一种面向配电网形态演化的通用算例生成方法

1.一种面向配电网形态演化的通用算例生成方法，其特征在于，包括，首先，生成随机点矩阵及网络边长，确定随机点的连接方式，随后利用由随机点的伸缩和旋转构成的仿射变换方式判定最终节点坐标，从而产生仿真算例网络的拓扑结构；然后，利用二次变电站安装容量生成器确定每个叶节点安装容量值，选取网络导线截面系列，产生仿真算例网络的通用电气特性；最后，根据电网分布式电源渗透率及潮流计算结果，随机生成若干含分布式电源的配电网通用算例；所述的生成随机点矩阵及网络边长，确定随机点的连接方式，随后利用由随机点的伸缩和旋转构成的仿射变换方式定最终节点坐标，从而产生仿真算例网络的拓扑结构，包括如下步骤：1)输入数据，包括真实网络的类型和区域面积、节点总数、次变电站的数目和容量、主变电站引出的馈线数目、真实网络边长分布的概率密度函数拟合参数和节点度数分布；2)根据真实网络的区域面积，生成一个正方形仿真区域；3)选取一个随机种子，利用线性同余法产生一个包含M个随机点的矩阵；基于真实网络边长分布的概率密度函数拟合参数构造各层的网络边长的随机生成器；4)将随机点矩阵中的第一个随机点直接放置在正方形仿真区域内，第一个随机点的坐标记为(x 1 ,y 1 )，为正方形仿真区域内的第一个节点，并将该节点设为主变电站，从该节点引出的馈线数记为k max ，正方形仿真区域内已生成的仿真网络的节点数n＝1；5)将随机点矩阵中的第m个随机点暂时放置在正方形仿真区域内，第m个随机点的坐标记为(x o ,y o )，m＝2,3,......,M，判断正方形仿真区域内已生成的仿真网络的节点数n是否大于网络的馈线数k max ，若是，则对k max 个馈线进行编号，进入步骤7)；否则，进行步骤6)；6)设定正方形仿真区域内当前第m个随机点距设为主变电站的第一个随机点的距离最近，将第m个随机点与主变电站直接相连，计算两点之间的距离d o ，确定当前第m个随机点所属层，利用该层的网络边长的随机生成器生成一个边长d r ，以第一个节点(x 1 ,y 1 )为中心，根据如下公式对当前第m个随机点进行伸缩变换，变换后的点即为正方形仿真区域内的第n个节点，n＝m(x r ,y r )表示第n个节点的最终坐标，f表示伸缩变换因子，(x o ,y o )表示第m个随机点的坐标；令m＝m+1，n＝n+1，回到步骤5)；7)通过计算除第一个节点外的已生成的其他节点与当前第m个随机点的直线距离，确定距当前第m个随机点的最近点(x near ,y near )，并计算两点的距离d o ；8)定义newT，判断当前第m个随机点与最近点(x near ,y near )相连是否产生新的T形节点，若是，则newT＝1，否则newT＝0，newT的取值与最近点(x near ,y near )的现有节点度数k near 有关，表示如下：为满足实际分支率，计算n个节点需产生的T形节点个数NumT n ，计算公式如下：NumT n ＝round(BR×n)                            (4)则当前网络允许增加的T形节点个数△NumT n 为：△NumT n ＝NumT n -NumT n-1 (5)判断newT与△NumT n 是否相等，若是则进步骤9)，否则舍弃当前第m个随机点，返回步骤5)；9)确定当前第m个随机点所属层，利用该层的网络边长的随机生成器生成一个边长d r ，以最近点(x near ,y near )为中心，根据如下公式对当前第m个随机点进行伸缩变换，(x r ,y r )表示第m个随机点进行伸缩变换后的坐标，f表示伸缩变换因子，(x o ,y o )表示第m个随机点进行伸缩变换前的坐标，(x near ,y near )表示第m个随机点的最近点；10)检查伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )是否位于正方形仿真区域内，且除第一个节点外的已生成的其他节点与伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )的最近点是否仍是(x near ,y near )，若是，则进入步骤11)，否则，以10度为单元，围绕所述最近点将伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )旋转角度θ，θ的计算公式如下：θ＝f rot ×(π/18),f rot ＝1,2,...,36                        (9)f rot 表示旋转程度系数；对伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )旋转角度θ后的坐标如下：(x r ',y r ')表示对伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )旋转角度θ后的坐标，(x r ,y r )表示伸缩变换后的第m个随机点的坐标，(x near ,y near )表示除第一个节点外的已生成的其他节点与伸缩变换后的第m个随机点(x r ,y r )的最近点；直至旋转后的第m个随机点(x r ',y r ')位于正方形仿真区域内，且除第一个节点外的已生成的其他节点与旋转后的第m个随机点(x r ',y r ')的最近点仍是(x near ,y near )，进入步骤11)；若当f rot ＝36时，旋转后的第m个随机点(x r ',y r ')仍位于正方形仿真区域外，且除第一个节点外的已生成的其他节点与旋转后的第m个随机点(x