唐铭浩浅议配电网优化计划的研究与应用

1、浅议配电网优化规划的研究与应用摘要：配电网优化规划是当前电力分配和运输领域里的一个重要话题，怎样使配电网的规划方案设计 的最优仍然是一个难题。本文简单介绍了当前的配电网优化规划的研究现状，对配电网优 化规划的模型从时间和物理结构、经济性和可靠性角度来进行分类讨论，并归结为从输入 或输出角度进行考虑的两大类模型；介绍了配电网经典数学优化方法、配电网启发式优化 方法和传统启发式方 法。配电网规划面对的新课题和配电网优化规划在矿井配电网中的应 用。关键词：配电网规划；接线模式；模型；算法；接线模式；电力市场前言配电网规划是在满足用户电能质量和用户容量的情况下，从可能的接线模 式、路径和 型号、变电站

2、位置和容量、馈线数目中，寻找一个最佳方案作为规划的改造方案，使得投资、 检修、运行、可靠性损失和网损的费用之和最小。配电网规划的研究基础是未来负荷分布预 测及现状电网分析。对于配电网规划的研究国内外已经取得了一些成果，本文简单的介绍了 配电网规划的研究和应用。2、配电网规划的模型分类2.1从时间和物理结构角度从物理结构上分析，配电网可以作为一个整体来分析，也可分为配电线路 和变电站两 个子系统分别规划。从时间上分析，配电网规划可划分为动态模型和静态模型：动态模型 是在长期配电网的规划中，动态地考虑不同时间段的负荷变动情况，一般可分为若干个阶 段分别进行；而静态模型假设规划水平年内负荷需求不变。

3、因此，从物理和时间的角度来 考虑，可将规划模型分为四大类：动态负荷整体系统、动态负荷子系统、静态负荷整体系 统和静态负荷子系统。2.2从经济性和可靠性角度2. 2. 1经济性模型经济性模型只考虑经济指标，可靠性指标只作为约束条件，加入到优化问题。经济性模 型又可分为最小费用模型和运输模型。最小费用模型以电能损耗费用、设备折旧维修费用和 投资回收费用之和作为主要指标，以辐射运行和输送功率为约束。运输模型认为所有负荷矩的总和最小时接线方式最短。运输模型的主要指标是线 路功率，以功率平衡及一些运行和网络参数限制为约束条件，它们 都是线性的，所以运输 模型下电网规划就变成了一个线性规划问题。最小费用模

4、型相对运输模型更符合工程上的 经济要求。但最小费用模型是一个混合整体 规划问题，相对运输模型要复杂许多。2. 2.2可靠性模型可靠性模型是在一定的经济水平上，以可靠性为主要目标的规划模型。2. 2.3综合性模型综合性模型综合考虑了可靠性效益和可靠性成本。可靠性效益可用缺电成 本表示。可 靠性成本包括电网建设投资成本和运行成本。以上三种模型中，经济性模型可以得到一个具有一定经济价值的电网规划方案，可是 其没有考虑到可靠性效益和可靠性成本的关系。可靠性模型能够反映出资金投入和可靠性 指标的改善，但其实用性较差，一般只应用于网架的局部扩 展设计。综合性模型中在可靠 性效益和可靠性成本取得平衡处配电网

5、规划达到 最优，提高了配电网优化规划的综合效 益，使配电网规划的成本计算更加的准确，为今后合理的制定电价埋下了基础。但综合性 模型若要准确计算缺电成本 很困难。3、配电网规划的求解方法3. 1配电网经典数学优化方法配电网规划中应用到的优化方法的种类有很多，女，混合整数规划、非线性规划、线性 规划、网络流法及最短路径法。一般情况下，由于电网规划问题 属于大规模组合数学问题, 计算时间长，占用了较大的计算机内存，对于比较大的上了一定规模的系统，采用经典数学 优化方法来进行配电网规划，其难度很大，因为它很容易造成计算机的计算维数过大，引发 “维数灾”。因此，经典数学优化方法比较适合于小型系统。若大型

6、系统采用此类方法则需 要对原问题的数学模型进行简化处理，但这有可能导致最优解的丢失。3. 2配电网启发式优化方法经典数学优化规划方法存在着许多不足，启发式算法的优势就显得比较突出，以为启 发式算法综合考虑了规划效果和规划效率两个指标。在实践操作过 程中，许多配电网启发 式优化方法，特别是现代配电网启发式优化方法常能给出许多让人比较满意的解答。启发 式方法的优点是计算速度快、灵活、直观，有利于规划人员在规划过程中参与具体决策。图1多目标的优化和结果图33传统启发式方法传统启发式方法的依据是直观分析，结合规划人员的以往经验，能够将实际电力行为 模拟的非常准确，相对于经典数学方法传统启发式方法的优势

