考慮分布式電源不確定性的配電網(wǎng)多維設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置

郭浩明，陳英華，姜英涵，廖孟柯，劉文霞，葛艷琴

（1.新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），北京 102206；2.國家電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；3.國網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830001）

0 前言

配電網(wǎng)是連接輸電網(wǎng)和用戶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。含DG配電網(wǎng)的不確定性對(duì)配電網(wǎng)的可靠性提升提出了更高的要求，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、配電自動(dòng)化建設(shè)和帶電作業(yè)設(shè)備購置等措施的可靠性提升效益具有時(shí)序相關(guān)性且與DG的孤島運(yùn)行能力相關(guān)聯(lián)，如何在含DG電網(wǎng)規(guī)劃中協(xié)調(diào)其順序和體量才能以最小費(fèi)用滿足系統(tǒng)可靠性要求，亟待深入研究。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是配電網(wǎng)的“骨架”，是供電可靠性的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[1]通過將聯(lián)絡(luò)線和DG視為備用電源的方式提升可靠性，建立了以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的配電網(wǎng)線路和開關(guān)的聯(lián)合優(yōu)化，但并未考慮各線路建設(shè)順序。文獻(xiàn)[2]考慮了線路建設(shè)順序的影響，但缺乏對(duì)于計(jì)劃停電的影響分析，也未考慮電網(wǎng)其它設(shè)備如配電自動(dòng)化設(shè)備的影響。配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠快速定位并隔離故障，減少故障區(qū)域停電時(shí)間；同時(shí)通過遠(yuǎn)程操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)動(dòng)作，降低負(fù)荷轉(zhuǎn)移的時(shí)間，減少非故障區(qū)停電時(shí)間[3]。在大量DG接入的條件下，配電自動(dòng)化系統(tǒng)配合開關(guān)能夠快速重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提升DG帶來的孤島運(yùn)行能力[4]。文獻(xiàn)[5]考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的成本影響，建立了以電網(wǎng)綜合成本最低為目標(biāo)、以可靠性水平為約束的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與配電自動(dòng)化終端雙層協(xié)同規(guī)劃模型，但在考慮配電自動(dòng)化成本時(shí)僅考慮了配電終端成本，沒有對(duì)主站、子站及通訊信道的成本進(jìn)行分?jǐn)偂щ娮鳂I(yè)指的是在不停電的情況下，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行檢查、維護(hù)、故障排除的作業(yè)方法。文獻(xiàn)[6]考慮了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與帶電作業(yè)對(duì)可靠性的影響，建立了考慮帶電作業(yè)的中壓配電網(wǎng)可靠性評(píng)估模型，但沒有考慮帶電作業(yè)對(duì)故障停電的影響。綜上，現(xiàn)有研究缺乏對(duì)不同措施間的耦合關(guān)系的全面考慮，同時(shí)存在配電主站等設(shè)備的成本分?jǐn)偛幻鞔_等問題。

為此，本文針對(duì)DG接入下的配電網(wǎng)改造期間提升可靠性需求，提出了一種考慮DG不確定性的配電網(wǎng)多維設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置。首先，建立了單位改造變量的成本及分?jǐn)偰Ｐ秃突谧儏?shù)的可靠性計(jì)算模型；在此基礎(chǔ)上，建立了配電網(wǎng)可靠性提升設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置模型，并利用網(wǎng)格搜索法進(jìn)行方案求解。

1 可靠性提升設(shè)備的動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置模型

用戶可靠性水平與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化水平、檢修方式以及檢修時(shí)間長度密切相關(guān)。其中:優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以提供負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，縮小停電范圍，減少故障發(fā)生概率；配置自動(dòng)化設(shè)備，可以快速定位故障設(shè)備，極大縮短故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移所需要的時(shí)間[3]；在運(yùn)維階段采用帶電作業(yè)手段，能夠縮短故障修復(fù)時(shí)間，并避免由于計(jì)劃檢修造成的停電[7]。不同可靠性改善措施與可靠性影響因素間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)優(yōu)化措施對(duì)可靠性影響因素的作用Fig.1 Effect of distribution network optimization approaches on influencing factors of reliability

同時(shí)，3類設(shè)備增加的順序?qū)煽啃灾笜?biāo)有較大影響，在不同的配電網(wǎng)基礎(chǔ)條件下，投入同樣成本、采用不同提升措施的效果具有很大差異。例如，在已有一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或大量DG接入的情況下繼續(xù)加大對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的投資，與提升配電自動(dòng)化水平或帶電作業(yè)覆蓋率相比，性價(jià)比較低。

