基于網(wǎng)絡(luò)分析的高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)優(yōu)選方法

傅光輝 李秋燕 李科 李錳 晏昕童

摘 ? 要：結(jié)合高壓配電網(wǎng)自身的建設(shè)需求，考慮配電網(wǎng)最終的規(guī)劃目的，建立了即可用于配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)也可用于配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法。首先在網(wǎng)絡(luò)分析方法的基礎(chǔ)上完成各指標(biāo)的計(jì)算，再對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)狀及項(xiàng)目需求進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合各待選項(xiàng)目的空間分布與拓?fù)潢P(guān)系確定最優(yōu)先的項(xiàng)目，最后遵循動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想，根據(jù)項(xiàng)目選擇結(jié)果更新配電網(wǎng)現(xiàn)狀，進(jìn)行新一輪的評(píng)價(jià)與選擇。使用基于NetworkX包編寫(xiě)的程序?qū)?shí)例進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證了方法的實(shí)用性。本方法考慮了在建項(xiàng)目及已安排項(xiàng)目對(duì)配電網(wǎng)的影響，可以避免投資的重復(fù)，對(duì)實(shí)際規(guī)劃工作具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高壓配電網(wǎng);評(píng)價(jià)方法;項(xiàng)目?jī)?yōu)選;網(wǎng)絡(luò)分析;動(dòng)態(tài)規(guī)劃

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A Dynamic Project Selection Method Based on Network Analysis

FU Guang-hui1，LI Qiu-yan2，LI Ke2，LI Meng2，YAN Xin-tong3？覮

（1. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou，Henan 450052;

2. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou，Henan 450052，China;

3. College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan 410082，China）

Abstract：Considering the construction demand and planning objective of distribution network， this paper proposes an assessment method that can be used both for present situation and construction project of distribution network. The index are calculated based on the analysis results of network， and then the present situation and project demand are evaluated， the top priority project is determined combining with their spatial position and topological relation. Finally，according to the idea of dynamic programing， the distribution network situation is updated and a new round assessment and decision is made. A program based on Python package NetworkX is written to implement this method on an example， in which the practical value is verified. The proposed method considers the influence of projects under construction and that have already been arranged， which can avoid duplication of investment and provide a reference for practical planning work.

Key words：high voltage distribution network;assessment method;project selection; network analysis; dynamic programming

配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的優(yōu)選屬于運(yùn)籌學(xué)問(wèn)題，考慮到問(wèn)題的多層次、多屬性、多目標(biāo)，在對(duì)多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行比選時(shí)普遍采用評(píng)價(jià)方法。針對(duì)評(píng)價(jià)方法的有關(guān)研究主要集中在三大方面：確立指標(biāo)體系、確定各指標(biāo)權(quán)重與建立數(shù)學(xué)模型。

評(píng)價(jià)領(lǐng)域可運(yùn)用的綜合方法有很多種[1]，具體包括專(zhuān)家咨詢德?tīng)柗品ǎ―elphi）、層次分析法（AHP）、模糊綜合評(píng)判法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、灰色綜合評(píng)價(jià)法、TOPSIS法、熵權(quán)法、多元統(tǒng)計(jì)法及各類(lèi)混合方法等多種

方法。

以往的配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃方案評(píng)估在評(píng)估規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)效益和提高電網(wǎng)建設(shè)水平方面進(jìn)行了很多工作[2-3]，但普遍存在以下不足[4]：評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)內(nèi)容的設(shè)置過(guò)于繁瑣且難以獲得，導(dǎo)致部分評(píng)估結(jié)果對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)意義不明顯，研究未能與電力公司的規(guī)劃投資業(yè)務(wù)較好地結(jié)合，實(shí)用性和可操作性較差;缺乏對(duì)配電網(wǎng)需求的深入分析，傳統(tǒng)的方案分析和評(píng)估工作往往關(guān)注單個(gè)項(xiàng)目對(duì)電網(wǎng)的改善程度，而很少?gòu)呐潆娋W(wǎng)建設(shè)的整體與局部需求角度來(lái)考慮項(xiàng)目;在評(píng)價(jià)與選擇項(xiàng)目時(shí)僅考慮當(dāng)前的已存在的電網(wǎng)現(xiàn)狀，未考慮在建項(xiàng)目及當(dāng)年已安排的項(xiàng)目的影響。

