（电力系统及其自动化专业论文）基于智能算法的高压配网负荷预测和扩展规划.pdf

摘要 a b s t r a c t t h er e s e a r c hl o t u s e so nt h ei n t e l l i g e n ta l g o r i t h mo fe l e c t r i cl o a df o r e c 勰t & n e t w o r k p l a n n i n g a n dt h el o c a t i o na n dc a p a c i t yo fh i g h v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o nw c l ef i g u r e d o u ta c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o no p t i m i z i n gp r o g r a m m i n gt h e o r y t h er e s e a r c h0 1 1e l e c t r i cl o a df o r e c a s tb a s e so nt h eg e n e t i ca l g o r i t h mf o ro v e r a l ll o a d f o r e c a s t a n dt h i sp a p e rs h o w st h ef o r e c a s to fd i f f e r e n tv o l t a g er a n kb a s e do nt h es p a t i a ll o a d f o r e c a s t t h e ni th a sc a r r i e do nt h ea c t u a lc o m p u t a t i o nr e g a r d i n gt h et a i z h o ue l e c t r i c a ln e t w o r k l o a df o r e c a s t ，o b t a i n e dl o a df o r e c a s td a t ao f t h et a i z h o uh i g hv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h em a i nw o r ko nt h en e t w o r kp l a n n i n gi st od i s c u s sag e n e r a lm e t h o do fn e t w o r k p l a n n i n gb a s e do l lg e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) a c c o r d i n gt ot h ee l e c t r i c a ln e t w o r kt h e c h a r a c t e r i s t i c t h e nag e n e r a lm e t h o db a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) i ss t u d i e di nt h i s d i s s e r t a t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h mi ss u m m a r i z e db a s e do nt h ep r e e x i s t e n tr e s e a r c ha n dag e n e t i c m o d e lf o rt r a n s m i s s i o nn e t w o r ke x p a n s i o np l a n n i n gi sg i v e n t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko f t a i z h o ui se v a l u a t e db a s e do nt h eb a l a n c eo f p o w e rl o a d ，t h el o s so f v o l t a g ea n dt h el o s so f l i n e p o w e r t h ee x s i s t i n gp r o b l e m sa n ds o m ea d v i c e f 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 ga r e p r e s e n t e d a tl a s to nt h eb a s eo ft h er e s e a r c h ，s o m ec o n c u l t i o na n dt h en e wi d e ao fd i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n