區(qū)域配電網(wǎng)重構(gòu)模型及其應(yīng)用

鄭廷全

摘 要：我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，加之用戶對電量的需求也隨著不斷加大，對供電的可靠性和電能質(zhì)量的要求越來越高，這促進(jìn)了配電網(wǎng)朝著配電自動化和配電最優(yōu)的方向轉(zhuǎn)變，在考慮到可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩個因素的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行。文章首先介紹了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及其作用，然后闡述了配電系統(tǒng)重構(gòu)的指標(biāo)和模型，最后介紹了常用的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；重構(gòu)模型；配電系統(tǒng)

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0034-02

我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，一方面加大了用戶對電力資源的需求，同時用戶對電力系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行和電能質(zhì)量的要求越來越高；另一方面也使配電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜。電力部門希望在不改變原有配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行，對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)滿足用戶要求的有效手段。

1 配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，是在原有配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施基本不變的情況下，使配電網(wǎng)最優(yōu)的運(yùn)行。為了保證電網(wǎng)可靠高效的為用戶供電，對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是電力部門常用的方法。對配電系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)一般分為兩種情況，第一在在配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，配電網(wǎng)中離故障區(qū)域的斷路器快速動作切斷對故障區(qū)域的供電，這種情況下可能會造成斷路器下層部分非故障區(qū)域斷電，在此情況下利用隔離開關(guān)，分段開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)等對配電系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對非故障區(qū)域恢復(fù)供電，有效地提高了非故障區(qū)域供電的可靠性；第二在配電網(wǎng)正常供電的情況下，利用配電網(wǎng)中的開關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，有效地分配配電網(wǎng)中的負(fù)荷，降低電網(wǎng)運(yùn)行的損耗，提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效率，保證配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行。除此之外，利用智能開關(guān)對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化，為智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)[1-5]。

2 配電網(wǎng)重構(gòu)的模型

上一部分已經(jīng)介紹了配電網(wǎng)重構(gòu)的兩種情況：配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下和配電網(wǎng)發(fā)生故障情況下。在配電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下一般是以配電網(wǎng)滿足基本的潮流計算為約束條件，然后以網(wǎng)絡(luò)損耗、電壓質(zhì)量最高、負(fù)荷平均化等其中的一個或者多個為目標(biāo)函數(shù)，以配電網(wǎng)中的各種開關(guān)的通斷情況為變量，通過調(diào)整開關(guān)這一變量來對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)，對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行的最優(yōu)化。在配電網(wǎng)故障運(yùn)行條件下與配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下類似，以配電網(wǎng)滿足潮流計算為約束條件，目標(biāo)函數(shù)在系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上加一個非故障區(qū)的可靠性指標(biāo)這一目標(biāo)函數(shù)，最后根據(jù)開關(guān)的調(diào)整對配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行尋優(yōu)[2-4]。

根據(jù)上述分析，配電網(wǎng)重構(gòu)模型分為兩部分：目標(biāo)函數(shù)的建立，目標(biāo)函數(shù)的尋優(yōu)方法。

2.1 評估指標(biāo)

2.1.1 可靠性指標(biāo)

文獻(xiàn)[2，3]介紹了兩個常見的配網(wǎng)重構(gòu)后的可靠性評估指標(biāo)：配電系統(tǒng)的平均停電頻率（SAIFI）的滿意度指標(biāo)和配網(wǎng)中用戶平均停電缺供電量（AENS）的滿意度指標(biāo)。

其中：FL—配電系統(tǒng)中有功網(wǎng)損滿意度指標(biāo)；PL—配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程總產(chǎn)生的有功網(wǎng)損；PLmin—配電系統(tǒng)理想運(yùn)行過程中的有功網(wǎng)損的最小值；PL0—配電系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)之前的有功網(wǎng)損。

2.2 目標(biāo)函數(shù)的建立

2.2.1 約束條件

重構(gòu)后的配電網(wǎng)除滿足無“回路”和無“孤島”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約束外，還必須滿足以下約束條件[6]。

條件一：等式約束。配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)后要能夠正常的運(yùn)行，因此要滿足基本的潮流方程式。