7、更加明显。配电网规划传统 启发式方法是基于系统某一性能指标对可行路径上线路参数的灵敏度，根据一定原则逐步 迭代，直到获得满足要求的方案为止。这种 方法在配电网规划中主要是结合“支路交换” 技术进行的。4、配电网规划面对的新课题通常配电网的优化规划都很注重网架辐射性约束条件。辐射性约束实质上是一种对配 电网接线模式约束的简单表达。配电网的接线模式多种多样、种类 繁多，包括：普通环 式、丁接线、4 x 6接线、中介点放射状、手拉手环式、树 枝状、多网孔复杂网、完全放 射状等多种模式。配电网接线模式的选择不仅关系到供电的可靠性和电网建设的经济性， 这对用户的发展甚至是整个电力行业 的发展都具有非常深

8、远的意义。配电网接线模式也可 以通过地理信息系统建立一个平台，实现辐射接线模式、带开闭所接线模式、多分段多联 络接线模式的配电网架自动布局，获得比较好的效果。配电网的接线模式的选择和形成， 是一个动态变化的过程。由一种接线模式到另一种接线模式转化的界定条件及各种动态步 骤仍然是一个需要优化的问题。评价指标良好一般不好线路负载率0. 34210. 12350. 5326电压质量0. 95210. 06540. 0235网络损耗0. 88890. 08320. 0278综合评价0. 55290. 26030. 1895图2多目标优化结构综合评价结果5、中压配电网电压等级过渡我国许多地区的电力需求都

9、很旺盛，供电负荷的增长也很迅速，且地区的分布也相对集中，导致区域负荷密度很高，在这些地区20 kV配电电压已经适应 不了电力 负荷增长的要求，甚至成为电网功率传送的瓶颈电压层；此外，配变 电设备的快速增长与 城市用地紧张的矛盾也变得越来越突出，给配网建设带来 巨大困难。30kV相比20kV电压 等级，在电压质量、线损、线路通道、站点数目、输送容量等方面都具有明显的优点。我 国某些地区存在一些30kV的配电网试点区。可以大胆的预见，在不就之后，30kV等级的配电网会有长远的发展。对于一个地区，从原有20kV配电网升压过渡到30kv配电网会是一个长期的过程，如何比 较有步骤的、系统的规划开关站、变

10、电站及相关线路的动态过渡、割接、建设，并规划新 老用户的用电。使得在过渡期间及过渡完成后，配电网在联络强度、稳定性、供电能力、 口J靠性、经济性等各方面都能获得最好的保证，这也是个急待研究解决的问题。6、电力市场条件下的配电网规划 随着电力市场的发展，配电网优化规划领域的配电 零售业务的竞争也会变得越来越激烈，这就要求传统的配电网规划的方法和思路要跟上时 代的脚步，有所改变和变通：配电网规划模型的改变。电力市场和电力服务行业都在快速 的发展，久而久之配电网优化规划也会发生一些改变，转变成一些新的概念，如配电网可 靠性成本、配电网经济实用型等一些新的概念。随着电力行业的市场化，不同时期市场中 的

11、电价会不同，电价的波动会变得频繁，考虑到用户的心理和需求，配电网的负荷水平也 要随着电价的变化而变化，以满足要求。7、配电网优化规划在矿井配电网中的应用 对于矿井配电网，首先应该满足的就是电 压质量，另外还要满足安全可靠 的环境，使电压质量和安全可靠都达到最优。矿井配电网 的优化方案可利用更换井下电缆来改变负荷节点电压，也可以通过线路改造来提高节点的 电压。优化前后节点的电压幅值比分列运行和多回路供电方案由于矿井负荷分布不均，造 成矿井供电质量不高，釆用负荷转移的优化方案，不仅提高电压质量而且提高了矿井供电 的安全可靠性。经过优化后电压合格率不仅明显提高，而且投资小，经济效益良好。8、结语目前对配电网规划的研究还不是很深入，用于求解最优方法的优化方法虽然 得到了比较大的发展，但是还不是很成熟，仍然存在许多问题。配电网规划 本身是一个非 常复杂的多阶段、不确定、多目标、非线性、离散的组合优化问题，其求解方法仍然要依 靠计算速度，求解方法要不断更新。今后有必要结合出现的各种新情况继续从模型定义、 数据表达、编码机制和寻优策