1、中國地質大學（北京）現代遠程教育專 科 實 習 報 告題 目 面向對象的10KV配電網拓撲算法研究 學生姓名王江浩 批 次1209專 業電氣工程及其自動化 學 號1229011910011 學習中心 知金北京 2014 年 9 月摘要城市配電網作為城市重要的基礎設施，設計和規劃受到了越來越多的重視，配電網規劃涉及海量數據的處理以及多方面的復雜問題具有多約束非線性和離散性的特點對所采用的數學工具。提出了較高的要求本文對配電網規劃涉及的求解方法進行了較深入的研究取得了一些有價值的成果。配電網規劃是一個覆蓋面很廣的課題其主要研究內容包括：電力負荷預測變電站布點優化網架規劃配電網潮流計算無功，規劃正常

2、和故障狀態下的可靠性分析配電網自動化等本文從配電網規劃研究的現狀出發以變電站規劃和配電網網架規劃為主，要對內容進行了詳細研究。本文研究了配電網規劃中的變電站規劃的問題建立了變電站，規劃的優化數學模型詳細的介紹了遺傳算法，尋求該問題優化解的規劃的優化數學模型詳細的介紹了遺傳算法尋求該問題優化解的原理并給出了具體步驟最后通過算例說明了算法的有效性。分析研究了目前用于配電網網架規劃的模型和算法建立了配電網網架規劃的模型，布爾矩陣分析算法具有正反饋分布式計算和富于建設性的貪婪啟發式搜索的特點把算法引入到配電網網架規劃優化問題，解決中針對配電網接線多呈輻射形的特點引用。圖論中的樹的概念來改進搜索方法該方

3、法避免了配電網的輻射形檢查使得算法的搜索域，限定在可行域從而改善了傳統算法的搜索效率在形成環狀網絡接線時采用正反向的搜索策略進行網架優化算例，說明了該矩陣算法的實用性和有效性。關鍵詞: 配電網輻射形配電網遺傳算法現代啟發式算法。ABSTRACTUrban distribution network is one of the important infrastructures ofcity. In recent years more and more attentions were paid to the optimal。planning of urban distribution networ

4、k. The distribution network optimalplanning is a complex problem in which much mathematical knowledgeinvolved so that it can be said to be a problem with strong mathematicalsense. Up to now there is no existed mathematical algorithm by whichthis problem can be solved effectively so this kind of prob

5、lem needsdeeper study.In the planning of urban electric power network several aspects haveto be considered such as power load forecasting substation andnetwork planning distribution network power flow calculationreactive power planning reliability analysis in normal and emergencydistribution automat

6、ion. Based on the existing research situation of thisproblem this paper mainly concentrated on substation optimal planningand distribution network structure planning.After plenty analysis of substation optimal planning a mathematicalmodel which is about substation plan was established and geneticalg

7、orithm was proposed to solve the substation planning problems.Ant Colony Algorithm has some important characteristics such as: positive feedback distributed computation and the use of constructivegreedy heuristic. Based on these characteristics a mathematicalmodel which is about distribution network

8、 structure plan wasestablished and Ant Colony Algorithm was proposed to solve networkstructure plan problems. According to the radiallity of distributionsystem this paper uses the spaning tree of Graph Theory to improve the Another improved search method Positive and Negative DirectionsSearch is pre

9、sented to solve the ring-main supply problems.In this paper a lot of important factors are discussed such as: theconnection modes of cable network and the parameters of boxtransformer10kV distribution substation and loop-network cabinet andso on. Finally based on the existing research achievement th

10、e geneticalgorithm used for solving substation planning problems.and Ant ColonyAlgorithm used for solving network structure plan problems wereprogrammed according to COM standard. It drives the work ofdistribution network plan normative and intelligent.KEY WORDS: power distribution network radial di

11、stribution network Ant colony algorithm genetic algorithm meta-heuristics.目 錄摘要2ABSTRACT3目 錄4第一章緒論6論文研究內容的來源6論文研究的意義和目的61.3 配網化劃述71.3.1 配網化劃的特點71.3.2配電網網架結構優化的基本準則7我國配電網存在的問題81.3.4 國內外配電網優化規劃研究現狀9本文所做的主要工作10第二章 城市中壓配電網電纜網絡接線模式11城市中壓配電網規劃的主要內容11中壓配電網電纜網架主要接線模式112.2.1 10kV電纜網絡接線準則112.2.2 10kV電纜網絡主要接線1

12、1配電站182.3.1 10kV配電站的分類18第三章 配電網拓撲分析方法 183.1. 鄰接矩陣法拓撲辨識193.1.1識別原理193.1.2. 辨識步驟 223.1.3. 鄰接矩陣法的缺陷 233.2. 樹搜索法拓撲辨識 233.3. 算法優化 243.3.1. 矩陣運算過程優化 243.3.2. 對節點的優化 253.4. 本章小結 28結 論29致 謝29參考文獻29第一章緒論論文研究內容的來源本研究課題來源于基于10

