配電網(wǎng)合解環(huán)全過程綜合優(yōu)化調(diào)控

楊志芳，李俊偉，何 靜，王 勇，萬子恒，彭 芙，黃 純

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011；2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410082)

中國(guó)中壓配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的供電方式[1]。當(dāng)進(jìn)行故障處理、負(fù)荷轉(zhuǎn)移和設(shè)備檢修時(shí)，通過先合環(huán)后解環(huán)操作可以實(shí)現(xiàn)不停電轉(zhuǎn)移負(fù)荷，從而提高供電可靠性。然而在執(zhí)行合環(huán)操作時(shí)，若合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓差過大或者合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)饋線的負(fù)荷、線路阻抗參數(shù)分布不均勻，合環(huán)過程中將產(chǎn)生較大的合環(huán)電流，可引起饋線過負(fù)荷、出口斷路器跳閘等問題，導(dǎo)致合環(huán)失敗，甚至?xí)鸶鼑?yán)重的停電事故，直接影響到配電網(wǎng)安全運(yùn)行[2]。因此，為了實(shí)現(xiàn)安全合環(huán)，在合環(huán)前需計(jì)算合環(huán)電流，如果合環(huán)電流過大，則采取相應(yīng)的調(diào)控措施。合環(huán)成功且解環(huán)后，配電網(wǎng)可能需要再次調(diào)控，使其處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。

針對(duì)10 kV中壓配電網(wǎng)合環(huán)操作及調(diào)控問題，專家學(xué)者們做了大量研究。文獻(xiàn)[3]闡明了合環(huán)操作的目的，揭示了合環(huán)電流過大的機(jī)理，給出了允許合環(huán)操作的條件；文獻(xiàn)[4]提出了三相不平衡條件下低壓配電網(wǎng)的合環(huán)電流計(jì)算方法；文獻(xiàn)[5]建立了考慮主網(wǎng)等值并計(jì)及變壓器非標(biāo)準(zhǔn)變比影響的配電網(wǎng)合環(huán)等值網(wǎng)絡(luò)，并提出了3種綜合考慮計(jì)算復(fù)雜度和結(jié)果精確度的合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的實(shí)用計(jì)算方法；文獻(xiàn)[6]提出基于戴維南等值的配電網(wǎng)合環(huán)沖擊電流計(jì)算方法；文獻(xiàn)[7]結(jié)合拓?fù)渌阉?，?shí)現(xiàn)了合環(huán)回路中所有支路沖擊電流的精確計(jì)算；文獻(xiàn)[8]分析了合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與暫態(tài)沖擊電流的數(shù)值關(guān)系，指出工程實(shí)際中只要合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流不超過饋線容許載流量即可允許合環(huán)，簡(jiǎn)化了合環(huán)判斷條件；文獻(xiàn)[9]提出了一種考慮合環(huán)約束條件的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法，能在滿足合解環(huán)調(diào)電安全性條件下，降低解環(huán)后網(wǎng)損，為網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)提供最優(yōu)的合解環(huán)點(diǎn)；文獻(xiàn)[10]采用半不變量法求取合環(huán)電流的概率分布特性，并通過電流越限概率和越限程度對(duì)合環(huán)操作的安全性進(jìn)行定量評(píng)估；文獻(xiàn)[11]分析了分布式電源(distributed generation，DG)對(duì)合環(huán)電流及其調(diào)控的影響；文獻(xiàn)[12]提出了一種結(jié)合模擬退火和粒子群的協(xié)同算法求合環(huán)電流調(diào)控模型，并將DG的影響體現(xiàn)在模型的約束方程中；文獻(xiàn)[13]采用調(diào)整無功補(bǔ)償電容器和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)兩種方式進(jìn)行合環(huán)調(diào)控；文獻(xiàn)[14]將變壓器分接頭和無功補(bǔ)償器作為調(diào)控手段，建立了合環(huán)調(diào)控的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，以合環(huán)電流大小和合環(huán)時(shí)的網(wǎng)損作為目標(biāo)函數(shù)；文獻(xiàn)[15]提出考慮合環(huán)電流約束的主動(dòng)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供優(yōu)化模型，并通過改變DG出力減小合環(huán)電流。