ga r ep r e s e n t e d t a i z h o up o w e rs u p p l yc o m p a n yh a sa c c u m u l a t e das e r i a lo f r u l e sw h i c hs u i tf o rd i f f e r e n tr e g i o n t h et h e s i sr e s e a r c h sa n ds m d y ss o m eo ft h ed i s t r i b u t i o n n e t w o r kw i t ht a i z h o ud i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g k e y w o r d s ：s p a t i a ll o a df o r e c a s t 、t r a n s m i s s i o nn e t w o r ke x p a n s i o np l a n n i n g 、g e n e t i ca l g o r i t h m v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：鑫睦匿日期：狸显。三：兰竺 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档 的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 1 1 1 第1 章绪论 1 1 引言 第一章绪论 电力t 业既是国民经济和社会发展的基础产业，又是公用事业。电气化程度是衡鼍一个国家现 代化水平的一个重要标忠。电力l 业需要为国民经济和人民生活提供充足、可靠、合格、廉价的电能。 随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的日益提高，用电量也随之不断增妖，电网规模也随之 不断扩大，同时随着人们对电能质量要求的不断提高，也对电网的性能提出了更高的要求。 电网要发展，电网规划需先行。电力系统规划包括发展规划和运行规划两部分，其中发展规划 又可分为电源规划和电网规划。电源规划是依据电力系统负荷增长和能源开发情况来确定合理的电源 结构，制定电源的扩建、退役和更新方案：而电网规划则是住已知给定的朱来水平年电源规划和负荷 预测的基础上，根据现有的电网结构，合理地选择新建或扩建变电所、输变电线路来满足电力系统安 全、可靠运行和经济性最优方案。本文所指的电力系统规划是指上述的电网规划。按规划时间k 短来 分类，电网规划又可分为中长期电网规划和短期电网规划。其中中长期电网规划是为确保充足优质的 电力供虑，寻求最佳的电网投资方案，从而保证整个电力系统的长期投资收j ；i l 最佳回报。合理地进行 中长期电网规划可获得巨人的经济效益：而规划决策的失误往往会造成不必要的浪费与损失。因此提 高地区电网中艮朗电网规划决策的科学性对电网建设和电力企业发展是1 e 常重要的【】1 。 中长期供电网规划，按其内容划分，主要可分为以f j l 个方面的 作： ( 1 ) 根据负荷的历史数据，考虑影响负荷增k 的各种冈素，进行中长期电力负荷预测。 ( 2 ) 在负荷预测的基础上，进行变电站规划，确定变电站的最佳位置及其容罩。 ( 3 ) 根据负荷预测和变电站规划的结果，综合考虑各种冈素，确定供电网的晟佳扩展方案。 电网分为输电网、供电网和配屯网。与电网的分类相匹配，电网规划也可分为输电网规划、供 电网规划和配电网规划。由于过去人们在一定程度上忽视了供电网和配屯网的规划，对这方面的研究 起步相对较迟。鉴于我国已开始重视发展供电网和配电网，为此需要做人量的规划 作，而且迫切需 要提高规划的质量。因此，本文的，i ：作主要结合备类电网规划智能算法的探讨解决对于地区配电网络 如何规划的问题，同时实现泰州地区配电网络十一五规划。 1 2 电网规划方法的现状 1 2 1 中长期负荷预测方法 电网规划_ 作需建立在负荷预测基础之上，因此负荷预测直接关系到电网规划的科学性。正确 的负荷预测可以实现保证充足优质的电力供应，寻求最佳的电网投资方案，从而保证整个电力系统的 长期投资收益最佳回报。由此可见，电力负荷预测在电网规划中具有基础性i ：作的重要地位，冈此人 们一直不断地对负荷预测方法进行了探究，目前j j 丁电力负荷预测的方法有很多种，可简要概括如卜： 负荷预测方法通常可分为定性预测法和定量预测法。由r 数学理论的发展为建立定量预测模型 的建立提供方便，以及随着影响负荷的各类冈素日益复杂导致定性分析不再适用，所以在实际生产实 践中应用较多的是定量预测法。定鼍预测法可分为直观分析法、统计分析法、经济分析法、不确定性 预测法、人j ：智能法等方法“。“。j 。 直观分析法是由规划人员根据经验，常识、资料，进行判断性预测，包括单耗法、增长率法、 电力弹性系数法等方法。 统计分析法包括外推法和相关法。外推法是假设朱米负荷的增长规律是过去历史负荷发展的继 续，通过分析电力负荷随时间变化的规律，外推出预测值。