文獻(xiàn)[5]提出電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)判決策方法，但主要針對(duì)包含多個(gè)項(xiàng)目的整體規(guī)劃方案，文獻(xiàn)[6]提出了針對(duì)單個(gè)項(xiàng)目決策的方法，但其中高壓配電網(wǎng)的指標(biāo)較為簡(jiǎn)單概括，無(wú)法針對(duì)各個(gè)同類(lèi)項(xiàng)目間的差異做出精細(xì)化的決策。

動(dòng)態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming）是解決多階段決策過(guò)程最優(yōu)化的一種數(shù)學(xué)方法，由美國(guó)數(shù)學(xué)家貝爾曼（R.Bellman）在20世紀(jì)50年代提出的。它根據(jù)一類(lèi)多階段問(wèn)題的特點(diǎn)，把多階段問(wèn)題變換成為一系列相互關(guān)聯(lián)的單階段問(wèn)題，然后逐個(gè)加以解決。動(dòng)態(tài)規(guī)劃的核心是貝爾曼的最優(yōu)性原理：無(wú)論過(guò)去的狀態(tài)和決策如何，對(duì)前面的決策所形成的狀態(tài)而言，余下的諸決策必須構(gòu)成最優(yōu)策略。即一個(gè)最優(yōu)策略的子策略總是最優(yōu)的。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是求解某類(lèi)問(wèn)題的一種方法，是考察問(wèn)題的一種途徑，而不是一種特殊的算法[7]。

對(duì)于本文所研究的高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目決策問(wèn)題，由于單個(gè)項(xiàng)目投資金額高，對(duì)配電網(wǎng)影響大，備選項(xiàng)目數(shù)量少，且對(duì)空間分布合理度要求高，動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法尤其適用。

本文結(jié)合高壓配電網(wǎng)自身的技術(shù)特點(diǎn)，考慮配電網(wǎng)的建設(shè)需求，建立了可由實(shí)際規(guī)劃中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析得到的高壓配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;該指標(biāo)體系適用于現(xiàn)狀電網(wǎng)的評(píng)價(jià)，也適用于建設(shè)項(xiàng)目需求的評(píng)價(jià);提出遵循動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目?jī)?yōu)選方法，將在建項(xiàng)目與同年已安排項(xiàng)目的影響納入考慮，避免了投資的重復(fù)性;編寫(xiě)了從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)讀取、模型建立到項(xiàng)目選擇的計(jì)算程序與評(píng)價(jià)結(jié)果可視化程序，為投資規(guī)劃人員的決策過(guò)程提供了更好的輔助。

1 ? 評(píng)價(jià)指標(biāo)

從供電安全性、供電經(jīng)濟(jì)性、負(fù)荷適應(yīng)性和區(qū)域均衡性[8]四個(gè)方面來(lái)建立符合高壓配電網(wǎng)建設(shè)需求的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.1 ? 供電安全性

電力系統(tǒng)安全性是指電力系統(tǒng)按可接受的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和所需數(shù)量不間斷的向電力用戶提供電力和電量的能力。在設(shè)置電網(wǎng)安全性指標(biāo)時(shí)，要考慮指標(biāo)的易獲得性和代表性，由于解決單電源線的項(xiàng)目通常被認(rèn)為絕對(duì)優(yōu)先，本文以單主變停電校驗(yàn)為供電安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

對(duì)110/35kV變電站依次進(jìn)行單主變停電校驗(yàn)，設(shè)某變電站中最大容量的主變退出運(yùn)行，所需轉(zhuǎn)供負(fù)荷大小為 ，站內(nèi)其他主變所能承接的負(fù)荷為P，同電壓等級(jí)其他變電站通過(guò)聯(lián)絡(luò)線所能承接的負(fù)荷Pn，如果Pn + Pn > P，則認(rèn)為該座變電站通過(guò)校驗(yàn)>。

單主變停電校驗(yàn)指標(biāo)的計(jì)算方式為：

T = 1，Pn + Pn > P0，Pn + Pn ≤ P ? ? ? ? ? （1）

改善單主變停電校驗(yàn)通過(guò)性的主要措施為增加變電站臺(tái)數(shù)與增加站間聯(lián)絡(luò)線。

1.2 ? 供電經(jīng)濟(jì)性

配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)是配電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目決策科學(xué)化、提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。對(duì)于高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，主要從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，以線路經(jīng)濟(jì)性和主變平均利用率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行。