上述研究通過穩(wěn)態(tài)暫態(tài)合環(huán)電流計(jì)算、調(diào)控和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，保障合環(huán)的安全性。但目前對(duì)合解環(huán)綜合調(diào)控的研究較少，且在調(diào)控模型和算法方面存在一些不足。其一，現(xiàn)有調(diào)控只關(guān)注合環(huán)過程，而忽視解環(huán)后配電網(wǎng)的再調(diào)控。配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電時(shí)合環(huán)運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)時(shí)間較短，一般只有幾分鐘，一些調(diào)控方法以合環(huán)時(shí)的網(wǎng)損和電壓質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，意義不大；解環(huán)后配電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化，往往會(huì)偏離最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)，需要二次調(diào)控?，F(xiàn)有將合環(huán)前調(diào)控和解環(huán)后調(diào)控分離考慮的做法難以做到全局最優(yōu)。其二，要實(shí)施合解環(huán)在線調(diào)控，需要實(shí)時(shí)計(jì)算合環(huán)潮流，但受配電網(wǎng)自動(dòng)化水平的限制，目前較難獲取10 kV配電網(wǎng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，大部分調(diào)控方案只能是離線計(jì)算，時(shí)效性較差。其三，大部分調(diào)控方法未將DG納入合解環(huán)調(diào)控手段，而相較于調(diào)節(jié)電容器和變壓器分接頭，DG調(diào)節(jié)電壓更平滑，有必要加以利用。

針對(duì)以上問題，本文提出一種統(tǒng)籌考慮配電網(wǎng)合解環(huán)轉(zhuǎn)供電全過程的綜合優(yōu)化調(diào)控策略。該策略以無功補(bǔ)償電容器、變壓器分接頭、功率可控的DG為調(diào)控對(duì)象，將配電網(wǎng)合環(huán)、解環(huán)作為一個(gè)整體進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化決策，全面考慮合環(huán)過程的安全性和解環(huán)后配電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量，并使整個(gè)調(diào)控過程中設(shè)備的動(dòng)作總次數(shù)最少。此外，提出合解環(huán)時(shí)配電網(wǎng)負(fù)荷功率的獲取方法及合解環(huán)實(shí)時(shí)調(diào)控的實(shí)現(xiàn)方案。

1 配電網(wǎng)合解環(huán)優(yōu)化調(diào)控的數(shù)學(xué)模型

1.1 配電網(wǎng)合解環(huán)綜合優(yōu)化調(diào)控思路

配電網(wǎng)的合解環(huán)調(diào)控包含2個(gè)階段。首先是合環(huán)前的調(diào)控，主要目的是使合環(huán)電流小于合環(huán)回路上各饋線段的容許載流量和電流保護(hù)整定值，確保合環(huán)的安全性。其次是解環(huán)后的優(yōu)化調(diào)控，主要目的是讓解環(huán)后的線路保持在最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。盡管2個(gè)階段的調(diào)控目的不同，但目前都是通過調(diào)節(jié)線路所屬變電站的電容器的投運(yùn)組數(shù)、主變分接頭的位置以及改變線路中的電壓分布來實(shí)現(xiàn)的。

由于這2個(gè)階段調(diào)控是按順序進(jìn)行的，合環(huán)前的調(diào)控方案將直接影響解環(huán)后的調(diào)控方案，二者間存在較大的耦合關(guān)系。單一階段下的最優(yōu)調(diào)控方案未必是全局最優(yōu)，因此，需要將合環(huán)和解環(huán)作為統(tǒng)一的整體，綜合設(shè)計(jì)合環(huán)前和解環(huán)后的調(diào)控方案。

對(duì)于含DG的配電網(wǎng)，如果DG出力不可控且波動(dòng)性比較大，一般不讓DG參與調(diào)控。而對(duì)于能被配網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)時(shí)控制輸出功率的DG，如小水電[16]、燃?xì)鈾C(jī)組等，則可利用DG的調(diào)壓能力進(jìn)行合解環(huán)調(diào)控。

1.2 優(yōu)化調(diào)控的目標(biāo)函數(shù)

