考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法、系统及终端与流程

1.本发明涉及电网工程改造辅助决策技术领域，更具体地说，它涉及考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法、系统及终端。


背景技术：

2.随着21世纪数字经济的发展，各种数字设备在社会经济发展中地位越来越重要，电能质量问题造成的经济损失将给国民经济发展带来巨大的影响。保证电力供给和用户负载百分之百地兼容有两种方法：其一是设计和建设一个完美的供电网；其二是保证所有终端用户设备能够抵抗一般的电能质量问题，但两种方法都不具有经济性。因此，全面掌握电能质量造成的经济性影响，并综合考虑电网和用户两方面的因素，经济而有效地开展电能质量治理工作具有非常重要的意义。
3.目前，在国外电压暂降问题是用户投诉最多的电能质量问题，给用户带来了巨大的经济损失。对于电能质量带来的经济损失需要供电企业和用户双方共同努力加以解决。从用户的角度出发，规避电压暂降的前提是，对电压暂降造成的实际经济损失进行评估。从电网的角度出发，如何为用户提供优质的供电服务，提高用户的满意度是电网运行管理人员的责任和义务。否则，将存在因供电质量问题而引起的赔偿纠纷或损失潜在的用户等风险。当任何敏感用户接入系统时，为避免上述情况的发生，电网必须改变传统的思维方式，应考虑到电网和用户两方面都可能存在的风险。先进行此类敏感用户的用电状况及经济损失风险的分析，如果不符合用户用电要求，需采取措施防止此类事件发生：一是可考虑接入点的选择；二是可以对电网进行规划改造；三是考虑能否采取安装相应控制设备予以解决。通过电网网架改造或控制设备，减少或避免电压暂降的发生频次，可有效降低整个配网下重要工业敏感用户的经济损失。
4.在电压暂降无法避免的情况下，通过配置电压暂降缓解设备或者改造电网网架结构来规避电压暂降带来的经济损失，均要考虑昂贵的投资成本，而确定最优投资方案需要合理评估设备配置前后的电压暂降经济损失。因此，准确评估电压暂降对工业过程造成的经济损失，是选择电压暂降缓解方案的重要依据，具有重要的现实意义和理论价值，已成为目前亟待解决的重要问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法、系统及终端，本发明综合考虑电网侧和用户侧双向故障特征、改造成本等因素，进行电压暂降改造评估，能够为提高电能质量、降低改造成本提供技术支撑。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.第一方面，提供了考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，包括以下步骤：
8.将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿；
9.基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对
电网侧薄弱环节进行识别；
10.综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；
11.识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。
12.进一步的，所述电网侧薄弱环节的识别过程具体为：
13.使用蒙特卡罗方法对故障发生的地点和故障类型进行n组模拟；
14.对模拟出的故障地点和故障类型进行电压暂降分析计算，得到n个基于不同节点发生不同类型故障时接有pcc点的电压情况，pcc点为敏感负荷节点；
15.将每组数据中的每个节点暂降情况与假定的3个pcc点的所能承受的电压暂降严重度进行比较，若前者高于后者则视为一次损失并累计起来，以及在n组模拟完成后计算单次故障造成损失的期望值；
16.将n次模拟中不同线路所对应的单次故障造成损失的期望值按照降序排列，取前k条线路作为电网的薄弱环节。
17.进一步的，所述单次故障造成损失的期望值的计算公式具体为：
[0018][0019]
其中，c
expect
表示单次故障造成损失的期望值；c
ij
为表示第i次模拟的第j条线路故障所造成的损失；n表示模拟的组数；e
fault
表示线路每100km发生故障次数的期望值。
[0020]
进一步的，所述敏感负荷的分类过程具体为：
[0021]
评估计算单次电压暂降造成的经济损失；
