配電網網架綜合規(guī)劃技術發(fā)展綜述

黃在勇

【摘 要】考慮到配電網的重要性，依據國內外電網規(guī)劃技術的現有成果對配電網網架綜合規(guī)劃技術做了綜述，分析了配電網規(guī)劃的具體內容，重點介紹了當下主流的配電網網架規(guī)劃模型，為電網規(guī)劃人員提供一定的理論依據。

【關鍵詞】配電網；網架規(guī)劃；模型

1 配電網網架綜合規(guī)劃的基本內容

配電網是電力系統(tǒng)重要的組成部分，影響著整個電網的經濟性與安全性。配電網靠近負荷中心，具有用電壓等級低、負荷密度較高、用電量大與對電能質量要求高等特點。另外配電網也屬于城市建設的重點之一，為城市的快速發(fā)展提供了有力的保障。

配電網規(guī)劃是指根據規(guī)劃期間（短期、中期或長期）負荷預測的結果與現有網絡的基本情況，確定最優(yōu)的規(guī)劃方案，使得配電網建設與運維費用最小。配電網規(guī)劃方案的優(yōu)劣直接影響電網運行的經濟性以及系統(tǒng)的可靠性等，受到供電部門的高度重視。

傳統(tǒng)的配電網規(guī)劃內容包括[1]：

1）調研規(guī)劃區(qū)域的經濟發(fā)展狀況以及當地生活水平，詳細閱讀政府部門公布的土地規(guī)劃，了解規(guī)劃區(qū)域的電力系統(tǒng)現狀，包括負荷分布、增長情況，供電可靠性等電網性能指標。

2）采用多種負荷預測方法進行負荷預測，同時制定高、中低不同增長率下的負荷預測方案。

3）確定規(guī)劃區(qū)域內的規(guī)劃年限、目標及其原則。

4）首先規(guī)劃區(qū)域內的高中壓變電站，包括變電站的選址定容，供電半徑的確定，變電站接線模式的確定等。

5）然后基于輻射狀運行的原則對區(qū)域內的網架進行規(guī)劃，包括各電壓等級網架結構的確定，線路半徑的選擇，饋線的布置等。

（6）最后對區(qū)域內開展無功電源規(guī)劃、配電自動化規(guī)劃以及電力通信規(guī)劃等等。

從上面的內容可以看出，配電網規(guī)劃是個非常重要且復雜的工作，具有動態(tài)、非線性及不確定性的特點。動態(tài)性表現為它是分階段建設的，而每個階段情況又是不同的；非線性表現為網架規(guī)劃模型及變電站選址定容模型是非線性的，往往需要采用智能算法求解；不確定性表現為整個規(guī)劃過程中負荷是不斷變化的這造成了負荷預測的不確定性，另外配電網中發(fā)展迅速的DG也呈現一定的隨機性。

配電網網架規(guī)劃對系統(tǒng)經濟性影響顯著，是配電網規(guī)劃中非常重要的一部分。網架規(guī)劃是在各電壓等級的變電站選址定容完成之后，選擇合適的路徑利用合適的輸電線將變電站聯結起來，構造一個輻射狀拓撲網絡的過程。其本質是通過搭建一個配電網網架規(guī)劃模型，目標函數可以為一次投資、運行和維護費用最小，或者加入其它一些目標如可靠性，在潮流、電壓波動、線路容量等約束條件下，選取合適的算法求解，最后輸出一個最優(yōu)的規(guī)劃方案。

在配電網規(guī)劃過程中，也需在某些節(jié)點上增設聯絡線。聯絡線的作用是在配電網發(fā)生某些故障時，首先通過遠程操作調整聯絡開關以隔離故障，等故障隔離后再恢復原來的運行方式。配電網網架的聯絡線規(guī)劃也是配電網網架規(guī)劃的重要內容之一，同時主動配電網技術發(fā)展需要配電自動化提供支撐，而聯絡開關及聯絡線是配電自動化必不可少的一部分，聯絡線規(guī)劃方案的優(yōu)劣直接影響不同運行方式的經濟性。因此，基于主動配電網技術的網架規(guī)劃研究有必要進行聯絡線的規(guī)劃。