1)合解環(huán)調(diào)控設(shè)備總動(dòng)作次數(shù)。

電容器投運(yùn)組數(shù)和變壓器分接頭都不宜頻繁地進(jìn)行調(diào)節(jié)，否則會(huì)造成設(shè)備損耗，影響使用壽命。同時(shí)，考慮到操作的便利性，也希望合解環(huán)調(diào)控過程中盡可能減少調(diào)控設(shè)備的總動(dòng)作次數(shù)。設(shè)立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)1：

(1)

式(1)中，電容器投入組數(shù)增加或減少1組，算1次調(diào)控，變壓器分接頭改變1擋也算1次調(diào)控。DG調(diào)控不算入調(diào)控次數(shù)。

2)合環(huán)時(shí)合環(huán)回路饋線負(fù)載率。

配電網(wǎng)饋線包括許多段，不同段的線徑不盡相同，且常有架空、電纜混合線路，各段容許載流量不等，合環(huán)時(shí)流過饋線各段的電流應(yīng)不大于其容許載流量，即各饋線段的負(fù)荷率應(yīng)不大于1。考慮到合環(huán)電流計(jì)算時(shí)因負(fù)荷、線路參數(shù)的不準(zhǔn)確性而存在一定誤差，饋線段的負(fù)載率還應(yīng)留有一定裕度，線路負(fù)載率越小合環(huán)越安全。因此，設(shè)置合環(huán)回路各饋線段的最大負(fù)載率最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)2：

(2)

式中f2為合環(huán)時(shí)合環(huán)回路饋線段最大負(fù)載率；N為10 kV合環(huán)回路中饋線段的總數(shù)；In、Inmax分別為饋線段n的電流有效值、容許載流量。

3)解環(huán)后配電網(wǎng)有功損耗和電壓偏差。

合環(huán)、解環(huán)操作在幾分鐘內(nèi)即可完成，因此，合環(huán)期間不對(duì)網(wǎng)損和節(jié)點(diǎn)電壓做嚴(yán)格要求。解環(huán)后配電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，選擇解環(huán)后的系統(tǒng)網(wǎng)損作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)3：

(3)

式中f3為配電網(wǎng)解環(huán)后的網(wǎng)損；N為解環(huán)后配電網(wǎng)支路總數(shù)，Ii、ri分別為第i條支路上的電流、電阻。

解環(huán)后系統(tǒng)潮流發(fā)生改變，且可能出現(xiàn)因一側(cè)饋線長(zhǎng)度明顯增加而導(dǎo)致線路末端電壓偏差過大的情況。為保證解環(huán)后的電壓質(zhì)量，以解環(huán)后配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓偏離期望值最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)4：

(4)

1.3 約束條件

1)潮流平衡約束。

PGi-PLi=

(5)

QGi-QLi=

(6)

式(5)、(6)中PGi、QGi分別為合解環(huán)電網(wǎng)電源注入的有功、無功功率；PLi、QLi分別為負(fù)荷消耗的有功、無功功率；Gij、Bij分別為節(jié)點(diǎn)i、j之間的電導(dǎo)、電納；θij為節(jié)點(diǎn)i、j之間電壓相角差。

2)電壓幅值約束。

Ujmin≤Uj≤Ujmax,j=1,2,…,G

(7)

式中Uj為節(jié)點(diǎn)j的電壓；max、min分別表示允許電壓的最大值、最小值；G為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

3)分布式電源、補(bǔ)償電容器和變壓器分接頭約束。

(8)

式中SDGi為分布式電源DGi的視在功率；QCi為無功補(bǔ)償設(shè)備Ci的投入組數(shù)；kTi為變壓器Ti的分接頭位置。

2 配電網(wǎng)合解環(huán)優(yōu)化調(diào)控模型求解

2.1 多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法

粒子群優(yōu)化算法(particle swarm optimization，PSO)通過群體中個(gè)體粒子之間的協(xié)作和信息共享尋找最優(yōu)解。算法中每個(gè)粒子i代表尋優(yōu)問題的一個(gè)解，按公式不斷更新其速度vi和位置si，通過迭代尋求問題的優(yōu)化解[17-18]，即

(9)

