（电气工程专业论文）清远市区配电网规划研究及其应用.pdf

摘要 摘要 城市配电网是电力系统的重要组成部分，随着经济的发展、人民生 活水平的提高，城市配电网的作用越来越重要。但城市配电网络存在供 电容量不足、电网结构不合理、可靠性差、电能质量低、网络损耗大等 问题。要改变这种状况，除增加建设资金投入外，就技术手段而言，问 题的关键所在是制订科学、合理、适用的配电网建设规划。 本论文的成果来源于作者从事清远市区中低压配电网规划课题研 究，作为课题研究的技术理论部分，本文分析了清远市区配电网现状、 特点、存在问题及建设改造目标；结合规划实际需要，提出了优选组合 负荷预测法、基于支路电流的潮流改进前推后代法、可靠性分析f d 法、 网络结构优化法、配电网无功经典优化法、确定最佳方案的模糊综合评 判法等基本技术；并对配电网规划相关的中性点接地方式选择、配网自 动化规划、变压器经济运行等技术问题进行了思考：本文还根据本次规 划的成果，对清远市区配电网规划建设的实际效果进行了比较分析。 负荷预测是配网规划的前提，本文提出了优选组合负荷预测法，利 用了系统动力学建模、模糊聚类识别、回归分析三种预测模型，在分析 负荷历史数据的基础上，根据优化原理确定三种预测模型预测结果的权 重，最终得到负荷预测的加权值，该方法考虑的因素较全面，具有较强 实用性。 配电网络潮流计算是配电网络分析的基础，本文提出基于支路电流的 潮流改进前推后代法，可有效地避免因配电网r x 值较高造成牛顿一拉夫 逊法和其派生的p q 分解法不易收敛的情况，而且不需要输入每一个节点 的连接节点数、连接节点和节点连接关系，具有收敛性好、原始数据输 入简单等特点，在实际应用中取得良好效果。 提高供电可靠性是配电网规划的主要目标，配电网可靠性分析对提高 配电系统的供电可靠性具有重要的意义。本文应用可靠性分析f d 法，通 过状态空间图反映系统的所有状态，并利用状态转移率将不同状态有机 地连接起来，通过分析状态之间的转移关系，评估系统的可靠性。该方 法具有逻辑关系清晰，计算简单方便等特点。 为使城市配电网络结构更加合理，提高供电能力和供电质量，规划过 程需要对配电网络结构进行认真分析，本文提出了升高配电网送电电压、 简化配电网电压等级；合理确定变电站变压器容量；合理确定变电站最 华南理工大学工程硕士学位论文 佳供电范围；合理确定配电网络接线方式；合理确定主干线联络开关位 置和分段开关位置等技术措施。 无功规划是城市配电网规划中的重要的组成部分，本文运用配电网无 功经典优化法，确定补偿设备容量和位置，具有简单、方便的特点，对 于规模较小、结构简单的系统，该方法取得理想的效果。 配电网规划方案的选择是一项复杂的工作，决策需要考虑的因素很 多，用传统的方法很难得到较满意的结论。本文采用模糊综合判断，妥 善地解决了决策因素的模糊性，使被判断因素规化为可比、可量化的指 标，从而得到最佳的规划方案。 配电网规划的最终目的是指导配电网的建设改造，本文在研究规划 涉及的有关技术的基础上，提出了城市配电网规划的技术原则，分析了 规划的方法和步骤，并运用详尽的实例分析了规划成果在清远市区配电 网建设改造所取得的具体效果。通过实践，证明了本次规划所采用的方 法、原理和提出的技术改造原则，是科学、合理、适用的，对今后清远 市区配电网规划建设具有重要的指导意义。 关键词负荷预测：潮流计算；可靠性分析；无功规划；模糊综合评判 a b s t r a c t a b s t r a c t d i s t r i b u t i o ns y s t e mi sa n i m p o r t a n tp a r to fp o w e rs y s t e m w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fe c o n o m ya n dr a i s eo fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，d i s t r i b u t i o ns y s t e m p l a y i n gam o r e a n dm o r e i m p o r t a n tr o l e i np r a c t i c e ，t h e r ea r em a n yp r o b l e m se x i s t i n gi nd i s t r i b u t i o n s y s t e m ，f o ri n s t a n c e ，f r a i ls t r u c t u r e ，l o wr e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y , h e a v yl o s so n s y s t e m ，e t c ，t oc h a n g et h e s es t a t u s ，o n l ys p e n tm o r em o n e yt ob u i l ds y s t e mi sn o t e n o u g h ，t h e m o s tb a s i cm e t h o di sm a k i n gas c i e n t i f i c ，r e a s o n a b l e 。