配電網(wǎng)重構(gòu)及其優(yōu)化算法設(shè)計(jì)研究

唐文發(fā)

摘 要：目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，群眾的生活和企業(yè)的生產(chǎn)都需要大量的電力，這既給我國(guó)的電力事業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境，同時(shí)也為我國(guó)電力供應(yīng)技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。電網(wǎng)重構(gòu)是一種提升配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率的最有效手段之一，同時(shí)還可以有效地提高供電安全性。該文即是對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)及其優(yōu)化算法設(shè)計(jì)進(jìn)行的討論，其中主要分析了數(shù)學(xué)優(yōu)化法、最優(yōu)流模式法、開(kāi)關(guān)交換法以及智能優(yōu)化算法等，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，以期能為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)重構(gòu) 優(yōu)化算法 研究

中圖分類號(hào)：TM27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（c）-0238-01

配電網(wǎng)系統(tǒng)是整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要的功能就是將電力企業(yè)生產(chǎn)的電能傳輸?shù)接脩籼庍M(jìn)行使用，目前我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展，增加了配電網(wǎng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。但我國(guó)對(duì)于電力的需求量在不斷增加，因此，也必須實(shí)行新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的運(yùn)行，配電網(wǎng)重構(gòu)就是較好的方法之一，其能夠有效降低電力輸送損失、平衡負(fù)載、提高供電效率和質(zhì)量。

1 配電網(wǎng)重構(gòu)的概述

配電網(wǎng)重構(gòu)概念最早是在20世紀(jì)70年代提出的，其主要目的是為了改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)形式，從而轉(zhuǎn)變其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的過(guò)程。而隨著現(xiàn)代電力技術(shù)的不斷進(jìn)步，其配電網(wǎng)的重構(gòu)方法也在逐漸衍變，同時(shí)在不同的電網(wǎng)運(yùn)行情況下，配電網(wǎng)重構(gòu)的目的性也就不同。當(dāng)整個(gè)配電網(wǎng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)的主要目的在于降低電力在傳輸過(guò)程中所要產(chǎn)生的損失，降低配電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行的情況，提升配電網(wǎng)的輸電質(zhì)量，盡可能使得配電網(wǎng)中的各結(jié)構(gòu)保持平衡。而當(dāng)配電網(wǎng)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，利用配電網(wǎng)重構(gòu)方法可以有效的對(duì)事故區(qū)域進(jìn)行隔離，這樣可以避免因事故帶來(lái)的進(jìn)一步損失，同時(shí)也可以保證其余電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不受影響，保證地區(qū)的電力供應(yīng)。另外還可以利用開(kāi)關(guān)將事故區(qū)域的電力供應(yīng)取消，這樣就可以保證維修人員在檢修的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，加快維修速度。由此可以看出，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)的目的有很多種，但總體說(shuō)就是保證配電網(wǎng)正常運(yùn)行，提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率，快速排除故障，提高配電網(wǎng)的安全性。但在實(shí)際工作中，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)也面臨著較大的阻礙，其中主要包括配電網(wǎng)重構(gòu)的潮流阻礙，變壓器或輸電線路中允許通過(guò)的最大電流不同，反饋線路的容量不同，輸電線路對(duì)于電壓的負(fù)荷能力不同，同時(shí)還需要在保證標(biāo)準(zhǔn)供電需求的基礎(chǔ)上完成配電網(wǎng)重構(gòu)工作。因此，在進(jìn)行這項(xiàng)工作前，首先要對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)重構(gòu)方案進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，以保證重構(gòu)后的配電網(wǎng)各結(jié)構(gòu)之間能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

