唐銘浩淺議配電網優(yōu)化計劃的研究與應用

1、淺議配電網優(yōu)化規(guī)劃的研究與應用摘要：配電網優(yōu)化規(guī)劃是當前電力分配和運輸領域里的一個重要話題，怎樣使配電網的規(guī)劃方案設計 的最優(yōu)仍然是一個難題。本文簡單介紹了當前的配電網優(yōu)化規(guī)劃的研究現(xiàn)狀，對配電網優(yōu) 化規(guī)劃的模型從時間和物理結構、經濟性和可靠性角度來進行分類討論，并歸結為從輸入 或輸出角度進行考慮的兩大類模型；介紹了配電網經典數(shù)學優(yōu)化方法、配電網啟發(fā)式優(yōu)化 方法和傳統(tǒng)啟發(fā)式方 法。配電網規(guī)劃面對的新課題和配電網優(yōu)化規(guī)劃在礦井配電網中的應 用。關鍵詞：配電網規(guī)劃；接線模式；模型；算法；接線模式；電力市場前言配電網規(guī)劃是在滿足用戶電能質量和用戶容量的情況下，從可能的接線模 式、路徑和 型號、變電站

2、位置和容量、饋線數(shù)目中，尋找一個最佳方案作為規(guī)劃的改造方案，使得投資、 檢修、運行、可靠性損失和網損的費用之和最小。配電網規(guī)劃的研究基礎是未來負荷分布預 測及現(xiàn)狀電網分析。對于配電網規(guī)劃的研究國內外已經取得了一些成果，本文簡單的介紹了 配電網規(guī)劃的研究和應用。2、配電網規(guī)劃的模型分類2.1從時間和物理結構角度從物理結構上分析，配電網可以作為一個整體來分析，也可分為配電線路 和變電站兩 個子系統(tǒng)分別規(guī)劃。從時間上分析，配電網規(guī)劃可劃分為動態(tài)模型和靜態(tài)模型：動態(tài)模型 是在長期配電網的規(guī)劃中，動態(tài)地考慮不同時間段的負荷變動情況，一般可分為若干個階 段分別進行；而靜態(tài)模型假設規(guī)劃水平年內負荷需求不變。

3、因此，從物理和時間的角度來 考慮，可將規(guī)劃模型分為四大類：動態(tài)負荷整體系統(tǒng)、動態(tài)負荷子系統(tǒng)、靜態(tài)負荷整體系 統(tǒng)和靜態(tài)負荷子系統(tǒng)。2.2從經濟性和可靠性角度2. 2. 1經濟性模型經濟性模型只考慮經濟指標，可靠性指標只作為約束條件，加入到優(yōu)化問題。經濟性模 型又可分為最小費用模型和運輸模型。最小費用模型以電能損耗費用、設備折舊維修費用和 投資回收費用之和作為主要指標，以輻射運行和輸送功率為約束。運輸模型認為所有負荷矩的總和最小時接線方式最短。運輸模型的主要指標是線 路功率，以功率平衡及一些運行和網絡參數(shù)限制為約束條件，它們 都是線性的，所以運輸 模型下電網規(guī)劃就變成了一個線性規(guī)劃問題。最小費用模

4、型相對運輸模型更符合工程上的 經濟要求。但最小費用模型是一個混合整體 規(guī)劃問題，相對運輸模型要復雜許多。2. 2.2可靠性模型可靠性模型是在一定的經濟水平上，以可靠性為主要目標的規(guī)劃模型。2. 2.3綜合性模型綜合性模型綜合考慮了可靠性效益和可靠性成本?？煽啃孕б婵捎萌彪姵?本表示?？?靠性成本包括電網建設投資成本和運行成本。以上三種模型中，經濟性模型可以得到一個具有一定經濟價值的電網規(guī)劃方案，可是 其沒有考慮到可靠性效益和可靠性成本的關系。可靠性模型能夠反映出資金投入和可靠性 指標的改善，但其實用性較差，一般只應用于網架的局部擴 展設計。綜合性模型中在可靠 性效益和可靠性成本取得平衡處配電網