相关法是通过建立电力负荷与选定的有关 因素之间的某种数学关系来规划预测值求出电力负荷的预测值。 经济分析法是分析电力负荷跟各种经济活动、经济现象之间的关系，建立某种数学联系对电力 东南大学1 = 程硕士论文 负荷的未来进行判断分析，包括经济计量分析法、投入产出法等。 不确定性预测法是指在负荷预测模型中同时考虑多种冈素，并且具有处理不确定性因素、半结 构化问题的能力，包括模糊预测法、基于证据理论的负荷预测法、灰色预测法等。模糊预测法是将负 荷预测中存在不确定性冈素进行模糊化处理，并以模糊概念的形式表达出来，再结合常规的预测方法 建立起数学模型：基下证据理论的负荷预测法是利用另一种处理不确定性的方法一证据理论来处理负 荷预测中的不确定性冈素，它利h j 证据理论获取有关负荷预测的的不确定性知识，并利用这些知识进 行推理和决策；灰色预测法是根据邓聚龙提出的灰色系统理论而提出的处理不确定性问题的预测方 法，它将随机量当作在一定范围内变化的灰色量，将随机过程当作在一定范罔、一定时段内的灰色过 程，并由此建立灰色系统预测模型，灰色预测法具有计算肇小、需要样本簧小的特点。 人一l ：智能预测方法刚于解决预测过程中存在的半结构化问题。它包括专家系统预测法、人t 神 经网络法、模拟进化优化方法等。专家系统预测法是通过模拟专家的思想进行预测，它将专家的知识 和经验用计算机可识别的规则来表示，通过推理机的推理，得到预测结果；人i ：神经网络法通过对人 脑神经系统的结构模拟实现负荷预测，该方法能处理1 e 线性、大规模问题，具有计算速度快、自组织、 自适应等特点：模拟进化优化方法避免了常规数学优化方法如局部最优、维数灾难及约束条件和目标 函数的不易处理等局限性【，8 “i o lo 1 2 2 配网规划方法 从理论上说，配网最简单的电网规划扩展方法是枚举法，但当电网规模较大时，可选方案的组 合数目将随着规划节点数的增加而以指数规律递增，从而形成所谓的“组合爆炸”。因而此方法不可 行。目前常用的电网规划的方法主要有两种：启发式方法和数学优化方法。 启发式方法是先由几个有经验的规划人员通过使用潮流计算、灵敏度分析以及系统经济性评估 等技术手段，评价各种可行的规划方案，然后对每个方案进行计算分析和比较，从中找出最优方案。 其缺点主要是仍过分依赖于规划人员的实际工程经验；同时该方法对各类不确定性因素缺乏有效的监 督联系处理手段，所以导致可行性方案不一定就是最优方案。数学优化方法是将规划问题用数学模型 来描述，同时采用某些数学优化方法，最终获得最优的规划方案。此优化规划方法综合考虑了电网的 决策变量和运行变量之间的相互关系，冈而具有较强的理论基础。 早期的电网规划的数学优化方法大致可分为线性规划法、非线性规划法、动态规划法、整数规 划法、图论和网流法、多目标优化法等。在此基础上人们义提出了以卜一些新的优化方法。如研究中 的一个热点问题是模糊优化规划方法是模糊集理论跟常规数学优化方法的结合。如利用混合孳4 f 数线性 规划法建立配电网络规划模型，并分别刚分支定界法和分支交换法求解。随着各种复杂因素的出现， 人i ：智能方法中的遗传算法、专家系统都被应用丁二配网规划中。本文中所采用的电网扩展规划模型和 应用遗传算法求解时的表示方法，然后对遗传算法的朱成熟收敛问题进行探讨，同时以泰州市区2 0 1 0 年配电网络为目标，以现状配电网络为基础，结合近期城市开发建设情况，进行了近期各年配电网络 主要建设项目的具体规划。 1 2 3 泰州配电网现状 1 2 3 1 泰州市概况 泰州市地处江苏中部，位于东经1 1 9 。4 2 3 6 一一1 2 0 。3 3 3 6 一，北纬3 1 。5 5 1 2 一一3 3 。1 6 1 2 ”之间。南至长江，北依盐城，东与南通接壤，i l t i 与扬州毗邻，有长江岸线9 7 9 0 公里。泰州市下 辖靖江、泰兴、姜堰、兴化四个县级市和海陵、高港两区，市域东曲长约5 0 公里，南北长约1 2 0 公 里，总面积5 7 9 0 平方公里。本文进行规划研究和实践的范围为泰州市市区，包括主城区( 海陵区) 和港区( 高港区) ，总面积约4 2 0 平方公里。 中心城市在布局结构上形成“一个中心、分片发展”的大框架，加快周边卫星城发展，经济开 发区和新区统一规划，城市新区的功能和规模进一步完善。城市主要向南发展，主城区：主要向南，其 次向东发展。向南发展进一步呼应沿江开发。连接高港；向东发展进一步整合海陵、姜堰资源，从基 础设施、产业配套、资源共享、空间协调等方面协调姜堰共同发展。西北部地区以内涵发展为主，积 极整合资源、协调好火车客货站及九龙与城市同步发展的关系。高港区：主要向南、向东发展，大力 2 第1 章绪论 发展沿江产业、拓展城市规模。 主城区工业用地主要集中在两南_ t 业区、东部下业区、西北工业区三大板块，在东北侧城乡结 合部安排海陵区i ：业园。商业、金融用地在保留坡子街、济川路商业中心的基础上，在泰高路以尔规 划新区商务中心。居住_ f j 地在保留老城区用地性质和新区府南街区j j 地性质不变的基础上，新增泰高 路以东、3 2 8 国道以南地块。科教用地规模扩人，原科教用地向南延伸。