[0022]
根据暂降的电压幅值、持续时间工业、次数计算用户每年的暂降损失；
[0023]
根据电压暂降敏感度以及用户每年的暂降损失的分布范围匹配得到相应的负荷类别。
[0024]
进一步的，所述单次电压暂降造成的经济损失的计算公式具体为：
[0025][0026]
其中，c
sag
表示单次电压暂降造成的经济损失；表示第j个子过程的中断概率；表示第j个子过程的中断损失；p
p
表示过程中断概率；c
p
表示过程中断损失；t表示持续时间；表示子过程免疫时间，能引起子过程中断的最短暂降持续时间；pit
p
表示全局过程免疫时间，能引起整个过程终端的最短暂降持续时间。
[0027]
进一步的，所述用户每年的暂降损失计算公式具体为：
[0028][0029]
其中，c
sag
(vi,ti)表示第i次暂降的经济损失；vi、ti分别表示第i次暂降的电压幅值和持续时间；num表示用户的年暂降次数。
[0030]
进一步的，所述改进自适应遗传算法在传统的所述自适应遗传算法的基础上通过采取精英保留策略，并引入了链式竞争策略改进得到。
[0031]
进一步的，所述决策模型的计算公式具体为：
[0032][0033]
其中，f(x)
npv
表示综合改造方案能带来的收益的净现值；c
t
表示第t年现金流量，即通过用户侧安装dvr同时电网侧进行薄弱环节改造后所减少的电压暂降损失值以及其他收益； c
operating
表示dvr与电缆的年维护成本；co表示初始投资值，即购买和安装dvr以及架空线路改造的初始投资，dvr初始投资为30年的投资成本；r表示预定的折现率。
[0034]
第二方面，提供了考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造系统，包括：
[0035]
补偿模块，用于将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿；
[0036]
电网识别模块，用于基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别；
[0037]
用户识别模块，用于综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；
[0038]
方案选择模块，用于在识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。
[0039]
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法。
[0040]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0041]
本发明首先采用电压暂降分析计算方法，结合蒙特卡罗方法对故障发生的位置和故障类型进行仿真计算，得到n个基于不同节点发生不同类型故障时接有敏感负荷节点(pcc点) 的电压情况；对于敏感负荷，本发明提出依据负荷的电压暂降敏感度、负荷单次电压暂降的损失水平进行分类的负荷模型，而后按照故障造成的损失值对电网薄弱环节进行确定；最后以净现值最大为目标函数采用改进的自适应遗传算法进行方案最优的确定。该发明考虑用户侧补偿和电网侧改造的综合寻优方案，既克服了传统的电网大面积改造的高投入低收益问题，又能很好地突出的性价比，从而使收益最大化。
附图说明
[0042]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0043]
图1是本发明实施例中的整体流程图；
[0044]
图2是本发明实施例中的系统框图；
[0045]
图3是本发明实施例中ieee30节点系统接线图；
[0046]
图4是本发明实施例中仅考虑电网侧改造的目标函数-代数图；
[0047]
图5是本发明实施例中仅考虑电网侧改造的线路编号-代数图；
[0048]
图6是本发明实施例中仅考虑用户侧改造的目标函数值-代数图；
[0049]
图7是本发明实施例中仅考虑用户侧改造的dvr补偿电压-代数图；
[0050]
图8是本发明实施例中14节点用户改造前后全网损失对比示意图；
[0051]
图9是本发明实施例中10节点用户改造前后全网损失对比示意图；
[0052]
图10是本发明实施例中30节点用户改造前后全网损失对比示意图；
[0053]
图11是本发明实施例中综合方案的目标函数值-代数图；
[0054]
图12是本发明实施例中综合方案的补偿电压-代数图；
[0055]