式中t為迭代次數(shù)；w、c1、c2≥0，w為慣性權(quán)重，c1、c2為加速系數(shù)；r1、r2為區(qū)間[0, 1]上均勻分布的隨機(jī)數(shù)；pbest,i為粒子i的個(gè)體最優(yōu)位置；gbest為群體的全局最優(yōu)位置。

合解環(huán)調(diào)控模型有多個(gè)目標(biāo)函數(shù)，引入Pareto最優(yōu)解機(jī)制，采用多目標(biāo)PSO求解。在基于Pareto最優(yōu)解的多目標(biāo)優(yōu)化中，若fk(x1)≤fk(x2),?k=1,2,…,M成立，則稱解x1Pareto占優(yōu)解x2，其中，fk為第k個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，M為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)目。

在多目標(biāo)PSO算法中，每次迭代仍按式(9)更新各粒子的位置和速度，而個(gè)體最優(yōu)位置pbest,i和全局最優(yōu)位置gbest的更新規(guī)則如下：當(dāng)粒子i迭代產(chǎn)生新解后，若舊解占優(yōu)新解，pbest,i不變；若新解占優(yōu)舊解，將新解位置作為pbest,i；若新解與舊解互不占優(yōu)時(shí)，隨機(jī)選擇其中一解的位置作為pbest,i；當(dāng)粒子迭代更新后，最優(yōu)解集也隨著更新，從更新的解集中隨機(jī)選擇一粒子位置作為gbest。

2.2 配電網(wǎng)合解環(huán)轉(zhuǎn)供電調(diào)控算法流程

利用多目標(biāo)PSO對(duì)配電網(wǎng)合解環(huán)轉(zhuǎn)供電調(diào)控模型進(jìn)行求解，其具體步驟如下。

1)首先設(shè)定PSO中的粒子維數(shù)D、種群規(guī)模Nsize和算法最大迭代次數(shù)Tmax，并對(duì)權(quán)重系數(shù)w和加速系數(shù)c1、c2進(jìn)行初始化設(shè)置。

3)根據(jù)生成的粒子，確定配電網(wǎng)變壓器變比、電容器無功補(bǔ)償功率和DG無功出力，然后進(jìn)行合環(huán)、解環(huán)潮流計(jì)算，得到每個(gè)粒子對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，即適應(yīng)度，求其Pareto最優(yōu)解集。

4)根據(jù)多目標(biāo)PSO的進(jìn)化策略，確定各粒子的個(gè)體最優(yōu)解pbest以及該種群的全局最優(yōu)解gbest，并由式(9)更新各粒子的位置和速度。

5)若滿足收斂條件或達(dá)到最大迭代次數(shù)，則輸出Pareto最優(yōu)解集，其中每一個(gè)解為一合解環(huán)調(diào)控方案；若不滿足收斂條件則返回步驟3)再次迭代。

算法流程如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)合解環(huán)轉(zhuǎn)供電調(diào)控算法流程Figure 1 Flow chart of control algorithm for distribution network loop-closing and loop-opening

采用上述方法得到的多目標(biāo)合解環(huán)優(yōu)化調(diào)控的解不是唯一的，而是一個(gè)Pareto最優(yōu)解集。解集中某個(gè)解可能在一個(gè)或幾個(gè)目標(biāo)上是最優(yōu)的，而在其他目標(biāo)上劣于其他解。合環(huán)調(diào)度人員可根據(jù)情況從最優(yōu)解集中選取其中一個(gè)解作為合解環(huán)的調(diào)控方案。

3 合環(huán)分析及潮流計(jì)算

在合環(huán)調(diào)控優(yōu)化求解過程中，需進(jìn)行電網(wǎng)潮流計(jì)算，以獲得節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流，進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和約束條件中的網(wǎng)損、電壓偏差、饋線段負(fù)載率等。

