一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法与流程

1.本发明属于配电技术领域，尤其是一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法。


背景技术：

2.新型电力系统呈现出绿色化、柔性化、数字化、智能化的总体发展趋势，配电网作为电网重要组成部分，是联接用能端与用户的最后一公里，其在电力系统中发生的变化相对最大，在能源系统的新格局下，将向着有源化、协同化、局域化和市场化方向发展。其所承担的角色不仅是单纯的电能分配网络，还是融合了“源-网-荷-储”的数字化主动配电系统，是新型电力系统的重要物理载体和基石，是未来综合能源系统中的资源配置中心，是多利益主体的交易平台。
3.未来电网将呈现大电网和微电网并存的格局。这一特征主要是由能源分布、电源结构和电网自身的结构决定。一方面，电力资源与负荷中心的地理分布不匹配，而可再生能源在广域范围具有良好的时空互补性，发展一个规模适当的大电网十分必要。在配电网侧，就地利用资源的分布式发电和面向终端用户的区域电网和微型电网将会大量出现，充电汽车及其他储能装置等将大规模存在，未来配电系统可能划分为多个独立运行的控制区域，可接有不同规模的虚拟电厂和微电网等。因此，以可再生能源发电为重要特点的能源革命，使电力生产和输送的模式从传统的集约式生产、大规模输送，转变为集约式生产、大规模输送与分布式生产、就地消纳相辅相成的模式，从而形成大电网和微电网并存的格局。
4.传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，在配网的规划设计阶段和运行管理中，均未考虑分布式能源和电动汽车的接入。随着分布式能源接入量的不断增加，电动汽车的快速普及，可控负荷的持续增多，现有的配电网架构已经很难满足用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。可再生能源的快速发展和大规模并网，严重影响电网运行的灵活性，其间歇性、多变性和不确定性对于以煤电为主的能源系统带来巨大挑战。现在的配电网络还不具备有效集成大量分布式电源的技术潜能，需要一个能接纳高比例分布式可再生能源的、适应双向潮流的电力交换网络。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，能够维持电网稳定运行，能够快速，准确给出最优的负荷转供方案，极大的提升调度员的工作效率，保障电网的安全稳定运行。
6.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
7.一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，包括四座变电站和八回10kv馈线，构成雪花状结构配电网架，用于合围的供电区域提供电源，其中每座变电站出线2回，每回线路具有1个站间联络环网节点，1个站内联络环网节点，开环运行，环网节点设备包括环网箱、箱式变和配电室；雪花状结构配电网架由雪花状基本单元组成，每个雪花状基本单元
中，有4个站内联络节点与4个站间联络节点，两个节点之间的线段为10kv馈线；单电源设备串接在雪花状基本单元的一条边上，由一个单环网供电，构成雪花的外形；双电源设备分布在雪花状基本单元的内部，串接在雪花状基本单元的两个边上，由两个单环网供电；其他设备接入单环网或者接入分支线路。
8.而且，所述雪花状基本单元为中压网孔配电网基本单元snow，同时snow∈snow(sdn)，构成雪花状结构配电网架为：
9.sdn＝(snow(sdn),r(snow(sdn)))
10.snow(sdn)＝{snow1,snow2,snow3,...,snown}
11.r(snow(sdn))＝{(snowi,snowj)}
[0012][0013]
其中，snow(sdn)为雪花电网中的雪花状基本单元的集合，r(snow(sdn))为雪花电网中供电区域之间的关联关系，每一个供电区域之间通过联络线彼此互联，满足r(snow(sdn))的关联关系，表示为序偶的集合，n阶对称矩阵sdnm用来直观表示该中压配电网基本单元之间的关联关系，第i行第j列上的元素d
ij
为：
[0014][0015]
