CN106786568B - 一种配电自动化终端布点规划配置方法 - Google Patents

Abstract

一种配电自动化终端布点规划配置方法，其包括设置执行本配电自动化终端布点规划配置方法所需模块；利用馈线种类划分模块，根据馈线上是否安装联络开关而将馈线分类；利用配电终端部署配置划分模块，将配电终端的配置情况划分为三类；利用故障状况划分模块，将故障发生后对故障的处理分为三个阶段；利用数据采集模块进行数据采集；利用量化计算模块进行量化建模计算；利用配电终端布点规划模块得到馈线配电终端布点规划结果。本发明可为提高我国电网供电可靠性和供电质量、提升电网公司对配网的管理效率与用户服务质量提供帮助，并对提高我国的配电自动化水平、推进我国智能电网建设具有指导性意义。

Description

一种配电自动化终端布点规划配置方法

技术领域

本发明属于馈线配电自动化终端配置技术领域，特别是涉及一种配电自动化终端布点规划配置方法。

背景技术

配电自动化终端是用于配电网的各种远方监测、控制单元的总称，简称配电终端，大体可分为“三遥”配电终端和“二遥”配电终端两类。其中，“三遥”配电终端是指包括遥测，遥信和遥控三部分以及故障信息上报功能的配电终端。“二遥”配电终端是指包括故障信息上报功能或者遥信和电流遥测功能的配电终端，其不具备遥控的能力。

在我国，由于配电自动化技术起步较晚，与技术水平及经济水平较高的国家相比，对配电自动化的重视程度不足，导致各方面的研究较一些发达国家而言不够成熟。另外，由于我国配电系统愈来愈复杂，以致于在研究过程中如果离开了自动化这一概念，将使得系统很难实现在最经济和最可靠的状态下运行。在配电终端的规划上，虽然国内有些学者已从通信与计算机的角度提出了一系列针对各地区而言不同的配电自动化系统构建与规划的方法。但是，针对配电终端安装数量的相关研究还较为缺乏；而且针对配电终端在馈线上的具体安装位置的相关规划研究还有待深入。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种配电自动化终端布点规划配置方法。

本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先根据配电自动化系统中配电终端配置数量规划的内容，初步计算出待分析的馈线上所需配置的配电终端数量，然后设置执行本配电自动化终端布点规划配置方法所需模块，包括：馈线种类划分模块、配电终端部署配置划分模块、故障状况划分模块、数据采集模块、量化计算模块和配电终端布点规划模块；

2)利用馈线种类划分模块，根据馈线上是否安装联络开关而将馈线分为以下两类：①未装设联络开关的馈线；②存在联络开关的馈线；

3)利用配电终端部署配置划分模块，将配电终端的配置情况划分为以下三类：①全部配置“三遥”配电终端；②全部配置“二遥”配电终端；③混合配置“三遥”和“二遥”配电终端；

4)利用故障状况划分模块，将故障发生后对故障的处理分为三个阶段，①故障定位阶段；②人工故障隔离阶段；③故障修复阶段；

5)利用数据采集模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障处理阶段内的系统停电时间和停电负荷量化建模计算所需数据进行采集，所需数据包括：馈线上分段开关数量及所处位置、馈线上联络开关数量及所处位置、故障率、馈线各分段长度、与分段区域相连的等效负荷之和、故障定位时间、人工故障隔离时间和故障修复时间；

6)利用量化计算模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果及步骤5)中采集的数据，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障阶段内的系统停电时间和停电负荷进行量化建模计算，其中，系统停电时间和停电负荷的量化建模计算包括：①未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；②存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

7)利用配电终端布点规划模块，在给定配电终端配置数量的基础上，利用上述各配置情况的停电负荷建立目标函数，以供电可靠性条件为约束，进而得到馈线配电终端布点规划结果。

在步骤6)中，所述的未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间，t_1i为第i段区域的故障定位时间，U_i代表第i段区域供电的用户总数；l_i代表第i段区域的等效线路长度；f_i代表第i段区域的等效设备故障率，单位为次/km·a；m代表馈线的分段数量；

故障定位阶段对应的系统停电时间T₁为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电负荷，P_i代表第i段区域供电的全部负荷的等效负荷之和；

故障定位阶段对应的系统停电负荷E₁为：

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间，t_2i为第i段区域的人工故障隔离时间；

人工故障隔离阶段对应的系统停电时间T₂为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷；

人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷E₂为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；z_k＝0代表相应位置配置配电终端，z_k＝1代表相应位置不配置配电终端；