13、KV配電網絡拓撲算法研究論文研究的意義和目的隨著國民經濟的發展家用電器大量進入家庭，我國城市用電負荷迅速增長特別是在夏季持續高溫時許多城市的高峰負荷增長，更加顯著與城市用電負荷高速增長相對應的是我國的城市電網建設嚴重滯后,據統計全國約80%電量是在城市電網銷售的,而城市電網的供配電能力已經成為將電能安全可靠地送給用戶的瓶頸。從早年開始的城市電網規劃工作到近幾年來力度較大的城鄉電網改造,人們已經逐步認識到通過電網規劃尋求最佳電網投資決策和網絡新建改造方案的重要意義,用電網規劃的優化理論來指導電網的建設發展可以保證資金的有效利用和網絡的長期最優發展可以為電網的穩定安全運行以及經營管理奠定基礎,可以

14、為建立統一開放的電力市場服務也可以保證電網及電力工業的發展與國民經濟的發展及城鄉建設協調一致,尤其是作為系統用戶中心的城市電網其在電力系統中的作用使得城市電網的優化顯得非常必要。配網劃1及海量數據的理以及多方面的，具有多束、非性和離散性的特點，所采用的數學工具提出了高的要求。一般的啟式方法直算量小，但往往只能出次解而非最解數學化方法可以考劃中各量和因素之的相互系。能從全局上把握原理上比格。但由于配電網劃存在“合爆炸”問題用數學化方法格求解的會遇到“數災”等困通常需要的數學模型化理，因而可能失最解采用家系方法的點在于可以理以用數學方式描述的束條件。缺點是知以得，周期且不易移植近年來以模退火(Si

15、mulated Annealing 簡記 SA)群(Ants Colony Optimization，簡記為 ACO)、算法(Genetic Algorithms簡記為 GAs)和禁忌搜索(Tabu Search簡記為 TS)等代表的代啟式化技引起了各學科研究人的普遍趣/方法適于解決合化以及目函數或某些束不可微的非性化。如上所述城市網劃工作十分重要，但到目前止，于配網網架接化方法的研究和分析工作仍不重。而配網劃又具有多束、非性和離散性的特點，所采用的數學工具提出了高的要求，使得在配網接方面缺乏能足上述要求的一些指性方法，而且在城市網劃中采用的方法也不是很完善。因此，城市網化劃方法的研究具有大的

16、意義。1.3 配網化劃述1.3.1 配網化劃的特點城市配網劃是在分析城網狀和荷的基上，并在城市境保的束下行的，最得到不但足劃期內的力供，要保高的供量以及小的用的配網劃方案。城市配網2依等分高配網(包括 35-110kV 的路和所)，中配網(包括 3-10kV 的路，配所站和器)，低配網(包括380/220V路)。本文主要的研究象是城市10kV配網，屬于中配網劃，以下的配網劃均指城市中配網劃。配網劃具有如下特點:1). 路合多：方案多配網是將能從高所直接分配到用的力網。其性與低用的多少、分布、密集程度有在荷點比多的配網中，路也比多路的合有成千上萬就找最解來了困難。2). 束條件：在城市配網中用多

17、而密集，而由于受到架條件限制，路走廊少束多同由于要考慮路城市境的影響城市配網要求占地面小境染少。3).多段性：在劃中了避免短期行和盲目性從的角度整體合考網的布局。由于配網荷增速度快，分布常化配網劃的適用期相網要短一些其性明就要求在當前段的劃中及各待站和路以后各段的影響。4).整數非性：配網路的建與投運是0-1性的要架要不架設不存在一個渡程不性分析和理來了度，無法用數概念來推某狀點周的狀同，由于路容量耗站容比等參數均需要非性的配網潮流算得到所以配網劃具有整數非性特點。5).數據模糊性：由于配電網直接與用戶相連與用戶相關的各個因素，如用戶的多少位置負荷等直接影響配電網的結構但這些因素隨時間的推移變

18、化很大，尤其對新型城市和經濟開發區發展速度很快負荷的波動也很大，這就使得本來就不精確的負荷預測的基礎上進行的，所以參與中長期配電網規劃的各原始參數也帶有很大的模糊性。6).多目標性既要滿足社會發展對電力的要求又要具有高度的經濟性。1.3.2配電網網架結構優化的基本準則進行網架結構規劃時應滿足電力系統經濟性可靠性與靈活性等各方面的基本要求:1).具有高度經濟性經濟性是進行電網建設的最基本的要求但在評估經濟性時不能僅把電網建設的初期投資作為唯一考核指標，要以電網發展建設的總體效益來衡量這點目前已達成共識。2).提高配電網整體供電能力配電網直接聯系著廣大用戶覆蓋面很廣供電面積大，因此應具有充足的供電

19、能力以滿足用戶需求不斷增長的要求，尤其是經濟發展迅速的城市和地區對電網供電能力要予以特別重視。3).提高電能質量及供電可靠性保證電網安全運行這是適應電力市場發展的要求保證在靈活機制下的高競爭力4).要有較大的靈活性和適應性在電網規劃設計中配電網的靈活性和適應性觀念尤為重要,因此經濟發展既是一個系統工程又是一個動態工程包含著許多相互制約的不確定因素,遠期發展目標不可能全部預見且在藍圖上全部確定下來,因此要求配電網網架結構具有足夠的彈性,包括有足夠的設備容量在各種可能出現的運行方式下具有相應的應變能力,在制定各階段網架方案時要考慮前后階段之間的相關性即發展過程中的過渡方案.我國配電網存在的問題配電