3.1 合環(huán)饋線上節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的獲取方法

負(fù)荷功率是潮流計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。合環(huán)分析時(shí)配網(wǎng)潮流計(jì)算需要獲取合環(huán)饋線上負(fù)荷功率，即配電變壓器的有功和無功功率。目前，配電網(wǎng)自動(dòng)化水平參差不齊，對(duì)于自動(dòng)化程度高的配電網(wǎng)，配變安裝有配變終端(transformer terminal unit，TTU)，SCADA系統(tǒng)可以將配變的有功、無功功率實(shí)時(shí)上傳到配電網(wǎng)調(diào)控中心。但是，對(duì)于大部分配電網(wǎng)，配變沒有安裝TTU，或者受通信信道傳輸質(zhì)量和速率的限制，配變的計(jì)量裝置每天只能定時(shí)將采集的負(fù)荷數(shù)據(jù)上傳計(jì)量中心，調(diào)控中心無法短時(shí)間內(nèi)及時(shí)獲取配變的實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)。

基于上述情況，考慮到目前大部分配電網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)營(yíng)配數(shù)據(jù)貫通，可以在合環(huán)分析時(shí)及時(shí)獲得配變的歷史負(fù)荷信息，本文借鑒負(fù)荷預(yù)測(cè)的思想，利用配變的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，推算合解環(huán)時(shí)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷。由于合環(huán)饋線的總負(fù)荷可以從調(diào)控中心實(shí)時(shí)獲取，本文利用合環(huán)當(dāng)日已知的饋線總負(fù)荷的時(shí)間序列，通過有功功率相似日的方法預(yù)測(cè)饋線上各配變的有功和無功負(fù)荷。具體步驟如下：

1) 提取合環(huán)時(shí)刻前2 h的饋線總負(fù)荷有功、無功功率序列，分別記為PFeeder、QFeeder；2) 從計(jì)量系統(tǒng)中提取饋線上待預(yù)測(cè)配變的前28 d對(duì)應(yīng)合環(huán)時(shí)刻前2 h的負(fù)荷有功功率，記為PT=[P1,P2,…,Pk,…,PN]，其中N=28 d;

3) 分別計(jì)算PT中第k日歷史有功功率序列Pk與饋線有功功率序列PFeeder的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，并將相關(guān)系數(shù)最大的一天稱為該配變的負(fù)荷相似日;

稱取0.013 g甲基橙，加入1 000 mL去離子水中配置甲基橙溶液；用紫外可見分光光度計(jì)在460 nm測(cè)定加入硅酸鎂、硅酸鈣、硅膠、硅膠復(fù)合材料吸附劑前后吸光度。

按上述步驟可得到各配變合環(huán)前2 h內(nèi)的負(fù)荷序列，取最接近合環(huán)時(shí)刻的負(fù)荷功率用于合解環(huán)分析時(shí)的潮流計(jì)算。

3.2 合環(huán)分析及潮流計(jì)算的實(shí)現(xiàn)流程

為便于敘述，以10 kV合環(huán)饋線的變電站出口開關(guān)為界，將合環(huán)網(wǎng)絡(luò)分為10 kV及以上電壓等級(jí)的主網(wǎng)和10 kV電壓等級(jí)的配網(wǎng)；合環(huán)分析及潮流計(jì)算涉及主網(wǎng)和配網(wǎng)。

電網(wǎng)設(shè)備及其連接關(guān)系常通過公共信息模型(common information model，CIM)描述，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)不同應(yīng)用軟件的互聯(lián)，并以XML文件的方式發(fā)布。本文根據(jù)主網(wǎng)推送的CIM模型文件和含有實(shí)時(shí)遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)的DT文件，通過文件解析和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，獲得合環(huán)回路主網(wǎng)部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)和節(jié)點(diǎn)注入功率，采用牛頓—拉夫遜法進(jìn)行合環(huán)回路主網(wǎng)部分的潮流計(jì)算，并得到合環(huán)饋線首端電壓(所在10 kV母線電壓)、電流和功率。

合環(huán)前通過解析2條合環(huán)饋線的XML文件，獲得饋線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)。以10 kV母線為根節(jié)點(diǎn)和平衡節(jié)點(diǎn)，采用前推回代法分別計(jì)算2條饋線潮流，獲得合環(huán)聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)電壓及電壓相量差。同時(shí)，通過主網(wǎng)和配電網(wǎng)拓?fù)淦唇?，獲得合環(huán)回路總阻抗。然后，采用疊加原理計(jì)算合環(huán)后回路上各支路電流，它們由2部分疊加而成：①合環(huán)前潮流計(jì)算得到的各支路電流；②合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)電壓相量差產(chǎn)生的環(huán)流，其值為電壓相量差除以合環(huán)回路總阻抗。

