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第40卷第4期2012年2月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandContro】Vo1.40No.4Feb.16,2012中压配电网规划综合平台的研究及实现孟晓芳,朴在林,王珏,胡博(沈阳农业大学信息与电气_T-程学院,辽宁沈阳110866)摘要:随着电力工业的发展,配电网结构越来越复杂,规划的内容不断增加,计算量和难度也不断增加为了更好地规划中压配电网,在分析配电网规划工具发展现状的前提下,提出了配电网规划平台的总体框架,建立形成网架结构的图元库,并将其放置在工具栏中。利用该工具栏在规划平台的主界面形成电气接线图,并输入相关参数。借助于所构建的配电网综合规划平台,规划人员只需进行简单的操作,即可完成配电网的潮流分析、无功规划优化、分布式电源的配置优化、网架更新以及网架规划功能,并利用显示的结果分析规划网络的性能。关键词:配电网;规划优化;综合平台;分布式电源;网架规划Researchandrealizationoftheplanningintegratedplatformformid-voltagedistributionnetwork—MENGXiao-fang,PIAOZailin,WANGJue,HUBo(CollegeofInformationandElectricEngineering,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110866,China)Abstract:Withthedevelopmentofelectricutility,thestructureofdistributionnetworkbecomesmorecomplicated,andtheplanning—contentsgetsincreasing.Theworkofcalculationanddifficultyisalsorollingup.inordertoplanmidvoltagedistributionnetworkwell,onthebasisofsystematicallyanalyzingthepresentstateofplanningtoolsusedindistributionsystems,thispaperproposesthewholeframeworkofdistributionplanningplatform,andformsthedrawingelementsplacedinthetoolbar.Bythetoolbar,theelectricconnectionmapcanbedrawnintheinterfaceofplanningplatform,andtherelateddatacanalsobeinputted.Withtheplanningplatform,itiseasyfortheplannertocompletethepowerflowanalysis,reactiveplanningoptimization,placingdistributedgeneration,renewingframework,andnetworkplanning.Andtheperformanceoftheplanningnetworkcanbeanalyzedbytheresults.Keywords:distributionnetwork;optimalplanning;integratedplatform;distributedgeneration(DG);networkplanning中图分类号:TM727文献标识码:A—文章编号:1674.3415(2012)040139-060引言配电网规划是电力行业研究的热点,国内外很重视专门的电网规划软件及规划工具的研究及应用[1-3]。开发了图形化软件【4】、黑启动仿真软件L5】、能量管理系统【6J以及配电管理系统J。上述软件大多采用C+十语言[1,8o9J、VisualC++语言【。SelvanM.P.等【6]提出了面向对象的配电系统模型,利用前推回代法计算潮流。曾祥辉等l41开发的电力系统图形系统,能够绘制各种电力系统常用元件,实现了可视化操作。刘燕等L1叫提出的10kV配电管理系统,通过Wleb平台和可视化潮流平台进行监控与分析,实现了潮流计算以及数据显示。韩娜等LllJ开发了农村低压电网规划设计应用软件,主要完成规划计算和设备选型。目前,电网规划软件及规划工具不同程度地利用了可视化的技术,实现电力网的拓扑显示、潮流分析、相关数据录入等功能,但是只能实现配电网规划中的部分功能,缺少对现有网络适应度的分析以及分布式电源的规划。由于各国对于能源和环境的重视,分布式电源在配电网中的应用成为必然,这使得配电网规划内容以及考虑的因素越来越多,有必要建立配电网规划的综合平台,在该平台上进行配电网相关内容的规划。本文旨在建立一种人机界面友好的配电网规划综合平台,在该平台上进行无功规划优化、分布式电源规划、配电网适应度分析以及网架结构规划,并完成相关结果的显示,为配电网的规划提供方法和技术上的支持。