5、規(guī)劃達到 最優(yōu)，提高了配電網優(yōu)化規(guī)劃的綜合效 益，使配電網規(guī)劃的成本計算更加的準確，為今后合理的制定電價埋下了基礎。但綜合性 模型若要準確計算缺電成本 很困難。3、配電網規(guī)劃的求解方法3. 1配電網經典數(shù)學優(yōu)化方法配電網規(guī)劃中應用到的優(yōu)化方法的種類有很多，女，混合整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、線性 規(guī)劃、網絡流法及最短路徑法。一般情況下，由于電網規(guī)劃問題 屬于大規(guī)模組合數(shù)學問題, 計算時間長，占用了較大的計算機內存，對于比較大的上了一定規(guī)模的系統(tǒng)，采用經典數(shù)學 優(yōu)化方法來進行配電網規(guī)劃，其難度很大，因為它很容易造成計算機的計算維數(shù)過大，引發(fā) “維數(shù)災”。因此，經典數(shù)學優(yōu)化方法比較適合于小型系統(tǒng)。若大型

6、系統(tǒng)采用此類方法則需 要對原問題的數(shù)學模型進行簡化處理，但這有可能導致最優(yōu)解的丟失。3. 2配電網啟發(fā)式優(yōu)化方法經典數(shù)學優(yōu)化規(guī)劃方法存在著許多不足，啟發(fā)式算法的優(yōu)勢就顯得比較突出，以為啟 發(fā)式算法綜合考慮了規(guī)劃效果和規(guī)劃效率兩個指標。在實踐操作過 程中，許多配電網啟發(fā) 式優(yōu)化方法，特別是現(xiàn)代配電網啟發(fā)式優(yōu)化方法常能給出許多讓人比較滿意的解答。啟發(fā) 式方法的優(yōu)點是計算速度快、靈活、直觀，有利于規(guī)劃人員在規(guī)劃過程中參與具體決策。圖1多目標的優(yōu)化和結果圖33傳統(tǒng)啟發(fā)式方法傳統(tǒng)啟發(fā)式方法的依據(jù)是直觀分析，結合規(guī)劃人員的以往經驗，能夠將實際電力行為 模擬的非常準確，相對于經典數(shù)學方法傳統(tǒng)啟發(fā)式方法的優(yōu)勢

7、更加明顯。配電網規(guī)劃傳統(tǒng) 啟發(fā)式方法是基于系統(tǒng)某一性能指標對可行路徑上線路參數(shù)的靈敏度，根據(jù)一定原則逐步 迭代，直到獲得滿足要求的方案為止。這種 方法在配電網規(guī)劃中主要是結合“支路交換” 技術進行的。4、配電網規(guī)劃面對的新課題通常配電網的優(yōu)化規(guī)劃都很注重網架輻射性約束條件。輻射性約束實質上是一種對配 電網接線模式約束的簡單表達。配電網的接線模式多種多樣、種類 繁多，包括：普通環(huán) 式、丁接線、4 x 6接線、中介點放射狀、手拉手環(huán)式、樹 枝狀、多網孔復雜網、完全放 射狀等多種模式。配電網接線模式的選擇不僅關系到供電的可靠性和電網建設的經濟性， 這對用戶的發(fā)展甚至是整個電力行業(yè) 的發(fā)展都具有非常深

8、遠的意義。配電網接線模式也可 以通過地理信息系統(tǒng)建立一個平臺，實現(xiàn)輻射接線模式、帶開閉所接線模式、多分段多聯(lián) 絡接線模式的配電網架自動布局，獲得比較好的效果。配電網的接線模式的選擇和形成， 是一個動態(tài)變化的過程。由一種接線模式到另一種接線模式轉化的界定條件及各種動態(tài)步 驟仍然是一個需要優(yōu)化的問題。評價指標良好一般不好線路負載率0. 34210. 12350. 5326電壓質量0. 95210. 06540. 0235網絡損耗0. 88890. 08320. 0278綜合評價0. 55290. 26030. 1895圖2多目標優(yōu)化結構綜合評價結果5、中壓配電網電壓等級過渡我國許多地區(qū)的電力需求都