當(dāng)配電網(wǎng)針對(duì)水平年負(fù)荷變化進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和改造時(shí)，為了最經(jīng)濟(jì)的提高供電可靠性，基于供電分區(qū)差異化的可靠性需求條件，根據(jù)不同措施的成本和效益進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)化配置。

1.1 基于可靠性約束的多維設(shè)備優(yōu)化配置模型

1.1.1 設(shè)備配置方案集

設(shè)備配置先后次序及數(shù)量對(duì)總成本和可靠性效益有較大影響，因此須要明確各階段的配置狀態(tài)，但同時(shí)求解全部階段的配置狀態(tài)，變量維數(shù)極高，直接使用優(yōu)化算法求解極為困難[8]。動(dòng)態(tài)規(guī)劃能夠?qū)⒍嚯A段問題變換成為一系列相互關(guān)聯(lián)的單階段問題，然后逐個(gè)加以解決，降低了變量維數(shù)[9]。因此，本文通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法完成目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建。

本文以單條饋線增加為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量，變電站單出線區(qū)域?qū)嵤┡潆娮詣?dòng)化改造為配電自動(dòng)化設(shè)備配置變量，帶電檢查覆蓋率和帶電維修覆蓋率為帶電作業(yè)配置變量，構(gòu)建設(shè)備優(yōu)化配置待 選 方 案 集X（G，DA，LW）。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改造方案G（G1…Gi）根據(jù)線路負(fù)載和負(fù)荷增長情況，選擇區(qū)域內(nèi)可選聯(lián)絡(luò)線和新增饋 線；配 電 自 動(dòng) 化 配 置 方 案DA（DA1…DAj）根 據(jù)故障持續(xù)時(shí)間指標(biāo)和負(fù)荷需求，選擇待進(jìn)行自動(dòng)化改造的變電站單出線區(qū)域，任意變電站單出線區(qū)域具有無配電自動(dòng)化配置方案、“一遙”配置及“三 遙”配 置3種 狀 態(tài)；帶 電 作 業(yè) 方 案LW（lr，li）依據(jù)計(jì)劃停電時(shí)間占比和故障停電時(shí)間，建立帶電維修覆蓋率提升方案和帶電檢查覆蓋率提升方案。根據(jù)相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的規(guī)定，帶電作業(yè)的覆蓋率受到環(huán)境、人員、氣候等條件的制約而無法達(dá)到100%。因此，本文對(duì)相關(guān)覆蓋率進(jìn)行設(shè)限，帶電維修覆蓋率上限、下限分別為0.2，0.8，各方案間隔0.1；帶電檢查覆蓋率上限、下限分別為0，0.9，各方案間隔0.15。

同時(shí)，不同的DG接入情況將會(huì)影響配電網(wǎng)改造的順序，而DG的不確定性導(dǎo)致無法將其簡單等效為聯(lián)絡(luò)線（備用電源），因此在優(yōu)化過程中應(yīng)明確各DG接入的位置與種類。故須要引入分布式電源集合DG（DG1…DGj）表示各DG的位置、容量和類別。

1.1.2 目標(biāo)函數(shù)

依據(jù)不同階段可靠性需求及各階段持續(xù)時(shí)間，本文以總規(guī)劃年限內(nèi)多維設(shè)備配置的全壽命周期綜合成本最低為目標(biāo)函數(shù)。

式 中:Nn為 第n階 段 持 續(xù) 時(shí) 間；f（xn）為 第n階 段優(yōu)化配置方案xn所對(duì)應(yīng)的全壽命周期成本等年值。

f（xn）計(jì) 算 方 法 如 下:

式中:Cg，Cda，C1w分別為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改造、配電自動(dòng)化、帶電作業(yè)全壽命周期成本等年值；CG（Gi）為第i條線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)按照方案Gi改造的全壽命周期成本等 年值；CDA（DAj）為第j條線路配 電自 動(dòng)化按照方案DAj改造的全壽命周期成本等年值；CLR（lr）為 帶 電 維 修 成 本；CLI（li）為 帶 電 檢 查 成 本。

