配電網(wǎng)規(guī)劃問題與優(yōu)化設(shè)計

呂文杰

國網(wǎng)江西上饒市廣豐區(qū)供電有限責(zé)任公司 江西上饒 334600

摘要：本文精簡介紹了我國配電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀，以及目前普遍認(rèn)可的一些配電規(guī)劃的一些模型分類，提出了一些配電網(wǎng)規(guī)劃工作中以后可能會出現(xiàn)的一些研究方向，已經(jīng)一些建議措施。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)規(guī)劃；電力市場；地理信息

1 配電網(wǎng)規(guī)劃的模型分類

1. 1 從時間和物理結(jié)構(gòu)角度

物理結(jié)構(gòu)上配電網(wǎng)可以被當(dāng)作一個整體進行規(guī)劃，也可以分成變電站和配電線路兩個子系統(tǒng)分別規(guī)劃。從時間的角度配電網(wǎng)規(guī)劃又可建立靜態(tài)和動態(tài)模型：靜態(tài)模型假設(shè)規(guī)劃水平年內(nèi)負(fù)荷需求不變；而動態(tài)模型在長期配電網(wǎng)規(guī)劃中，動態(tài)地考慮不同時間段的負(fù)荷變動情況，常分成若干階段進行規(guī)劃。

因此，從時間和物理結(jié)構(gòu)角度，

將規(guī)劃模型分為4類：

1 靜態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)規(guī)劃模型

2 靜態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)規(guī)劃模型

3 動態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)規(guī)劃模型

4 動態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)規(guī)劃模型

動態(tài)模型與靜態(tài)模型相比，不僅可以解決配電變電站的位置、容量問題或配電線路路徑和導(dǎo)線截面問題，還可以解決變電站或配電線路的新建（改建）時間問題。動態(tài)規(guī)劃關(guān)鍵在于如何協(xié)調(diào)各時段方案，使其整體最優(yōu)。上述模型一般都需考慮如下幾種約束：① 電壓約束；② 設(shè)備容量約束；③ 可靠性約束（若規(guī)劃之后進行校驗，規(guī)劃時可暫不考慮）；配電網(wǎng)輻

射狀運行約束等。

1. 2 從經(jīng)濟性和可靠性角度

根據(jù)對經(jīng)濟性和可靠性指標(biāo)的不同處理方法，電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型可分為經(jīng)濟性、可靠性和綜合性3類。

1 經(jīng)濟性模型

2 可靠性模型

3 綜合性模型

上述三種模型中，經(jīng)濟性模型可以獲得具有一定經(jīng)濟性價值的電網(wǎng)規(guī)劃方案，但沒有考慮可靠性成本和可靠性效益的關(guān)系?？煽啃阅Ｐ湍軌蝮w現(xiàn)可靠性指標(biāo)的改善與資金投入之間的關(guān)系，但其實用性較差，一般只應(yīng)用于網(wǎng)架的局部擴展設(shè)計。綜合性模型中在可靠性成本和可靠性效益取得平衡處配電網(wǎng)規(guī)劃達(dá)到最優(yōu)，提高了規(guī)劃方案的綜合社會效益；使電網(wǎng)規(guī)劃的成本計算更準(zhǔn)確，為今后在市場機制下合理地制定電價奠定了基礎(chǔ)。但綜合性模型若要準(zhǔn)確計算缺電成本很困難。

1. 3 從單目標(biāo)與多目標(biāo)角度

電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型根據(jù)目標(biāo)函數(shù)個數(shù)又可分成：單目標(biāo)模型和多目標(biāo)模型。

目前多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃已經(jīng)取得了較大的進展，但也存在著一些問題，主要表現(xiàn)為：① 未能提出一個完善的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型；② 規(guī)劃方案各目標(biāo)之間關(guān)系的處理并不理想；③ 大規(guī)模、多階段電網(wǎng)規(guī)劃很大程度上仍存在容易產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)難、局部最優(yōu)、約束條件和目標(biāo)函數(shù)不易處理等問題。而這些恰恰又是多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃的重點和核心所在。

1. 4 從確定性角度

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方法是采用某環(huán)境下已“確定” 的參數(shù)，求得滿足該環(huán)境約束的、相對經(jīng)濟指標(biāo)最優(yōu)的確定性方案[17 ]。但事實上由于配電網(wǎng)規(guī)劃涉及大量的不確定性因素，如：未來負(fù)荷增長大小和位置的不確定、配電網(wǎng)的擴展費用的不確定等，使得現(xiàn)在的最優(yōu)方案往往由于未來的不確定性而失去了其“最優(yōu)” 的意義。如此，根據(jù)規(guī)劃中是否考慮不確定性因素對結(jié)果的影響，配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃模型又可以分為確定性和不確定性兩類。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃面對的新課題

