小水電接入后電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多目標(biāo)規(guī)劃

楊中瑞主編

中國(guó)水利水電出版社出版

利用小型水電站進(jìn)行發(fā)電、灌溉，為周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)提供能源是一種常見(jiàn)方式，但小型水電站的發(fā)電很容易受到環(huán)境、氣候的影響，導(dǎo)致發(fā)電效率與質(zhì)量較低，因此很多地區(qū)將小水電接入電網(wǎng)，以此來(lái)保障小水電的供電安全與穩(wěn)定。小水電接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、電荷負(fù)載等都會(huì)受到一定的影響，因此對(duì)小水電接入后的電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行研究，探討其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃方法具有重要意義。《小型水電站運(yùn)行與維護(hù)》一書(shū)對(duì)小水電的運(yùn)行進(jìn)行詳細(xì)描述，可為研究電網(wǎng)網(wǎng)架的多目標(biāo)規(guī)劃提供參考。

《小型水電站運(yùn)行與維護(hù)》共十三章：第一章介紹水電站與水電站建筑物的運(yùn)行；第二、三章以水輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)為主題，對(duì)其運(yùn)行與維護(hù)進(jìn)行說(shuō)明；第四章介紹調(diào)速器的運(yùn)行與維護(hù)；第五章則對(duì)微機(jī)勵(lì)磁裝置的運(yùn)行與維護(hù)進(jìn)行闡述；第六、七章介紹自動(dòng)化元件以及機(jī)組輔助設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)；第八章介紹高低壓輸配電裝置的運(yùn)行與維護(hù)；第九章為電力變壓器的運(yùn)行與維護(hù)；第十至十一章分別介紹廠(chǎng)用電系統(tǒng)、直流系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)；第十二章為水電站微機(jī)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)；第十三章對(duì)小型水電站的生產(chǎn)管理進(jìn)行闡述。

電網(wǎng)規(guī)劃也稱(chēng)為輸電系統(tǒng)規(guī)劃，是指根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源規(guī)劃對(duì)其輸電線(xiàn)路的構(gòu)建進(jìn)行合理規(guī)劃，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電能力達(dá)到最大化，費(fèi)用達(dá)到最小化。電網(wǎng)規(guī)劃本質(zhì)上是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，人們需要在多約束、非線(xiàn)性以及多目標(biāo)的前提下做出科學(xué)合理的規(guī)劃，使其達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)與性能最優(yōu)。一般電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)需要考慮諸多因素，像投資費(fèi)用、損耗費(fèi)用以及電網(wǎng)負(fù)荷約束、安全檢驗(yàn)等指標(biāo)都會(huì)影響其規(guī)劃效果。而小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃則更加復(fù)雜，一般小型水電站的單機(jī)容量在５０ ＭＷ 以下，其發(fā)電能力與季節(jié)密切相關(guān)，尤其在豐水期和枯水期，其電網(wǎng)負(fù)荷差異較大，接入電網(wǎng)后電網(wǎng)負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)豐水期低谷負(fù)荷、枯水期高峰負(fù)荷的現(xiàn)象，導(dǎo)致電網(wǎng)部分線(xiàn)路的電壓過(guò)高，其無(wú)功功率難以實(shí)現(xiàn)平衡，從而導(dǎo)致小水電接入后的電網(wǎng)綜合效益較低。

在對(duì)小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，技術(shù)人員可構(gòu)建電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的多層次規(guī)劃模型。在構(gòu)建模型時(shí)，為提高小水電接入后電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)潮流、支路負(fù)荷約束以及功率等進(jìn)行計(jì)算，確定小水電接入后的機(jī)組極限值、極端電壓以及無(wú)功輸出極限值。技術(shù)人員還可利用多層次規(guī)劃模型與算法等對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先應(yīng)確定目標(biāo)函數(shù)，建立關(guān)于電網(wǎng)投資費(fèi)用、損耗費(fèi)用的公式，公式中的未知數(shù)即為所求目標(biāo)———最小投資費(fèi)用與損耗費(fèi)用；然后可提出關(guān)于電網(wǎng)潮流、線(xiàn)路負(fù)荷以及架線(xiàn)回?cái)?shù)的約束條件；最后利用蟻群算法、遺傳算法等對(duì)模型求解，得出電網(wǎng)的最小投資費(fèi)用與損耗費(fèi)用。另外，在制定小水電接入電網(wǎng)后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多層次模型時(shí)，還需對(duì)這一規(guī)劃方案進(jìn)行安全測(cè)試，確定這一規(guī)劃方法的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的多層次規(guī)劃模型設(shè)計(jì)，相關(guān)部門(mén)可對(duì)小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架線(xiàn)路進(jìn)行重新規(guī)劃，對(duì)現(xiàn)有線(xiàn)路的架設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，以改善原有電網(wǎng)中因線(xiàn)路布置方式、長(zhǎng)度、直徑等不合理而導(dǎo)致的電力供應(yīng)質(zhì)量較低的現(xiàn)象。電網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整主要從三個(gè)方面著手：第一，控制好饋線(xiàn)數(shù)量。很多電網(wǎng)架構(gòu)的線(xiàn)路規(guī)劃極其不合理，線(xiàn)路交叉、迂回供電情況常見(jiàn)，使得電網(wǎng)供電容易發(fā)生安全事故，因此根據(jù)多層次規(guī)劃模型進(jìn)行電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化時(shí)，需根據(jù)規(guī)劃模型選擇合適的地點(diǎn)，架構(gòu)合適數(shù)量的饋線(xiàn)，保證小水電接入后電網(wǎng)的無(wú)功功率與線(xiàn)路負(fù)荷處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。第二，優(yōu)化小水電接入?yún)^(qū)域的供電模式。為緩解小水電接入對(duì)整體電網(wǎng)造成的影響，有關(guān)部門(mén)可對(duì)小水電站的供電模式進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)增加饋線(xiàn)、增加發(fā)電機(jī)組以及改變極端電壓或增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等方式，增強(qiáng)小水電站的供電穩(wěn)定性，從而保證電網(wǎng)供應(yīng)分區(qū)平衡。第三，選擇合適的干線(xiàn)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)?，F(xiàn)今的配電網(wǎng)一般為環(huán)形配電網(wǎng)，能夠形成環(huán)形干線(xiàn)進(jìn)行供電，從而保證即便某一支路發(fā)生問(wèn)題也可從其他側(cè)干線(xiàn)獲取電源，因此小水電接入后，電網(wǎng)網(wǎng)架應(yīng)重新設(shè)置合理的干線(xiàn)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，確保電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

可以說(shuō)，利用多目標(biāo)規(guī)劃方法優(yōu)化后的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有更高的安全性、穩(wěn)定性，小水電接入后，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)饋線(xiàn)數(shù)量的優(yōu)化、小水電站供電模式的優(yōu)化等，使小水電對(duì)整體電網(wǎng)產(chǎn)生的消極影響被有效消除，新的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性得到大幅度提升，為社會(huì)生產(chǎn)的穩(wěn)定用電提供了可靠保障。