1.1.3 轉(zhuǎn)移方程

在動(dòng)態(tài)規(guī)劃順推解法中，可以根據(jù)初始條件（3）和第n階段的遞推方程（4）由前向后推算各階段全部可選方案的最優(yōu)路徑[8]，直至求得所有最終階段可選方案的最優(yōu)路徑，并對(duì)比各方案的路徑獲得目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。

式中:D（Xn-1）為由第n階段方案xn確定的第n-1階段允許方案集合。

1.1.4 約束條件

約束條件包含可靠性約束及決策變量約束兩方面。其中:可靠性約束含義為優(yōu)化方案的可靠性指標(biāo)不低于當(dāng)前階段最低要求；決策變量約束表示各方案實(shí)施與否（或?qū)嵤┍壤?，?duì)于已完成的設(shè)備改造，在其使用年限內(nèi)不得拆除或重復(fù)建設(shè)。

（1）可靠性約束

式 中:ASAI（xn，DG）為 在 第n階 段 優(yōu) 化 配 置 方 案xn及分布式電源集合DG情況下系統(tǒng)的平均供電可 用 率（Average Service Availability Index，ASAI）；Sn為第n階段平均供電可用率目標(biāo)。

（2）決策變量約束

式 中:Gi為 饋 線i決 策 變 量；Gi，max，Gi，min分 別 為 饋線i決策變量上限和下限；DAj為第j個(gè)變電站單出 線 區(qū) 域 配 電 自 動(dòng) 化 的 決 策 變 量；DAj，max，DAj，min分別為變電站單出線區(qū)域配電自動(dòng)化決策變量上限和下限；lr為優(yōu)化區(qū)域內(nèi)的帶電維修覆蓋率；lrmax，lrmin分別為帶電維修覆蓋率的上限和下限；li為優(yōu)化區(qū)域內(nèi)的帶電檢查覆蓋率；limax，limin分別為帶電檢查覆蓋率的上限和下限。

1.2 基于全壽命周期的設(shè)備配置成本

1.2.1 饋線設(shè)備配置成本

在增加饋線（優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)）過程中主要考慮設(shè)備添加產(chǎn)生的成本，其全壽命周期成本等年值計(jì)算方式為

1.2.2 配電自動(dòng)化改造成本

配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配電主站、配電終端、配電子站和通信通道等部分組成，其中主站等部分設(shè)備的覆蓋范圍較大，須要對(duì)其成本進(jìn)行分?jǐn)偂Ｎ闹袑⒁粋€(gè)變電站單出線區(qū)域視為一條配電自動(dòng)化線路，其成本等年值計(jì)算方式為

式中:CDA（DAj）為第j條線路進(jìn)行配電自動(dòng)化改造的全壽命周期成本等年值；CjA為第j條線路投資成本等年值；CjM為第j條線路年運(yùn)維成本；CjrA為第j條線路退役成本等年值；cMS為主站投資成本等年值；N1為主站管轄線路數(shù)量；cS為子站投資成本等年值；N2為子站管轄線路數(shù)量；njl為第j條線路上第l類終端數(shù)量；Cl為第l類終端投資成本等年值；Lj為第j條線路通訊信道長度；cc為單位長度通訊信道投資成本等年值；cAC為總運(yùn)維成本；N3為總線路數(shù)量；λjR為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的退役損失系數(shù)。

1.2.3 帶電作業(yè)成本

由于帶電作業(yè)替代了本應(yīng)進(jìn)行的檢修工作，故對(duì)計(jì)算中單次帶電作業(yè)成本采用帶電作業(yè)定額與普通檢修定額的差值?；谖覈鴰щ娮鳂I(yè)費(fèi)用 標(biāo) 準(zhǔn)[10]，帶 電 維 修 成 本CLR（lr）及 帶 電 檢 查 成 本CLI（li）計(jì) 算 式 為

1.3 多維設(shè)備提升配電網(wǎng)可靠性效益評(píng)估

1.3.1 可靠性效益指標(biāo)及評(píng)估方法

為判斷優(yōu)化方案是否滿足可靠性需求，必須能夠計(jì)算各類設(shè)備配置提升可靠性的效益。配電網(wǎng)多種可靠性指標(biāo)中，ASAI能夠綜合反映系統(tǒng)的可靠性水平。

目前可靠性計(jì)算方法主要包括解析法和模擬法，針對(duì)以輻射型為主的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用解析法可簡化計(jì)算。本文將最小路法與故障后果分析法相結(jié)合，對(duì)各負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí)，實(shí)際處理流程:故障定位、故障隔離、非故障區(qū)恢復(fù)供電、轉(zhuǎn)供區(qū)負(fù)荷轉(zhuǎn)移、故障區(qū)維修和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，如圖2所示。