绿地系统以天然水系为“纽 带”，充分发j 军环城河、引江河，风凰河及周山河等水系作用，注重沿河沿路绿地的开发建设，并对 集中绿地按生态绿地、景观绿地、休闲绿地等进行细分，同时要探索绿色建筑区的开发途径，逐步建 设“三环”，即：环路、环河、环绿带，突出城市水文化的内涵与特色。 高岗区r 业心地主要在滨江：业尉区和沿江产业带。在东北侧的城乡结合部布置高港科技创业 园。商业金融用地以及科教用地结合区行政中心用地及居住用地安排。居住用地在保留原居住用地的 基础上，新增新区南、北侧居住_ h j 地。公共绿地，主要沿跃江、引江河和南官河布置。 1 2 3 2 泰州电网概况 1 2 3 2 1 电源现状 本节中的“电源”指配网的上一级电源，即2 2 0 k v 变电站和以l l o k v 等级电压并网的发电厂。 现状规划区内的电源主要为市区内2 库发电厂和4 座2 2 0 k v 变电站。2 座发电厂即泰州热电厂和 金泰环保热电厂( 滨江电厂) ，其中泰州热电厂的装机容簧为1 5 m w ，2 0 0 5 年发电量为1 0 2 3 8 万k w h ； 金泰环保热电厂的装机容量为3 0 胂，2 0 0 5 年发电量为3 0 0 6 7 万k w h 。4 座2 2 0 k y 变电站即泰州变、 白马变、双墩变和观五变，其主变容量及出线仓位数统计情况如表1 1 所示。 表1 1 泰州市b 现状2 2 0 k v 变电站统计 主变容量 设计j j 线仓位数( 个)实惭、利用仓位数( 个) 变电站电雎等级( k v ) 建成年份 ( i v a )1 l o k v3 5 k vl o k v1 1 0 k v3 5 k y l o k v 蠹州变 2 2 0 l1 0 3 52 x 1 2 01 238 1 9 9 8 1 马变2 2 0 1 1 0 3 5l 1 8 01 0 7 842 0 0 1 双增变2 2 0 1 1 0 1 02 x 1 8 0l l1 8792 0 0 3 脱五变2 2 0 l l o 1 0l x l 8 081 281 22 0 0 5 合计9 6 04 l1 03 03 l4 2 1 现状泰州市区内2 2 0 k v 变电站的主变总容量为9 6 0 m v a ，1 l o k v 出线仓位共计4 1 个，3 5 k v 出线仓 位共计l o 个，l o k v 出线仓位共计3 0 个：其中已利心l l o k v 出线仓位3 1 个，3 s k y 出线仓位4 个，l o k y 出线仓位2 1 个。 1 2 3 2 2 电网现状 1 变电站现状 泰州市区现共有1 l o k v 变电站1 4 座，其中电网变电站1 l 座，用户变电站3 库：共有3 5 k v 变电 站1 4 座，其中电网变电站5 座，用户变电站9 座。泰州市区现状l l o k y 和3 5 k y 变电站( 电网) 统计 情况分别如表1 2 和表1 3 所示。 东南大学工程硕士论文 表l _ 2 泰州市区现状l l o k v 变电站统计( 电i 旬j 部分) 配置容量总容量 设计 线仓位数( 个) 实际利用仓位数( 个) 变电站电压等级( k v )建成年份 ( m v a )( m v a ) 3 5 k vl o k v3 5 k vl o k v r 罩变 1 1 0 3 5 1 02 4 08 01 42 621 02 0 0 0 招贤变 1 1 0 3 5 1 02 x 3 1 56 391 961 l1 9 9 8 江洲变 l1 0 3 5 1 02 5 01 0 01 l2 632 42 0 0 1 鲍徐变1 1 0 1 0 2 4 0 8 03 0 2 82 0 0 2 海陵变1 1 0 1 0 2 3 1 5 6 32 2 1 22 0 0 0 城中变 1 1 0 t 02 4 08 02 41 92 0 0 0 新区变 1 1 0 1 02 x 4 08 03 l2 92 0 0 2 周山变 1 i 0 l o2 x 4 08 03 02 42 0 0 2 ，每港变 0 1 01 4 04 01 292 0 0 1 滨江变 1 1 0 l ol 4 04 01 092 0 0 3 u 岸变1 1 0 1 3 5 1 02 3 1 56 361 46 1 4 2 0 0 0 合计7 6 94 02 4 41 71 8 9 泰州市区现状的1 1 座1 l o k v 公用变电站中，有7 庵变电站站内设苜两卷变压器，有4 库变电站 站内设置三卷变压器，其1 1 0 3 5 1 0 k v 的容量比为1 0 0 6 6 7 3 3 3 。现状高港变和滨江变站的建设规 模为1 4 0 m v a ，远期最终建设规模均为2x4 0 m v a 。 表1 3 泰州市区现状3 5 k v 变电站统计( 电嘲部分) l o k v 出线仓位数实防m 线仓位数 变电站电压等级( k v )配置容量( i l v a )总容量( m v a ) 建成年份 ( 个)( 个) 几龙变 3 52 2 04 01 08 2 0 0 3 前进变3 56 3 + 2 02 6 3542 0 0 5 许庄变3 56 3 + 1 01 6 3661 9 9 2 刁铺变3 56 36 3961 9 9 2 永安变 3 52 0 + 1 03 0862 0 0 3 合计1 1 8 93 83 0 泰，、l l 市区现状3 5 k v 变电站中九龙变和f 永安变的上级电源来自区内1 l o k v 变电站的3 5 k v 出线， 其余3 5 k v 变电站的上级电源均来白区内2 2 0 k v 变电站。