图13是本发明实施例中综合方案的线路编号-代数图；
[0056]
图14是本发明实施例中综合方案14节点用户改造前后全网损失对比图；
[0057]
图15是本发明实施例中综合方案10节点用户改造前后全网损失对比图；
[0058]
图16是本发明实施例中综合方案30节点用户改造前后全网损失对比图。
具体实施方式
[0059]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0060]
实施例1：考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0061]
步骤一：将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿；
[0062]
步骤二：基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别；
[0063]
步骤三：综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；
[0064]
步骤四：识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。
[0065]
本发明为了提高电压暂降改造的有效性与经济性，考虑了电网侧和用户侧两个方面存在的电压暂降情况。
[0066]
电网侧薄弱环节的识别过程具体为：
[0067]
1、使用蒙特卡罗方法对故障发生的地点和故障类型进行n组模拟。
[0068]
(1)故障类型的概率模型
[0069]
故障类型对电压暂降的幅值有很大的影响，本发明考虑4种不同的故障类型，用ft表示。ft从1到4分别表示不同的故障类型，分别为单相接地短路，两相接地短路，相间短路，三相短路。
[0070]
设随机数u1～(0，1)为均匀分布，则系统发生不同故障类型的概率分布模型为：
[0071][0072]
其中，p(fti)为每种故障类型发生的概率。
[0073]
根据配电网历年的事故统计结果，有各种故障类型的发生概率如下表所示，i从1到4，分别对应4类短路故障。
[0074]
配电网故障类型的发生概率统计
[0075][0076][0077]
(2)故障线路的概率模型
[0078]
在没有历史数据的情况下，假定每条线路发生的故障是随机的，线路发生故障的概率与线路长度占总线路长度的比例相等，即：
[0079][0080]
式中：p(li)为第i条线路发生故障的概率，li为第i条线路的长度。
[0081]
设随机数u2～(0，1)均匀分布，fl表示故障线路，则故障线路的概率模型为：
[0082][0083]
(3)故障位置的概率模型
[0084]
假设在故障线路内各点发生故障的概率是相同的，为了便于仿真，可以根据故障线路长度均匀设置故障点，如果每条线路上均匀设置3个故障点，设随机数u3～(0，1)均匀分布， f代表故障点位置，则故障点位置的概率分布模型如下式所示：
[0085][0086]
2、对模拟出的故障地点和故障类型进行电压暂降分析计算，得到n个基于不同节点发生不同类型故障时接有pcc点的电压情况，pcc点为敏感负荷节点。
[0087]
故障发生后的pcc处的电压的公式为：
[0088][0089]
其中，zf是pcc与故障点之间的阻抗幅值；zs是pcc点的源阻抗幅值。设zf＝zl是单位长度的线路阻抗，l就是pcc与故障点之间的距离。
[0090][0091][0092]
对于三相系统，当发生三相短路时,zs是正序阻抗；对于单相接地,zs是正序、负序及零序阻抗的和；对于相间故障，zs是正序、负序阻抗之和。
[0093]
3、将每组数据中的每个节点暂降情况与假定的3个pcc点的所能承受的电压暂降严重度进行比较，若前者高于后者则视为一次损失并累计起来，以及在n组模拟完成后计算单次故障造成损失的期望值。
[0094]
单次故障造成损失的期望值的计算公式具体为：
[0095][0096]
其中，c
expect
表示单次故障造成损失的期望值；c
ij
为表示第i次模拟的第j条线路故障所造成的损失；n表示模拟的组数；e
fault
表示线路每100km发生故障次数的期望值。
[0097]
4、将n次模拟中不同线路所对应的单次故障造成损失的期望值按照降序排列，取前k 条线路作为电网的薄弱环节。
[0098]
敏感负荷的分类过程具体为：评估计算单次电压暂降造成的经济损失；根据暂降的电压幅值、持续时间工业、次数计算用户每年的暂降损失；根据电压暂降敏感度以及用户每年的暂降损失的分布范围匹配得到相应的负荷类别。