r ',y r ')的最近点不是(x near ,y near )，则返回步骤5)；11)根据最近点属于哪一个馈线，判断当前第m个随机点所属的馈线组别，并且判断该馈线组上的所有节点之间的连接是否符合最小生成树连接，若是，则第n个节点的最终坐标(x m ,y m )等于当前第m个随机点的坐标，并将第n个节点与第m个随机点的最近点相连，保存第n个节点及第n个节点连接情况，则n＝n+1，进入步骤12)；否则增大θ值，继续旋转第m个随机点(x r ,y r )，直至满足该馈线组上的所有节点之间的连接符合最小生成树连接，进入步骤12)；若θ增加到360度仍无法满足该馈线组上的所有节点之间的连接符合最小生成树连接，则舍弃当前第m个随机点，将最近点的度数还原，返回到步骤5)；12)判断n是否大于输入的节点总数，是则正方形仿真区域构成最终的仿真网络拓扑，并保存，否则返回步骤5)；其中，步骤6)、9)、10)和11中对随机点进行的伸缩和旋转变换均属于仿射变换。 2.根据权利要求1所述的一种面向配电网形态演化的通用算例生成方法，其特征在于，所述的利用二次变电站安装容量生成器确定每个叶节点安装容量值，选取网络导线截面系列，产生仿真算例网络的通用电气特性，包括如下步骤：1)输入数据，包括生成的仿真网络拓扑、真实网络的二次变电站安装容量的核密度分布函数、二次变电站的实际安装容量列表、主变压器容量与线路导线截面配合推荐表、节点电压允许波动范围的上下限值；2)假设仿真网络拓扑中的各个叶节点均为二次变电站，主变电站节点为源点，利用Dijkstra算法计算仿真网络拓扑中的各个叶节点到主变电站的最短路径长度；3)利用真实网络的二次变电站安装容量的核密度分布函数构建安装容量生成器，用于为仿真网络拓扑中的各个叶节点生成安装容量，生成依据为：对于郊区配电网络，越靠近主变电站的叶节点的生成容量越大，远离主变电站的叶节点生成容量越小；对于城市类配电网络，真实网络的二次变电站安装容量分布均匀，故而随机生成叶节点的安装容量；4)确定仿真网络拓扑每条馈线的主干线路和侧枝线路，主干线路的确定需要考虑到主干线路所处路径的长度和流经的功率两个因素，由于配网的电力损失涉及到所述的两个因素，因此选取产生最大网损的路径为每条馈线的主干线路，配电网中每条边产生的有功损耗Ploss e(i,j) 表示为：P j 、Q j 、S j 和U j 分别表示配电网中边e(i,j)的一端节点j的有功功率、无功功率、视在功率和电压值，R e(i,j) 表示配电网中边e(i,j)的电阻值，d (i,j) 表示配电网中边e(i,j)的长度，r表示配电网中边e(i,j)的单位电阻值；配电网中每条路径上产生的有功损耗Ploss path 则为：S j 和U j 分别表示配电网中边e(i,j)的一端节点j的视在功率和电压值，d (i,j) 表示配电网中边e(i,j)的长度，r表示配电网中边e(i,j)的单位电阻值；假设对于配电网中每条路径上所有边，单位电阻值r和节点电压U j 的差异忽略不计，则 为常数，因而定义配电网中每条路径的损失指数LI，有：U j 分别表示配电网中边e(i,j)的一端节点j的电压值，d (i,j) 表示配电网中边e(i,j)的长度，最后，选取损失指数最大的路径上的所有边为馈线段的主干线路，配电网中其余边均为侧枝线路；5)利用改进的导线截面系列选取方法确定仿真网络拓扑各条边的导线截面积，构成最终的分形仿真网络；6)对分形仿真网络进行潮流计算，判断节点电压是否超出节点电压允许波动范围，若是，则舍弃当前分形仿真网络；反之将该分形仿真网络保存并输出。 3.根据权利要求2所述的一种面向配电网形态演化的通用算例生成方法，其特征在于步骤5)所述的改进的导线截面系列选取方法，包括：5.1)根据主变压器容量与线路导线截面配合推荐表，及仿真网络拓扑的主变电站容量确定主干线路的备选导线截面系列；5.2)计算主干线路的备选导线截面的负荷-费用曲线，确定主干线路的备选导线截面的经济载荷范围和经济供电距离；5.3)将流经馈线的最大有功功率值所处经济载荷范围的备选导线截面，确定为终选导线截面系列中的最大截面，若流经馈线的最大有功功率值大于所有备选导线截面能够承受的最大有功功率值，则舍弃该仿真网络拓扑；将馈线的最远供电距离所处经济供电距离的备选导线截面，确定为终选截面系列中的最小截面；5.4)判断终选截面系列中的最大截面和最小截面是否相同，是则为所有主干线路的导线选择终选截面系列中的最大截面；否则，将终选截面系列中的最大截面和最小截面之间所对应的备选导线截面一起选入终选截面系列，计算该终选截面系列中所有截面的经济载荷范围；5.5)根据主干线路上各边流过的有功功率值所属的经济载荷范围，产生相应的导线截面；5.6)将步骤5.1)～5.2)中的主干线路变换为侧枝线路后，重复变换后的步骤5.1)～5.2)得到侧枝线路的导线截面系列。 4.根据权利要求1所述的一种面向配电网形态演化的通用算例生成方法，其特征在于，所述的根据电网分布式电源渗透率及潮流计算结果，随机生成若干含分布式电源的配电网通用算例，是基于生成的分形仿真网络，将分布式电源按照不同的渗透率接入所述的分形仿真网络中，接入方法如下：渗透率定为功率渗透率，即所有分布式电源的总输出功率由分形仿真网络总有功负荷值乘以渗透率得到；分布式电源放置在分形仿真网络中每条馈线的主干线路末端节点，每个分布式电源的输出功率由均分总输出功率得到，最后，将每个分布式电源节点定为潮流计算中的PQ节点，再进行潮流计算，舍弃存在节点电压超出电压允许波动范围的分形仿真网络。