20、網位于電力系統的末端直接與用戶相連整個電力系統,對用戶的供電能力和供電質量最終都必須通過它來實現和保障，這就確保了配電網在電力系統中的重要地位。隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高，用戶對配電系統的經濟性和可靠性提出了新的要求，這一切都要求在進行配電網規劃和建設時必須把提高配電網的經濟效益及供電可靠性擺在十分重要的地位。我國大部分城市十幾年前規劃建設的配電網早已不符合現在日新月異的發展形勢滿足不了人們對電能質量的要求，這就迫切需要對電網進行重新規劃投資建設和改造國內多數配電網，在近幾年內已有很大發展新的高壓變電站增加老的變電站升壓增容電網中引入超高壓輸電線電網結構趨向合理安全性有一定

21、提高，但是在普遍進行的配電網改造中都會面臨以下幾個方面的問題:1).配電網供電能力不足不能適應電力市場流通及消費的需要據統計約占全國發電量的80%的是經城市電網分配給用戶，這充分說明了城網在國民經濟和社會發展中的作用及地位隨著改革開放的深入第三產業迅速發展人民生活水平不斷提高城市用電負荷迅猛增加，而配電網的發展不及負荷增展快而配電網建設雖然有了一定的發展但依舊存在容量不足的問題，有些城市負荷密度高短路容量高而城區內變電所較少變電容載比偏低一般在1.54-1.67而<<城市電力網規劃設計導則>>要求220kV電網容載比應為1.6-1.9110kV電網容載比應為1.8-2.

22、1而多數城市配電網的主干線導線截面偏小每年用電高峰期各地配電網主設備嚴重過載不得不采取高峰限負荷或者拉閘限電措施2).電網線路能損高電網的線損居高不下經濟性差3).電壓質量不高其主要原因是負荷增長快無功補償不足或缺乏無功調節手段線路過長，導線截面小配電變壓器布點不合理等等4).城市電網技術落后設備陳舊供電能力不足特別是配電網設備普遍陳舊落后小截面老線路老式油斷路器老式柱上斷路器等仍大量在線工作給系統的正常運行帶來了很多的安全隱患5).用戶對供電可靠性和供電質量的要求日益提高配電自動化系統正逐漸興起而原有的網絡結構很難適應配電網自動化的要求1.3.4 國內外配電網優化規劃研究現狀配電網規劃具有重

23、要意義在電力系統研究領域中配電網規劃一直是普遍關注的課題但是由于該問題的復雜性到目前為止并沒有被很好的解決科研論文中提出的方法在實踐中往往難以實現1997年<<國際供用電會議>>中一篇調查報告指出經過對世界上28個具有電網規劃與分析功能并已經實際應用的商用電網信息系統調查得出的結論是大部分商用電網信息系統極少使用真正的數學規劃方法或啟發式方法雖然含有許多規劃功能但其方法在答卷中很少闡述清楚大多數商用電網信息系統都提供簡單的交互式模擬方法數學方法的缺乏很有可能就是造成能提交完整報告的軟件設計商數目很少的原因”這種狀況出現的根本原因是配電網規劃的復雜性配電網規劃問題具有非線

24、性整數性運行方式多樣性多階段性的特點因此要對這樣一個多階段多約束條件非線性整數規劃問題求解是相當復雜的工程的需要又要吸引廣大電力規劃工作者研究了各種各樣的配電網規劃方法建立了多種規劃數學模型由于配電網規劃問題的上述特點每一種方法都不可能建立最為精確的數學模型都采用了多種假設和近似這也是解決工程問題允許的從算法上來看迄今國內外配電網規劃方法可分為以下幾類：1).近似優化算法(專家系統啟發式算法): 這類方法以直觀分析為依據接近工程人員思路可以根據經驗和計算給出比較好的設計方案但不是嚴格的優化方法在配電網規劃中啟發式方法直觀靈活計算時間短便于人工參與給出符合工程實際的較優解這是其優點現在常用的配電

25、網絡規劃中的靈敏度分析法技術經濟比較法支路交換法等都屬于啟發式算法支路交換法是Aoki等人于1990年提出的用以解決單階段配電網優化規劃問題支路交換法的基本思想是:(1).在一個可行方案中加入一條支路形成一個環路(2).移去一條違反約束的或費用過高的支路如果支路交換后的方案更優保持該方案否則放棄交換(3).重復以上過程直到目標函數不能再改善為止1991年Nara將此單階段近似算法擴展到多階段并提出了一種稱為Backward/ForwardPath的多階段模型求解方法這種方法在確定下一階段方案的同時考慮前一階段以確定該方案是否總體最優1997年S.K.Goswami將前面提到的支路交換法改進為:

26、區內支路交換法(Intrazone)和區間支路交換(Interzone)Intrazone確定饋線的最優網絡配置Interzone確定變電站的最優供電區域2).傳統的數學優化算法: 電網規劃的數學優化法就是把電網規劃設計要求歸納為運籌學中的數學模型然后通過一定的優化算法求解從而獲得滿足約束條件的最優規劃方案常用的配電網規劃數學模型有線性規劃模型整數規劃模型混合整數規劃模型動態規劃模型以及網絡流模型等求解上述模型的經典的數學優化算法4有:單純形法動態規劃法分支定界法網絡流規劃法以及Bender分解法等數學優化方法與電網規劃啟發式方法相比考慮了各變量之間的互相影響因而理論上更為嚴格些但由于電網規劃