故障修复阶段对应的系统停电时间T₃为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷E₃为：

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

T＝T₁+T₂+T₃ (13)

式中，T为整个故障处理阶段对应的系统停电时间，单位h；T₁、T₂和T₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电时间，单位均为h；

E＝E₁+E₂+E₃ (14)

式中，E为整个故障处理阶段对应的系统停电负荷，单位kWh；E₁、E₂和E₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电负荷，单位均为kWh；

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

首先，假设配置“三遥”配电终端的线路分段开关共M-1个，则基于所有“三遥”配电终端线路分段开关划分得到的“三遥”区域共M个；为分析人工故障隔离阶段的系统停电时间和停电负荷，用Ω_i’表示第i’个“三遥”配电终端区域内的负荷集合，|Ω_i’|为该区域内的用户总数；用事件组W＝(w₁,w₂,…,w_2i’-1,w_2i’,…,w_2M-1,w_2M)代表故障位置所处的“三遥”配电终端所确定的区域及区域中“二遥”配电终端装置的配置情况，共包括2M个事件，具体表示为：

w_2i’-1：故障发生在第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，且该区域内配置有“二遥”配电终端；

w_2i’：故障发生第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，但区域内未配置有“二遥”配电终端；

则第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

相应的系统停电负荷为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；

故障修复阶段对应的系统停电时间计算公式与式(10)一致；

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷计算公式与式(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(15)～(18)一致；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致。

在步骤7)中，所述的利用配电终端布点规划模块，在给定配电终端配置数量的基础上，利用上述各配置情况的停电负荷建立目标函数，以供电可靠性条件为约束，进而得到馈线配电终端布点规划结果的具体步骤如下：

a.根据步骤6)获得的停电负荷建立目标函数，并采用遗传算法求解目标函数，进行遗传操作；目标函数如下：

式中，C_E为单位电量停电损失；N₂和N₃为“二遥”和“三遥”配电终端的配置数量；C₂和C₃为“二遥”和“三遥”配电终端的初始投资单价；i₂和i₃为“二遥”和“三遥”配电终端投资的折现率；a₂和a₃为“二遥”和“三遥”配电终端的经济使用年限；

b.根据遗传算法中的适应度值判断是否达到迭代终止条件，方法是构建适应度函数，将可靠性约束条件以罚函数的形式加到式(21)所示的目标函数中，作为遗传个体的适应度评价函数；

其中，可靠性约束条件采用设定的供电可靠性阈值约束条件，即

β₁＞β_set (22)

其中，β_set为馈线的供电可靠率要求；β₁为配电终端某布点方案下的供电可靠率，具体表达式如式(23)所示：

其中，T利用公式(13)计算得到；

c.当连续m代均不满足可靠性约束条件时，则返回步骤1)，重新调整馈线上所需配置的配电终端数量；否则结束，输出馈线配电终端最优布点规划结果。

本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法具有如下有益效果：

本发明完善了配电自动化终端布点规划研究中的不足，顺应我国智能电网建设与配电自动化改造的发展趋势，在已知所需配置的配电终端数量的基础上，对不同配电终端配置情况下，不同种类馈线的不同故障处理阶段的系统停电时间和停电负荷指标进行了科学的建模量化计算，最终通过求解由停电负荷确定的目标函数，以可靠性为约束，进而得到最终的馈线配电终端布点规划结果。本发明可为提高我国电网供电可靠性和供电质量、提升电网公司对配网的管理效率与用户服务质量提供帮助，并对提高我国的配电自动化水平、推进我国智能电网建设具有指导性意义。

附图说明

图1为本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法流程图。

图2-1为未装设联络开关的馈线图。

图2-2为存在联络开关的馈线图。

图3为本发明实施例所采用的馈线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先根据配电自动化系统中配电终端配置数量规划(刘健等.电力系统自动化，2013，37(12)：44-50)的内容，初步计算出待分析的馈线上所需配置的配电终端数量，然后设置执行本配电自动化终端布点规划配置方法所需模块，包括：馈线种类划分模块、配电终端部署配置划分模块、故障状况划分模块、数据采集模块、量化计算模块和配电终端布点规划模块；