其中：Pi代表了電源提供的有功功率，Ui代表節(jié)點(diǎn)電壓，Yij=Gij+jBij代表了節(jié)點(diǎn)i，j之間的導(dǎo)納，？夼ij代表節(jié)點(diǎn)i，j間電壓的相角差，j∈i代表標(biāo)號為j的節(jié)點(diǎn)必須直接和節(jié)點(diǎn)i相連，并包括j=i的情況。

條件二：不等式約束?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和電能質(zhì)量，可調(diào)節(jié)變量本身也具有一定的容許調(diào)節(jié)范圍，為此在計算中要對控制變量以及通過潮流計算才能得到其他量的取值加以限制，這就是需要考慮的不等式約束。如：①有功電源處理上下限約束；②可調(diào)無功電源處理上下限約束；③節(jié)點(diǎn)電壓模值的上下限約束；④線路通過的最大有功潮流或無功比跟潮流約束；⑤輸電線路或變壓器等元件中通過的最大電流或視在功率約束；可以將上述的不等式約束條件統(tǒng)一表示為：h（u，x）<=0。

2.2.2 目標(biāo)函數(shù)

上面介紹的評價指標(biāo)要綜合起來考慮，保證配電網(wǎng)重構(gòu)模型的全面性。得到配電網(wǎng)重構(gòu)的評級模型，其表達(dá)如下式：

配電系統(tǒng)在滿足上述的的約束條件的情況下，對配電網(wǎng)重構(gòu)模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)模型。

3 配電網(wǎng)重構(gòu)的模型的尋優(yōu)算法及其應(yīng)用

3.1 配電網(wǎng)重構(gòu)的模型的尋優(yōu)算法

配電網(wǎng)重構(gòu)是基于多約束條件下的多目標(biāo)的非線性的尋優(yōu)過程，因此在進(jìn)行配電網(wǎng)重構(gòu)尋優(yōu)過程中會出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)難。針對多約束條件的多目標(biāo)的優(yōu)化問題，一些學(xué)者把配電網(wǎng)中多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行處理，這樣不僅簡單直觀而且很大程度上簡化了運(yùn)算。也可以直接對配電網(wǎng)重構(gòu)模型進(jìn)行處理。也有學(xué)者研究將采用不同的算法對配電網(wǎng)進(jìn)行降維處理，早期學(xué)者們采用啟發(fā)式優(yōu)化算法，最優(yōu)流模式算法，支路交換算法，數(shù)學(xué)優(yōu)化算法等對配網(wǎng)重構(gòu)模型進(jìn)行處理?，F(xiàn)在隨著科技的進(jìn)步，眾多學(xué)者致力于研究人工智能算法，其中人工智能算法包括：模擬退火算法，遺傳算法，專家系統(tǒng)法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。除了上述算法之外，還有許多尋優(yōu)算法如：層次分析法，支持向量機(jī)法，蟻群算法，模糊數(shù)學(xué)算法等[7，8]。

3.2 配電網(wǎng)重構(gòu)的模型的應(yīng)用

對配電網(wǎng)繼續(xù)擰重構(gòu)一般用于以下兩種情況：配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況和配電網(wǎng)正常供電的情況。在配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，斷路器動作切斷故障區(qū)，然后迅速對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，快速恢復(fù)給故障區(qū)的供電。在配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，平衡復(fù)合分布，有效提高配電網(wǎng)運(yùn)行的運(yùn)行的效率。此外，對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)為配電網(wǎng)自動化提供了基礎(chǔ)的條件[9，10]。

4 結(jié) 語

本文總結(jié)了配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的意義和作用，介紹了常見的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的評估指標(biāo)對配電網(wǎng)重構(gòu)評估指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，變?yōu)橄鄳?yīng)的滿意度指標(biāo)，更加直觀，詳細(xì)全面地介紹了配電網(wǎng)運(yùn)行過程中滿足的等式約束條件和不等約束條件，在此基礎(chǔ)上綜合考慮了可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面建立網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)模型，盡量使配電網(wǎng)重構(gòu)模型能夠更加滿足配電網(wǎng)的實(shí)際情況，最后介紹了常見的配電網(wǎng)重構(gòu)模型的尋優(yōu)算法及其應(yīng)用，對尋優(yōu)后的結(jié)構(gòu)對配電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，改善配電網(wǎng)中的負(fù)荷分布，優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行。此外，隨著分布式電源越來越多的加入配電系統(tǒng)中，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要考慮到分布式電源的影響。

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