27、的變量數很多約束條件復雜因此數學優化方法雖然從數學角度上看具有嚴格的優越性但由于求解困難實際并不能得到最優解在建立模型時不得不對具體問題做一些簡化給予近似的描述另外數學上最優的方案有可能與實際情況發生矛盾因此難以得到實施這是它的主要缺點例如 忽略電網的放射狀約束和電壓約束將離散變量連續化忽略線路均勻性約束等傳統的數學優化算法6應用于電力系統的研究集中在20世紀70年代和80年代1974年Masud提出采用0-1線性模型表示變電站規劃問題用運輸模型表示饋線規劃問題1983年Fawzi和EI-Sobki對其作了改進改進后的模型包括非線性費用和電壓降約束1981年Thompson和Wall提出用分支

28、定界法求解上述建立的0-1規劃模型1996年Yifan Tang提出一種非常復雜的非線性規劃配電網規劃模型該模型考慮了Kirchhoff電流定律設備容量限制電壓降限制輻射運行約束和可靠性等約束條件對于這樣復雜的模型作者采用分解方法首先將多階段模型分解成若干各單階段模型再將每個單階段問題分解成可靠性優化模型費用優化模型最后采用折中的方法對各個子模型進行協調從而找到問題的最優解3).隨機優化算法: 這類方法包括人工神經網絡模擬退火算法Tabu搜索法以及算法等方法人工神經網絡法具有天生并行處理的優勢但其訓練非常復雜耗時并容易陷于局部最優解模擬退火算法的全局尋優能力較強然而為了保證解的最優性必須以足夠

29、慢的速度降溫這樣將涉及大量的計算Tabu搜索算法計算速度快但很容易陷于局部最優解從計算速度和全局尋優能力上來看遺傳算法比其它隨機優化算法要好一些但算法的控制比較困難計算時間也不好控制當然這和具體問題有關到20世紀90年代人們發現不管是傳統的數學優化算法還是近似優化算法都不能很好的解決配電網規劃問題這時隨機優化算法已經發展起來了因此人們就將這種新興的優化算法引入到了電力系統中隨機優化算法對問題性質幾乎沒有限制并且有可能避免陷于局部最優解1991年K.Nara用遺傳算法求解損失最小的配電網重構問題1994年V.Miranda將遺傳算法應用于對階段配電網規劃問題發現遺傳算法具有傳統優化算法不可比擬的

30、優點(1).遺傳算法對配電網規劃模型的復雜性沒有限制(2).遺傳算法可以提供多個優化解供規劃人員選擇(3).遺傳算法可以防止陷于局部最優解總之求解配電網規劃的優化算法很多但并沒有一種算法合理理想好控制又能得到滿意的解實際配電網規劃問題仍期待更有效的求解方法本文所做的主要工作本文在總結國內外配電網優化規劃研究經驗的基礎之上對啟發式算法應用于配電網優化規劃進行了分析和研究主要研究內容如下）建立了變電站規劃優化的數學模型詳細的介紹了遺傳算法尋優的原理和實現步驟并把遺傳算法引入到變電站規劃優化問題的解決中）詳細介紹了網絡拓撲算法尋優的原理和實現步驟利用該算法具有正反饋分布式計算和富于建設性的貪婪啟發式

31、搜索的特點把網絡算法引入到配電網規劃優化問題的解決中針對配電網的輻射型特點提出一種新的解的表示方法本文使用圖論中的支撐樹來表示問題的解該方法避免了配電網的輻射型檢查使得算法的搜索域限定在可行解域該方法避免了配電網的輻射型檢查使得算法的搜索域限定在可行解域從而改善算法的搜索效率）詳細介紹了目前電纜網絡的各種主要接線模式以及箱式變壓器配電站環網箱和開關站的參數及其使用條件）在采用網絡拓撲算法進行配電網規劃優化時采用一種新的搜索策略來滿足形成環網的要求并分別進行了采用環網箱配電站和箱式變壓器與只采用配電站和箱式變壓器的網架優化第二章 城市中壓配電網電纜網絡接線模式城市中壓配電網規劃的主要內容配電網規

32、劃在數學上是一個離散的非線性多階段多目標的組合優化問題其目標函數一般是投資網損或用戶停電損失最小等約束函數一般包括用戶與系統的電力平衡各種電力運行約束等其中部分電力運行約束為非線性部分決策變量為整數配電網規劃包括負荷預測高壓網絡規劃等負荷預測采用多種預測方法在GIS平臺上完成規劃區域內的總量負荷預測和分區空間負荷預測高中壓負荷預測分別進行采用不同的負荷預測方法進行分年度負荷預測完成規劃區域內的總量負荷預測和分區負荷預測乃至具體地塊的負荷預測高壓網絡規劃主要包含以下內容:變電站選址主變容量規劃網絡結構優化潮流計算短路計算N-1安全校驗和無功優化計算等中壓網絡規劃主要包含一下內容:架空線分段點規劃