s u i t a b l ed i s t r i b u t i o n s y s t e mp l a n n i n g t h ea u t h o ro ft h i st h e s i sh a dt a k e np a r ti n t ot h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n g p r o j e c to fq i n g y u a nc i t y i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o ra n a l y s e dt h ec u r r e n ts t a t u s ，t h e f e a t u r e s ，t h ep r o b l e m so fq i n g y u a nd i s t r i b u t i o ns y s t e m a n ds o m ek e yt e c h n i c a l m e t h o d sw e r ed e e ps t u d i e d ，s u c ha sl o a df o r e c a s t i n gm e t h o d s ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t ye v a l u a t i o n ，n e t w o r ks t r u c t u r e o p t i m i z i n gm e t h o d s ，r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z i n gm e t h o d s ，f u z z yi n t e g r a le v a l u a t i o n a t t h es a l v e t i m e ，n e u t r a l p o i n te a r t h i n g m e t h o d si n1 0 k vd i s t r i b u t i o n n e t w o r k ， d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o np l a n n i n g ，t r a n s f o r m e re c o n o m i c a lo p e r a t i o na r et h o u g h to f a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h ed i s 砸b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g t h ea u m o r a l s oa n a l y s e d t h ee f f e c t so f q i n g y u a n d i s t r i b u t i o nn e t w o r k b u i l d i n ga n dr e f o r m i n g 1 0 a df o r e c a s t i n gi st h ep r e c o n d i t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g t h ea u t h o r a d o p t e da no p t i m i z i n gc o m b i n el o a df o r e c a s t i n gm e t h o d c o n s i d e r i n gs e v e r a ll o a d f o r e c a s t i n gm o d e l s ，t h er e s u l t s o fe a c hm o d e la r ec o m p a r e d 。t h e r e f o r t h ew e i g h c o e f f i c i e n to fe a c hm o d e li sd e t e r m i n e db ya no p t i m i z i n gm e t h o d ，a tt h ee n d ，a s a t i s f y i n gr e s u l ti sr e a c h e d t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n a l y s i sb a s e do np o w e rf l o wc a l c u l a t i o n n 峙t h e s i s p u t sf o r w a r dab a c k f o r w a r ds w e e pa l g o r i t h m b a s e do nb r a n c hc u r r e n tf o rd i s t r i b u t i o n s y