从表1 3 中可以看出，刁铺变的容量较小， 仅为6 3 m v a ，前进变、许庄变和永安变站内的两台主变容量不相同，因此，影响“n l ”情况下的变 电站容量考核。 泰州市区现状l l o k v 和3 5 k v 高压用户变电站统计情况如表1 4 所示。 表i 4 露州市区现状赢他用户变电站统计 变电站电压等级( k v )配置容量( m v a )主变容量( m v a ) 梅兰变 1 l o2 5 01 0 0 0 江 l l 变 h 01 2 5 2 5 海螺变 1 1 01 2 5 2 5 石化变 3 5t 1 61 6 造纸j 变3 51 6 36 3 铡，。变 3 5 5 + 9 6 81 4 6 8 港u 变3 54 t4 1 船变3 56 36 3 2 线路现状 泰州市区现状配网中有1 l o k v 线路2 6 条，线路k 度约1 9 3 7 4 l c l i i ；3 5 k v 线路1 0 条，3 5 k v 线路长 度约6 2 3 5 k m ；高压配电线路共计3 6 条，总k 度为2 5 6 0 9 k m 。 3 电网结构 目前泰州市区已形成了以1 1 0 k v 、3 5 k v 、l o k v 、2 2 0 3 8 0 v 电压为高、中、低压配电网的比较完 整的供电体系。 4 第l 章绪论 现状泰州市区共有2 2 0 k v 变电站4 座，分别为：双墩变、泰州变、白马变和观五变。四座2 2 0 k v 变电站均分布在规划区内，共同承担向泰州市区供电的任务。其中，双墩变和泰州变站内均设2 台主 变，白马变和观五变站内均为l 台主变，观五变与白马变、泰州变之间设有l l o k v 联络线路，保证了 电网运行的可靠性与灵活性。 泰州市区共有1 l o k v 变电站1 1 座，各变电站的上级电源线路均来白区内的2 2 0 k v 变电站，每座 l l o k v 变电站均有2 路以上电源进线，保证一路电源线故障时，能向变电站j e 常提供电力。 3 5 k v 变电站共有5 座，除九龙变位于主城区撕部外，其它均分布在高港区。随着社会的发展建 设，市区负荷密度逐渐提高，市区未来新规划变电站将以1 l o k v 等级为主。 4 现状配网存在的主要问题 通过上述配电网络分析，可以得出泰州市区配电网络存在以下几方面的问题： l 、部分高压配电变电站内设置l 台主变，随着负荷的增长，主变负载率的提高，应尽快增加另 一台主变，实现站内主变相互联络，增强供电可靠性； 2 、1 l o k v 高压配电变电站的上级2 回电源主要采用一同辐射，另一回“t ”接的网络接线模式， 随着区域经济的发展，供电可靠性要求提高，建议采用双电源辐射接线模式； 3 、部分3 5 k v 变电站内的两台主变压器容昔相差较人；如前进变内的两台主变容量分别为6 3 m v a 和2 0 m v a ，相差6 8 5 ；永安变内的两台主变容昔分别为2 0 m v a 和i o m v a ，相差5 0 ，许庄变内的两台 主变容量分别为6 3 m v a 和1 0 m v a ，相差3 7 ，随着负荷的增长，建议逐步调换变电站内的主变，使站 内两台主变容量相同； 4 、部分高压配电线路的截面较小，不满足导则的技术要求；如：1 l o k v 泰口线、白江线的截面 积仅为1 2 0 m m 2 ；3 5 k v 线路中许庄线刁铺支线、口刁线、口许线、口宣线等线路均为l g j - 9 5 m m 2 导线， 建议有条什或随着变电站主变增容时，改造这些截面偏小的导线； 5 、部分带“t ”接的线路存在支线截面火于主干线截面的情况，建议在考虑最终网架的情况下 调大主干线截面，使其不低丁二支线截面。 1 2 3 2 3 现状l o k v 电网基本情况 1 1 0 k v 配网的现状 由于电网规划r ：作中原始资料收集比较困难，本次规划中，l o k v 配网的原始数据资料比较薄弱， 关于l o k v 线路单线图、线路所带配变情况、各条线路运行中的年最大负荷等数据，相天部j 无法提 供完整、齐全的信息：因此本次现状l o k v 配网分析中，将只对部分数据信息较为完整的线路及设备 进行分析。 ( 1 ) 向l o k v 配电网供电的变电站情况 泰州市区l o k v 配电网的电源主要有2 2 0 k v 变电站双墩变和观五变，以及区内1 l o k v 及3 5 k v 变 电站。 由上表可知，现状向泰州市区l o k v 配电网供电的变电站共有1 8 座，共提供l o k v 出线仓位3 0 2 个，其中己利用仓位2 1 0 个：共向l o k v 电网提供容量8 6 3 9 m v a ，各变电站l o k v 侧最人负荷共计 3 2 4 9 3 m w ，可计算得出l o k v 电网供电容载比约为2 6 6 ，可见，现状供l o k y 电网的变电容量能满足 负荷的需求，且具有一定裕量。 ( 2 ) l o k y 线路情况 根据泰州市供电公司相关部门提供的l o k v 线路单线图，经统计得出市区共有1 5 1 条l o k v 线路 ( 包括城中开闭所的l o k v 出线) ，总长度约为1 0 6 2 1 k m ，其中电缆线路欧度约为7 9 8 k m ，架空绝缘 线路长度约为2 6 8 7 k m ，架空裸导线长度约为7 1 3 6 k m 。 ( 3 ) l o k y 配电设备( 开闭所、环网柜) 根据所收集的资料统计，现状泰州市区l o k y 配电网中，共有环网柜7 7 个，l o k v 开闭所2 3 庳： l o k v 配变1 6 8 8 台( 根据7 7 条l o k v 线路的配变台账统计得出) ，其中公用配变1 1 0 8 台，用户专变5 8 0 台。 2 现状l o k v 配网存在的主要问题 东南大学1 = 程硕士论文 以上根据实际收集的泰州市区现状1 0 k v 配电网络的相关资料，从1 0 k v 配网的供电能力、供电 可靠性等方面对泰州市区现状1 0 k v 配电网络进行了分析，综合各项分析结论，可以总结出泰州市区 现状1 0 k v 配电网络存在以下几方面的问题： ( 1 ) 变电站所供负荷分配不均匀，部分变电站的主变负载率较高，出现变压器过载现象； ( 2 ) 部分1 0 k v 配电线路存在装接配变容量较大，线路负载率较高的现象； ( 3 ) 1 0 k v 开闭所主要采用环入主干网的接线模式，随着负荷密度的提高，为提高供电可靠性，建 议采用般电源辐射接线模式，或采用- 二供一备接入主干网的接线模式； ( 4 ) 1 0 k v 配电线路普遍较长，供电、f 径不满足导则要求的线路约i 与一半； ( 5 ) 1 0 k v 配电线路的绝缘化率和电缆化率较低，在今后的电网建设与改造过程中，应根据供电区 域的特点，尽可能采用电缆或绝缘架空线路供电；以提高绝缘化率和电缆化率，使电网的运行更加安 全、可靠。 1 3 本文的主要工作 电网规划过程中所要处理的信息和要解决的问题都很繁琐、复杂，电网规划是一个非常复杂的 系统j ：程。本文通过对负荷预测、电网规划的智能算法等内容和要求进行分析之后，还结合对泰州配 网规划的各个方面作了较为深入的探讨，最终得到泰州配电网络的规划。 本文具体的i ：作可以概括为以f ) l 个方面： 1 、分析电网规划的进程，对中长期电网规划智能算法的总体流程进行分析研究。 2 、运用模糊推理预测的方法进行电力负荷总体预测。文中根据实际需要分别建立了一元模糊推 理预测模型和多元模糊推理预测模型，并分别进行了计算和讨论。模糊推理预测方法可以较好地对预 测问题中存在的不确定性进行处理，而且可不断利用新的数据对原有模型进行修改，使模型具有了一 定的自学习功能。此方法吸收了专家经验预测方法的灵活性，义具有了数学预测方法的严密性。因此， 模糊推理预测方法在电力系统中的应h j ，不但为处理负荷预测中的模糊信息提供了一种新的实现方 法，而且体现出负荷预测方法智能化的特点。 3 、采用了三维时空负荷预测方法对配电网络负荷进行规划，三维时空负荷预测是指不仅在时间 上预测朱来负荷的增量。而且还预测负荷增k 的二维空间信息，在此定义为三维时空负荷预测。三维 时空负荷预测是对规划区域内负荷的地理位置和数值人小等进行预测，该算法提供了朱米负荷的空间 分布信息。从而在确定了配电网供电区域内朱来负荷的空间分布之后我们才能对变电站的位置和容 量、主干线的型号和路径、开关设备的参数、投入运行时间等变量进行规划。最终得到了泰州市区配 网的各类负荷预测。 4 、将遗传算法跟多目标优化方法结合在一起，提出了应用遗传算法进行多目标电网规划的模型。 该模型通过建立多目标电网规划模型，并用遗传算法进行优化计算，得出一个或几个优化规划模型。 模型成功地解决了屯网规划中存在的多目标、北线性、离散删寻优问题，协调了多个目标之问的冲突， 并能根据需要同时得剑各个目标得以不同程度实现的几个优化规划方案。这是一个智能化的模型。本 文中所采川的屯网扩展规划模型和应圳遗传算法求解时的表示方法，然后对遗传算法的朱成熟收敛问 题进行探讨，同时以泰州市区2 0 1 0 年配电网络为目标，以现状配电网络为基础，结合近期城市开发 建设情况，进行了近期各年配电网络主要建设项目的具体规划。 5 、本文_ l i 泰州地区的配网作为实际例子，对所有以上模型进行考核、验证，最终得到泰州地区 的十一五配网方案。 6 第2 章负荷预测理论在泰州配网规划中的应用 第二章负荷预测理论在泰州配网规划中的应用 2 1 负荷预测的算法概述 电力负荷预测_ t 作涉及到很多冈索，如政治、经济、文化等冈素的影响，与人民生活水平、经济 发展水平、产业结构的调整、技术构成的变化以及社会政治条什、地理气侯条件等因素密切相关。电 网扩展规划直接采_ l 】负荷预测的结果，对电力系统的发展来讲，负荷预测很人程度上影响着整个电力 系统的建设进程和发展速度。也天系到是否能为用户提供安全优质的电力，以及关系到电力系统运行 的经济性。