1）線路經(jīng)濟(jì)性

實(shí)際供電半徑r1根據(jù)以各變電站點(diǎn)為中心劃分的voronoi圖估算而得，不同容量和電壓等級(jí)的變電站具有不一樣的經(jīng)濟(jì)供電半徑r2，以實(shí)際供電半徑與經(jīng)濟(jì)供電半徑的比值來(lái)反應(yīng)輸電線路的經(jīng)濟(jì)性El。

線路經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算方式為：

改善線路經(jīng)濟(jì)性的主要措施是在附近區(qū)域新建變電站以減小原站供電半徑。

2）主變平均利用率

主變平均利用率主要用于量化電網(wǎng)中設(shè)備的負(fù)載情況，考察設(shè)備是否處于經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。若變電站的主變平均利用率過(guò)高，則考慮到負(fù)荷增長(zhǎng)空間應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)容/新建站點(diǎn)工程，若變電站的主變平均利用率過(guò)低，則說(shuō)明此時(shí)的變電站設(shè)備建設(shè)過(guò)于冗余，并不具有投資需求。

主變平均利用率指標(biāo)的計(jì)算方式為：

改善主變平均利用率的主要措施是減小或停止投資/在原址擴(kuò)建或附近區(qū)域新建變電站。

1.3 ? 負(fù)荷適應(yīng)性

配電網(wǎng)規(guī)劃建立在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性要求電網(wǎng)為后續(xù)發(fā)展留有余地，因此需要對(duì)電網(wǎng)適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要指標(biāo)包括供電能力裕度與最大負(fù)載率。

1）供電能力裕度

配電網(wǎng)供電能力是指在一定供電區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力，其大小取決于變電站站內(nèi)供電能力和電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移能力。

根據(jù)定義，變電站的區(qū)域最大供電能力的一般計(jì)算公式為：

其中N為站內(nèi)供電能力，在計(jì)算中取該站的總變電容量（認(rèn)為站內(nèi)接線方式能保證最大主變停運(yùn)時(shí)其負(fù)荷可分配給站內(nèi)其余主變）;Z為電網(wǎng)的供電轉(zhuǎn)移能力，其值等于與該站相連線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力之和，本項(xiàng)目只考慮與計(jì)算站點(diǎn)具有直接連線的周邊同電壓等級(jí)變電站的轉(zhuǎn)移，則電網(wǎng)轉(zhuǎn)移能力可表示為：

其中ci為與計(jì)算變電站相連接的 號(hào)鄰變電站的總變電容量，li為i號(hào)變電站正常運(yùn)行狀態(tài)下的最大負(fù)荷時(shí)刻負(fù)荷（認(rèn)為站間聯(lián)絡(luò)線路的傳輸容量能夠保證負(fù)荷暢通轉(zhuǎn)移），m為與計(jì)算站點(diǎn)相連的站點(diǎn)總數(shù)。

供電能力裕度指標(biāo)的計(jì)算方式為：

其中M為最大供電能力，li為變電站最大負(fù)荷時(shí)刻的負(fù)荷。

改善變電站區(qū)域供電能力裕度的主要措施有擴(kuò)容/新建站點(diǎn)和增加站間聯(lián)絡(luò)線。

2）最大負(fù)載率

最大負(fù)載率反映了變電站在夏季等用電高峰時(shí)刻的負(fù)載程度。相對(duì)于更加側(cè)重區(qū)域供電安全性的供電能力裕度指標(biāo)，最大負(fù)載率從宏觀上直觀反應(yīng)了區(qū)域的供電能力。由于重過(guò)載的變電站難以適應(yīng)高速增長(zhǎng)的用電需求，應(yīng)優(yōu)先考慮對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容或新建變電站分擔(dān)過(guò)重的負(fù)荷。

最大負(fù)載率指標(biāo)的計(jì)算方式為：

其中l(wèi)m為計(jì)算站點(diǎn)的最大負(fù)荷，c為站點(diǎn)的變電容量，cos φ為負(fù)荷的功率因數(shù)，在計(jì)算中統(tǒng)一取經(jīng)驗(yàn)值0.95。