s t e m t h et o p o l o g ys t r u c t u r et a b l eo fd i s t r i b u f i o nn e t w o r ki sd e f i n e db a s e do nt h e s i m p l ei n p u td a t a ，a n dt h ed e p t h - f i s t hs t r a t e g yi se m p l o y e d t oi d e n f i f yh i b e r a r c h ya n d n o d e sq u e u es od e c i d i n gt h en o d e ss e q u e n c ef o rp o w e rf l o wc a l c u l a t i o n e x p e r i m e n t r e s u l t ss h o wt i l i sb a c k - f o r w a r ds w e e p a l g o r i t h mi sw e l lt h a nt h et r a d i t i o n a lm e t h o d s 0 n eo fm a i ng o l df o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi se n h a n c i n gt h en e t w o r k r e l i a b i l i t y i nt h i st h e s i s t h ea u t h o ra d o p tt h ef r e q u e n c ya n dd u r a t i o nm e 山o dt o e v a l u a t et h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t y e v e r ys t a t eo fs y s t e mc a nb er e f l e c t e db y s t a t es p a c ed i a g r a m ，a l ls t a t e sa r ec o n n e c t e d b ys t a t et r a n s i t i o nr a t e t h r o u g hs t u d y i n g t h et r a n s i t i o nr e l a t i o n s h i po f e a c hs t a t e ，w ec a ne v a l u a t et h en e t w o r k r e l i a b i l i t y i no r d e rt om a k ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ks t r u c t u r er e a s o n a b l e 。r a i s et h ea b i l i t yo f p o w e rs u p p l y , i n c r e a t et h eq u a l i t y o f p o w e rs u p p l y , w es h o u l da n a l y s ec o n s c i e n t i o u s l y t h es t r u c t u r eo fd i s t r i b u f i o nn e t w o r k i nt h et h e s i s ，t h ea u t h o rp u tf o r w a r ds o m e t e c h n i c a l m e a n s ，s u c h a s r a i s i n g t h et r a n s m i s s i o n v o l t a g e o fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k ，s i m p l i f yv o l t a g el e v e l s o fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , r e a s o n a b l es e l e c t i n gt h e c a p a c i t yo ft r a n s f o r m e r , r e a s o n a b l ed e t e r m i n i n gt h ep o w e rs u p p l yf i e l do fs t a t i o n ， r e a s o n a b l ed e c i d i n gt h ep l a c eo f c o n n e c t i n gs w i t c ha n da p a r ts w i t c h ，e t c r e a c t i v ep o w e r p l a n n i n gi so n eo f m a i nc o n t e n to fd i s t n