[0099]
单次电压暂降造成的经济损失的计算公式具体为：
[0100][0101]
其中，c
sag
表示单次电压暂降造成的经济损失；表示第j个子过程的中断概率；表示第j个子过程的中断损失；p
p
表示过程中断概率；c
p
表示过程中断损失；t表示持续时间；表示子过程免疫时间，能引起子过程中断的最短暂降持续时间；pit
p
表示全局过程免疫时间，能引起整个过程终端的最短暂降持续时间。
[0102]
用户每年的暂降损失计算公式具体为：
[0103][0104]
其中，c
sag
(vi,ti)表示第i次暂降的经济损失；vi、ti分别表示第i次暂降的电压幅值和持续时间；num表示用户的年暂降次数。负荷分类如下表所示：
[0105]
负荷分类
[0106][0107]
由于d类负荷不仅敏感度较低，即因电压暂降造成损失的可能性小，而且即使出现了损失其大小也可忽略不计。因此，本实施例中重点关注a、b、c三类负荷的损失状况。
[0108]
改进自适应遗传算法在传统的所述自适应遗传算法的基础上通过采取精英保留策略，并引入了链式竞争策略改进得到。需要说明的是，改进自适应遗传算法还可直接采用传统的自适应遗传算法。
[0109]
决策模型的计算公式具体为：
[0110][0111]
其中，f(x)
npv
表示综合改造方案能带来的收益的净现值；c
t
表示第t年现金流量，即通过用户侧安装dvr同时电网侧进行薄弱环节改造后所减少的电压暂降损失值以及其他收益； c
operating
表示dvr与电缆的年维护成本；co表示初始投资值，即购买和安装dvr以及架空线路改造的初始投资，dvr初始投资为30年的投资成本；r表示预定的折现率。
[0112]
改进自适应遗传算法主要包括以下步骤：
[0113]
a、根据电网侧和用户侧的识别结果确定实际问题参数集；
[0114]
b、对参数集进行编码；
[0115]
c、利用拟随机halton序列初始化种群p(t)；
[0116]
d、依据位串解码的参数、计算目标函数值、函数值向适应值映射、适应值调整完成评价群体p(t)；
[0117]
e、判断是否满足停止准则；若满足则输出理想的解决方案；若不满足，则依次进行、选择操作、交叉操作、变异操作后产生新的群里，重新进行评价。
[0118]
将位置(1，i)的智能体表示成l
1,i
，i＝1,2
…
popsize。popsize为初始种群中智能体的数目。 l
1,i
的邻域为nbs
1,i
。nbs
1,i
＝{l
1,i1 l
1,i2
}。其中
[0119][0120]
每个智能体都有一定能量，即适应度值。在本发明中，一个智能体就表示一个个体l
1,i
，所有智能体均被放在一个规模为1
×
popsize的循环链上，每个个体占一个格点，且位置不能移动。由于智能体只有局部感知能力，它只能与周围的智能体发生相互作用，这就构成了循环链式结构。
[0121]
邻域竞争选择的原理叙述如下：
[0122]
设竞争选择在循环链上从左至右依次进行，当前智能体为l1′
,i
，其邻域为nbs
1,i
， nbs
1,i
＝{l
t1,i1 l
t1,i2
}，i＝1,2
…
popsize。l1′
,i
的更新方法如下：
[0123][0124]
其中的，表示智能体间的竞争运算。
[0125]
设智能体l
t1,i
和l
t1,i1
竞争，则有：
[0126]
l
t1,i
＝(c
ti,1 c
ti,2
…cti,1
…cti,length
)
[0127]
l
t1,i1
＝(c
ti1,1 c
ti1,2
…cti1,1
…cti1,length
)
[0128]
其中，c
ti,j
表示位置为(1，i)的智能体的第j个基因；c
ti1,j
表示位置为(1，i1)的智能体的第j个基因；length为单个智能体的基因数目即特征数。
[0129]
例如，竞争运算可表示如下：
[0130][0131]
u(0,1)表示在(0,1)区间均匀分布下产生的随机数。
[0132]
链式邻域竞争策略的步骤：
[0133]
step1：定义空间为(1
×
3)的寄存器temp，temp
←
(l
t1,i1
,l
t1,i
,l
t1,i2
)
[0134]
step2：根据式(5)来更新l
t1,i
[0135]
step3：判断i＝popsize是否成立，如成立，则进入交叉阶段，否则，i
←
i+1，转到step1。
[0136]
自适应交叉：
[0137]