改善最大負(fù)載率的主要措施有擴(kuò)容/新建站點(diǎn)。

1.4 ? 區(qū)域均衡性

均衡發(fā)展是電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的重要原則之一，這種均衡主要體現(xiàn)在負(fù)載均衡與網(wǎng)架連通兩個(gè)方面。

1）負(fù)載均衡度

負(fù)載均衡是電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，本項(xiàng)目通過(guò)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)所有變電站負(fù)載率的方差[9]來(lái)評(píng)估整個(gè)區(qū)域的負(fù)載均衡度。此項(xiàng)指標(biāo)在項(xiàng)目選擇中主要用于同區(qū)域同類(lèi)待選項(xiàng)目間的

比較。

負(fù)載均衡度指標(biāo)的計(jì)算方式為：

其中a為區(qū)域中變電站的總數(shù)量，li為i號(hào)變電站的最大負(fù)載率，l為整個(gè)規(guī)劃區(qū)內(nèi)所有變電站最大負(fù)載率的平均值。

改善負(fù)載均衡度的主要措施為擴(kuò)容/新建標(biāo)變電站。

2）網(wǎng)架連通度

為反應(yīng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)線路的整體水平，本項(xiàng)目采用圖論中度的概念來(lái)評(píng)價(jià)網(wǎng)架的連通度。

網(wǎng)架連通度指標(biāo)的的計(jì)算方式為：

節(jié)點(diǎn)的度d指連接該節(jié)點(diǎn)的邊數(shù)，即與變電站相連的電力線路的條數(shù)，Nd=1為網(wǎng)絡(luò)中度等于1的點(diǎn)的總數(shù)，Ntotal為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。若網(wǎng)絡(luò)中度數(shù)為1的節(jié)點(diǎn)占比較多，即說(shuō)明多數(shù)變電站沒(méi)有備用路徑，網(wǎng)絡(luò)分布接近輻射狀，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)某些站點(diǎn)的過(guò)分依賴而降低整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性[10]。若網(wǎng)絡(luò)中度大于1的點(diǎn)占比較高，則證明網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)度較高，分布更加均衡。

改善網(wǎng)架連通度的主要措施為增加站間聯(lián)

絡(luò)線。

2 ? 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)權(quán)重

2.1 ? 不同級(jí)別供電區(qū)域的差異

對(duì)于同一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，處于不同發(fā)展階段的供電區(qū)域具有不同的規(guī)劃目標(biāo)，因而具有差異化的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn);而對(duì)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的權(quán)重相對(duì)大小，處在不同發(fā)展階段的供電區(qū)域因?yàn)榫哂胁煌呢?fù)荷特性與用戶需求，所以采用不同的設(shè)置。

下面對(duì)不同級(jí)別供電區(qū)域的規(guī)劃目標(biāo)和用戶需求進(jìn)行分類(lèi)討論。

1）A+、A類(lèi)地區(qū)

該類(lèi)地區(qū)處于城市發(fā)展的末期階段，配電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀水平較高，對(duì)于配電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)劃要求都較高;人口密集、負(fù)荷密度大，一旦出現(xiàn)停電事故受影響人數(shù)多、造成的財(cái)產(chǎn)損失大，對(duì)供電安全性的要求極高，著重考慮供電安全性的項(xiàng)目需求;負(fù)荷增長(zhǎng)平穩(wěn)，需要保持一定負(fù)荷增長(zhǎng)空間，對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性有一定要求，適當(dāng)考慮負(fù)荷適應(yīng)性的項(xiàng)目需求;整體經(jīng)濟(jì)水平較高，配電網(wǎng)規(guī)劃對(duì)供電經(jīng)濟(jì)性要求較低，供電經(jīng)濟(jì)性的項(xiàng)目需求在配電網(wǎng)整體規(guī)劃中考慮較少。

2）B、C類(lèi)地區(qū)

該類(lèi)地區(qū)處于城市發(fā)展的中期階段，配電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀水平一般，對(duì)于配電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)劃要求整體適中;人口密度、負(fù)荷密度中等，出現(xiàn)停電事故影響較大，對(duì)供電安全性有一定要求，規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮供電安全性的項(xiàng)目需求;負(fù)荷增長(zhǎng)水平較高，需要保持較大的負(fù)荷增長(zhǎng)空間，對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性要求較高，著重考慮負(fù)荷適應(yīng)性的項(xiàng)目需求;在規(guī)劃時(shí)適當(dāng)應(yīng)考慮供電的經(jīng)濟(jì)性要求與供電經(jīng)濟(jì)性的項(xiàng)目需求。