b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g ， 华南理工大学工程硕士学位论文 t h ea u t h o ra d o p tac l a s s i c a lr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o nm e t h o dt od e t e r m i n et h e r e a c t i v ep o w e re q u i p m e n t sc a p a c i t ya n dp l a c e a p p l i e di ns m a l ls c a l ea n ds i m p l e s y s t e m ，霹虹sm e t h o da c h i e v eag o o dr e s u t t s ， i ti sav e r yd i f f i c u l tt os e l e c tt h e p r o j e c to f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g ，i tn e e d t l l i n ko fm a n yf a c t o r s i no r d e rt ot a k em a n yu n c e r t a i nf a c t o r sd u r i n gt h ed i s t r i b u f i o n p l a n n i n gi n t oa c c o u n t ，af u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni si n t r o d u c e dt ot h e 纛n a l d e c i s i o nm a k i n gs t a g eo fp l a n n i n gp r o j e c t s t h ee v a l u a t i o ns y n t h e s i z e st h ed i f i e r e n t s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yf a c t o r so fp l a n n i n g p r o j e c t s , n m n yu n c e r t a i na n dc e r t a i n f a c t o r sc a nb e e x p r e s s e d ，a n dt h er e s u l t sw i l tb em o r e r e a s o n a b l e ， t h ef i n a la i do fp l a n n i n gi st od i r e c tt h ep r a c d c e o nt h eb a s eo fk e yt e c h n i c a l m e t h o 瓠。t h ea u t h o rp u tf o r w a r dt h et e c h n i c a lp r i n c i p l e so fd i s t r i b u t i o n s y s t e m p l a n n i n g ，a l s oa n a l y s et h ep h n n i n g m e t h o d sa n dp r o c e d u r e s t h r o u l g ha l lo v e r a l la n d d e e pi n v e s t i g a t i o na n ds t u d yo uq i n g y u a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h ep r a c t i c ep r o v e s t h a tt h e s em e t h o d sa r es c i e n t i f i c , r e a s o n a b l ea n du s e f u l k e y w o r d sl o a df o r e c a s t i n g ；p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ；r e l i a b i f i t ye v a l u a t i o n ；r e a c t i v e p o w e rp l a n n i n g ；f u z z yi n t e g r a le v a l u a t i o n l v 第一章绪论 第一章绪论 1 1 配电网规划的重要性 电力网络作为电力系统的重要组成部分，主要作用是将电源点发出 的电能经高压输电网络输送到负荷中心，并在适当的位置转换成电压等 级较低的电能分配到各用户，以满足国民经济和人民生产、生活用电需 要。在电力网络中，处于末端位置电压等级较低、主要起分配电能作用 的网络称为配电网络。