在交叉过程中，交叉概率pc是自适应的。相应的公式如下：
[0138][0139]
其中，gh(i,i
′
)为l
t1,i
和max
1,i
的海明距离；max
1,i
为nbs
1,i
中适应度值较大的个体；fi′
为当前个体l
t1,i
的适应度值；f
′
为l
t1,i
和max
1,i
适应度值中较大的适应度值；f
tmax
为本代个体的最大适应度值；f
tave
为本代个体的平均适应度值。
[0140]
交叉的具体操作是：产生一个0到1之间的随机数u(0,1)与pc比较，确定l
t1,i
和max
1,i
是否进行交叉，过程如下：
[0141][0142]
进行交叉的一对父代，随机在同一基因位进行交换，生成子代个体。
[0143]
实施例2：考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造系统，如图2所示，包括补偿模块、
电网识别模块、用户识别模块和用户识别模块。
[0144]
其中，补偿模块，用于将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿。电网识别模块，用于基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别。用户识别模块，用于综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类。方案选择模块，用于在识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。
[0145]
实施例3：电网侧改造方案在ieee30节点系统中选取出三个节点，如图3所示，节点14、 10、30分别接入a、b、c类用户。基于电网的薄弱环节识别结果，本项目利用改进的自适应遗传算法对电网薄弱环节的10条线路进行分析，以净现值最大为目标函数，选择最优的改造线路。
[0146]
线路改造考虑将系统中的薄弱线路下地，即将架空线改造为电缆，以达到降低故障概率的目的，相应的被改造线路故障率变为原来的1/10，即：
[0147][0148]
式中：e
′
fault
表示改造后的线路故障概率；e
fault
表示改造前线路故障概率。
[0149]
寻优的目标函数为：
[0150][0151]
式中：c
t
表示第t年现金流量，即通过电网薄弱改造后减少的用户侧电压暂降损失值以及其他收益；c
operating
为运行维护费用；r为预定的折现率；c0表示改造线路的初始投资。
[0152]
由下表可知，35kv等级的线路改造平均造价为112.40万元/km，110kv等级的线路改造平均造价为387.42万元/km。本项目在计算线路改造成本时，采用市场平均造价。根据下列公式可得到线路改造的费用c
line
：
[0153]
c0＝c
line
＝c
kunit
×
lk[0154]
式中：c
kunit
为线路k每公里的造价；lk为线路k的长度。
[0155]
线路改造造价
[0156]
[0157]
[0158][0159]
电网侧改造的仿真结果如图4与图5所示，由仅考虑电网侧改造的线路编号图可知，仿真结果为改造线路14，即节点12到节点14这条线路。根据数据，14节点为33kv等级的节点，其线路全长为18.5km。成本计算可得，改造14号线路需要2079.4万元。由仅考虑电网侧改造的目标函数图可知，电网侧改造方案的目标函数值为4409万元，即此方案能为电网和用户减少4409万元的损失。电缆线路的平均使用寿命是30年，则改造线路平均每年能带来的收益约为147万元。
[0160]
仅考虑电网侧的改造能有效降低被改造线路的故障率，降低了因故障导致的电压暂降所带来的损失。一方面，对故障消除而言，电网薄弱环节改造能够有效降低关键线路的故障率，从而不仅能降低目标敏感用户的经济损失，也能够提高全网的电能质量，减少全网其他未计入的用户的损失，吸引更多的新用户接入电网；另一方面，就改造成本而言，架空线下地的成本较高(特别是高电压等级的架空线路)，若考虑经济性，则单纯考虑进行架空线路改造来降低电能质量给用户带来的损失，并不是最佳的选择方案。
[0161]
实施例4：本实施例提出了基于改进自适应遗传算法的用户侧dvr补偿改造方案。
[0162]
本实施例中，用户侧的改造方案考虑在目标敏感用户处安装动态电压恢复器(dynamicvoltage restorer)。在ieee30节点系统中选取出三个节点(如实例一节点图画圈部分)，节点 14、10、30分别假设为a、b、c类用户。通过给上述三类用户同时安装dvr，并采用改进的自适应遗传算法对三个dvr的补偿电压值寻优，选择最佳的dvr补偿值，最大程度减少用户的损失。