解環(huán)后依然采用前推回代法分別計(jì)算解環(huán)的2條饋線的潮流，得到饋線上各節(jié)點(diǎn)的電壓、各線路段的電流及功率，并計(jì)算網(wǎng)損。

4 算例分析

為了驗(yàn)證本文調(diào)控策略的有效性，對(duì)某地區(qū)10 kV配電網(wǎng)合解環(huán)轉(zhuǎn)供電實(shí)例進(jìn)行分析。經(jīng)主網(wǎng)和配電網(wǎng)XML文件解析和拓?fù)浞治?，得到?jiǎn)化后的合環(huán)回路，如圖2所示；主網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)功率從DT文件獲得，配網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率通過負(fù)荷預(yù)測(cè)得到。

圖2 配電網(wǎng)合環(huán)算例模型Figure 2 Model of loop-closing example

轉(zhuǎn)供電前開關(guān)QF1斷開、QF2閉合，2條10 kV饋線均開環(huán)運(yùn)行。合解環(huán)時(shí)2條10 kV饋線先通過閉合開關(guān)QF1合環(huán)，合環(huán)完成后斷開開關(guān)QF2進(jìn)行解環(huán)，完成不停電轉(zhuǎn)供電。

對(duì)于2條合環(huán)饋線所在的10 kV母線，即節(jié)點(diǎn)1、10處各配置有無功補(bǔ)償電容器組3×1.8 MVar；變壓器T1變比為(110±8×1.25%)/10.5，變壓器T2變比為(110±5×1.25%)/10.5。節(jié)點(diǎn)19處接入有可調(diào)控的小水電DG，其有功出力在合解環(huán)時(shí)保持不變(設(shè)為1 MW)，無功出力范圍為0～0.4 MVar。10 kV饋線分為多段，含電纜和架空線路，型號(hào)不盡相同。其中饋線段1-4、10-16的容許載流量分別為530、450 A，其余饋線段的容許載流量均為330 A，饋線中各節(jié)點(diǎn)電壓容許偏差范圍為±7%。

設(shè)置4個(gè)合解環(huán)場(chǎng)景。場(chǎng)景1：不進(jìn)行調(diào)控，以初始狀態(tài)直接完成合解環(huán)轉(zhuǎn)供電操作；場(chǎng)景2：僅變壓器分接頭和補(bǔ)償電容器參與調(diào)控過程，DG不接入配網(wǎng)；場(chǎng)景3：變壓器分接頭、補(bǔ)償電容器和DG均參與調(diào)控，三者協(xié)同配合；場(chǎng)景4：變壓器分接頭、電容器和DG均參與調(diào)控，但優(yōu)化目標(biāo)中不考慮調(diào)控設(shè)備的總動(dòng)作次數(shù)。其中，場(chǎng)景2、3優(yōu)化目標(biāo)中均考慮調(diào)控設(shè)備的總動(dòng)作次數(shù)。

調(diào)控結(jié)果如表1所示，考慮篇幅限制，場(chǎng)景2、3、4各僅選取6個(gè)解(調(diào)控方案)的調(diào)控結(jié)果用以展示；由場(chǎng)景1中的數(shù)據(jù)可得，若在配網(wǎng)合解環(huán)過程中不進(jìn)行調(diào)控，則合環(huán)時(shí)配網(wǎng)饋線的最大負(fù)載率將高達(dá)93.79%，且解環(huán)后配網(wǎng)有功損耗較大，為800.7 kW，某些節(jié)點(diǎn)電壓偏差超出允許范圍，配電網(wǎng)合環(huán)時(shí)的安全性和解環(huán)后的經(jīng)濟(jì)性及電能質(zhì)量均難以得到保障。

表1 不同合環(huán)場(chǎng)景的調(diào)控結(jié)果Table 1 Control results under different loop-closing scenarios

表2 各場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的調(diào)控方案Table 2 Control measures of each scene

觀察場(chǎng)景2～4，通過調(diào)控均有效降低了合環(huán)時(shí)饋線最大負(fù)載率，改善了解環(huán)后的配網(wǎng)網(wǎng)損及電壓偏差，且有DG參與調(diào)控時(shí)能取得更優(yōu)的Pareto解。

