針對主配網(wǎng)協(xié)同的電網(wǎng)規(guī)劃方法

朱劉佳 國網(wǎng)四川省電力公司涼山供電公司

城市電網(wǎng)規(guī)劃作為供電企業(yè)的一項(xiàng)重要工作，當(dāng)前仍存在著諸多方面的問題，例如：電網(wǎng)供電穩(wěn)定性不高、電網(wǎng)智能化水平落后、電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)等等，這極大降低了電力服務(wù)效率及質(zhì)量。電網(wǎng)中，主配網(wǎng)不協(xié)調(diào)會(huì)破壞電網(wǎng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行以及電網(wǎng)內(nèi)部電源的運(yùn)行，甚至?xí)斐删植繀^(qū)域的癱瘓。因此合理地設(shè)計(jì)電網(wǎng)架構(gòu)在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、減輕系統(tǒng)碳排放、保證系統(tǒng)電源安全穩(wěn)定出力以及提升區(qū)域內(nèi)新能源的消納能力和穩(wěn)定運(yùn)行能力等方面具有重要意義。

一、城市電網(wǎng)規(guī)劃的重要性概述

為更好地滿足城市發(fā)展需求，供電部門要高度重視電網(wǎng)建設(shè)及規(guī)劃工作，提升電力服務(wù)效率及質(zhì)量，滿足用戶用電需求[1]。在電力系統(tǒng)建設(shè)中，認(rèn)真做好電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。當(dāng)前電網(wǎng)存在電路亂搭、混搭的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著人們的安全使用，同時(shí)也威脅著電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。不僅如此，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員更為注重的是規(guī)劃設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，在一定程度上忽視了輸電線路檢修及維護(hù)規(guī)劃工作，沒有充分考慮到事故的發(fā)生概率，當(dāng)電網(wǎng)投入應(yīng)用后，就會(huì)威脅到輸電線路安全，引發(fā)諸多的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。在這種情況下，積極做好城市電網(wǎng)規(guī)劃工作就顯得至關(guān)重要，落實(shí)城市電網(wǎng)規(guī)劃工作，能夠在滿足城市各個(gè)領(lǐng)域用電需求的同時(shí)，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，減少安全事故的發(fā)生概率，保障城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、基于主配網(wǎng)協(xié)同的電網(wǎng)規(guī)劃

國內(nèi)外在智能電網(wǎng)規(guī)劃方面進(jìn)行了諸多研究，但隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，仍然存在著諸多問題，目前我國智能電網(wǎng)規(guī)劃中主要存在以下問題：在電網(wǎng)規(guī)劃模型中主配網(wǎng)的協(xié)同規(guī)劃不協(xié)調(diào)、不匹配的問題日益凸顯；目前實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃中考慮電網(wǎng)網(wǎng)損方面較少，網(wǎng)損的計(jì)算十分復(fù)雜，而且電網(wǎng)網(wǎng)損和線路規(guī)劃有密切關(guān)系；在實(shí)際的電網(wǎng)輸電線路建設(shè)中，待建線路之間并不是相互獨(dú)立的，存在約束關(guān)系，目前研究中考慮線路約束關(guān)系較少。針對以上智能電網(wǎng)規(guī)劃中存在的問題，本文對線損和線路建設(shè)約束分別進(jìn)行建模，并將之嵌入到傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃模型中，構(gòu)建考慮網(wǎng)損與線路建設(shè)約束的電網(wǎng)規(guī)劃模型，并結(jié)合電網(wǎng)成本模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可靠的規(guī)劃[2]。

本文的規(guī)劃優(yōu)化模型會(huì)將模型與所規(guī)劃的時(shí)間內(nèi)每一年不同的場景下系統(tǒng)的運(yùn)行模型相結(jié)合，根據(jù)場景模擬考慮系統(tǒng)運(yùn)行的邊界問題，同時(shí)綜合考慮了電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)成本、運(yùn)行成本等相關(guān)因素，保證規(guī)劃結(jié)果可行可靠。

三、規(guī)劃成本

目標(biāo)函數(shù)規(guī)劃模型不僅要考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且要考慮規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性，因此需要建立成本計(jì)算模型，即成本目標(biāo)函數(shù)。規(guī)劃成本主要分為兩部分：一部分為前期的系統(tǒng)投資成本，一部分為后期運(yùn)行成本。

（一）系統(tǒng)投資成本

系統(tǒng)投資成本不僅包括規(guī)劃周期內(nèi)的投資成本，還會(huì)影響下個(gè)周期的投資成本。系統(tǒng)投資成本主要為電網(wǎng)規(guī)劃線路建設(shè)的成本，因此投資成本會(huì)隨線路的改動(dòng)而變動(dòng)，屬于規(guī)劃期內(nèi)的動(dòng)態(tài)成本。

系統(tǒng)的投資屬于動(dòng)態(tài)成本，與線路的規(guī)劃有直接關(guān)系，線路合理規(guī)劃不僅對現(xiàn)有規(guī)劃投資成本有影響，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生殘值，影響下一期電網(wǎng)規(guī)劃投資成本。

（二）運(yùn)行成本

分析電網(wǎng)規(guī)劃方案不同會(huì)造成規(guī)劃線路不同，從而為電網(wǎng)系統(tǒng)功率傳輸提供不同的選擇，因此需要在規(guī)劃方案時(shí)考慮系統(tǒng)內(nèi)所有的影響因素，例如發(fā)電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)參數(shù)、線路的參數(shù)及潮流分布和流向等。