3）D、E類(lèi)地區(qū)

該類(lèi)地區(qū)處于城市發(fā)展的初期階段，配電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀水平較低，對(duì)于配電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)劃要

求整體較低;人口分布稀疏、負(fù)荷密度低，對(duì)供電安全性要求相對(duì)不高，適當(dāng)考慮供電安全性的項(xiàng)目需求;負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢，對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性的要求一般，不需太多考慮負(fù)荷適應(yīng)性的項(xiàng)目需求;經(jīng)濟(jì)水平較低，對(duì)供電經(jīng)濟(jì)性的要求高，規(guī)劃時(shí)更加著重考慮供電的經(jīng)濟(jì)性的項(xiàng)目需求。

2.2 ? 具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)不同供電區(qū)域的規(guī)劃目標(biāo)及用戶需求，不同的區(qū)域具有不同的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)權(quán)重。具體數(shù)值如表1和表2所示。

站點(diǎn)需求和網(wǎng)架需求程度在供電區(qū)域各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上得到，由于前文所提出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)配電網(wǎng)的現(xiàn)狀水平，因此在進(jìn)行需求評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)狀評(píng)分進(jìn)行“取補(bǔ)”或“取反”，即現(xiàn)狀越差的供電區(qū)域?qū)?xiàng)目的需求越強(qiáng)。

區(qū)域均衡性指標(biāo)C6負(fù)載均衡度與C7網(wǎng)架連通度針對(duì)規(guī)劃區(qū)域的整體水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，適用于確定各項(xiàng)目需求度分?jǐn)?shù)之后，在得分同的項(xiàng)目中之間進(jìn)行比選時(shí)使用。

3 ? 數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法

3.1 ?模型簡(jiǎn)化

將整個(gè)配電網(wǎng)視作一個(gè)無(wú)向網(wǎng)絡(luò)（undirected graph， 邊不具有方向的網(wǎng)絡(luò)），變電站作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)（nodes），站點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和坐標(biāo)、所在供電區(qū)級(jí)別等作為屬性儲(chǔ)存在節(jié)點(diǎn)上，站點(diǎn)之間的輸電線作為網(wǎng)絡(luò)中的邊（edges），僅表示連通關(guān)系，不包含導(dǎo)線型號(hào)、長(zhǎng)度等信息。

3.2 ? 指標(biāo)計(jì)算

評(píng)價(jià)體系包含的7個(gè)指標(biāo)中，主變平均利用率和最大負(fù)載率可由變電站運(yùn)行情況表提供的數(shù)據(jù)直接計(jì)算得到，負(fù)載均衡度可由全圖節(jié)點(diǎn)的最大負(fù)載率計(jì)算得到。無(wú)法直接計(jì)算的有單主變停電校驗(yàn)、線路經(jīng)濟(jì)性、供電能力裕度與網(wǎng)架連通度。

單主變停電校驗(yàn)的計(jì)算需要引入網(wǎng)絡(luò)分析中“鄰居”（neighbors）的概念：如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在相連的邊，那么稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互為對(duì)方的鄰居。當(dāng)進(jìn)行某節(jié)點(diǎn)的單主變停電校驗(yàn)時(shí)，首先獲得該節(jié)點(diǎn)的機(jī)組構(gòu)成與全區(qū)最大負(fù)荷時(shí)刻負(fù)荷屬性信息，計(jì)算出扣除站內(nèi)轉(zhuǎn)帶負(fù)荷量后校驗(yàn)通過(guò)需要的站外轉(zhuǎn)帶負(fù)荷量，再查詢?cè)摴?jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)信息，計(jì)算各鄰居節(jié)點(diǎn)的變電容量與最大負(fù)荷時(shí)刻負(fù)荷之差，通過(guò)對(duì)需要的站外轉(zhuǎn)帶負(fù)荷量與實(shí)際可以提供的站外轉(zhuǎn)帶負(fù)荷量進(jìn)行比較，得出校驗(yàn)結(jié)果。