圖2 故障處理流程Fig.2 Troubleshooting process

由圖可知，僅使用元件的ri無法準(zhǔn)確地反映實(shí)際電網(wǎng)動(dòng)作。故本文計(jì)及DG不確定性影響，考慮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改善、配電自動(dòng)化和帶電作業(yè)的效益，對(duì)模型進(jìn)行修正。

1.3.2 元件故障修復(fù)時(shí)間及平均計(jì)劃停電時(shí)間計(jì)算

由于元件相對(duì)負(fù)荷點(diǎn)的位置不同，其故障修復(fù)時(shí)間及平均計(jì)劃停電時(shí)間各不相同。為此，對(duì)于每一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，本文將相關(guān)元件標(biāo)記為4類:

第1類元件（a=1）的隔離區(qū)包含負(fù)荷點(diǎn)；

第2類元件（a=2）的隔離區(qū)位于負(fù)荷點(diǎn)上游且下游無聯(lián)絡(luò)線；

第3類元件（a=3）的隔離區(qū)位于負(fù)荷點(diǎn)下游；

第4類元件（a=4）的隔離區(qū)位于負(fù)荷點(diǎn)上游但下游有聯(lián)絡(luò)線。

根據(jù)以上分類，元件ri的計(jì)算式為

式中:tL為故障定位時(shí)間；tI為故障隔離時(shí)間；tR為元件維修時(shí)間；tT為聯(lián)絡(luò)開關(guān)切換時(shí)間；tE為網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)間；θi為第i個(gè)元件故障后負(fù)荷點(diǎn)供電恢復(fù)概率。

第2類元件故障后，由于DG出力的不確定性，DG供電范圍不確定，θi計(jì)算式為

式中:Pj為在指定的DG組合j的供電路徑中首個(gè)隔離區(qū)到負(fù)荷點(diǎn)的總需求；PGj為DG組合j的總功率。

DG優(yōu)先向上游供電，DG組合的方式為負(fù)荷點(diǎn)上游區(qū)域至故障點(diǎn)之前的全部DG或自負(fù)荷點(diǎn)開始的下游區(qū)域每增加一個(gè)DG形成一個(gè)組合。

本文中光伏出力與光照強(qiáng)度成正比但不超過其額定容量，風(fēng)機(jī)出力與風(fēng)速關(guān)系為式中:PW為風(fēng)機(jī)出力；PWN為額定功率；vi為預(yù)測(cè)風(fēng) 速；vci，vN，vco分 別 為 切 入、額 定、切 出 風(fēng) 速。

負(fù)荷點(diǎn)的計(jì)劃停電受到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，僅第1，2類元件進(jìn)行計(jì)劃檢修時(shí)才會(huì)造成負(fù)荷點(diǎn)停電。同時(shí)，li將會(huì)影響與負(fù)荷點(diǎn)相關(guān)的各元件的平均計(jì)劃停電時(shí)間。

式中:tp為該元件的平均維護(hù)時(shí)間。

1.3.3 故障處置動(dòng)作時(shí)間

線路實(shí)施自動(dòng)化改造后，故障定位時(shí)間、故障隔離時(shí)間、負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)間都有所降低[6]?？紤]到元件所處區(qū)間的配電自動(dòng)化水平為無配電自動(dòng)化（b=0）、“一”遙 配 電 自 動(dòng) 化（b=1）和“三 遙”配 電 自動(dòng) 化（b=2），tL，tI，tT，tE，tR的 計(jì) 算 式 如 下:

2 基于網(wǎng)格化搜索的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型求解方法

由于配電網(wǎng)優(yōu)化方案較多，即使通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法極大地降低了變量維數(shù)，直接計(jì)算的難度依然較大，仍須使用搜索算法對(duì)每一階段進(jìn)行求解，而貝爾曼最優(yōu)化原理要求每一階段的解都必須是全局最優(yōu)解[9]，因此多數(shù)搜索算法容易陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的過程中將被進(jìn)一步放大。網(wǎng)格搜索采用的遍歷方法可以保證結(jié)果的全局最優(yōu)性[11]，故本文采用網(wǎng)格搜索算法對(duì)模型進(jìn)行求解。

