压线路、无功补偿、平衡三相负荷、更换变压器容量、更换变压器型号、更换线路截面积这六种配电网降损措施；表示第i中将孙措施种类中第j种可行方案；
步骤2)确定nini种初始降损方案，给定算法参数并输入，置禁忌表TL＝φ；
步骤3)计算目标函数F＝LCCifi，选取目标函数最优的方案作为当前最优方案Xbest＝X0并将初始降损方案列入禁忌表中；目标函数
其中
其中LCCi为第i个配电网降损备选方案的综合成本值；CIi为配电设备i的降损成本；COik、CFik、CDik分别为第k年由设备i造成的运行维护成本、故障成本与拆除回收成本；n为设备总数量；N为运行年限；rDk为第k年的贴现率rDk＝(1+rI)1-k,rI为利率；rDN为运行年限最后一年的贴现率；ΔB1k、ΔB2k、ΔB3k分别为第k年由损耗电量引起的售电费用损失、等效GDP值与碳排放罚金；和分别为第k年第a台变压器和第b条线路的年电能损耗；aall和ball分别为变压器总台数和线路总条数；K0为运行年限第一年的电量与GDP转换系数，为第m年的GDP增长率；为用电量增长与GDP增长率ρGDP的关系式；αk、βk、γk分别是指电力工业碳排放比重系数(一般取值0.4)、待降损省份的电力系统碳排放比重系数、待降损配电网的碳排放比重系数；ηf指配电网电源中火电所占比重；为第k年全国各行业的总碳排放额度；
步骤4)产生nnei种相邻方案，相邻方案是根据领域结构中不同变量内的变动而产生，相邻方案与初始方案只在一个变量上发生了变化，且禁忌表中的降损方案不能作为相邻方案；
步骤5)计算各个相邻方案的约束条件指标集，其是否满足约束条件集，对于不满足约束条件的相邻方案，在其目标函数中附加上极大的惩罚值；其中约束条件集及其指标可表示为，
Ts为统计总时间，Toff为不计系统电源不足造成限电的停电时间；RSN为规定限制；和为第k次停电事故的停电用户数与停电时间；noff为停电事件数；AIN为规定值；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；Il和Imax为实际传输容量和最大传输容量；CIj指第j项措施的降损成本；R为降损方案的措施组合；CI指投资限制；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；
步骤6)计算相邻方案的目标函数，若此时最优目标函数小于当前最优方案的目标函数，则替换该相邻方案为当前最优方案Xbest＝X*；
步骤7)若终止条件不满足，则继续步骤4),否则输出当前最优方案作为最优的配电网降损实施方案。其中，终止条件是通过给定最优方案选取连续保持不变的最大迭代次数k,若经过k次迭代，当前最优方案都保持不变，则当前最优方案为全局最优方案；
其中在实际实施过程中，根据设备数目量以及实际需求，可能仅仅涉及到其中几个步骤或者以不同顺序执行上述步骤。
特别的针对备选方案个数较少情况下的配电网降损改造备选方案集，可以通过对每一个降损改造备选方案的决策目标函数进行计算，对于满足决策约束条件的配电网降损改造备选方案，直接比较各个方案的决策目标函数优劣，应用择优选择原优选出综合成本最优的配电网降损规划方案。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种基于成本的电网降损方案优选方法，其特征在于，包含下列步骤，
步骤1)在调查、分析、校验该区域的各类基本配电网信息的基础上，根据生成的包含多种降损措施组合的降损方案集合，建立领域结构；
降损方案集合为：
其中，fi指第i个降损方案改造备选方案；G指互斥性，即同一种类的降损措施的不同实施方案在配电网中的实施是不可能同时发生的约束；其中i＝1,2,...,6；以此对应着缩短低压线路、无功补偿、平衡三相负荷、更换变压器容量、更换变压器型号、更换线路截面积这六种配电网降损措施；表示第i中将孙措施种类中第j种可行方案；
步骤2)确定nini种初始降损方案，给定算法参数并输入，置禁忌表TL＝φ；
步骤3)计算目标函数F＝LCCifi，选取目标函数值最小的方案作为当前最优方案Xbest＝X0并将初始降损方案列入禁忌表中；目标函数
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其中
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其中LCCi为第i个配电网降损备选方案的综合成本值；CIi为配电设备i的降损成本；COik、CFik、CDik分别为第k年由设备i造成的运行维护成本、故障成本与拆除回收成本；n为设备总数量；N为运行年限；rDk为第k年的贴现率rDk＝(1+rI)1-k,rI为利率；rDN为运行年限最后一年的贴现率；ΔB1k、ΔB2k、ΔB3k分别为第k年由损耗电量引起的售电费用损失、等效GDP值与碳排放罚金；和分别为第k年第a台变压器和第b条线路的年电能损耗；aall和ball分别为变压器总台数和线路总条数；K0为运行年限第一年的电量与GDP转换系数，为第m年的GDP增长率；为用电量增长与GDP增长率ρGDP的关系式；αk、βk、γk分别是指电力工业碳排放比重系数(一般取值0.4)、待降损省份的电力系统碳排放比重系数、待降损配电网的碳排放比重系数；ηf指配电网电源中火电所占比重；为第k年全国各行业的总碳排放额度；
步骤4)产生nnei种相邻方案，相邻方案是根据领域结构中不同变量内的变动而产生，相邻方案与初始方案只在一个变量上发生了变化，且禁忌表中的降损方案不能作为相邻方案；
步骤5)计算各个相邻方案的约束条件指标集，其是否满足约束条件集，对于不满足约束条件的相邻方案，在其目标函数中附加上极大的惩罚值；其中约束条件集及其指标可表示为，
Ts为统计总时间，Toff为不计系统电源不足造成限电的停电时间；RSN为规定限制；和为第k次停电事故的停电用户数与停电时间；noff为停电事件数；AIN为规定值；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；Il和Imax为实际传输容量和最大传输容量；CIj指第j项措施的降损成本；R为降损方案的措施组合；CI指投资限制；Ure、UN分别为节点的运行电压和额定电压；
步骤6)计算相邻方案的目标函数，若此时最优目标函数小于当前最优方案的目标函数，则替换该相邻方案为当前最优方案Xbest＝X*；
步骤7)若终止条件不满足，则继续步骤4),否则输出当前最优方案作为最优的配电网降损实施方案。其中，终止条件是通过给定最优方案选取连续保持不变的最大迭代次数k,若经过k次迭代，当前最优方案都保持不变，则当前最优方案为全局最优方案；
其中在实际实施过程中，根据设备数目量以及实际需求，可能仅仅涉及到其中几个步骤或者以不同顺序执行上述步骤。
2.根据权利要求1所述一种基于成本的电网降损方案优选方法，其特征在于，针对备选方案个数较少情况下的配电网降损改造备选方案集，可以通过对每一个降损改造备选方案的决策目标函数进行计算，对于满足决策约束条件的配电网降损改造备选方案，直接比较各个方案的决策目标函数优劣，应用择优选择原优选出综合成本最优的配电网降损规划方案。
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