而且，所述中压网孔配电网基本单元snow的计算方法为：
[0016]
snow＝{ssource,sbranch,sload}
[0017]
其中，ssource为每个雪花状基本单元中的电源，sbranch为每个雪花状基本单元中的支路，sload为每个雪花状基本单元中的负荷。
[0018]
本发明的优点和积极效果是：
[0019]
本发明汇集8回线路形成独立的馈线集群，搭建了更坚强的能源配置平台，具有负荷转移灵活、效率效益高、适应包容更多能源互联网新元素等特点，表现为安全可靠、经济高效、绿色低碳、服务优质、优化互动五大特征。雪花电网网架结构中每条馈线均有合理的分段和联络，具有故障自动检测、隔离、网络重构和恢复供电的自愈能力，可满足各类用户的供电需求，提高配电设备利用效率，具有“结构清晰、灵活可靠、协调发展、经济高效的特点”。
附图说明
[0020]
图1为本发明的网络架构图。
具体实施方式
[0021]
以下结合附图对本发明做进一步详述。
[0022]
一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，如图1所示，包括四座变电站和八回10kv馈线，构成雪花状结构配电网架，用于合围的供电区域提供电源，其中每座变电站
出线2回，每回线路具有1个站间联络环网节点，1个站内联络环网节点，开环运行，环网节点设备包括环网箱、箱式变和配电室；雪花状结构配电网架由雪花状基本单元组成，每个雪花状基本单元中，有4个站内联络节点与4个站间联络节点，两个节点之间的线段为10kv馈线；单电源设备串接在雪花状基本单元的一条边上，由一个单环网供电，构成雪花的外形；双电源设备分布在雪花状基本单元的内部，串接在雪花状基本单元的两个边上，由两个单环网供电；其他设备接入单环网或者接入分支线路。“雪花网”既落实网格化规划要求，实现精细化规划，也聚焦了电网规划建设运行的对象，容易实现各专业的协同，促进精益化管理。不依赖于新的技术及元件，用分段联络的方式实现分层分群电网框架，是实现未来网络自由互联、负荷设备即插即用特征的网架结构。
[0023]
雪花电网中的每一供电区域由四个变电站与八回馈线所构成的雪花状结构对该区域中的负荷进行供电，各个雪花状基本单元之间通过站间联络节点的联络线实现了彼此互联，构成了多朵雪花彼此互联的整体网架。雪花电网实质上就是网孔配电网。每个雪花状基本单元实质上就是一个中压网孔配电网基本单元snow，且snow∈snow(sdn)，每个中压网孔配电网基本单元snow与相邻四个单元间满足r(snow(sdn))的关联关系，构成的雪花状结构配电网架为：
[0024]
sdn＝(snow(sdn),r(snow(sdn)))
[0025]
snow(sdn)＝{snow1,snow2,snow3,...,snown}
[0026]
r(snow(sdn))＝{(snowi,snowj)}
[0027][0028]
其中，snow(sdn)为雪花电网中的雪花状基本单元的集合，r(snow(sdn))为雪花电网中供电区域之间的关联关系，每一个供电区域之间通过联络线彼此互联，满足r(snow(sdn))的关联关系，表示为序偶的集合，n阶对称矩阵sdnm用来直观表示该中压配电网基本单元之间的关联关系，第i行第j列上的元素d
ij
为：
[0029][0030]
中压网孔配电网基本单元snow的计算方法为：
[0031]
snow＝{ssource,sbranch,sload}
[0032]
其中，ssource为每个雪花状基本单元中的电源，sbranch为每个雪花状基本单元中的支路，sload为每个雪花状基本单元中的负荷，ssource∈{mvw},sbranch∈{mvw},sload∈{mvw}。
[0033]
根据上述一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，通过模拟测试以验证本发明的效果：
[0034]
如图1所示，变电站a、变电站b、变电站c、变电站d为电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所；红色圆点表示站间联络节点，绿色圆点表示站内联络节点，环网节点设备为环网箱、箱式变、配电室等进行电能变换、分配的配电场所；线段表示
