配電網(wǎng)網(wǎng)架綜合規(guī)劃技術(shù)發(fā)展綜述

黃在勇

【摘 要】考慮到配電網(wǎng)的重要性，依據(jù)國內(nèi)外電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的現(xiàn)有成果對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架綜合規(guī)劃技術(shù)做了綜述，分析了配電網(wǎng)規(guī)劃的具體內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了當(dāng)下主流的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型，為電網(wǎng)規(guī)劃人員提供一定的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；網(wǎng)架規(guī)劃；模型

1 配電網(wǎng)網(wǎng)架綜合規(guī)劃的基本內(nèi)容

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)重要的組成部分，影響著整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。配電網(wǎng)靠近負(fù)荷中心，具有用電壓等級(jí)低、負(fù)荷密度較高、用電量大與對(duì)電能質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。另外配電網(wǎng)也屬于城市建設(shè)的重點(diǎn)之一，為城市的快速發(fā)展提供了有力的保障。

配電網(wǎng)規(guī)劃是指根據(jù)規(guī)劃期間（短期、中期或長期）負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基本情況，確定最優(yōu)的規(guī)劃方案，使得配電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)維費(fèi)用最小。配電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)劣直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)的可靠性等，受到供電部門的高度重視。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容包括[1]：

1）調(diào)研規(guī)劃區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及當(dāng)?shù)厣钏剑敿?xì)閱讀政府部門公布的土地規(guī)劃，了解規(guī)劃區(qū)域的電力系統(tǒng)現(xiàn)狀，包括負(fù)荷分布、增長情況，供電可靠性等電網(wǎng)性能指標(biāo)。

2）采用多種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，同時(shí)制定高、中低不同增長率下的負(fù)荷預(yù)測(cè)方案。

3）確定規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的規(guī)劃年限、目標(biāo)及其原則。

4）首先規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的高中壓變電站，包括變電站的選址定容，供電半徑的確定，變電站接線模式的確定等。

5）然后基于輻射狀運(yùn)行的原則對(duì)區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃，包括各電壓等級(jí)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的確定，線路半徑的選擇，饋線的布置等。

（6）最后對(duì)區(qū)域內(nèi)開展無功電源規(guī)劃、配電自動(dòng)化規(guī)劃以及電力通信規(guī)劃等等。

從上面的內(nèi)容可以看出，配電網(wǎng)規(guī)劃是個(gè)非常重要且復(fù)雜的工作，具有動(dòng)態(tài)、非線性及不確定性的特點(diǎn)。動(dòng)態(tài)性表現(xiàn)為它是分階段建設(shè)的，而每個(gè)階段情況又是不同的；非線性表現(xiàn)為網(wǎng)架規(guī)劃模型及變電站選址定容模型是非線性的，往往需要采用智能算法求解；不確定性表現(xiàn)為整個(gè)規(guī)劃過程中負(fù)荷是不斷變化的這造成了負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性，另外配電網(wǎng)中發(fā)展迅速的DG也呈現(xiàn)一定的隨機(jī)性。

配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性影響顯著，是配電網(wǎng)規(guī)劃中非常重要的一部分。網(wǎng)架規(guī)劃是在各電壓等級(jí)的變電站選址定容完成之后，選擇合適的路徑利用合適的輸電線將變電站聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)造一個(gè)輻射狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的過程。其本質(zhì)是通過搭建一個(gè)配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型，目標(biāo)函數(shù)可以為一次投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用最小，或者加入其它一些目標(biāo)如可靠性，在潮流、電壓波動(dòng)、線路容量等約束條件下，選取合適的算法求解，最后輸出一個(gè)最優(yōu)的規(guī)劃方案。