2 配電網(wǎng)的優(yōu)化算法

2.1 數(shù)學(xué)優(yōu)化法

國(guó)外學(xué)者對(duì)于配電網(wǎng)重構(gòu)方法的研究比較深入，這主要因?yàn)槠潆娏夹g(shù)的發(fā)展較為成熟，各類相關(guān)理論體系在研究的過(guò)程中都能夠得到相應(yīng)的技術(shù)支持。在配電網(wǎng)重構(gòu)優(yōu)化算法中，數(shù)學(xué)優(yōu)化法是上個(gè)世紀(jì)提出的，其主要是將這一問(wèn)題放在了線性數(shù)學(xué)層面進(jìn)行解答。通過(guò)這種方法重構(gòu)的配電網(wǎng)能夠形成獨(dú)立的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以幫助重構(gòu)設(shè)計(jì)者尋找到最好的重構(gòu)方法。但是這種方法也存在著一定的缺點(diǎn)，首先，其所使用的計(jì)算方式為直流潮流算法，在計(jì)算負(fù)荷過(guò)程中是以恒定的做功電流進(jìn)行表示的。這種方法雖然計(jì)算較為簡(jiǎn)單，對(duì)于小范圍的配電網(wǎng)重構(gòu)來(lái)說(shuō)比較方便，但在運(yùn)用到大規(guī)模、大范圍的配電網(wǎng)中時(shí)就顯得較為不足，在計(jì)算過(guò)程中所需要消耗的時(shí)間較多。但目前大部分學(xué)者對(duì)于這種優(yōu)化計(jì)算方法還是比較認(rèn)可，因?yàn)槠淇梢圆灰蕾囉谂潆娋W(wǎng)的原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效計(jì)算，得出的結(jié)果質(zhì)量較高，但其在應(yīng)付結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電網(wǎng)時(shí)經(jīng)過(guò)的計(jì)算步驟較多，因此，可以根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2.2 最優(yōu)流模式法

最優(yōu)流模式法主要是為了用來(lái)減小配電網(wǎng)絡(luò)在輸電過(guò)程中造成的電力損失而提出的。眾所周知，電流在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的損失，其與輸電線路的電阻、電流負(fù)荷率等有著一定的關(guān)系，其損失主要是由于輸電過(guò)程中電流能量轉(zhuǎn)化為熱能流失而造成的。利用最優(yōu)流模式法對(duì)配電網(wǎng)的重構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其首先需要將所有的開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉合，使得配電網(wǎng)內(nèi)形成一個(gè)多環(huán)結(jié)構(gòu)，在分別滿足KCL和KVL的條件下求得配電網(wǎng)內(nèi)的電流分布情況，而這也就是最優(yōu)流模式。其次，選擇將其中電流量最小的環(huán)開(kāi)啟，計(jì)算新的最優(yōu)流數(shù)值，并以此重復(fù)，直到整個(gè)配電網(wǎng)被完全開(kāi)啟，這樣就可以計(jì)算整個(gè)配電網(wǎng)在最小電流損失下的運(yùn)行情況。這種方法將復(fù)雜的計(jì)算和設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，能夠有效提高配電網(wǎng)重構(gòu)工作的效率，但其也具有著一定的缺點(diǎn)。在對(duì)配電網(wǎng)中各環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開(kāi)啟時(shí)，其互相之間也有著一定的影響，電流的相互作用使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在著較小的誤差，因此如果想用這種方法設(shè)計(jì)配電網(wǎng)重構(gòu)的方案，就必須要做到對(duì)各環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速開(kāi)啟和計(jì)算，減小誤差帶來(lái)的影響。

2.3 開(kāi)關(guān)交換法

開(kāi)關(guān)交換法主要是用開(kāi)關(guān)控制配電網(wǎng)中的電流，以此計(jì)算各節(jié)點(diǎn)注入電流的差異，并根據(jù)其開(kāi)關(guān)開(kāi)啟關(guān)閉的組合尋找配電網(wǎng)的最優(yōu)重構(gòu)模式。這種方法不需要進(jìn)行大量的計(jì)算，只需要了解開(kāi)關(guān)開(kāi)啟和閉合過(guò)程中相應(yīng)區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的供電損失情況即可，減小了計(jì)算量，對(duì)于線性數(shù)學(xué)知識(shí)要求低。但這種方式的缺點(diǎn)在于其每次只能對(duì)一對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行考量，所給出的結(jié)果也不是參照于原始配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此通過(guò)這種方法雖然較為簡(jiǎn)便，但其只能對(duì)區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)，無(wú)法對(duì)整體進(jìn)行有效的反應(yīng)。

2.4 智能優(yōu)化算法

目前研究出的智能優(yōu)化算法有很多種，其中主要包括模擬退火、遺傳、禁忌搜索、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)算法等。其主要就是借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科技對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)方案進(jìn)行大膽的假設(shè)和計(jì)算，能夠有效提高計(jì)算速率，但這類算法大多過(guò)于依賴原始配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)行結(jié)合才能夠取得更好的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)作為電力輸送過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，相關(guān)研究者應(yīng)該不斷加深對(duì)于其重構(gòu)工作的研究，不斷提高配電網(wǎng)的輸電效率，減小事故對(duì)輸電的影響，降低輸電消耗，提高資源利用率。

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