原始的網(wǎng)格搜索須要計(jì)算每一個(gè)方案的可靠性指標(biāo)及全壽命周期成本，當(dāng)可選方案較多時(shí)搜索效率較低。本文根據(jù)配電網(wǎng)優(yōu)化方案的特性及動(dòng)態(tài)規(guī)劃的需求對(duì)網(wǎng)格搜索算法進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的網(wǎng)格搜索動(dòng)態(tài)優(yōu)化流程如圖3所示。

圖3 基于網(wǎng)格搜索的配電網(wǎng)優(yōu)化流程Fig.3 Optimization process of distribution network based on grid search

當(dāng)方案X1中對(duì)任一可選優(yōu)化的選擇均高于或等于方案X2時(shí)，將X1稱為X2的高階方案，X2稱為X1的低階方案。由于配電網(wǎng)優(yōu)化的特性，高階方案的可靠性水平必然高于低階方案，因此當(dāng)方案X2滿足可靠性約束時(shí)，方案X1必然滿足可靠性約束；反之，當(dāng)方案X1不滿足可靠性約束時(shí)，方案X2必然無法滿足可靠性約束。

根據(jù)以上配電網(wǎng)的優(yōu)化特性，當(dāng)方案A滿足當(dāng)前階段的可靠性約束時(shí)，僅須求得其高階方案的全壽命周期成本而無須再次計(jì)算可靠性指標(biāo)；當(dāng)方案B不滿足當(dāng)前可靠性需求時(shí)，其低階方案的可靠性指標(biāo)及全壽命周期成本均無須計(jì)算。

通過以上方式能夠極大地縮小計(jì)算量，提高計(jì)算速度，進(jìn)而規(guī)避了原始網(wǎng)格搜索法效率較低的弊端。

3 仿真及結(jié)果分析

本文以圖4所示的19節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，采用MATLAB-R2014a進(jìn)行編程仿真，改進(jìn)網(wǎng)格搜索尋優(yōu)時(shí)間為24 min，原始網(wǎng)格搜索尋優(yōu)時(shí)間為7 320 min，證明改進(jìn)網(wǎng)格搜索的計(jì)算效率獲得極大提高。6階段動(dòng)態(tài)優(yōu)化可靠性約束分別為0.999 62，0.999 77，0.999 84，0.999 88，0.999 90，0.999 92，總規(guī)劃時(shí)間為5 a，各階段時(shí)間均等。

圖4 19節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)示意圖Fig.4 19-node distribution network system diagram

各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)如表1所示。

表1 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷Table 1 Nodal loadMW

續(xù)表1

風(fēng)速模型采用瑞利（Rayleigh）分布，平均風(fēng)速為10 m/s，額定風(fēng)速為8 m/s，風(fēng)機(jī)切入、切出風(fēng)速分別為3 m/s，20 m/s。歸一化光照強(qiáng)度及均值與其標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.048，1.02。電網(wǎng)DG接入情況如表2所示。

表2 接入電網(wǎng)的DGTable 2 DG connected to the grid

3.1 成本及可靠性數(shù)據(jù)

根據(jù)某公司調(diào)研數(shù)據(jù)，優(yōu)化配置模型中一次設(shè)備成本及可靠性數(shù)據(jù)如表3所示，貼現(xiàn)率 α為0.05。

表3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化成本數(shù)據(jù)Table 3 Cost data for optimization of grid structure

經(jīng)調(diào)研某區(qū)域內(nèi)共有246條配電自動(dòng)化線路，主站1臺(tái)，子站16臺(tái)，通訊公司收取運(yùn)維費(fèi)用為49.8萬元，退役損失系數(shù)為0.01，N1=246，N2=15.7，N3=246。配電自動(dòng)化設(shè)備投資成本如表4所示。

表4 配電自動(dòng)化設(shè)備投資Table 4 Investment in distribution automation equipment

配電自動(dòng)化設(shè)備在線率為0.98，配電自動(dòng)化對(duì)故障的應(yīng)對(duì)時(shí)間如表5所示。

表5 配電自動(dòng)化反應(yīng)時(shí)間Table 5 Response time for distribution automation

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

利用網(wǎng)格搜索對(duì)多維動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，以未改造的原始網(wǎng)絡(luò)為起點(diǎn)，獲得規(guī)劃周期內(nèi)各階段優(yōu)化配置狀態(tài)如表6所示，案例1條件下總成本最低為92.69萬元。