將場(chǎng)景2、3下得到的Pareto最優(yōu)前沿投影到不同目標(biāo)函數(shù)構(gòu)成的二維平面圖中，結(jié)果如圖3所示，對(duì)于場(chǎng)景2、3，只有在最大負(fù)載率與動(dòng)作次數(shù)的二維圖中，兩者的Pareto解互不占優(yōu)，其余二維圖中有DG參與調(diào)控的場(chǎng)景3均能取到更優(yōu)的Pareto解，說明DG參與調(diào)控能獲得更好的合解環(huán)安全性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量。

圖3 場(chǎng)景2、3的Pareto最優(yōu)解分布Figure 3 Pareto optimal distribution for scenario 2 and 3

在場(chǎng)景1～3下，解環(huán)后的節(jié)點(diǎn)電壓分布如圖4所示。在不進(jìn)行調(diào)控的場(chǎng)景1中，解環(huán)后節(jié)點(diǎn)10的電壓為1.08 p.u.，不滿足電能質(zhì)量要求，而饋線末端節(jié)點(diǎn)21的電壓降到0.934 p.u.。在場(chǎng)景2中，隨著變壓器分接頭和無功補(bǔ)償裝置加入調(diào)控，電壓整體有所改善，所有節(jié)點(diǎn)電壓均維持在±7%以內(nèi)。但末端節(jié)點(diǎn)21電壓為0.944 p.u.，已有越限風(fēng)險(xiǎn)。在場(chǎng)景3中，隨著DG接入并參加調(diào)控，不僅將各節(jié)點(diǎn)電壓控制在正常范圍內(nèi)，而且由于DG的無功支撐作用，末端節(jié)點(diǎn)21的電壓明顯提升，達(dá)到0.978 p.u.，解決了解環(huán)后長(zhǎng)饋線首端電壓越限、末端電壓低的問題。

圖4 解環(huán)后節(jié)點(diǎn)電壓分布Figure 4 Node voltage distribution after loop-opening

場(chǎng)景3、4在調(diào)控手段相同的條件下進(jìn)行合解環(huán)操作，但場(chǎng)景3中將合解環(huán)過程看作一個(gè)整體，對(duì)總的調(diào)控動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：兩者在合環(huán)時(shí)線路負(fù)載率、解環(huán)后網(wǎng)損及電壓偏差方面的優(yōu)化結(jié)果差異不大，但將調(diào)控次數(shù)設(shè)為優(yōu)化目標(biāo)后能顯著減少設(shè)備動(dòng)作次數(shù)，有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種統(tǒng)籌考慮配電網(wǎng)合解環(huán)全過程的多目標(biāo)合解環(huán)調(diào)控的數(shù)學(xué)模型，給出了優(yōu)化求解方法，提出了饋線負(fù)荷預(yù)測(cè)及合解環(huán)潮流計(jì)算方案。該方法具有以下特點(diǎn)：

1)統(tǒng)籌考慮配電網(wǎng)合環(huán)解環(huán)全過程，能在保證合環(huán)操作安全性和解環(huán)后配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和高電壓質(zhì)量的前提下，減少調(diào)控設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)，減小調(diào)控對(duì)設(shè)備的影響，降低調(diào)控操作的復(fù)雜性；2)通過利用計(jì)量系統(tǒng)的配變歷史負(fù)荷推算合解環(huán)時(shí)的配變負(fù)荷，解決了10 kV中壓配電網(wǎng)潮流計(jì)算難以獲取負(fù)荷數(shù)據(jù)的問題；通過對(duì)主配網(wǎng)基于CIM模型的XML文件的解析和分析，實(shí)現(xiàn)了主配網(wǎng)合環(huán)潮流計(jì)算，為合解環(huán)轉(zhuǎn)供電的實(shí)時(shí)調(diào)控提供了實(shí)現(xiàn)條件；3)功率可調(diào)控的分布式電源參與合解環(huán)調(diào)控，能進(jìn)一步減小合環(huán)電流，優(yōu)化解環(huán)后配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，具有應(yīng)用前景。