9、很旺盛，供電負荷的增長也很迅速，且地區(qū)的分布也相對集中，導致區(qū)域負荷密度很高，在這些地區(qū)20 kV配電電壓已經適應 不了電力 負荷增長的要求，甚至成為電網功率傳送的瓶頸電壓層；此外，配變 電設備的快速增長與 城市用地緊張的矛盾也變得越來越突出，給配網建設帶來 巨大困難。30kV相比20kV電壓 等級，在電壓質量、線損、線路通道、站點數(shù)目、輸送容量等方面都具有明顯的優(yōu)點。我 國某些地區(qū)存在一些30kV的配電網試點區(qū)?？梢源竽懙念A見，在不就之后，30kV等級的配電網會有長遠的發(fā)展。對于一個地區(qū)，從原有20kV配電網升壓過渡到30kv配電網會是一個長期的過程，如何比 較有步驟的、系統(tǒng)的規(guī)劃開關站、變

10、電站及相關線路的動態(tài)過渡、割接、建設，并規(guī)劃新 老用戶的用電。使得在過渡期間及過渡完成后，配電網在聯(lián)絡強度、穩(wěn)定性、供電能力、 口J靠性、經濟性等各方面都能獲得最好的保證，這也是個急待研究解決的問題。6、電力市場條件下的配電網規(guī)劃 隨著電力市場的發(fā)展，配電網優(yōu)化規(guī)劃領域的配電 零售業(yè)務的競爭也會變得越來越激烈，這就要求傳統(tǒng)的配電網規(guī)劃的方法和思路要跟上時 代的腳步，有所改變和變通：配電網規(guī)劃模型的改變。電力市場和電力服務行業(yè)都在快速 的發(fā)展，久而久之配電網優(yōu)化規(guī)劃也會發(fā)生一些改變，轉變成一些新的概念，如配電網可 靠性成本、配電網經濟實用型等一些新的概念。隨著電力行業(yè)的市場化，不同時期市場中 的

11、電價會不同，電價的波動會變得頻繁，考慮到用戶的心理和需求，配電網的負荷水平也 要隨著電價的變化而變化，以滿足要求。7、配電網優(yōu)化規(guī)劃在礦井配電網中的應用 對于礦井配電網，首先應該滿足的就是電 壓質量，另外還要滿足安全可靠 的環(huán)境，使電壓質量和安全可靠都達到最優(yōu)。礦井配電網 的優(yōu)化方案可利用更換井下電纜來改變負荷節(jié)點電壓，也可以通過線路改造來提高節(jié)點的 電壓。優(yōu)化前后節(jié)點的電壓幅值比分列運行和多回路供電方案由于礦井負荷分布不均，造 成礦井供電質量不高，釆用負荷轉移的優(yōu)化方案，不僅提高電壓質量而且提高了礦井供電 的安全可靠性。經過優(yōu)化后電壓合格率不僅明顯提高，而且投資小，經濟效益良好。8、結語目前對配電網規(guī)劃的研究還不是很深入，用于求解最優(yōu)方法的優(yōu)化方法雖然 得到了比較大的發(fā)展，但是還不是很成熟，仍然存在許多問題。配電網規(guī)劃 本身是一個非 常復雜的多階段、不確定、多目標、非線性、離散的組合優(yōu)化問題，其求解方法仍然要依 靠計算速度，求解方法要不斷更新。今后有必要結合出現(xiàn)的各種新情況繼續(xù)從模型定義、 數(shù)據(jù)表達、編碼機制和尋優(yōu)策