33、環網(網絡)開環點的優化負荷最優分配(網絡重構)各變電站的10kV網絡的基本走向和互聯方案的開發規劃等中壓配電網電纜網架主要接線模式2.2.1 10kV電纜網絡接線準則1).10kV電纜網絡應構成正常方式下開環運行的單環網雙環網達到手拉手和N1的準則2).10kV環網的電源線應來自不同變電站或同一變電站的不同段母線3).由變電站引出的10kV電纜環網每環供應的配變容量包括用戶8000kVA由開關站引出的10kV電纜環網每環供應的配變容量包括用戶4000kVA4).可視用戶需要采用10kV專線及非專線供電嚴格控制不帶負荷的備用10kV用戶專線以節約走廊和提高線路負載率5).作為110kV/35k

34、V變電站10kV出線的第一級配電站原則上采用開關站或帶所變的開關站的形式使變電站的10kV母線得到延伸解決110kV/35kV變電站10kV出線倉位不足及出線通道困難的問題2.2.2 10kV電纜網絡主要接線電纜線路的特征是故障難于尋找及發現故障修復時間長但外界干擾少外力破壞少故障少不影響環境美觀由于其特征一般除用戶專線距離短故障概率極小可以適當停電的地點外不宜用放射形線路主干線路應用環網等接線電纜網絡基本上分四種模式放射形環網接線(單環網1/3及1/4環網雙環網等)公共備用線開關站并可派生出多種方案分述如下1).放射形網絡 圖 2-1 放射形網 接10kV Fig 2-1 Radial Co

35、nnecting Mode放射形網絡一回線路一個電源不與其他線路連接適用范圍圖2-1中C或D接線距110kV或35kV變電站不遠且用電負荷較大的10kV供電用戶若該用戶需要雙電源可按同樣供電模式以雙電源二回專線供電圖2-1中A接線距110kV或35kV變電站不遠用電負荷也不很大的10kV供電用戶一回線路支接二個或三個用戶圖2-1中B接線距110kV或35kV變電站較近用電負荷又分散供電要求不高采用經10kV電纜分支箱供電電纜分支箱有二種類型一種分支箱內裝有負荷閘刀可以手動或自動操作另一種分支箱內沒有負荷閘刀若10kV供電用戶離110kV或35kV變電站較遠而距10kV開關站較近按用電負荷大小和

36、用電的要求也可采用以上供電模式由10kV開關站向各用戶供電放射形網絡優點是接線簡單線路不考慮備用容量投資少但缺點是供電可靠性差線路發生故障多為永久性故障停電時間長2).單環網(開式運行)將幾個負荷點(10kV用戶或配電站)以10kV電纜連成一組環網一組環網內有二個或二個以上電源在正常情況下開環運行各個環網點的進出線都裝有環網開關可以隔離任意一段的線路故障通過環網開關的操作恢復所有負荷點的供電因此停電的時間都是故障的查找和操作隔離的時間停電時間較短若采用電網自動化后停電時間更可縮短10kV電纜線路的供電安全可以滿足N-1要求若用戶需要雙電源供電該用戶靠近環網開口處在這環網點加裝分段開關若不在環網

37、開口處那么從另一個電源的環網點放一回線作為該用戶的第二電源見圖1-6 根據用電負荷的特性負荷的分布運行的要求建設的條件等分析以下幾種供電模式Fig 2-2 Single Loop Connecting Mode 圖2-2適用于負荷點距10kV或35kV變電站較近用電負荷不很大大部分為10kV供電的負荷點絕大部分只需要單電源供電其優點供電可靠性高缺點每回線路負載率須控制在50%以下同時每個負荷點都需設置環網點圖2-32-4適用于負荷點距110kV或35kV變電站較遠用電負荷不很大大部分為單電源供電的10kV用戶如果低壓負荷較分散的采用圖2-3低壓負荷較為集中即在10kV開關站內安裝配電變壓器二臺

38、如圖2-4降壓后供鄰近低壓負荷其優缺點同圖2-2 圖 2-4 10kV 站 網接 (2)Fig 2-4 Single Loop Network With Switching Substation(2)圖 2-5 10kV 站和 網配 站接 (1)Fig 2-5 Connection Mode with Switching Substation and ring-mainsupply(1)圖 2-6 10kV 配 站和 網配 站接 (2)Fig 2-6 Connecting Mode with Switching Substation and ring-main supply(2)圖2-5適用于

39、低層住宅區用電負荷分散絕大部分為低壓用電負荷若有少量10kV供電的用戶可結成單環網由10kV開關站供電圖2-6適用于以低層住宅為主和多層住宅或和高層住宅混合的地區多層住宅或高層住宅的用電負荷比低層住宅集中一些又鄰近需設10kV開關站在該站內裝設配電變壓器降壓后供鄰近多層或高層住宅的用電負荷由于用電負荷分散又要縮短低壓的供電距離對供低層住宅用電負荷的配電變壓器一般選用400kVA或500kVA并將數臺變壓器組成環網圖2-52-6供電模式的優點10kV電網供電可靠性高低壓用戶的電壓質量好另外110kV或35kV變電站的出線倉和出線電纜根數都可以減少電纜可以分散敷設在安排合理情況下可以節省費用缺點在