对丁负荷预测，下面是常_ l i j 的分析方法。 对丁i 传统的负荷预测方法，主要分为直观分析法、统计分析法、模糊预测法、人工智能法、经济 分析法，其中直观分析法义可分为专家预测法、单耗法、增长速度法、电力弹性系数法；统计分析法 又可分为相关分析法( 含同门分析法和国际比较法) 、外推法；模糊预测法可分为模糊同! j 1 分析法、 模糊聚类预测法、模糊时间序列分析法、模糊推理预测法；人f ：智能法义分为人j ：神经网络预测法、 预测专家系统：经济分析法义分为投入产出预测法、经济计量模璎法。而对丁具体的某一小区、某一 行业的负荷预测方法有二维时空分析法等。 负荷预测是电网规划的重要环仉是电网规划的基础工作。负荷预测合理性与准确性直接影响着 电网规划的质量，其至是成败的关键口。 电力系统负荷预测可以分为总量预测和二维时空负荷预测。总晕预测属丁i 战略预测，是将整个规 划地区的电量或者负荷作为预测对象，它的结果决定了朱来电网的供电容量。负荷总餐预测结果对于 电网规划中电源点的确定和发电规划具有重要的指导意义，是电网规划重要依据，同时也是三维时空 负荷预测必不可少的基础数据。 2 2 泰州电力负荷总量预测 2 2 1 模糊算法简介 电力负荷的增氏受到社会经济环境中许多不确定因素的影响，因此我们所建立的负荷预测模型 应该能够处理各种不确定性因素，从而更好地反映实际，提高预测精度，而模糊数学则为处理此类不 确定问题提供了有效1 ：具。模糊推理理论是借助于模糊集理论实现不确定性推理的重要i ：具，可用来 描述人类思维、决策的模糊性。模糊推理预测是用模糊推理的方法来求解预测问题。以前模糊预测模 型有模糊回归预测法、模糊聚类识别预测法、模糊时序预测法，模糊逻辑预测法等。这些模型在常规 预测方法的基础上引入模糊概念，从而实现对不确定性因素的处理。但这些基于模糊集理论的负荷预 测方法缺乏自我学习的功能，使得预测不能调箍，精度不能提高。 负荷模糊推理预测考虑的是与电力负荷相关的经济变昔，先将电力负荷年这些经济变量的历史 数据进行模糊化处理，然后建立相应的模糊推理规则，从而建立电力负荷和各类经济变量之间的模糊 蕴涵关系，最后利用推理合成规则得到预测结果【2 9 ”1 。 卜i 面我们推倒一元模糊推理预测方法，即对应国民经济总鼙来推测负荷总量。 首先设x 、y 是两个相关的实数集，a2 4 ，a 2 ，爿。，b5 e ，b 2 ，吃) 分别是论域x 和y 口 上的两个正规凸模糊划分，其中每个，2 1 , 2 , - - - , k ，存在一点y ，y ，使得口，( 乃) = 1 ，即y j 曰 是j 的核。设行个随机样本为( 五，y 1 ) ，( j 2 ，y 2 ) ，( j 。，以) ，x i 彳，乃y ，f = 1 , 2 ，记 s = ( t ，y f ) l f = l ，2 ，n ) 。对于给定的f 2 1 ，2 ，n ，得到数据( t ，y f ) 分别对应a 和b 上的模糊 子集为： 7 东南大学t 程硕士论文 其中，吩2 ，( 而) ，钆2 t b ，, ( y i ) ，_ ，= l ，2 ，埘，f ：l ，2 ，七。于是利用样本s ，我们可以得 。 口i ，口2 ，口 1 ，2 ， 到论域a 和b 上的两组模糊子集一 一 一和一一，即 a = b = a l la 1 2 a 2 1a 2 2 a h ia h 2 6 1 。以： b 2 1b 2 2 阮。吒： 定义墨为a 到b 上的模糊蕴涵关系为r ： 吒lr j 2 r 2 1r 2 2 r i0 2 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 则白 0 4 ，x 是4 则代表y 是1 ，的真实程度。记墨中的第f 行向餐为冬。，：，量可 以被认为是论域君上的模糊子集。我们需要构造一个冬的估计零。为此以星，相应的观测数据 x t 乃) 中蕾属于a 一，的相对程度作为权重进行加权平均，从而得到当工是芒，时，y 是0 的可能程 度咯的估计值，得到： 尼= 口。b t n 。6 ，： ! 二! 一j = ! 一 n ， 目 记：w = a 7 b = w l i w 2 1 - h 1 w 1 2 w 2 w l t w w m 其中，嘞2 善口“，f ：l ，2 ，朋，j - - 1 ，2 ，一。则可得到蕴含关系 r = 8 ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) “kk a 一 参牛善 一q一吒一q屹一心一 h q b一屹一 第2 章负荷预测理论在泰州配辫规划中的戍用 其中，吒= t - i 玑。对于给定的x x ，得到：其中，。对于给定的，得到： 12 ( q ，g 2 ，口，) 硝) 其中，口j2 ，( 川，f ：l ，2 ，肌。由推理的合成规则可得 ! 。r 。= = ( 9 1 ，b 2 ，b k ) 罗( 富) 用y l 儿，j ，。