2 配電網網架綜合規(guī)劃模型

近幾年配電網規(guī)劃發(fā)展非常迅速，特別是DG接入使得配電網變?yōu)橛性淳W絡后，涌現出了不少不確定規(guī)劃內容。分析發(fā)現，網架規(guī)劃模型可以分為以下幾種：單指標模型與多指標模型；單階段靜態(tài)規(guī)劃模型與多階段動態(tài)規(guī)劃模型；確定性網架規(guī)劃模型與不確定性網架規(guī)劃模型，現概括如下：

在配電網網架規(guī)劃的的文獻中，為了實現電網的安全可靠及經濟運行，目標函數主要分為兩大類，一類是以經濟性為目標，一類是以可靠性為目標。經濟性目標一般包含了網架的一次投資、網絡的運行費用和維護費用，若考慮了DG接入則需要增加DG的運維費用以及DG的政府補貼等?？煽啃阅繕朔从车氖莿t網絡拓撲結構的可靠性，即配電網抵御外界破壞的能力。早期的配電網網架規(guī)劃模型中一般從經濟性的角度出發(fā)建立模型，這一種稱為單一指標規(guī)劃模型。如文獻[2]以網絡年費用最小為優(yōu)化目標建立配電網網架規(guī)劃的數學模型，年費用包括了新建線路的投資和運維費用，而已有線路僅計及運維費用，同時還將線路的電量年損耗加入函數中。

從規(guī)劃的時間跨度來看，可以將配電網網架規(guī)劃模型劃分為單一階段的靜態(tài)和多階段的動態(tài)兩種模型。文獻[3]將0-1混合整數規(guī)劃加入配電網網架規(guī)劃中，同時將投資總成本分段線性化處理，但嚴格意義上還不算多階段規(guī)劃模型。另外一種屬于多階段的動態(tài)兩種模型，文獻[4]也也屬于動態(tài)規(guī)劃模型范疇，動態(tài)調整各個階段的網架個數，分階段求解，最后綜合各場景總費用最小?？梢钥闯?，多階段動態(tài)規(guī)劃模型更加符合生產實際，同時不可避免的增加了模型的求解難度。

從是否考慮不確定性因素的的角度可分為確定性規(guī)劃模型與不確定性規(guī)劃模型。確定性規(guī)劃模型考慮的都是確定性因素，而電網是一個典型的大型動態(tài)系統(tǒng)，諸如負荷是實時變動的，發(fā)電廠也存在調節(jié)時差導致出力存在不確定性，分布式電源與氣候變化相關聯存在隨機性。確定性規(guī)劃考慮到建模與求解難度將不確定性因素轉化為確定性，這樣得到的規(guī)劃方案雖然也能夠滿足工程需要但并不是最優(yōu)解。不確定性規(guī)劃模型很好的處理了負荷、發(fā)電機出力以及運行方式改變帶來的不確定性。

3 結論

綜上所述，配電網網架綜合規(guī)劃是一項非常復雜但又十分重要的工作，它直接影響著電網的各項關鍵運行指標如網損率、供電可靠率及電壓合格率等。本文詳細的概括了配電網網架規(guī)劃的各類模型，需要根據現場實際情況選擇合適的模型求解，進而獲得最優(yōu)化網架結果。

【參考文獻】

[1]徐迅.含微網的配電網規(guī)劃研究[D].上海交通大學，2013.

[2]周湶， 孫才新， 張曉星，等.基于多種群免疫遺傳算法的配電網網架規(guī)劃[J].重慶大學學報，自然科學版，2005（4）：36-41.

[3]Wall D L，Thompson G L，Northcote J E D.An optimization model for planning radial distribution networks[J].IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems， 1979，98（3）：1061-1068.

[4]楊文宇，劉健.配電網架的多階段不確定性規(guī)劃[J].電工技術學報，2006（6）：89-95.

[責任編輯：田吉捷]