10kv配电线路，负责配电设备的连接和电能的传送；供电区域是由圆点和线段连成的六边形区域为一个环网单元，为辖区内的用户提供电能；每个环网单元通过联络结点进行区域互联，在正常运行期间互联的环网单元共享发电，通过利用区域负荷之间的不同时性和可用的低成本容量，优化比邻平衡区之间的功率交换，能够降低互联系统的整体运行成本和推迟新增发电容量的投资；在某个环网单元内因大修而需要机组计划停运时可通过计划功率的调整实现调峰。
[0035]
本发明具备五大特征：
[0036]
1、安全可靠方面，抵御事故风险能力和自愈能力强，电力供应稳定可靠。
[0037]
2、经济高效方面，实现供电可靠性与效率效益相协调，通过负荷灵活转移提高设备利用效率。
[0038]
3、绿色低碳方面，适应分布式电源、储能和电动汽车等多元化负荷高比例接入。
[0039]
4、服务优质方面，适应办电更省时、办电更省钱、用电更可靠的“获得电力”新要求，可实现用户就近接入。
[0040]
5、优化互动方面，适应能源互联网发展新需求，可实现集中式、分布式等各类设施及主体广泛接入。
[0041]
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，其特征在于：包括四座变电站和八回10kv馈线，构成雪花状结构配电网架，用于合围的供电区域提供电源，其中每座变电站出线2回，每回线路具有1个站间联络环网节点，1个站内联络环网节点，开环运行，环网节点设备包括环网箱、箱式变和配电室；雪花状结构配电网架由雪花状基本单元组成，每个雪花状基本单元中，有4个站内联络节点与4个站间联络节点，两个节点之间的线段为10kv馈线；单电源设备串接在雪花状基本单元的一条边上，由一个单环网供电，构成雪花的外形；双电源设备分布在雪花状基本单元的内部，串接在雪花状基本单元的两个边上，由两个单环网供电；其他设备接入单环网或者接入分支线路。2.根据权利要求1所述的一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，其特征在于：所述雪花状基本单元为中压网孔配电网基本单元snow，同时snow∈snow(sdn)，构成雪花状结构配电网架为：sdn＝(snow(sdn),r(snow(sdn)))snow(sdn)＝{snow1,snow2,snow3,...,snow
n
}r(snow(sdn))＝{(snow
i
,snow
j
)}其中，snow(sdn)为雪花电网中的雪花状基本单元的集合，r(snow(sdn))为雪花电网中供电区域之间的关联关系，每一个供电区域之间通过联络线彼此互联，满足r(snow(sdn))的关联关系，表示为序偶的集合，n阶对称矩阵sdnm用来直观表示该中压配电网基本单元之间的关联关系，第i行第j列上的元素d
ij
为：3.根据权利要求1所述的一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，其特征在于：所述中压网孔配电网基本单元snow的计算方法为：snow＝{ssource,sbranch,sload}其中，ssource为每个雪花状基本单元中的电源，sbranch为每个雪花状基本单元中的支路，sload为每个雪花状基本单元中的负荷。

技术总结
本发明涉及一种基于多状态开关的新型配电网网架构建方法，汇集8回线路形成独立的馈线集群，搭建了更坚强的能源配置平台，具有负荷转移灵活、效率效益高、适应包容更多能源互联网新元素等特点，表现为安全可靠、经济高效、绿色低碳、服务优质、优化互动五大特征。雪花电网网架结构中每条馈线均有合理的分段和联络，具有故障自动检测、隔离、网络重构和恢复供电的自愈能力，可满足各类用户的供电需求，提高配电设备利用效率，具有“结构清晰、灵活可靠、协调发展、经济高效的特点”。。。


技术研发人员：冯郁竹 方红伟 赵长伟 王哲 宗烨琛 韩国清 翟国钧 张高磊 孙广志 王玉辉 高寒 赵风松 张燕宏 韩斌 杨得博 黄旭 高强伟 杨国朝 刘伟 骈睿珺 王治博 刘扬 张晓航 李广敏 沈佳星
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 国网天津市电力公司城东供电分公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/20