在配電網(wǎng)規(guī)劃過程中，也需在某些節(jié)點(diǎn)上增設(shè)聯(lián)絡(luò)線。聯(lián)絡(luò)線的作用是在配電網(wǎng)發(fā)生某些故障時(shí)，首先通過遠(yuǎn)程操作調(diào)整聯(lián)絡(luò)開關(guān)以隔離故障，等故障隔離后再恢復(fù)原來的運(yùn)行方式。配電網(wǎng)網(wǎng)架的聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃也是配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的重要內(nèi)容之一，同時(shí)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展需要配電自動(dòng)化提供支撐，而聯(lián)絡(luò)開關(guān)及聯(lián)絡(luò)線是配電自動(dòng)化必不可少的一部分，聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃方案的優(yōu)劣直接影響不同運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性。因此，基于主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)架規(guī)劃研究有必要進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線的規(guī)劃。

2 配電網(wǎng)網(wǎng)架綜合規(guī)劃模型

近幾年配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展非常迅速，特別是DG接入使得配電網(wǎng)變?yōu)橛性淳W(wǎng)絡(luò)后，涌現(xiàn)出了不少不確定規(guī)劃內(nèi)容。分析發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)架規(guī)劃模型可以分為以下幾種：?jiǎn)沃笜?biāo)模型與多指標(biāo)模型；單階段靜態(tài)規(guī)劃模型與多階段動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型；確定性網(wǎng)架規(guī)劃模型與不確定性網(wǎng)架規(guī)劃模型，現(xiàn)概括如下：

在配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的的文獻(xiàn)中，為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全可靠及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，目標(biāo)函數(shù)主要分為兩大類，一類是以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，一類是以可靠性為目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)一般包含了網(wǎng)架的一次投資、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，若考慮了DG接入則需要增加DG的運(yùn)維費(fèi)用以及DG的政府補(bǔ)貼等。可靠性目標(biāo)反映的是則網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠性，即配電網(wǎng)抵御外界破壞的能力。早期的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型中一般從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)建立模型，這一種稱為單一指標(biāo)規(guī)劃模型。如文獻(xiàn)[2]以網(wǎng)絡(luò)年費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo)建立配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，年費(fèi)用包括了新建線路的投資和運(yùn)維費(fèi)用，而已有線路僅計(jì)及運(yùn)維費(fèi)用，同時(shí)還將線路的電量年損耗加入函數(shù)中。

從規(guī)劃的時(shí)間跨度來看，可以將配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型劃分為單一階段的靜態(tài)和多階段的動(dòng)態(tài)兩種模型。文獻(xiàn)[3]將0-1混合整數(shù)規(guī)劃加入配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃中，同時(shí)將投資總成本分段線性化處理，但嚴(yán)格意義上還不算多階段規(guī)劃模型。另外一種屬于多階段的動(dòng)態(tài)兩種模型，文獻(xiàn)[4]也也屬于動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型范疇，動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)階段的網(wǎng)架個(gè)數(shù)，分階段求解，最后綜合各場(chǎng)景總費(fèi)用最小。可以看出，多階段動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型更加符合生產(chǎn)實(shí)際，同時(shí)不可避免的增加了模型的求解難度。

從是否考慮不確定性因素的的角度可分為確定性規(guī)劃模型與不確定性規(guī)劃模型。確定性規(guī)劃模型考慮的都是確定性因素，而電網(wǎng)是一個(gè)典型的大型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，諸如負(fù)荷是實(shí)時(shí)變動(dòng)的，發(fā)電廠也存在調(diào)節(jié)時(shí)差導(dǎo)致出力存在不確定性，分布式電源與氣候變化相關(guān)聯(lián)存在隨機(jī)性。確定性規(guī)劃考慮到建模與求解難度將不確定性因素轉(zhuǎn)化為確定性，這樣得到的規(guī)劃方案雖然也能夠滿足工程需要但并不是最優(yōu)解。不確定性規(guī)劃模型很好的處理了負(fù)荷、發(fā)電機(jī)出力以及運(yùn)行方式改變帶來的不確定性。

3 結(jié)論

綜上所述，配電網(wǎng)網(wǎng)架綜合規(guī)劃是一項(xiàng)非常復(fù)雜但又十分重要的工作，它直接影響著電網(wǎng)的各項(xiàng)關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)如網(wǎng)損率、供電可靠率及電壓合格率等。本文詳細(xì)的概括了配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的各類模型，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適的模型求解，進(jìn)而獲得最優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)果。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]