40、住宅小區內既要設置10kV開關站或10kV帶開關配電站又要設置數量較多的環網配電站占用土地多另外每回線路負載率須控制在50%以內3).開關站開關站的功能是轉送分配電力到各負荷點替代110kV或35kV變電站的10kV出線倉減少變電站出線電纜的根數從實際可行性分析以下幾種接線模式圖 2-7 二回進線10kV開關站接線Fig 2-7 Switching Substation Connecting Mode圖 2-8 帶10kV開關配電站接線Fig 2-8 Switching Substation Connecting Mode With distribution Center10kV開關站一般適用

41、于用電負荷分散或用電負荷不很大距110kV或35kV變電站較遠以上三種方案的優點在進線電源達到供電安全N-1要求下圖2-72-8接線比較清晰在開關站附近低壓用電負荷大宜采用帶開關配電站接線可以省去一座10kV配電站通常都采用該種接線缺點10kV開關站的供電能力只有進線容量的一半圖2-9適用于鄰近地區需設置較多的10kV開關站為了增加每座開關站的供電容量減少開關站數量采用一回線路作幾座10kV開關站的公共備用所以每座開關站的二回進線負載率可以達到100%缺點由于地區逐步發展用電負荷逐步增加變化又多難于安排。配電站2.3.1 10kV配電站的分類1.10kV配電站可以分為K型P型W型三大類K-開關

42、站T-帶變壓器 A-10kV采用空氣絕緣開關柜F-無變壓器 G-10kV采用SF6充氣柜配置1. 10kV采用斷路器2. 進線不帶保護出線帶繼電保護P-環網站T-帶變壓器 1-帶變壓器1臺變壓器F-無變壓器 2-帶變壓器2臺變壓器配置1. 10kV采用環網柜3. 進線不帶保護出線帶熔斷器保護W-戶外站X-預裝式變電站H-10kV戶外環網裝置L-低壓戶外電纜分支箱2.3.2配電站電源線和變壓器容量的選擇1).10kV電源線路容量應按N1準則選擇2).配電變壓器容量選擇10kV配電站一般配置兩臺800-1250kVA配電變壓器10kV配變容量按N1準則兩臺配變的負載可控制在65以內熔斷器作為保護的

43、配電變壓器容量一般為800kVA10kV中心點經消弧線圈接地的最大可選擇1000kVA預裝式變電站WX型站容量統一規格為315kVA500kVA2.4電纜截面的選擇1).變電站10kV出線電纜截面為銅芯400 mm2開關站出線電纜截面一般為銅芯240 mm22).低壓電纜主干線截面一般為銅芯240 mm2支線截面為銅芯120 mm270 mm2中心截面與相線截面相同第三章 配電網拓撲分析方法 電力系統網絡拓撲分析主要是處理開關信息的變化，形成新的網絡接點，在網絡發生變更的時候進行網絡重構，為網絡分析各種應用奠定基礎1。當前最主要的拓撲分析方法主要有鄰接矩陣法和樹搜索法兩種。

44、本文在總結和分析鄰接矩陣法和樹搜法的基礎上提出了針對配網拓撲分析的改進算法，并在GVMS電力可視化開發平臺中予以應用。3.1. 鄰接矩陣法拓撲辨識 矩陣元素全部為0或1的矩陣稱為布爾矩陣。配電網的鄰接矩陣和由配電網鄰接矩陣自乘n-1次得到的連通矩陣的所有元素都為0或1，所以配電網鄰接矩陣和全連通矩陣皆為布爾矩陣。布爾矩陣除了遵守普通矩陣的運算法則以外，還遵守布爾運算法則。算法則如下所示：邏輯加，用 表示：11=1，10=1，00=0，01=1. 邏輯乘，用 表示：11=1，10=0，00=0，01=0.3.1.1識別原理基于鄰接矩陣的電網拓撲辨

45、識算法。該算法使用節點-支路關聯矩陣和之路-節點關聯矩陣表示配電網絡的基本拓撲結構，通過與開關狀態矢量的運算得到節點-節點的鄰接矩陣，通過對配電網相對應的網絡圖連通區域的拓撲分析實現對配電網絡的拓撲辨識。基于鄰接矩陣的電網拓撲辨識算法。該算法使用節點-支路關聯矩陣和之路-節點關聯矩陣表示配電網絡的基本拓撲結構，通過與開關狀態矢量的運算得到節點-節點的鄰接矩陣，通過對配電網相對應的網絡圖連通區域的拓撲分析實現對配電網絡的拓撲辨識。根據設備在配電網絡中電氣特性的近似性，把配電網絡設備分成四部分：電源SK ， 開關BK ， 線路LK 和用戶UK。在圖