[0163]
由于本项目选用非储能式的dvr装置，所选dvr类型的补偿电压范围设置为 (0-0.5)p.u.。根据净现值法可得待计算的目标函数为：
[0164][0165]
式中：f(x)
npv
表示用户侧改造能带来的收益的净现值；c
t
表示第t年现金流量，即通过用户侧安装dvr所减少的电压暂降损失值；c
operating
为dvr的年运行维护费用；co表示初始投资值，指购买和安装dvr的初始投资；r为预定的折现率。
[0166]
目前dvr的平均设计寿命为10年，由于电网的薄弱线路改造周期周期为30年，为更
好地进行方案之间的对比，因此本项目考察30年内用户侧改造方案所带来的收益。
[0167]
dvr的初始投资c0为：
[0168]
c0＝c
dvr_total
[0169]
dvr的补偿容量不仅与补偿电压有关，还与负荷的容量有关，具体关系如下列公式所示：
[0170]
式中：s
idvr
表示该dvr的补偿容量；u
idvr
为该dvr的输出补偿电压；un为母线额定电压；s
l
负荷容量。
[0171]
由可以计算出dvr的初始投入成本c
dvr_total
。
[0172]cdvr_total
＝∑c
idvr
＝∑s
idvr
×cidvr_unit
[0173]
式中：c
idvr_unit
为第i台dvr的市场造价(单位：元/kv
·
a)。
[0174]
另一方面是dvr的运营和维护成本c
operating
(占总成本的10％/年)：
[0175]coperating
＝c
dvr_total
×
10％。
[0176]
目前dvr的市场价格如下表所示：
[0177]
当前dvr的市场价格
[0178][0179]
假设节点14、10、30所接的负荷分别为负荷a、b、c三类，如负荷分类表所示(如实施例一节点图画圈部分)。假设a、b、c三类负荷的单次电压暂降的全过程损失分别为40万元、40万元、20万元。仿真结果如图6所示。
[0180]
由图6可知，目标函数值收敛于第43代，最优函数值为1.177
×
104万元，即：只考虑用户侧改造的收益是1.177
×
104万元，平均每年约为392.3万元。
[0181]
如图7所示，由图可见，安装在14节点、10节点、30节点的dvr最终的补偿电压分别为0.26，0.38，0.09(p.u.)。14节点用户的改造投资为619.35万元；10节点用户的改造投资为 902.16万元；30节点用户的改造投资为103.22万元，dvr的总投资为1625万元。
[0182]
如图8-图10所示，由三个节点用户改造前后全网损失对比图可知，14节点改造前，故障对14节点造成损失为257.5万元/年，改造后故障对14节点造成损失为26.24万元/年；10 节点改造前，故障对10节点造成损失为480.00万元/年，改造后故障对10节点造成损失为 32.27万元/年；30节点改造前，故障对30节点造成损失为51.34万元/年，改造后故障对30 节点造成损失为18.13万元/年。
[0183]
采用动态电压恢复器，可以有效保护敏感负荷不受电压暂降的影响，同时还能抑制电源电压中谐波闪变等的干扰。通过以上仿真表明，采用动态电压恢复器对工业敏感用户进行点对点集中补偿，可以有效地降低用户的用电风险。但是从全局的角度出发，电压暂降的治理应该由电网和用户共同承担，如果单纯地依靠用户自身的改造进行电压暂降预防与治理，无法从根本上改善电网的电能质量情况，也无法达到经济、有效以及合理地治理电能质量问题的目标。因此，综合电网和用户两方面的改造方案，提出一种能实现电网和用户双向互动的治理策略，有着极大的意义。并且，随着信息技术、控制技术及电力电子技术的发展，高可靠性且低价格的动态电压恢复器不断出现，也为由电网主导、统一规划、科学治
理、共同改造的综合方案提供了有效支撑。
[0184]
实施例5：本实施例提出基于改进自适应遗传算法的考虑电网侧改造和用户侧补偿综合改造方案。
[0185]
考虑到传统的单一用户侧改造方案和单一电网侧改造方案的局限性，项目组经研究提出了考虑用户侧补偿和电网侧改造的综合寻优方案，该方案既克服了传统的电网大面积改造的高投入低收益问题，又能很好地突出dvr的性价比，从而使收益最大化。此时，寻优变量增加为4个，每个变量都是独立的，最终让4个变量的优化组合使目标值最优化。