2)利用馈线种类划分模块，根据馈线上是否安装联络开关而将馈线分为以下两类：①未装设联络开关的馈线，如图2-1所示；②存在联络开关的馈线，如图2-2所示；图2-1和图2-2中所示馈线含有m-1个线路分段开关(不计线路出口开关z₁)，被分为m段，同时含有n个联络开关(一般m≥n)；i为分段区域的编号；y_n代表联络开关；

3)利用配电终端部署配置划分模块，将配电终端的配置情况划分为以下三类：①全部配置“三遥”配电终端；②全部配置“二遥”配电终端；③混合配置“三遥”和“二遥”配电终端；

4)利用故障状况划分模块，将故障发生后对故障的处理分为三个阶段，①故障定位阶段；②人工故障隔离阶段；③故障修复阶段；

5)利用数据采集模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障处理阶段内的系统停电时间和停电负荷量化建模计算所需数据进行采集，所需数据包括：馈线上分段开关数量及所处位置、馈线上联络开关数量及所处位置、故障率、馈线各分段长度、与分段区域相连的等效负荷之和、故障定位时间、人工故障隔离时间和故障修复时间；

6)利用量化计算模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果及步骤5)中采集的数据，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障阶段内的系统停电时间和停电负荷进行量化建模计算，其中，系统停电时间和停电负荷的量化建模计算包括：①未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；②存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

①未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间，t_1i为第i段区域的故障定位时间，U_i代表第i段区域供电的用户总数；l_i代表第i段区域的等效线路长度；f_i代表第i段区域的等效设备故障率，单位为次/km·a；m代表馈线的分段数量；

故障定位阶段对应的系统停电时间T₁为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电负荷，P_i代表第i段区域供电的全部负荷的等效负荷之和；

故障定位阶段对应的系统停电负荷E₁为：

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间，t_2i为第i段区域的人工故障隔离时间；

人工故障隔离阶段对应的系统停电时间T₂为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷；

人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷E₂为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；z_k＝0代表相应位置配置配电终端，z_k＝1代表相应位置不配置配电终端；

故障修复阶段对应的系统停电时间T₃为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷E₃为：

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

T＝T₁+T₂+T₃ (13)

式中，T为整个故障处理阶段对应的系统停电时间，单位h；T₁、T₂和T₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电时间，单位均为h；

E＝E₁+E₂+E₃ (14)

式中，E为整个故障处理阶段对应的系统停电负荷，单位kWh；E₁、E₂和E₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电负荷，单位均为kWh；

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致。

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

首先，假设配置“三遥”配电终端的线路分段开关共M-1个，则基于所有“三遥”配电终端线路分段开关划分得到的“三遥”区域共M个。为分析人工故障隔离阶段的系统停电时间和停电负荷，用Ω_i’表示第i’个“三遥”配电终端区域内的负荷集合，|Ω_i’|为该区域内的用户总数；用事件组W＝(w₁,w₂,…,w_2i’-1,w_2i’,…,w_2M-1,w_2M)代表故障位置所处的“三遥”配电终端所确定的区域及区域中“二遥”配电终端装置的配置情况，共包括2M个事件，具体表示为：

w_2i’-1：故障发生在第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，且该区域内配置有“二遥”配电终端；

w_2i’：故障发生第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，但区域内未配置有“二遥”配电终端；

则第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

相应的系统停电负荷为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致。

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致。

②存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0。

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；

故障修复阶段对应的系统停电时间计算公式与式(10)一致。

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷计算公式与式(12)一致。

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致。

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(15)～(18)一致；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

7)利用配电终端布点规划模块，在给定配电终端配置数量的基础上，利用上述各配置情况的停电负荷建立目标函数，以供电可靠性条件为约束，进而得到馈线配电终端布点规划结果；

具体步骤如下：

a.根据步骤6)获得的停电负荷建立目标函数，并采用遗传算法求解目标函数，进行遗传操作；目标函数如下：

式中，C_E为单位电量停电损失；N₂和N₃为“二遥”和“三遥”配电终端的配置数量；C₂和C₃为“二遥”和“三遥”配电终端的初始投资单价；i₂和i₃为“二遥”和“三遥”配电终端投资的折现率；a₂和a₃为“二遥”和“三遥”配电终端的经济使用年限；

b.根据遗传算法中的适应度值判断是否达到迭代终止条件，方法是构建适应度函数，将可靠性约束条件以罚函数的形式加到式(21)所示的目标函数中，作为遗传个体的适应度评价函数；