供電能力裕度的計(jì)算同樣需要用到“鄰居節(jié)點(diǎn)查詢”，方法與單主變停電校驗(yàn)類(lèi)似，獲取計(jì)算節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的屬性信息后進(jìn)行計(jì)算即可。

線路經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算需要先以各節(jié)點(diǎn)為中心對(duì)空間區(qū)域進(jìn)行分割。本方法采用維諾（Voronoi）圖來(lái)估算各節(jié)點(diǎn)的供電區(qū)域。

維諾圖由連接兩鄰點(diǎn)的線段的垂直平分線相交而成的連續(xù)多邊形組成。N個(gè)在平面上有區(qū)別的點(diǎn)，按照最鄰近原則劃分平面，每個(gè)點(diǎn)與它的最近鄰區(qū)域相關(guān)聯(lián)。

如上圖，9個(gè)藍(lán)色點(diǎn)對(duì)應(yīng)9個(gè)多邊形，分布在某多變形內(nèi)的點(diǎn)到其中心藍(lán)點(diǎn)的距離一定比到其他8個(gè)點(diǎn)的距離都要近。此性質(zhì)稱為維諾圖的影響范圍特性，由于此性質(zhì)，維諾圖常被用來(lái)考慮基站的影響范圍或變電站的供電范圍。

網(wǎng)架連通度的計(jì)算需要遍歷圖中各點(diǎn)，查詢與節(jié)點(diǎn)相連的邊數(shù)，統(tǒng)計(jì)得到度數(shù)為1的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

3.3 ? 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

算法中重要的一步為選定項(xiàng)目后網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。在完成基礎(chǔ)的添加節(jié)點(diǎn)、添加邊等操作后，新建變電站對(duì)配電網(wǎng)性能的改善還需要體現(xiàn)在作為計(jì)算基礎(chǔ)的運(yùn)行情況參數(shù)上?；诰S諾圖的劃分結(jié)果，本方法認(rèn)為某節(jié)點(diǎn)所在多邊形的各領(lǐng)接多邊形的中心節(jié)點(diǎn)，為該節(jié)點(diǎn)的“維諾鄰居”，所有維諾鄰居節(jié)點(diǎn)均與其有供電域的接壤，都有可能被該節(jié)點(diǎn)分擔(dān)負(fù)荷。

結(jié)合實(shí)際情況，在確定好新建節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)后，考察鄰節(jié)點(diǎn)中最大負(fù)載率在某閾值以上的節(jié)點(diǎn)，認(rèn)為新建變電站可以分擔(dān)其超過(guò)閾值的負(fù)荷。根據(jù)以上原則估算新建變電站的運(yùn)行情況，完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與參數(shù)的更新。

3.4 ? 算法流程

優(yōu)選步驟如下：

（1）首先整理各地市上報(bào)的資料及圖紙信息，存入網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)信息可確定今年全省/全區(qū)最少需要增加的高壓變電容量。

（2）考慮在建項(xiàng)目建成后對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)與相關(guān)指標(biāo)的改善，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與基本負(fù)荷信息

調(diào)整。

（3）根據(jù)項(xiàng)目類(lèi)別確定項(xiàng)目屬性和關(guān)聯(lián)度，改善可靠度的項(xiàng)目絕對(duì)優(yōu)先（解決單電源、一鄉(xiāng)無(wú)站、線路老化損壞），以及具有關(guān)聯(lián)性的項(xiàng)目絕對(duì)優(yōu)先（即將投運(yùn)的高壓變電站送出），余下項(xiàng)目主要為高壓變電站增/擴(kuò)建項(xiàng)目及網(wǎng)架項(xiàng)目。

（4）計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)架需求和站點(diǎn)需求。

（5）對(duì)于待選的改/擴(kuò)建站點(diǎn)項(xiàng)目，根據(jù)其原有站點(diǎn)的站點(diǎn)需求來(lái)確定項(xiàng)目的需求度;對(duì)于待選的新建站點(diǎn)項(xiàng)目，根據(jù)其坐標(biāo)信息由維諾圖劃分結(jié)果查詢出其周邊節(jié)點(diǎn)的站點(diǎn)需求值并取平均值作為項(xiàng)目的需求度;對(duì)于待選的網(wǎng)架項(xiàng)目，取其兩端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)架需求平均值作為項(xiàng)目的需求度。根據(jù)項(xiàng)目需求度的大小選出最優(yōu)先安排的項(xiàng)目。