1规划平台的总体框架本文采用VisualBasic作为开发工具,构建配电网规划综合平台。该规划平台总体包括用户界面电力系统保护与控制层、计舁分层、致琚官埋层,如图1所不。圈区界面层I结构的确定l1的输入l1结果的疆11:四圆;:管理l输入数掘ll结果l:圈分析层l计掉{f优化算}圈圈匦图1配电网规划平台的总体框架Fig.1Thewholeframeworkofdistributionplanningplatform用户界面层:实现网络的构建、相关参数的录入、计算结果的显示、以及警示信息的输出,完成查询、保存、打开等功能。计算分析层:根据数据库中保存的结构信息、/一、\/、\/、、/、、,、、,、、/、\/、\./一、\—l墓;㈦{IIi ̄JI,J导线和配变参数、负荷大小以及负荷点坐标,进行相应的计算,并将结果保存于相应的数据库中。数据管理层:实现数据的存储管理,形成数据库,完成线路结构数据、导线参数、配变参数、负荷分布相关数据以及计算结果数据的存取。2配电网拓扑结构的形成根据配电网的实际组成情况,建立形成网架结构的图元库,形成电气接线图。2.1图元库的建立根据配电网的实际情况,确定配电网的元件类型及电源情况,在计算机上形成这些元件和电源的图元库,在这些元件及电源上可以输入参数,并且结合这些元件显示潮流分布。图元库包括发电机、变压器、母线和节点、线路、断路器、电容器及负荷,形成的图元库放置在工具栏中,如图2所示,使用时通过鼠标左键点击工具栏中相应图表即可放置在窗口。{苗萌菌苗函函图2工具栏Fig.2Toolbar在使用时,图元库中的各元件参数可以在规划平台的主界面中输入,也可以在数据库中直接输入。在图元编辑过程中,实现图元编辑的总思想是通过一系列的鼠标和键盘事件触发各变量问数据的传递和流动,从而完成图元的编辑。2.2规划平台的主界面及网络拓扑图的建立网络拓扑图在规划平台的主界面建立,如图3所示,需要实现的功能包括图元的绘制、控件的添加、电气信息的添加、图元的移动以及删除。ra)规划平台的主界面fb1电容器的参数设置图3规划平台的主界面以及参数设置Fig.3Interfaceofplanningplatformandparametersetting孟晓芳,等中压配电网规划综合平台的研究及实现“”“在规划平台的主界面中点击文件菜单中新”“”建,新建一个文件如图3(a)中Form1,然后利用图元库,并结合实际网络,点击工具栏中的相应图标,在计算机上绘制出所需要元件,并输入相关数据,以电容器为例说明,如图3(b)所示,建立规划网络的拓扑结构图。所录入的参数保存到相应的数据库中,形成与网络相关情况数据库。数据库中包括:节点信息、线路信息、负荷信息、电容器信息及电源信息等。另外,为了保证以后操作配电网拓扑图,需要实现拓扑图的打开、修改功能,所以需要保存各元件在屏幕上的坐标。3规划功能的实现在规划平台上可以实现辐射时配电网的规划,具体功能包括:潮流分析、无功规划优化、分布式电源配置优化、网架的适应度分析以及网架的自动形成。3.1潮流分析配电网的潮流计算是配电网络各种分析的基础,也是配电网规划的重要依据。为了适应配电网的发展,需要考虑线路的充电效应、分布式电源、电容器和负荷变化的影响,同时降低对节点和支路编号的要求。根据文献[121以网络拓扑技术及KCL(Kirchoff'Scurrentlaw)为基础,对于纯辐射式网络,设支路电流为fb,节点注入电流为,为支路一道路关联矩阵,则有ib=TiN(1)对于支路『(f,『),设为支路,的阻抗,为支路,的电流,为节点i的电压,则节点,的电压为—U=UZ,I,(2)‘‘‘3.2无功规划优化无功规划优化是配电网规划中的重要内容,对于辐射式配电网可以根据文献[131中方法实现配电网的无功优化,对全网的无功的优化范围就可由整个网络缩小到各个独立的树干范围内,实现分区优化,具体步骤如图4所示。3.3分布式电源的配置优化在辐射式配电网中优化配置DG时综合分析了DG对配电网电压分布、降损效果、短路电流的影响程度,并利用节点的优先等级Zj来衡量l】引,如式(3)。Zf=W1+W2LZ+w3SZ(3)按照优先等级的高低排列节点,形成节点集合Q。并根据Q中各节点的顺序,分别根据年电能损输入数据,形成关联矩阵分析各负荷点的负荷系数和功率冈数,建立三阶梯的负荷曲线’l进行潮流分析1J确定补偿点1’求计算支出费用,计算补偿容量熏新计算潮流分布,比较电压降和电能损耗输出相关结果图4无功优化步骤Fig.4Stepsofreactivepowerplanningoptimal失最小、年经济效益最高的原则形成各节点的最大安装容量集合、最佳安装容量集合D。根据系数1、2、3分别将Q划分为Q1和,将B划分为B1和B2,将D分为J[)1和D2,可以配置DG的节点集合U=Q2NB2ND2,U中节点优先等级较高、最大安装容量及最佳安装容量较大。第一个配置DG的节点,选择为:maxj∈,f}(4)a尸D。,【a尸Dj设配置DG的节点集合为O。。。根据各节点的安装DG的年经济效益C相等的原则确定DG的配置容量,即∈(f)(5)在确定配置DG的位置和容量后,可以在规划平台上看到安装位置及容量、以及规划前后的潮流分布。