其中，可靠性约束条件采用设定的供电可靠性阈值约束条件，即

β₁＞β_set (22)

其中，β_set为馈线的供电可靠率要求；β₁为配电终端某布点方案下的供电可靠率，具体表达式如式(23)所示：

其中，T利用公式(13)计算得到；

c.当连续m代均不满足可靠性约束条件时，则返回步骤1)，重新调整馈线上所需配置的配电终端数量；否则结束，输出馈线配电终端最优布点规划结果。

现以图3所示的IEEE33节点的馈线为例对本发明提供的配电自动化终端布点规划配置方法进行说明。图3中母线～节点0馈线出口开关，节点1-2、2-3、4-5、8-9和14～15间线路分段开关(需进行配电自动化终端布点优化的选备位置)及联络开关将该系统分为6个分段区域，分别如图中z₁,z₂,..,z₆所示。各分段区域内负荷P₁,P₂…,P₅依次为100kW、400kW、400kW、500kW、2500kW、400kW；分段区域用户数均为10，等效线路长度l₁,l₂,..,l₆依次为1.275km、0.26km、0.108km、0.17km、0.09km、0.22km；馈线故障率为0.23次/km·年；对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的故障处理时间t₁,t₂,t₃依次为1h、0.5h、4h；考虑“三遥”配电终端和“二遥”配电终端的采购价格分别为5万元和1万元；配电终端投资回报率取0.1，寿命20年，取单位电量停电损失C_E＝5元。设该馈线供电区域供电可靠率要求β_set为99.9％。首先根据上述配电自动化系统中配电终端配置数量规划的内容初步计算出该馈线上所需配置的配电终端数量为3。

求解公式(21)可以得到的配电终端最优布点规划方案为节点1-2和节点14～15处配置“二遥”配电终端，节点8-9处配置“三遥”配电终端，即z₂和z₆处配置“二遥”配电终端，z₅处配置“三遥”配电终端。此时目标函数最优为15442.1元，供电可靠率β₁为99.99268％。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各个步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种配电自动化终端布点规划配置方法，其特征在于：所述的配电自动化终端布点规划配置方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先根据配电自动化系统中配电终端配置数量规划的内容，初步计算出待分析的馈线上所需配置的配电终端数量，然后设置执行本配电自动化终端布点规划配置方法所需模块，包括：馈线种类划分模块、配电终端部署配置划分模块、故障状况划分模块、数据采集模块、量化计算模块和配电终端布点规划模块；

2)利用馈线种类划分模块，根据馈线上是否安装联络开关而将馈线分为以下两类：①未装设联络开关的馈线；②存在联络开关的馈线；

3)利用配电终端部署配置划分模块，将配电终端的配置情况划分为以下三类：①全部配置“三遥”配电终端；②全部配置“二遥”配电终端；③混合配置“三遥”和“二遥”配电终端；

4)利用故障状况划分模块，将故障发生后对故障的处理分为三个阶段，①故障定位阶段；②人工故障隔离阶段；③故障修复阶段；

5)利用数据采集模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障处理阶段内的系统停电时间和停电负荷量化建模计算所需数据进行采集，所需数据包括：馈线上分段开关数量及所处位置、馈线上联络开关数量及所处位置、故障率、馈线各分段长度、与分段区域相连的等效负荷之和、故障定位时间、人工故障隔离时间和故障修复时间；

6)利用量化计算模块，根据所述步骤2)、3)和4)中的结果及步骤5)中采集的数据，对在上述三类配电终端配置情况下，两类馈线的三个故障阶段内的系统停电时间和停电负荷进行量化建模计算，其中，系统停电时间和停电负荷的量化建模计算包括：①未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；②存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

在步骤6)中，所述的未装设联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电时间，t_1i为第i段区域的故障定位时间，U_i代表第i段区域供电的用户总数；l_i代表第i段区域的等效线路长度；f_i代表第i段区域的等效设备故障率，单位为次/km·a；m代表馈线的分段数量；

故障定位阶段对应的系统停电时间T₁为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_1i代表第i段区域线路故障的故障定位阶段对应的系统停电负荷，P_i代表第i段区域供电的全部负荷的等效负荷之和；

故障定位阶段对应的系统停电负荷E₁为：

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间，t_2i为第i段区域的人工故障隔离时间；

人工故障隔离阶段对应的系统停电时间T₂为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_2i代表第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷；