[0186]
根据净现值法可得待计算的目标函数为：
[0187][0188]
式中：f(x)
npv
表示综合改造方案能带来的收益的净现值；c
t
表示第t年现金流量，即通过用户侧安装dvr同时电网侧进行薄弱环节改造后所减少的电压暂降损失值以及其他收益；c
operating
指dvr与电缆的年维护成本；co表示初始投资值，即购买和安装dvr以及架空线路改造的初始投资(其中dvr初始投资为30年的投资成本)；r为预定的折现率。
[0189]
综合方案的仿真结果如图11-图13所示。
[0190]
由综合方案的目标函数值图可知，目标函数值为1.246
×
104万元，平均每年约为415.33 万元。该值比仅考虑用户侧的改造方案的收益值多出690.00万元，平均每年多出23.00万元。与此同时，综合方案的所带来的收益高于仅考虑电网侧的改革方案8246.00万元，平均每年多出约274.87万元。
[0191]
如图14-图16所示，需要改造的线路为14号线路即为节点12到14这条线路，改造费用为2079.4万元。改造前后的对比如下图所示。14节点改造前，故障对14节点造成损失为257.56 万元/年，改造后故障对14节点造成损失为54.50万元/年；10节点改造前，故障对10节点造成损失为480.00万元/年，改造后故障对10节点造成损失为41.26万元/年；30节点改造前，故障对30节点造成损失为51.34万元/年，改造后故障对30节点造成损失为18.11万元/年。
[0192]
综上，从经济收益和改造效果两个角度来考量改造方案的优越性，分析如下：
[0193]
用户侧改造具有较强的针对性，对于系统中的典型高损失或高敏感度用户来说，用户侧改造能大大提升它们电能质量，从而保障生产的持续性。然而，用户侧改造对电网中其它电能质量有待改善的用户是乏力的。
[0194]
电网侧改造具有较广的覆盖性，从系统层面改善电能质量，然而电网侧改造针对性相对较弱，对于某些高敏感、高损失的用户可能无法完全达到他们的电能质量要求。同时，由于架空线下地造价较高，电网侧薄弱线路的改造将因经济性考量而受到限制。
[0195]
综合改造方案克服了传统的单侧改造的局限性，协调了单侧改造的优越性，既从系统层面考虑全网电压水平的提高，又有针对性地对典型敏感负荷进行改造，达到了负荷分类处理的目的，为供电者和用户提供了一种新的思维，即用户和电网侧的互动协调能够更有效改善电能质量。
[0196]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0197]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0198]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0199]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0200]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，包括以下步骤：将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿；基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别；综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。2.根据权利要求1所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述电网侧薄弱环节的识别过程具体为：使用蒙特卡罗方法对故障发生的地点和故障类型进行n组模拟；对模拟出的故障地点和故障类型进行电压暂降分析计算，得到n个基于不同节点发生不同类型故障时接有pcc点的电压情况，pcc点为敏感负荷节点；将每组数据中的每个节点暂降情况与假定的3个pcc点的所能承受的电压暂降严重度进行比较，若前者高于后者则视为一次损失并累计起来，以及在n组模拟完成后计算单次故障造成损失的期望值；将n次模拟中不同线路所对应的单次故障造成损失的期望值按照降序排列，取前k条线路作为电网的薄弱环节。3.根据权利要求2所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述单次故障造成损失的期望值的计算公式具体为：其中，c
expect