分别表示璺0 ，冬的核，则推理预测的结论为： 岛y ， y = 号广_ 6 j 下面简要说明如何实现自学习功能，即用现有负荷的真实数据来验证， 是上e 确的，则把( x ，y ) 作为新的资料加入到原有统计样本中去： a + l = ( a + l ，l ，a + 1 ，2 ，a h + l ，t ) 于是扩充后的模糊蕴涵关系如下： r = 一l 如果推理结论经验证是错误的 模糊蕴涵关系： 雹= 【i l ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) 如果推理结论经过验证 ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 可以利用( x ，y ) 来修改原有的模糊蕴涵关系璺，得到一个新的 ( 2 1 4 ) i ：n m x # 墨学，0 ( 2 1 5 ) 【l 一口州口fj 因此此模糊推理预测模璎可以不断地通过新的数据对模型的验证来改进其预测的准确性，从而 使数学模型具有自学习功能口9 。1 。”。 2 2 2 应用模糊推理预测对泰州地区电网进行电力负荷预测 电力负荷的发展和国比经济的发展的影响有着密切的联系，我们可以建立电力负荷的增长率跟国 内生产总值的增长率之间的关系，同时也考虑剑电力负荷和国内生产总值在社会发展中受剑许多不确 定性囚素的影响，冈而都是具有不确定性的苗，冈此两者之间可建立模糊蕴涵关系。 以泰卅地区为例，根据泰州供电公司提供的历史资料，以及根据该地r x 的国内生产总值及其对 应的最高负荷等历史数据，从而得到国内生产总值和电力最高负荷的年增k 率。 9 学 东南大学t 程硕士论文 表2 i 豢州地区2 0 0 0 年2 0 0 5 年总电量及总负荷发展情况 国内生产总值 同内生产总值 最人负荷最人负荷年 年份 ( 亿元) 年增妖率( 万k w )增长率( ) 2 0 0 0 4 0 5 2 59 8 5 7 01 5 2 l 2 0 0 i 4 9 9 0 1l o 8 7 6 59 2 9 2 0 0 2 5 0 4 2 61 2 3 9 1 0 6 1 9 0 3 2 0 0 3 5 8 0 0 21 5 0 2 1 0 6 91 65 l 2 0 0 4 7 0 5 2 2 1 5 8 1 2 1 | 6 31 4 6 5 2 0 0 5 8 1 9 61 6 2 2 1 3 7 11 2 6 4 由以上分析可知，从2 0 0 0 年。2 0 0 5 年期间，泰州地区总负荷牛现稳步增长的趋势，这与近几年 泰州地区城市建设发展较快、社会经济迅速增跃相适廊。根据泰州市十一五发展纲要和城市规划相关 资料，| 亡来几年泰州地的城市建设和社会经济水平依然以较快的速度发展，冈此，预计未米几年泰 州地区的年用电鼋及最人负荷将继续保持快速增长的趋势。 设国内生产总值年增长率( x ) 和负荷预测年增长率( y ) ，并分别建立如图2 1 和图2 2 的模糊 划分。我们先用2 0 0 0 年到2 0 0 4 年的历史数据建立模糊推理预测模型，再_ l j2 0 0 5 年的数据进行验证。 1 o1 0 51 11 1 51 21 2 5x 图2 1 模糊集一的隶属函数 月 1 0 1 0 5 1 1 1 1 5 1 2y b 图2 2 模糊集一的隶属函数 爿最爿 由表2 1 和、的定义可以算出2 0 0 0 年到2 0 0 5 年的历史数据分别对应于一( f = 1 , 2 。5 ) 丑 和( f = 1 , 2 ，5 ) 上的模糊子集： 口l = ( 0 , 0 0 3 ，0 9 7 ，0 ，0 ，0 ) t l 2 = ( o ，0 ，0 1 6 ，0 8 4 ，0 ，0 ) = ( 0 ，0 ，0 5 4 ，0 4 6 ，0 ，0 ) 口4 = ( 0 000 9 6 ，0 0 4 ，o ) t l j = ( o ，0 ，0 0 7 ，0 9 3 ，0 ，o ) 1 0 第2 章负荷预测理论在泰州配网规划中的应用 屈= ( 0 000 9 5 8 ，0 0 4 2 ) 履= ( o ，o 1 4 2 ，0 8 5 8 ，0 ，o ) 店= ( o ，0 ，0 , 0 1 9 4 ，0 8 0 6 ) 厦= ( o ，0 , 0 ，0 6 9 8 ，0 3 0 2 ) 屈= ( o ，o o 0 7 ，0 9 3 ，0 ) 由此，可得到模糊蕴涵关系胄： 00000 0000 9 5 6 70 0 4 3 3 00 0 1 3 00 0 8 1 70 6 3 1 70 2 7 3 6 00 0 3 7 40 2 4 6 3 0 5 0 9 20 2 0 7 1 0000 6 9 7 50 3 0 2 5 2 0 0 5 年的国内生产总值转化为r 上的模糊子集为： 口= ( 0000 7 3 60 ，2 4 4 ) = ( 0 ，0 7 1 6 7 ，0 5 3 1 7 ，0 4 2 5 3 ，0 5 8 7 5 ) 由推理合成规则得到2 0 0 5 年负荷预测的年增长率为： y = 1 4 3 3 将此模型预测的结果跟相应的历史数据相比较，可得到此结果在误差允许范围内，我们可以认为 建立的模糊蕴涵关系从目前的数据分析来看是合理的，则可将2 0 0 5 年的数据加入到模糊关系中去， 形成扩充后的模糊蕴涵关系m “3 “。 当然如果数据不在允许范围之内的话，应进行修正，同时根据前面分析我们可以看出负荷预测和 多个冈素