表6 案例1多維可靠性提升動(dòng)態(tài)優(yōu)化最優(yōu)配置Table 6 Multi-dimensional reliability improvement dynamic optimization optimal configuration of case 1

由表6可見，第一階段增加了帶電作業(yè)覆蓋率，第二階段在A3區(qū)域末端增加聯(lián)絡(luò)線，第三階段增加帶電檢查覆蓋率，第四階段對(duì)A1區(qū)域?qū)嵤叭b”配電自動(dòng)化改造，第五階段在A1，A2區(qū)域分別增加聯(lián)絡(luò)線，第六階段對(duì)A2區(qū)域?qū)嵤耙贿b”配電自動(dòng)化改造。

基于目標(biāo)函數(shù)，單位可靠性提升成本越低的設(shè)備應(yīng)當(dāng)越先投入。同時(shí)，面對(duì)不同的電網(wǎng)特征，不同可靠性提升設(shè)備對(duì)可靠性的影響具有一定差異。一般來說，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以將系統(tǒng)可靠性提升到99%以上，進(jìn)一步優(yōu)化時(shí)須要考慮配電自動(dòng)化和帶電作業(yè)能力。示例中，雖然初始網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均為輻射型，但由于A1，A2區(qū)域的線路較短，故障率相對(duì)較低，此時(shí)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并不是制約可靠性的主要因素，而帶電作業(yè)由于成本較低、具有良好的投入產(chǎn)出比，在優(yōu)化進(jìn)程中被優(yōu)先選擇。當(dāng)帶電作業(yè)具有一定水平時(shí)，A3區(qū)域較長的線路使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的問題暴露出來，因此在第三階段通過聯(lián)絡(luò)線改進(jìn)了接線方式。而在配電自動(dòng)化設(shè)備配置過程中，光纖通訊信道的建設(shè)成本占比較大，故其全壽命周期成本與線路長度正相關(guān)，因而在與A1區(qū)域類似的線路短而負(fù)荷密度大的區(qū)域中，提升配電自動(dòng)化水平能取得良好的效果，類似A3區(qū)域線路較長而負(fù)荷密度較小的區(qū)域，提升配電自動(dòng)化水平的性價(jià)比較低。

考慮到DG接入影響，案例2條件下總成本最低為85.92萬元，如表7所示。

表7 案例2多維可靠性提升動(dòng)態(tài)優(yōu)化最優(yōu)配置Table 7 Multi-dimensional reliability improvement dynamic optimization optimal configuration of case 2

面對(duì)輻射式電網(wǎng)，較大容量DG的接入使得隔離后區(qū)域自組網(wǎng)的可能性提升，整體上提升了配電網(wǎng)的可靠性水平，反應(yīng)在表7與表6的對(duì)比上即為延緩了電網(wǎng)升級(jí)改造的需求，降低了相關(guān)設(shè)備的資金投入。但由于配電網(wǎng)優(yōu)化的離散性，DG的接入可能會(huì)造成單一階段中投資成本的增加，如在第五階段中，DG接入的配電網(wǎng)出現(xiàn)階段性投資成本超過傳統(tǒng)配電網(wǎng)階段性投資的情況。

除DG容量外，DG的位置對(duì)可靠性的影響也較為明顯。DG3接入節(jié)點(diǎn)為靠近電源側(cè)的LP16，即使在DG3容量較大的情況下依舊對(duì)A3區(qū)域可靠性的貢獻(xiàn)較小，在第四階段依據(jù)需要增加聯(lián)絡(luò)線的方式保證可靠性。

4 結(jié)論

本文研究了考慮DG不確定性的配電網(wǎng)多維設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置，建立了單位改造變量的成本及分?jǐn)偰Ｐ?，同時(shí)，考慮DG不確定性及各類改進(jìn)對(duì)可靠性參數(shù)的影響，建立了基于變參數(shù)的可靠性計(jì)算模型；在此基礎(chǔ)上，以可靠性為約束、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，建立3類可靠性提升設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置模型，并提出了基于改進(jìn)網(wǎng)格搜索的求解方法。

通過典型配電網(wǎng)算例分析，比較了DG接入配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)狀態(tài)下優(yōu)化的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)DG接入有效降低了電網(wǎng)升級(jí)改造的需求，特別是對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改造的需求。同時(shí)，對(duì)比各改造進(jìn)行的順序，相較于改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)帶電作業(yè)和配電自動(dòng)化的投入具有更高的收益。