随着我国经济的快速发展、城市化进程的加快和 新设备的广泛应用，城市配电网发生了显著的变化，主要表现在：网络 规模不断扩大、用电负荷构成明显改变、高电压引入城市中心、供电可 靠性和电能质量要求更高、自动化水平不断提高等等，这些变化对城市 配电网提出了新的、更高的要求。但由于长期存在“重发轻供不管用” 的思想，配电网络普遍存在：供电容量不足、电网结构不合理、可靠性 差、电能质量低、网络损耗大、设施陈旧等问题。要改变这种状况，除 需要增加城市配电网建设改造的资金投入外，就技术手段而言，问题的 关键所在是制订长远、科学、合理的配电网建设规划。 规划是建设的龙头，规划要坚持以安全、可靠为基础，以效益为中 心的指导思想。通过规划指导配电网络建设，能科学合理地确定网络建 设项目和时机，实现资源的合理配置，使配电网络结构合理、安全可靠、 经济灵活，从而减少停电损失、降低损耗，提高供电能力、电能质量和 供电可靠性，为电力市场引入竞争机制提供物质基础和保证。因此配电 网规划对配电网建设具有重要的现实意义。 1 2 本课题的来源 为完善城市配电网络结构和装备水平，全面提高网络供电能力和供 电质量，为城市经济发展和人民生活提供安全、可靠、优质、充足的电 力供应，更好地适应电力体制改革和满足市场经济竞争需要。广电集团 有限公司清远供电分公司与华南理工大学电力学院合作，组织开展了清 远市城市中低压配电网规划研究，经过双方的共同努力，于2 0 0 2 年底完 成了清远市城市中低压配电网规划( 2 0 0 1 2 0 0 5 年) 的编制工作。 华南理工大学工程硕士学位论文 本城市中低压配电网髋翊的主要目标是：建成网架坚实、布局合理、 装备先进、管理科举、自动化程度高，能够安全、优质、黼效运行的配 瞧网。 本人在攻读工程硕士期间参与了清远供电分公司与华南理工大学电 力学院合 # 攻关煞谦题组。本矮瑟魏主要研究痰容怒：清遂市区酌矮电 负荷预测、供电可靠性分析及其改进措施、配电网无功补偿的计算和分 褥、配瞧羁攒剜改逡静嚣撅覆瓣察方法、配毫网络裁翔方法静分季厅帮诗 算，并最后将具体研究成果应用于清邋市城市中低压配电网规划( 2 0 0 l 一2 0 0 5 年) 缝裁工终中。零久主要工终憝力图将瑾论与工疆实践稳结合， 对负荷预测、配电网潮流计算、可靠性分析、网络方案规划、无功规划、 鑫动纯篾划终合潼逡枣区酝毫嬲实舔黪嚣进行分辑，并在璐定豹烧划与 改造的技术原则基础上，对配网建设与改造的实际效果进行了比较和分 蜒。 1 。3 本文的内容安排 第一章，即本章，概援了醚噻网栽划的重要性，说明了本课题的来 源及城市中低压配电网规划的主要目标。 第二章，分绍了滇远市区概况和审区配电网基本情况，分孝斥了市区 配电网现状殿存在润题，掇出了清远市区配电网建设与改避的思路和目 标。 第三章，结合规划的实际需要，分析研究了配电网规划的基本技术， 主要分析研究了优选组合负荷预测法、基于支路电流的潮流改进前推后 代法、珂靠憔分析f d 法、网络结构优化法、酝电网光功经魏优化法、确 定最佳方案的模糊综合评判法等蒸本技术。 第四章，狠据城市泡力阐瓶划设计导粥及省广电集团公司有关 舰范要求，结合清逸市区配电网的实际，在配电网规划基本技术分析研 究魏鏊础上，提出了清远城市配电弼筑搿与改造静技术原雯疆。 第五章，分析了本次规划应用于清远市区配电网建设改造取得的实 际效栗，涯鹤了本次蕊魏掰采蘑静方法、原理鞫技术改造潦赠，建嵇学、 适用的。 第六章，对若予技术游嚣遂行了愚考，主要对辩追圈中性点接遗方 式、配网自动化规划、变臌器经济运行进行了分析。 在结论及震望部分，= i 夔遗霹疑矧基本蓑寒豹效栗迸霉亍分橱磷究，著 得出结论；提出了采用的基本技术存在的问题及今后工作的展望。 2 第二章清远市区配电网现状分析 2 1 引言 第二章清远市区配电网现状分析 城市配电网规划建设的目的是满足城市经济发展对电力的需求，因此，在 制定配电网规划前要分析城市经济发展的前景，分析社会用电结构和变化趋 势，在此基础上，对配电网现状的结构、供电能力、可靠性和存在问题进行分 析，判断网络满足负荷增长的程度，确定配电网建设与改造的思路和目标。 2 2 清远市区概况 清远市位于广东省西北部，北江中下游，南岭山脉南侧与珠江三角洲的 结合带上，南连广州、佛山，北接湖南、广西，东及东北和韶关市交界，西及 西南与肇庆市为邻，素有“三省( 区) 通衢”之称，是广东省地域最大的地级 市和少数民族的主要聚居地。清远市市区位于北江飞来峡下游，北江穿流而过， 属珠江大三角洲范围，区内有1 0 7 国道和京广铁路，地理位置优越，水陆交通 方便，市区规划面积为9 2 7 k m2 ，2 0 0 1 年常驻人口约2 0 万人，市区由旧城和 新城组成，是清远市的政治、经济、文化中心，工业以陶瓷、食品、建材、木 材加工、轻纺和外向型加工业为主。近年，清远市政府将清远定位为珠江三角 洲后花园，确立了工业立市的发展战略，经济结构不断优化，三大产业呈现快 速增长的势头，2 0 0 1 年，市区国内生产总值3 7 亿元，同比增长9 8 ，为融 入珠三角经济发展圈奠定了坚实基础。作为珠江三角洲北面的门户，随着招商 引资工作力度的加强，投资环境的改善，清远市已成为承接珠江三角洲产业转 移的一方热土，建材、电子、医药等高新技术产业发展迅速；与此同时，以创 建全国优秀旅游城市为契机，规划建设现代化滨江园林城市，确定了工业化、 城市化、市场化的发展策略。