表示单次故障造成损失的期望值；c
ij
为表示第i次模拟的第j条线路故障所造成的损失；n表示模拟的组数；e
fault
表示线路每100km发生故障次数的期望值。4.根据权利要求1所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述敏感负荷的分类过程具体为：评估计算单次电压暂降造成的经济损失；根据暂降的电压幅值、持续时间工业、次数计算用户每年的暂降损失；根据电压暂降敏感度以及用户每年的暂降损失的分布范围匹配得到相应的负荷类别。5.根据权利要求4所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述单次电压暂降造成的经济损失的计算公式具体为：其中，c
sag
表示单次电压暂降造成的经济损失；表示第j个子过程的中断概率；表示第j个子过程的中断损失；p
p
表示过程中断概率；c
p
表示过程中断损失；t表示持续时间；表示子过程免疫时间，能引起子过程中断的最短暂降持续时间；pit
p
表示全局过程免
疫时间，能引起整个过程终端的最短暂降持续时间。6.根据权利要求4所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述用户每年的暂降损失计算公式具体为：其中，c
sag
(v
i
,t
i
)表示第i次暂降的经济损失；v
i
、t
i
分别表示第i次暂降的电压幅值和持续时间；num表示用户的年暂降次数。7.根据权利要求1-6任意一项所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述改进自适应遗传算法在传统的所述自适应遗传算法的基础上通过采取精英保留策略，并引入了链式竞争策略改进得到。8.根据权利要求1-6任意一项所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法，其特征是，所述决策模型的计算公式具体为：其中，f(x)
npv
表示综合改造方案能带来的收益的净现值；c
t
表示第t年现金流量，即通过用户侧安装dvr同时电网侧进行薄弱环节改造后所减少的电压暂降损失值以及其他收益；c
operating
表示dvr与电缆的年维护成本；c
o
表示初始投资值，即购买和安装dvr以及架空线路改造的初始投资，dvr初始投资为30年的投资成本；r表示预定的折现率。9.考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造系统，其特征是，包括：补偿模块，用于将电网架空线路换成电缆和用户侧加装dvr进行电压暂降补偿；电网识别模块，用于基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别；用户识别模块，用于综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；方案选择模块，用于在识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。10.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任意一项所述的考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法。

技术总结
本发明公开了考虑电网侧和用户侧的电压暂降改造方法、系统及终端，涉及电网工程改造辅助决策技术领域，其技术方案要点是：将电网架空线路换成电缆和用户侧加装DVR进行电压暂降补偿；基于线路的历史故障数据，将蒙特卡罗方法和电压暂降分析计算方法相结合后对电网侧薄弱环节进行识别；综合考虑负荷的电压暂降敏感度以及负荷单次电压暂降的损失水平对用户侧进行敏感负荷分类；识别完电网侧和用户侧的薄弱环节后，以净现值最大为目标函数建立决策模型，并采用改进自适应遗传算法或自适应遗传算法选择最优方案。本发明综合考虑电网侧和用户侧双向故障特征、改造成本等因素，进行电压暂降改造评估，能够为提高电能质量、降低改造成本提供技术支撑。造成本提供技术支撑。造成本提供技术支撑。


技术研发人员：杜英 王芸 蹇亚玲 胡林 王倩 杨玺
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司经济技术研究院
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/3/7