3.4网架更新规划对于正在运行的网络总是需要根据预测的负荷分析网络的适应度,进行网架更新。更新网架意味着更新部分或全部的网架结构。在规划平台上网络更新的步骤如图5所示。网络的适应度、网络薄弱环节、更新网架方案以及损耗分析参见文献[15]。3.5网架自动形成根据最短路径和最小负荷矩法优化规化配电网的网架,在物理约束、支路电流和节点电压的约束条件下,同时考虑可靠性要求,探索一种自动给出交叉点、自动布线的网架规化的方法,并且实现在虚拟系统主界面上的自动显示。电力系统保护与控制确定负荷增长率以及最大温度,预测负荷确定网络电压及潮流分布计算、分析网络的适应度上—>、/足套找适应度接近临界状态的支路,确定网络薄弱环节确定满足适应度的路径确定更新方案,重新分析电压降和电能损耗输出相关结果,结束图5网架更新优化步骤Fig.5Stepsofnetworkrenewingoptima1分区,形成多个小分区确定拉手的l翌:坌垦兰堡坌竺l+匦巫土确定负荷点的联接方式l二二][二二二二;成连接链表,形成网架@是修正支路的型号《磊至土墨记录潮流分析结果以及网架结构参数图6网架规划步骤Fig.6Stepsofnetworkplanning对于确定的规划区,在规划分析软件上,根据图6所述步骤进行网架规划,自动实现布线优化以及相邻线路的拉手。4规划结果的显示在配电网综合平台上的显示包括:潮流分析、无功规划优化、分布式电源配置优化、网架更新以及网架的自动形成。显示的具体内容包括节点电压、功率分布、损耗分布、配置容量和位置、网架结构。另外,网架更新以及网架的自动形成的显示还包括线路型号和长度的显示。潮流计算结果、无功优化以及DG的优化配置结果的显示分为最小负荷情况、中间负荷情况及最大负荷情况。而且,无功优化、DG的优化配置以及网架更新结果还包括优化前后的结果。各功能规划结果的显示形式基本相同,以无功规划优化分析和网架更新为例说明。图7为最大负荷情况时的支路功率分布。更新支路型号的显示如图8所示,该图为更新方案2的显示结果。5总结本文在系统地分析了配电网及其规划工具的发展现状的前提下,提出了配电网规划综合平台的总体框架及实现的功能。并根据配电网的实际组成情况,建立形成网架结构的图元库,并将其放置在工具栏中。利用该工具栏在规划平台的主界面形成电气接线图,并输入相关参数。图7支路功率分布Fig.7Powerdistributionofbranches孟晓芳,等中压配电网规划综合平台的研究及实现.143.图8更新支路型号Fig.8Typeofrenewingbranches借助于本文构建的配电网规划综合平台,用户只需进行简单的操作,即可完成配电网的潮流分析、无功规划优化、DG的配置优化、网架更新以及网架规划功能,并利用显示的结果分析规划网络的性能。本文给出了综合的、直观的、有效的辐射式配电网规划平台的规划内容以及实现方法,并开发了面向用户的、便于操作的规划平台。今后需要进一步完善,逐渐应用于多电压等级以及环网,为规划人员提供必要的技术支持。参考文献[1]ArturoLosi,MarioRusso.Object-orientedloadflowforradialandweaklymesheddistributionnetworks[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2003,18(4):1265.1274.[2]LIFang.xing,BroadwaterRP.Softwareframeworkconceptsforpowerdistributionsystemanalysis[J].IEEE—TransactionsonPowerSystems,2004,19(2):948956.[3]SelvanMP'SwarupKS.Distributionsystemloadflowusingobject-orientedmethodology[C】//IEEEInternationalConferenceonPowerSystemTechnology—POWERCON,Singapore,November2004:2124.[4]曾祥辉,宋玮,邓健,等.面向对象的电力图形系统的分析和设计[J].继电器,2004,32(5):36.39.ZENGXiang・hui,SONGWei,DENGJian,eta1.Object-orientedanalysisanddesignofgraphicsystemofpowersystem[J】.Realy,2004,32(5):36-39.[5]杨德尚,袁荣湘,李启旺,等.可视化黑启动决策支持软件开发研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(5):97.101.———YANGDeshang,YUANRongxiang,LIQiwang,eta1.Developmentandresearchofvisualsoftwarefor—blackstartdecisionsuppo 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