系統(tǒng)發(fā)電成本與電網(wǎng)各個(gè)發(fā)電機(jī)組的有功功率有直接關(guān)系，可以用有功出力的二次曲線之和的形式表示。

四、電網(wǎng)規(guī)劃模型

模型針對主配網(wǎng)待建線路，在目標(biāo)規(guī)劃時(shí)間范圍內(nèi)的每一年都建立投建狀態(tài)變量，同時(shí)由于每次的規(guī)劃方案都會(huì)對下一期有影響，因此此次同時(shí)在規(guī)劃模型末尾增加了整個(gè)周期內(nèi)每次會(huì)建立待建線路的建設(shè)狀態(tài)變量以及依次建立的耦合約束關(guān)系，結(jié)合前面的規(guī)劃模型組成整個(gè)周期的投資決策模型。

在每一年的約束模塊中，為了精確詳細(xì)地描述電網(wǎng)運(yùn)行的電力電量流動(dòng)與平衡過程，在多年內(nèi)選取不同的負(fù)荷場景（每個(gè)負(fù)荷場景要有明顯的區(qū)別）。針對選擇的每個(gè)負(fù)荷場景建立系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束模型、發(fā)電機(jī)組出力約束模型和線路潮流約束模型等，然后將所有的約束模型與該年待建線路的投建狀態(tài)變量之間建立耦合關(guān)系[3]。

在構(gòu)建電網(wǎng)模型規(guī)劃過程中，本文為解決目前電網(wǎng)規(guī)劃中存在的問題建立了網(wǎng)損模型和線路建設(shè)約束模型，以達(dá)到電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。

（一）基于直流潮流的網(wǎng)損模型

本文根據(jù)網(wǎng)損特點(diǎn)以及網(wǎng)損與線路潮流之間的關(guān)系，建立基于直流潮流的網(wǎng)損模型?；谥绷鞒绷鞯木W(wǎng)損模型實(shí)現(xiàn)了支路潮流方程中原本相互耦合的線性項(xiàng)與非線性項(xiàng)、支路功率與網(wǎng)損功率、電壓幅值與相角的解耦，數(shù)學(xué)表達(dá)清晰明確，推導(dǎo)過程中僅使用兩條合理的假設(shè)條件，計(jì)算網(wǎng)損更加準(zhǔn)確。

根據(jù)待建線路網(wǎng)損和已建線路網(wǎng)損，合理規(guī)劃線路，能夠使電網(wǎng)運(yùn)行成本減小，滿足電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。在主配網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)如果含有DG，DG 的具體選址和容量不合理都可能會(huì)使線路網(wǎng)損增加，從而導(dǎo)致線路過載，因此本文在進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)默認(rèn)DG 選擇合理。雖然線路網(wǎng)損不能徹底消除，但可以將網(wǎng)損降低到最低水平，另外降低線路網(wǎng)損對于保護(hù)線路、減小電壓降、改善電壓水平等有積極的作用，并帶來其他環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（二）線路約束模型

在實(shí)際的線路規(guī)劃建設(shè)方案中，待建線路之間并不是相互獨(dú)立的關(guān)系，存在著同塔雙回、線路先后建設(shè)、線路互斥建設(shè)和線路π 接方案等約束。同塔雙回約束要求兩條線路要么都不投建要么同時(shí)投建，線路先后建設(shè)約束要求某條線路必須先于另一條線路先投建，線路互斥建設(shè)約束是指兩條線路由于自然原因或者人為因素使得兩條線路不可能都建設(shè)，線路π 接方案則是指在原來某條已建線路的基礎(chǔ)上，從中間某位置拆分該線路，然后在原來線路機(jī)組上同時(shí)新建兩條線路連接第三個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖1 所示。

規(guī)劃模型中將規(guī)劃待建線路之間的約束或者制約關(guān)系分為四種：同時(shí)約束、先后約束、互斥約束、π 接約束。

圖1 線路π接方案示意圖

（1）同時(shí)約束關(guān)系。即兩條線路同時(shí)建設(shè)時(shí)，會(huì)存在相互約束的關(guān)系。這兩條線路在建設(shè)過程中會(huì)存在相互制約的關(guān)系，因此建設(shè)過程中要滿足雙方線路要求。

（2）先后約束關(guān)系，兩條線路中一條線路先于另一條線路先建設(shè)，先建設(shè)的線路會(huì)對后建設(shè)的線路有約束。

（3）互斥關(guān)系。兩條線路之間存在相互排斥關(guān)系，由于要求不同，存在互斥關(guān)系。

（4）π 接約束。兩條線路共接在同一條線路上，線路之間會(huì)存在相互約束的關(guān)系。

在電網(wǎng)線路規(guī)劃時(shí)要充分考慮幾種約束關(guān)系，結(jié)合網(wǎng)損模型，充分考慮電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方案的投資成本和運(yùn)行成本，合理地對主配網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行規(guī)劃，提出相對經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃方案。主網(wǎng)和配網(wǎng)各自的規(guī)劃本身十分復(fù)雜，而要將兩者結(jié)合，則需考慮更多的因素，因此主配網(wǎng)規(guī)劃的方案在滿足經(jīng)濟(jì)環(huán)保的前提下還要穩(wěn)定安全，難度十分大，方案也會(huì)相對復(fù)雜。

五、結(jié)束語

綜上所述，近年來隨著城市發(fā)展建設(shè)的不斷加快，對于電力資源的需求量越來越大，為更好地滿足城市各個(gè)領(lǐng)域用電需求，要重點(diǎn)做好城市電網(wǎng)規(guī)劃工作，本文針對目前規(guī)劃中存在的問題，結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃成本，建立包含網(wǎng)損模型和線路約束關(guān)系模型的主配網(wǎng)協(xié)同的電網(wǎng)規(guī)劃模型，以期提升城市電網(wǎng)規(guī)劃水平，提高電力服務(wù)效率及質(zhì)量，滿足城市用電需求。