城市经济的发展、城市化进程的加快，对城市配 电网提出了新的、更高的要求。 2 3 清远市区配电网基本情况 1 市区用电情况 市区是清远市的政治、经济、文化中心，随着经济的发展、城市规模的扩 大及居民生活水平的提高，用电量保持较快增长。其中老城区是城市主要的生 3 第二章清远市区配电网现状分析 进、网架合理、供电可靠、调度灵活、经济运行并具有较高自动化水平的电网。 结合清远市的经济发展目标，在导则指导下，课题组在广泛征集领导、 工程技术人员的意见后，经过反复讨论与研究，提出清远市配电网的主要发展 目标是： 1 城市电网以1 1 0 k v 为外环骨架，将1 l o k v 电源引入城市负荷中一t l , ，根 据n 一1 的原则和城市发展需要，新建一批l l o k v 变电站，调整市区的各1 1 0 k v 变电站的供电范围( 控制在3 k m 以内) ，并按要求各1 1 0 k v 变电站应有明显的 供电区域，实现分片分区供电。 2 加大力度进行配电网建设改造，实现主干线“手拉手”供电方式，通 过开闭所( 开关站) 、配变站、线路分段开关形成环形网络( 开环运行) ，合理 确定环网点、分段点位置，实现计划检修或事故情况下转供负荷，缩小停电范 围，提高供电可靠性。力争对用户的供电可靠率达到9 9 9 5 及以上。 3 优化城市配电网无功规划，合理确定配电网无功设备容量和安装位置， 力争使配电网电压合格率达到9 8 及以上、配电网线损小于5 2 。 4 对配电网络结构进行改造，使l o k v 配电网满足“n 一1 ”原则，即任何 一回线路停电或一组变压器停运时，其它设备应能满足供电需要。变电站之间 至少有两回1 0 k v 主干线联络，以确保主要用户的用电需要。 5 根据负荷发展需求，新建一批l o k v 线路，并调整部分线路的供电范围， 使每回线路都在安全电流下运行，并有足够的裕度。 6 市中心区逐步实现电缆化，对全部架空线路逐步实现绝缘化、规格化， 增强供电能力，提高安全可靠性。 7 在总结配网自动化试点工作的基础上，进一步探讨市区配网自动化的 模式，以点带面、逐步推广、分步实施。 8 大力推广应用配电新技术、新设备，不断提高配电网管理和装备水平。 2 4 本章小结 清远市是一个新兴的城市，随着珠三角地区产业转移、投资环境改善和城 市化进程的加快，市区用电负荷保持较快增长。用电结构呈现第一产业用电比 重逐年下降；第二产业用电量所占比重较大，但呈现下降趋势：第三产业和市 政居民用电快速增长的特点。由于长期缺乏统一、科学的规划，清远市区配电 网存在分片分区供电不明晰、结构薄弱、可靠性差、损耗大、自动化程度不高 等问题。为改变这种状况，需要加强配电网规划建设工作力度，提出了将清远 城市配电网建设成为技术先进、网架合理、供电可靠、调度灵活、经济运行和 自动化程度高的现代化电网的目标。 7 华南理工丈举工程礤士学位论宠 3 。1 警l 言 第兰章配电网规划的基本技术 醚魄霹援划涉疑受蔫颈测、澎流诗算、霹嚣牲分褥、鼷络援、无功 舰划、最佳方案确定等基本技术，如何运用好这些瑟本技术，制订出科 学、霹行、适矮的蛾划方黎，是本次援划研究工作懿菱点霹难点掰在。 在本章，笔者力求对这些熬本技术进行深入分析研究，以期得到些有 憝鲍结论，并运用农实际王 乍中。 3 。2 负荷预测 负糙预测怒电嘲规划墼要鲍纂础帮靛提，准磕的受薄预测可必电源合 耀布点、确定合理瀚网络教造规攘帮对税提供科学韵决策莜循。 1 。受祷溪溯方法 负搿预测的方法肖很多，中、长期负荷预测的传统方法主要有：单耗 法、奄力弹程系数浃、灭缘焉亳法、鞋润枣裂法、横赢琵较法、罄珏曩法捧l 等等，随着技术的进步和研究的深入，近年又提出了一些新方法如：灰 色预瓣法f 2 l 、模鞍蒙类识戮颈溅法装专褰系统鞭溺法簿。 由于负荷特性不同，不同的电力系统可以采用不同的预测方法，即使 足蘑一魄力系统，壤据羲测薅瓣戆长惹戮及受旖耩蛙游交纯，不舔 雩期 也可能采用不同的方法。本次规划研究，我们采用了优选组含预测方法， 将瀑爨缀戆辑究癌纂系统动力学建揍、模糍聚炎谖裂预蘸法、戳及霹整 分析法三种预测方法得到的预测结果，利用最优组合预测方法( 例如模 糊综合褥徐法狰) 确定善静预灏方法联淤羹栗戆鬏羹，最终褥委受蘩羲 测的加权值。 ( 1 ) 系统动力举建模 投援大系绞分磐壤途，本攫划使震系统凄力学对第一、二、三产遂囊 膀民生活用电进行了建模，通过对各产业单耗和人均生活用电的分析， 建立系统动力攀酶模型，遴过仿爽褥出渣远市区尾毫预测量。 根掰系统动力学建模是丽向问题，而不是面向系统的原则，预测模型 嚣 第三章配电网规划的基本技术 中第一产业用电预测子块，第二产业用电预测子块，第三产业用电预测 子块，以及居民生活用电预测子块之间是独立的。有关经济、政策方面 对各个子块的影响以专家预测的形式输入。 预测模型总体框图如图3 1 所示。 图3 - 1 预测系统框图 ( 2 ) 模糊聚类识别预测法 模糊聚类识别预测法是一种通过对历史数据进行加工处理提炼出负 荷变化的若干种典型模式，进而由影响负荷变化的相关因素的未来状态 去判定未来负荷变化属于哪种模式，从而达到预测目的的方法。