46、3-1 中，連接所有開關、母線、圖 3-1一個典型的配電網絡圖用戶的線都稱為L ；而變電站母線、開關站等母線都稱為電源S ；所有的斷路器、分段開關甚至包含熔斷器都統稱為開關B ；所有的用戶包含配變、負荷母線， 在圖中沒有標出， 只是用箭頭表示將要接用戶。當把圖中所有的電源，母線，用戶線都作為圖的節點，把開關作為節點間的邊時即支路，可得到節點-支路的關聯矩陣，aij=1表示節點i與支路j連通，當開關全部閉合（稱為原始節點-支路關聯矩陣）的關聯矩陣為：如果3-1中的某些開關斷開，如圖3-2所示，此時對應的節點-支路關聯矩陣（稱為

47、當前節點-支路關聯矩陣）A為：圖 3-2斷開開關后定義開關狀態矢量S=sj，sj與開關j的狀態相對應。當開關閉合時，sj=1，開關斷開時，sj=0。這樣，S=1，0，1，1，1，0，1，0。A就是A0的每一行與S的各個對應元素進行“與”運算后得到的。 用同樣的方法，也可以定義支路-節點鄰接矩陣B=bij，顯然，A=BT。定義矩陣 C = A * B （3-1）則矩陣C表示的是，網絡圖中節點與節點間的鄰接關系?；卩徑泳仃嚨木W絡拓撲分析方法主要有以下幾種：1) 基于堆棧技術搜索法 文獻10中給出了

48、一種帶電支路連通狀態拓撲著色的算法，該算法是基于3.2節中所講的行掃描連通區域分離法，采用堆棧的技術進行拓撲分析著色。網絡拓撲分析的算法在圖論中實際上就是無向圖的遍歷問題。對無向圖的遍歷算法在前圖 3-3基于堆棧技術搜索法流程即從圖中某一頂點出發訪遍圖中其余頂點，且使每個頂點僅被訪問一次；對于連通圖，僅需調用搜索過程一次。對非連通圖，則需多次調用搜索過程。而每次調用得到的頂點訪問序列恰為其各個連通分量中的頂點集。圖的遍歷算法是求解圖的連通性問題的基礎。深度優先搜索算法(DFS)和廣度優先搜索(BFS)算法都能適用14，本文提出應用網絡矩陣，基于深度優先的網絡拓撲分析，從節點K出發搜索

49、與其連通的連通區域可按圖3-3所示的流程進行2) 算法二：基于矩陣運算法 則根據連通性的傳遞性，Cij表示節點i與節點j的連通性。C經過n-1次自乘可得到全連通矩陣：根據全連通矩陣C9和3.2節的全連通矩陣行比較法可得到配電網連通區域為（1，7），（2，3，4，5，6），（8，9），（10）四個連通區域。 3.1.2. 辨識步驟 鄰接矩陣法可以應用于網絡拓撲分析中的母線分析和電氣島分析。利用鄰接矩陣法來進行網絡的拓撲分析的步驟可概括為如下的幾個步驟: 1.形成網絡連接關系的節點-支路關聯矩陣。 2.根據當前開關狀態矢量形成當

50、前網絡節點-支路關聯矩陣 3根據節點-支路關聯矩陣和支路-節點關聯矩陣獲得節點-節點鄰接矩陣 4.對形成的鄰接矩陣進行(n-l)次自乘運算，得到網絡的全連通矩陣T。 5.分析得到的全連通矩陣T，進行母線劃分或者是電氣島的劃分。 這種根據鄰接矩陣的邏輯自乘的結果來進行母線劃分和確定電氣島組成的拓撲分析方法就稱為鄰接矩陣法。文獻1簡單介紹了用于輸電網的鄰接矩陣法。 用鄰接矩陣法來進行母線分析和電氣島分析，從數學上說，是同一個問題，只是所研究的對象不同。必須指出的一點是，鄰接矩陣法是針對圖而言的，所以在用鄰接矩陣法進行網絡的拓撲分析前，必須將實際的網

51、絡映射為圖，文獻2對母線分析和電氣島分析分別提出了一種映射原則。 利用鄰接矩陣法來進行網絡的拓撲分析要進行母線分析和電氣島分析。在進行網絡的電氣島分析的時候，首先將所研究的網絡映射為圖。在輸電網的拓撲分析中，母線分析的研究對象是變電站內部同一電壓等級的開關及其兩端節點所組成的物理網絡。文獻8提出了一種將開關/節點模型映射為圖的原則： 將所研究的網絡中的節點視為是圖的頂點，頂點之間是否有邊相連則取決于開關的狀態，如果兩個節點之間有閉合開關相連，則兩個頂點之間有邊相連；如果兩個頂點之間沒有開關或者兩個節點之間的開關是斷開的，則對應的頂點之間沒有邊相連。將節點之間的連接關系抽象為

52、圖以后，可以形成鄰接矩陣。如果節點數為n，對形成的鄰接矩陣進行(n-l)次自乘運算，就可以得到全連通矩陣T。分析全連通矩陣，確定母線的組成。如果得到的全連通矩陣中的元素全部為1，則圖中的所有的頂點是連接在一起的，網絡中的所有的頂點組成一條母線，為他們分配一個母線號。如果元素不全部為1，則可以劃分為兩個或更多的母線。母線的數目就是全連通矩陣T中線性無關向量組的數目，每一個線性無關向量組就對應著一條母線，為每個線性無關向量組分配一個母線號。各個母線中節點的組成就是各個向量中為1的元素所對應的節點。確定了變電站中母線的劃分和各條母線所包含的節點以后，母線分析結束，下一步就可以進行網絡的電氣島的劃分了