（6）考慮此輪安排的項(xiàng)目及其關(guān)聯(lián)項(xiàng)目，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，更新基本負(fù)荷信息，進(jìn)行新一輪需求評(píng)價(jià)。

（7）安排項(xiàng)目總金額達(dá)到規(guī)劃金額且安排站點(diǎn)總?cè)萘繚M足負(fù)荷增長(zhǎng)需求時(shí)停止選擇。

4 ? 算例分析

4.1 ?基本信息

現(xiàn)有規(guī)劃資料為某供電轄區(qū)cad形式的站點(diǎn)與線路分布圖（含機(jī)組構(gòu)成與輸電線型號(hào)、長(zhǎng)度），與包括電壓等級(jí)、變電站名稱、變電容量、全供電區(qū)最大負(fù)荷時(shí)本站負(fù)荷、本站最大負(fù)荷與全年降壓電量六項(xiàng)信息的35kV及以上公用變電站運(yùn)行情

況表。

4.2 ? 計(jì)算過(guò)程

1）建立模型

利用NetworkX[11]包中構(gòu)建無(wú)向圖網(wǎng)絡(luò)模型，考慮在建項(xiàng)目的影響，更新網(wǎng)絡(luò)及基本負(fù)荷信息。

2）計(jì)算節(jié)點(diǎn)需求

各節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果及可視化如圖3。

3）安排項(xiàng)目

建設(shè)方案共提出了了5個(gè)110 kV與2個(gè)35 kV項(xiàng)目，其中110 kV線路工程3個(gè)，110 kV站點(diǎn)工程2個(gè)，35 kV線路工程2個(gè)，根據(jù)上報(bào)項(xiàng)目屬性確定改善可靠度的絕對(duì)優(yōu)先項(xiàng)目以及具有關(guān)聯(lián)性的優(yōu)先項(xiàng)目有：茗陽(yáng)-花園110 kV線路工程、創(chuàng)業(yè)-周灣110 kV線路工程、彭莊-韓場(chǎng)110 kV線路工程、高廟-平昌35kV線路改造工程。

齊崗110 kV輸變電工程機(jī)組容量為50 MVA，位于胡店變?cè)?，其?xiàng)目需求為51.25，嚴(yán)灣110kV輸變電工程機(jī)組容量為50 MVA，位于產(chǎn)業(yè)、云海、花園侯家灣、工業(yè)城、惠民和汪沖變電站之間，其項(xiàng)目需求為56.61。

根據(jù)該規(guī)劃區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，項(xiàng)目建成年的負(fù)荷增量為66 MW。綜合考慮，兩項(xiàng)目都有安排必要，且安排的優(yōu)先級(jí)為齊崗>嚴(yán)灣，與齊崗關(guān)聯(lián)的35 kV送出線路項(xiàng)目也予以安排。

計(jì)算結(jié)果同時(shí)可為今后的配電網(wǎng)規(guī)劃提供依據(jù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，接下來(lái)應(yīng)重點(diǎn)規(guī)劃的區(qū)域有龍泉寺與侯家灣周邊。

5 ? 結(jié) ? 論

提出了一種基于區(qū)域供電能評(píng)估的高壓配電網(wǎng)項(xiàng)目?jī)?yōu)選方法，并通過(guò)算例驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性。提出的方法具有以下特點(diǎn)：

（1）運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)模型儲(chǔ)存配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)信息和站點(diǎn)信息，建立站點(diǎn)與線路數(shù)據(jù)庫(kù)，使規(guī)劃時(shí)能夠充分考慮配電網(wǎng)的空間布局

（2）在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)項(xiàng)目，從配電網(wǎng)建設(shè)的根本目的出發(fā)，更加關(guān)注配電網(wǎng)建設(shè)薄弱的區(qū)域。

（3）采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想，每一輪項(xiàng)目選擇開(kāi)始時(shí)均對(duì)配電網(wǎng)重新進(jìn)行評(píng)估，避免了投資的重復(fù)性。

（4）計(jì)算結(jié)果以網(wǎng)絡(luò)圖方式呈現(xiàn)，直觀清晰，為投資規(guī)劃人員的決策提供了更好的輔助。

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