在本规 划中，选取用电量的增长量为被预测量，国内生产总值、人口、第一产 业生产总值、第二产业生产总值、第三产业生产总值五个因素的增长量 作为影响电力负荷增长的环境因素，构成一个总体环境。通过对历史环 境与历史用电量的增长率总体的分类及类特性、环境特性的建立，进一 步由未来待测年份的环境因素对各历史类环境特性的识别，来选出与之 最为接近的那类环境，其对应的电量增长量即为所求。 模糊聚类分析的步骤如下： 确定最优模糊相似矩阵； 给定置信度区间【 l ， 2 + ，选出最佳聚类； 刻画各分类中环境的特征及负荷变化模式； 未来负荷分量的预测。 ( 3 ) 回归分析法 由于系统动力学建模和模糊聚类识别都不是在历史数据的基础上进 行外推，而是根据预测的社会、经济发展得出预测年的用电量，所以采 用回归分析的方法进行预测，对前两种方法进行校核。 9 华南理工大学工赣矮学使论文 根据清远市用电量的发展情况，选择二阶鄹归模型，邋过对历史数据 进行加权处理，由最小二乘法可以得出模型的参数。最终模型为： y = 0 0 0 6 ( x 1 9 7 9 ) 2 十o 0 6 0 9 ( x 一1 9 7 9 ) + 0 。7 4 4 3 ( 其中y 为用电撰，单位 为亿k w h ，趋势线见图3 2 ) 圈3 - 2 二酸线经基织分誊 戆势羲灏鬻 利用历史数据，并借助优化方法预测结果的权擞，取模糊聚类法的预 测臻莱权重免0 。6 ，系绕动力学法静颈灏衩熬力0 3 ，回麴分耩法静颈溺 权重为0 1 ，得到清远市区2 0 0 2 2 0 1 0 年全社会用电量预灏0 的加权值。 瀵远枣逸2 0 0 2 2 0 1 0 年全柱会震电量鬏溅翻权篷觅表3 - 1 。 表3 - 1滴远市隧全社会用电麓预测综合结果( 万k l v h ) 瑗基( 实续)( 戴瓣) 2 0 0 0 矩 2 0 0 1 锥 2 0 0 2 继2 0 0 3 拒2 0 0 4 矩2 0 0 5 正2 0 1 0 键 全凝会蠲毫量 4 7 8 5 95 2 8 8 65 7 7 7 8 6 3 i 2 2 6 8 0 6 l7 53 4 01 l7 2 5 6 ( 模糊聚擞) 全筏会耀彀量 4 7 8 5 95 2 8 8 65 9 5 8 16 8 4 5 47 7 6 2 78 8 0 1 4l4 5 4 5 5 ( 系统动力学) 全享圭会爝毫量 4 7 8 5 9 5 2 8 8 6 5 3 1 9 05 6 6 1 96 0 1 6 86 3 8 3 78 3 9 8 2 ( 回归分析) 热投平均毽 4 7 8 5 9s 2 8 8 65 7 8 5 06 4 0 7 l7 0 6 8 27 7 9 9 2l2 2 3 8 8 1 0 第三章配电网规划的基本技术 2 基于运输模型的负荷地理分布预测 负荷预测不仅要预测未来的负荷的量，而且要提供负荷增长的位置， 即未来负荷的地理分布。在规划中负荷地理分布预测的作用越来越重要， 小区负荷预测主要是采用负荷密度法，该方法是一种从下到上的预测方 法，预测结果难以与系统的预测相吻合：另外该方法完全依靠政府的规 划部门提供的区域发展规划，而实际区域发展规划受政治、经济的因素 影响很大，存在很大变数。本规划采用了用地仿真法，该方法是一种自 顶而下的预测方法，充分利用总量预测结果，通过建立用地仿真模型来 模拟小区的未来发展情况，最终将负荷分配到每个小区，本方法具有较 高的精度，尤其适合于长期预测。 对清远市区进行了分析，按0 7 0 7 k m2 为小区，进行平均网格划分。 通过空间属性的提取，对各个小区进行了评分。根据评分建立用地仿真 的运输模型，求解运输模型得出用地的最优分配，从而得出负荷的分布。 清远市区2 0 1 0 年的负荷分布预测结果如图3 3 所示。 图3 - 3 清远市区2 0 1 0 年负荷地理分布预测 从预测结果可以看出负荷的发展和分布情况，并较准确得出负荷中心 的位置。将结果应用于规划，为变电站、配电房的选址与配电线路路由 的选择提供了依据，从而使规划更加科学合理。 华南瑾工大学工程硪学位论文 3 3 配电网潮流计算 配电网络潮流计算是配电网络分析的基础，配电网规划改造、经济运 行、网络重褥、无凌饯化秘故障处理等都需要偻鉴醚鼹潮流计算黪结果。 配电网络有许多不同于输电阐的特点，如：配电网具有闭环结构、开 环运行的特性，稳态运行时网络结构多呈现辍射状，只有在发生数障或 倒换负荷时才有可能出现短时环网运行情况；配电网的分支线多；线径 小；配电网的r l x 售较高，多数情况大于l ，且线路的充电电容可以忽略： 网络的p q 节点多，p v 节点较少等等。配电系统高r x 比德的特点造成 雅可比矩阵元素对角占优的优势恶化，使得在输电阙中广泛运用的牛顿 一拉夫逊法和其派嫩的p q 分解法不易l | 芟敛。为此己研究出些适合配电 网的方法，如回路隰抗法、改进牛顿法、改进快速解耦法、前推聪代法 等，这些方法需要避行复杂的节点和支路编号，原始数据输入时需要输 入每一个节点的连接节点数、连接节点和节点连接关系，柱连接节点比 较多嚣亨，狠容易密锈。本蕊翔采爝了蒸予支潞电流豹潮流媛迸前雄后代 法，在计算一条1 0 k v 配电出线的潮流时，只需简单输入出线中每一段支 籍的始末节底，就冒戮自渤搜索薅我节赢关系，逮掰援索形成瑟次结构 和节点队列，在前摊后代法的理论基础上，形成一种实用的配电网潮流 计算方法。 