2. 1 基于接線模式的配電網(wǎng)規(guī)劃

通常配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃都很注重網(wǎng)架輻射性約束條件[48 ]。輻射性約束其實是一種對配電網(wǎng)接線模式約束的簡單表達(dá)。事實上配電網(wǎng)的接線模式種類繁多，包括：完全放射狀、中介點放射狀、樹枝狀、普通環(huán)式、手拉手環(huán)式、T 接線、4× 6接線、多網(wǎng)孔復(fù)雜網(wǎng)等多種模式。更有文獻總結(jié)提出了中壓配電網(wǎng)接線模式的系列化分類方法[49 ]。而配電網(wǎng)接線模式的選擇不僅關(guān)系到電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟性、供電的可靠性[50 ]，還對整個電力工業(yè)和用戶的發(fā)展具有重要意義。以地理信息系統(tǒng)（geog ra phicinforma tion sy stem，GIS）為平臺，實現(xiàn)了輻射接線模式、多分段多聯(lián)絡(luò)接線模式、帶開閉所接線模式的配電網(wǎng)架自動布局，獲得了較好的效果。但配網(wǎng)接線模式的選擇及形成是一個動態(tài)變化的過程。某一接線模式演變?yōu)榱硪环N接線模式，如何確定邊界條件，怎樣進行各種動態(tài)步驟，這是一個有待研究的優(yōu)化問題。

2. 2 中壓配電網(wǎng)電壓等級過渡

我國一些地區(qū)由于電力需求旺盛、負(fù)荷增長迅速且分布相對集中，導(dǎo)致區(qū)域負(fù)荷密度很高，在這些地區(qū)10 kV 配電電壓已越來越不適應(yīng)電力負(fù)荷增長的要求，甚至成為電網(wǎng)功率傳送的瓶頸電壓層；另外，配變電設(shè)備急速增長與城市用地緊張之間的矛盾也日益加劇，給配網(wǎng)建設(shè)帶來巨大困難。20 kV相比10 kV電壓等級，在輸送容量、線損、電壓質(zhì)量、站點數(shù)目、線路通道等方面都具有明顯的優(yōu)點。我國目前存在一些20 kV 配電網(wǎng)試點區(qū)?？梢灶A(yù)見，在不久后20 kV等級配電網(wǎng)將會有長足的發(fā)展。對于一個地區(qū)，從原有10 kV配電網(wǎng)升壓過渡到20 kV配電網(wǎng)會是一個長期的過程，如何比較系統(tǒng)地、有步驟地規(guī)劃變電站、開關(guān)站及相關(guān)線路的建設(shè)、割接、動態(tài)過渡，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(wǎng)在經(jīng)濟性、可靠性、供電能力、聯(lián)絡(luò)強度及穩(wěn)定性等各方面都能獲得最好的保證，這也是一個急待研究解決的問題。

2. 3 電力市場條件下的配電網(wǎng)規(guī)劃

隨著電力市場的發(fā)展，在條件成熟時配電領(lǐng)域

的零售業(yè)務(wù)中也將引入自由競爭。從而傳統(tǒng)的配電

網(wǎng)規(guī)劃思路和方法將會有所改變。

2. 4 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃

分布式電源（dist ributed g eneration，DG）一般直接連接于配電系統(tǒng)，若大量上網(wǎng)，將會深刻影響配電系統(tǒng)的設(shè)計、運行及安全可靠性等。目前在包含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃中主要存在一些問題例如

（1）若大量用戶采用DG提供電能，將使規(guī)劃人員更難準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷的增長情況，從而影響配電網(wǎng)的后續(xù)規(guī)劃；甚至對整個電力系統(tǒng)的負(fù)荷增長模式，進而電源的擴建規(guī)模及進度都會有影響。

（2）有些DG（如太陽能、風(fēng)能等）的輸出受自

然條件影響，具有明顯的隨機特性，且難以進行有效調(diào)節(jié)。有必要研究這類分布式能源隨氣象條件變化的規(guī)律和統(tǒng)計特性，建立相應(yīng)的模型。

（3）DG的位置和規(guī)模對配電網(wǎng)的節(jié)點電壓、線路潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)可靠性等會產(chǎn)生直接的影響。有必要對配電網(wǎng)中DG的位置和規(guī)模進行優(yōu)化；并研究DG對配電系統(tǒng)可靠性的影響。

3 結(jié)語

盡管目前對配電網(wǎng)規(guī)劃的研究已比較深入，用于求解的各種優(yōu)化方法也得到了很大的發(fā)展，但由于配電網(wǎng)規(guī)劃本身是一個非常復(fù)雜的離散、非線性、多階段、多目標(biāo)、不確定的組合優(yōu)化問題，求解方法仍然存在計算速度和收斂性等問題，求解模型也還需要不斷地改進，而且又面臨著很多新情況的出現(xiàn)。所有這些在一定程度上制約了配電網(wǎng)規(guī)劃的實用化。今后有必要結(jié)合出現(xiàn)的各種新情況繼續(xù)從模型定義、數(shù)據(jù)表達(dá)、編碼機制和尋優(yōu)策略等多方面展開進一步的研究工作。

參考文獻：

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