人工故障隔离阶段对应的系统停电负荷E₂为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；z_k＝0代表相应位置配置配电终端，z_k＝1代表相应位置不配置配电终端；

故障修复阶段对应的系统停电时间T₃为：

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷E₃为：

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

T＝T₁+T₂+T₃ (13)

式中，T为整个故障处理阶段对应的系统停电时间，单位h；T₁、T₂和T₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电时间，单位均为h；

E＝E₁+E₂+E₃ (14)

式中，E为整个故障处理阶段对应的系统停电负荷，单位kWh；E₁、E₂和E₃分别对应上述故障定位阶段、人工故障隔离阶段和故障修复阶段的系统停电负荷，单位均为kWh；

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

首先，假设配置“三遥”配电终端的线路分段开关共M-1个，则基于所有“三遥”配电终端线路分段开关划分得到的“三遥”区域共M个；为分析人工故障隔离阶段的系统停电时间和停电负荷，用Ω_i’表示第i’个“三遥”配电终端区域内的负荷集合，|Ω_i’|为该区域内的用户总数；用事件组W＝(w₁,w₂,…,w_2i’-1,w_2i’,…,w_2M-1,w_2M)代表故障位置所处的“三遥”配电终端所确定的区域及区域中“二遥”配电终端装置的配置情况，共包括2M个事件，具体表示为：

w_2i’-1：故障发生在第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，且该区域内配置有“二遥”配电终端；

w_2i’：故障发生第i’个“三遥”配电终端所确定的区域，但区域内未配置有“二遥”配电终端；

则第i段区域线路故障的人工故障隔离阶段对应的系统停电时间为：

相应的系统停电负荷为：

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(9)～(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

存在联络开关的馈线的系统停电时间和停电负荷建模计算按照配电终端的配置情况分为以下三类：a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

a.全部配置“三遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算：

第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间为：

式中，T_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电时间，t_3i为第i段区域的故障修复时间；

故障修复阶段对应的系统停电时间计算公式与式(10)一致；

相应的系统停电负荷为：

式中，E_3i代表第i段区域线路故障的故障修复阶段对应的系统停电负荷；

故障修复阶段对应的系统停电负荷计算公式与式(12)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

b.全部配置“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(5)～(8)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i不为0，因此计算结果不为0；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

c.混合配置“三遥”和“二遥”配电终端时的系统停电时间和停电负荷的量化建模计算步骤如下：(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算；

(1)故障定位阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(1)～(4)一致，但由于每一段区域的人工故障负荷隔离时间t_2i为0，因此计算结果为0；

(2)人工故障隔离阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(15)～(18)一致；

(3)故障修复阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(10)、(12)、(19)和(20)一致；

(4)故障处理阶段系统停电时间和停电负荷的量化建模计算公式与式(13)和(14)一致；

7)利用配电终端布点规划模块，在给定配电终端配置数量的基础上，利用上述各配置情况的停电负荷建立目标函数，以供电可靠性条件为约束，进而得到馈线配电终端布点规划结果；

在步骤7)中，所述的利用配电终端布点规划模块，在给定配电终端配置数量的基础上，利用上述各配置情况的停电负荷建立目标函数，以供电可靠性条件为约束，进而得到馈线配电终端布点规划结果的具体步骤如下：

a.根据步骤6)获得的停电负荷建立目标函数，并采用遗传算法求解目标函数，进行遗传操作；目标函数如下：

式中，C_E为单位电量停电损失；N₂和N₃为“二遥”和“三遥”配电终端的配置数量；C₂和C₃为“二遥”和“三遥”配电终端的初始投资单价；i₂和i₃为“二遥”和“三遥”配电终端投资的折现率；a₂和a₃为“二遥”和“三遥”配电终端的经济使用年限；

b.根据遗传算法中的适应度值判断是否达到迭代终止条件，方法是构建适应度函数，将可靠性约束条件以罚函数的形式加到式(21)所示的目标函数中，作为遗传个体的适应度评价函数；

其中，可靠性约束条件采用设定的供电可靠性阈值约束条件，即

β₁＞β_set (22)

其中，β_set为馈线的供电可靠率要求；β₁为配电终端某布点方案下的供电可靠率，具体表达式如式(23)所示：

c.当连续m代均不满足可靠性约束条件时，则返回步骤1)，重新调整馈线上所需配置的配电终端数量；否则结束，输出馈线配电终端最优布点规划结果。