基于支路电流的潮流改进前报后代法的基本原理： 1 网络拓扑结构识别 ( 1 礁定网终掇羚缝褥1 4 1 为了配合算法和避免复杂的网络编号，我们建立了以下原始数据 竣入缝槐。 节点结构体：( 节点号节点有功节点无功 支鼹结枚傣： 支路善蠛警点号支鼹泰端节点号支鼹电辫支路 电抗 根据配嗽线路蓠末节点裁可以确定每个节点连接的节熙及其关系， 从而可以形成整体呈树状的关系结构。下面以图3 4 的配电网模型为例说 明。 对于图3 - 4 中的节点来说，搜索所有线路的末节点，发现线路6 的 末节点为，则线路6 的尊节点为节点的连接节点，节点与节点 的关系为父节点；再搜索所有线路的首节点，找到首节点为的线路 第三章配电网规划的基本技术 为8 、9 ，它们的末节点为和，与节点的关系为子节点。如此可以 找到所有节点的连接点及其连接关系。 ( 2 ) 形成节点层次关系 有了拓扑结构，还需经过一次按层遍历的广度优先搜索，形成层次关 系，确定前推后代潮流算法的节点计算顺序。以图3 - 4 系统为例，介绍具 体搜索步骤： o 图3 - 4潮流计算1 0 节点算例图 搜索末梢节点作为第一层次节点，找到节点、都只 有一个连接节点，而且连接节点是父节点，则这五个节点是末梢节点， 放在第一层： 搜索末梢节点的父节点作为第二层节点，可知、的 父节点分别为、，那么节点、为第二层节点 继续搜索第二层节点的父节点作为第三层节点，这样反复搜索下去， 直到搜索到某层节点的父节点全部是根节点时停止搜索。形成以下的 层次结构： 第一层节点：、 第二层节点：、 第三层节点：、 第四层节点：、 第五层节点：、 上面的层次中有重复节点，需要删除在后面层次中有重复的前面层次 中的节点，形成真正的层次关系，确定潮流计算的节点顺序。如第三层 中的节点在第四层中存在，则应该删除第三层中的节点，同样应该 1 3 华南理工大学工程颓士学位论文 溅滁繁二层中懿节点帮第疆屡中豁节点。襄歪瀑次羹下： 第一层节点；、 筹二层萤点：、 第三层节点： 繁爨屡节点： 第五层节点： 2 、基于巍路电流的配嗣潮流翁推糟代法原理： ( i ) 节点电压赋初蠖u ；( 0 ) = 1i = t ，2 ，牲，n 为节点数 ( 2 ) 获第一层的末梢级负荷节点开始，根据节点功率p ，+ j q ，计 爨流入该节点的支路电流i ；，( o ) ： = 志= 孺 z 其中，j 为激末一级受祷节点譬，在瀚3 4 中，j 为笫一艨节点、 、，i 为上述节点所在支路的篦端节点号，分别为、 、； ( 3 ) 从第二层歼始逐层计算非末梢节点、的注入 魄滚，裰据蒸尔霍夫电漉定律瘦等于( 3 - 2 t ) 我专流密电流之润取： 巧翁2 番岛+ 否5 姜翰 冀中，j 鸯菲泰鹅节蠡譬，i 蕊该繁患簸父蒂点，掰为节患j 戆予节煮 个数，如对予节点来说，父节点i = 6 ，子节点数m = 2 ，子节点k 为、 ； ( 4 ) 重复上述步骤可求出所有支路的支电流，再利用融知的根节点 瞧莲，获校节点囊舞颁次求褥各个受莓节点戆魄压： ；( 1 ) = 盯? ( 1 ) 一i o 。( o ) z # 其中f 为父节点，为子节点，z “为f ，j 问支路的黼抗； ( 5 诗算餐令受麓节点瓣耄舔睡篷修正量； a u ( 1 ) = 陟( 1 ) 一u ；( o ) l ( 6 ) 计算节点电压修藤星的融大值m a x ( d 骗( 1 ) ) # ( 7 ) 判别收敛条传 m a x ( 4u j ( 1 ) ) ，它稍蛉计冀公式熟下： 丸= 蠢= 职；斗丑”) 裾。= ( a f + 名i “爨”) ，：兰。薹! 垒! 量! 垒：量： 。气晦| + 磊”) 式串蠢一一元符i 瓣簸障襻逡率，次，拳，i 尽s ，蒸巾s 搭酌聚整个 豢统； 走”一一元蒋i 懿梭修蒋运率，次，举 一一嚣佟i 鹣平薅敬添掺复辩阕，蠢，次； ”一一元纷# 静警鹣检糁掩续髓鬻，螽，淡； 霹纛瞧豢踩 可靠发，r ( # ) = e “。 不霹嚣凌，q 娃= i - r 翰 敬骧率，鑫 平稳嚣敬簿工棒辩溺，辫= 乎蚜维黪潜阊，r 褒黎簿一次糁复一个嚣撵平瓣辫嚣簧的瓣瓣) 修复攀，露。三 | 祷教度一3 煮。壶。焘 俄十ri 。群十d 蠢露 燹鼗寝( 也就跫强追捧遮率) ，u = i - a 1 6 第三章配电网规划的基本技术 频率，f = 二 m + r ( 2 ) 在配电网可靠性评估时，使用f d 法的具体步骤如下 确定运算条件及故障模式； 收集和分析原始数据； 对实际网络作适当简化处理； 作状态空间图； 写出随机转移概率矩阵； 列出线形方程组，并解出各状态的稳态概率； 根据稳态概率，求出相应的频率和持续时间； 求解其他可靠性指标。 2 算例介绍 有一个简单的辐射状配电系统见图3 5 。 l p ll p 2 图3 - 5 简单的辐射状配电系统图 配电系统上有主馈线l 、2 和分支线a 、b ，d l l 为开关，d l 2 为主馈 线上的分段开关，l p 为负荷点，主馈线尾部表示环网点。以负荷点l p l 为例介绍f d 法的可靠性计算原理。开关d 、主馈线l 、分支线x 的可靠 性原始参数如表3 3 ： 表3 - 3 可靠性原始参数 设备 故障率 ( f y r )修复率u