53、。 網絡的電氣島的分析和母線分析基本相同，只是電氣島分析的研究對象是整個的網絡。同樣需要將物理網絡映射為圖，文獻8提出的一種映射方法是：將經過母線分析后得到的母線映射為圖的頂點，頂點之間是否有邊相連則取決于母線之間是否有支路(包括線路、變壓器、電抗器、電容器等)連接。如果母線之間存在支路，則對應頂點之間有邊相連，否則頂點之間沒有邊相連。文獻8的鄰接矩陣法是用于輸電網的，將其應用于配電網時，需要稍加改進。在輸電網中，所有的開關全部集中在變電站內部，而配電網中開關不僅分布在變電站中，饋線中還存在大量的分段開關和聯絡開關。這時為了適應文獻8的算法，必須在饋線開關所在處引入一個“虛變電站”，

54、使該饋線開關成為虛電站的開關。 3.1.3. 鄰接矩陣法的缺陷 基于鄰接矩陣的網絡拓撲分析方法是以矩陣的運算為基礎的。矩陣法的優點是結構性強，分析過程清晰，數據的組織比較簡單，適應性強，矩陣法可以適用于任何復雜的接線方式。接線方式的復雜化，不會帶來計算的復雜化。矩陣法的最大缺點是計算量太大，計算速度比較慢，不適于網絡的實時分析；在計算過程中，對于計算機內存的開銷比較大，會進一步影響計算速度。在配電網中，節點數目比輸電網的節點數目大的多，矩陣法顯得力不從心。而且在配電網中，饋線開關的存在，給拓撲分析增加了復雜度。為了利用矩陣法，需要在饋線開關處增加一個“虛變電站”，

55、這不僅增加計算的復雜度，而且增加了管理數據的難度。在輸電網中，由于網絡的節點數目比較小，可以應用矩陣法，尤其是在廠站一級的拓撲分析中，由于接線比較復雜，還是比較適合用矩陣法，但對于配電網絡，由于動輒就成千上萬節點，所以并不適合用矩陣法。 3.2. 樹搜索法拓撲辨識 樹搜索法是現在網絡的拓撲分析中應用最廣泛的一種拓撲分析方法。不像矩陣法是通過對反映網絡設備連接關系的矩陣的運算來進行網絡的拓撲分析，樹搜索法是通過搜索節點的相鄰節點的方法來進行網絡的拓撲分析的。樹搜索法仍然是要進行母線分析和電氣島分析，母線分析是從某一個節點開始，搜索通過閉合開關和該節點連接在一起的節點

56、，將他們劃分為一條母線。電氣島分析是通過搜索確定通過支路連接在一起的母線，將這些母線劃分為一個電氣島。樹搜索法和矩陣法都是基于圖的，所以用樹搜索法來進行網絡的拓撲分析時，仍然是必須將實際的物理網絡映射為圖。樹搜索法在將物理網絡映射為圖的方法和矩陣法中的映射原則是一樣的，即在母線分析中，將開關所聯的節點映射為圖的頂點，頂點之間是否有邊相連，則取決于節點之間是否有閉合開關相連；在電氣島的分析中，將母線分析得到的母線映射為圖的頂點，頂點之間有邊相連則取決于母線之間是否有支路相連。網絡的拓撲分析普遍采用的是樹搜索法，在樹搜索中將母線節點看作圖的頂點將支路看作是圖的邊，有兩種樹搜索的方法：深度優先搜索法

57、DFS和廣度優先搜索法BFS。有很多數據結構可以實現樹搜索的DFS和BFS。 堆棧的方法827即從某個節點出發，用一個堆棧存放具有中間分支的節點，沿某條分支向前搜索把由閉合開關連接在一起的節點劃分為一條母線；再從另一未劃分母線號的節點出發，采用同樣的搜索方法直到所有節點都分配有母線號-節點的每一個中間分支與連接到該節點的開關相對應。在一母線的搜索過程中除了初始節點外，每個節點的中間分支都包含一個已經處理過的開關，沿這條分支的搜索是一種浪費每條母線的搜索都包含一進棧過程和退棧過程，這實際是重復浪費。 設置訪問標志位的方法28293031即在搜索過程中對全網絡設備都設置一個訪問

58、標志。訪問過的設置為1，未訪問過的設備設置為0。根據1 0判斷某個節點或者支路是否被訪問過，從而將全部設備搜索到。如果面對一個大網絡這種方法有很大的局限性：計算量大，而且配電網絡有自己的特點，不需要對每一個設備都設置一個標志位才可以判斷出該設備是否被訪問過。鏈表的方法32即從已知節點出發，按照各節點之間是否存在相關的參數來建立網絡拓撲結構，逐次形成整個電網的網絡拓撲結構，該方法在電網結發生一定的變化時，擴展顯得不夠，需要修正計算機程序中的許多內容運行維護比較復雜。 遞歸的方法33即將樹按照遞歸的結構定義各種算法，也是采取遞歸的結構。這樣處理有一定的好處，可是現實中研究的配電網不一定是嚴格按照遞歸的定義的，同時遞歸子遞歸多了，需要保