對(duì)智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化的分析

常 新

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展以及廣大用電客戶的需求量不斷增加，不論在工業(yè)生產(chǎn)中還是居民的日常生活中，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性都有了更高的要求。而配電網(wǎng)作為輸電用電的一個(gè)部分，對(duì)智能電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化對(duì)于提高電力系統(tǒng)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益都具有重大作用。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，我國對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行信息的測(cè)量還是相對(duì)較少，且提供的信息質(zhì)量也很差，基于智能化的調(diào)度并不高，僅僅依靠配電工作人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行智能電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度工作，其實(shí)并沒有充分利用智能配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，反而降低了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，基于智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化一直以來是電力行業(yè)進(jìn)行不斷前進(jìn)探索的方向。

1 智能配電網(wǎng)的技術(shù)性分析

1.1 智能配電網(wǎng)概念

智能配電網(wǎng)采用自動(dòng)化為技術(shù)基礎(chǔ)，融合先進(jìn)的控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)，利用配電設(shè)備、各種類型的智能開關(guān)設(shè)備等，在各種可視化軟件、電網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)以及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，對(duì)各種分布式能源以及可再生發(fā)電單元接入電網(wǎng)運(yùn)行，鼓勵(lì)不同的發(fā)電用戶加入電網(wǎng)的互動(dòng)過程來實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的監(jiān)控、保護(hù)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化等功能，最終保證配電網(wǎng)能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的電力以及其他電力附加服務(wù)。

智能配電網(wǎng)包括主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)、配電終端以及通信終端等各部分構(gòu)成。通過運(yùn)用自動(dòng)化配網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化管理、電力定制技術(shù)等，對(duì)配電網(wǎng)的各個(gè)模塊、環(huán)節(jié)以及設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化輸電管理，同時(shí)利用地理信息系統(tǒng)來完成日常電力供應(yīng)中對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行優(yōu)化以及在配網(wǎng)發(fā)生故障情況下對(duì)故障進(jìn)行快速定位、修復(fù)，并對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移的功能，從而有效保證電能運(yùn)輸與施工的可靠性，為電力企業(yè)提供一個(gè)安全可靠的運(yùn)行平臺(tái)，有效提高配網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)、用戶與電力設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖1 智能配電網(wǎng)的架構(gòu)

1.2 配電網(wǎng)狀態(tài)分析情況

配電網(wǎng)的運(yùn)行指的是所有構(gòu)成配電網(wǎng)的環(huán)節(jié)都在執(zhí)行其各自的功能，并且各個(gè)設(shè)備之間相互協(xié)調(diào)配合共同完全配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的不同可以將其分為正常運(yùn)行狀態(tài)、故障運(yùn)行狀態(tài)以及故障檢修狀態(tài)。因此，配電網(wǎng)的運(yùn)行包括了所有配電網(wǎng)的不同運(yùn)行狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化和改變。在智能配電網(wǎng)的運(yùn)行中，各種運(yùn)行狀態(tài)都是通過采用不同的控制手段來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的。智能配電網(wǎng)的規(guī)劃主要集中于對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行的電網(wǎng)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分析。而配電網(wǎng)在調(diào)度運(yùn)行方式下更注重的是對(duì)于配電網(wǎng)在線運(yùn)行的分析，對(duì)智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化也就介于對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃以及調(diào)度運(yùn)行之間，它要求能夠在較短的時(shí)間給出電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化建議，并提供給調(diào)度員進(jìn)行參考來完成后續(xù)操作，但是，對(duì)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化需要對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)架進(jìn)行充分的分析研究；針對(duì)智能電網(wǎng)中各電力設(shè)備與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化。

2 配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化方法

2.1 配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化

對(duì)于電力系統(tǒng)的任意配電網(wǎng)，從理論的方面進(jìn)行分析，都可以找到一個(gè)最優(yōu)秀的運(yùn)行方式，在這種最優(yōu)運(yùn)秀的運(yùn)行下，技術(shù)人員對(duì)智能配電網(wǎng)各個(gè)負(fù)荷位置的電壓情況、耗損程度以及負(fù)荷之間的平衡狀態(tài)顯然要優(yōu)先于其他最優(yōu)運(yùn)行方案。因此，科學(xué)證明，對(duì)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化以及對(duì)配電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化和配電網(wǎng)供電三個(gè)進(jìn)行科學(xué)組合，對(duì)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行適度分析，去實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化，完全可以提高配電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的體現(xiàn)

上述分析可以看出，智能配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)包括正常狀態(tài)、故障狀態(tài)以及檢修狀態(tài)三種，因此，對(duì)智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化就是對(duì)智能配電網(wǎng)的正常狀態(tài)、檢修狀態(tài)以及故障狀態(tài)三種狀態(tài)下運(yùn)行方式的優(yōu)化。在智能配電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)下，可以通過改變分布于配電網(wǎng)的分段開關(guān)以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合狀態(tài)與分狀態(tài)來對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，從而對(duì)配電網(wǎng)中的功率流進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化。在智能配電網(wǎng)的檢修狀態(tài)下，對(duì)智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化主要是對(duì)非檢修區(qū)、故障區(qū)供電的快速供電恢復(fù)來確保配電網(wǎng)供電的安全穩(wěn)定性。

智能配電網(wǎng)在不同運(yùn)行方式下的不同區(qū)別，可通過構(gòu)建配電網(wǎng)運(yùn)行方式的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立來實(shí)現(xiàn)。配電網(wǎng)在不同的運(yùn)行狀態(tài)下所進(jìn)行的運(yùn)行優(yōu)化側(cè)重點(diǎn)各部相同，采用層次分析法對(duì)配電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)下的權(quán)重屬性進(jìn)行取值，體現(xiàn)出不同配電網(wǎng)影響指標(biāo)對(duì)電網(wǎng)影響權(quán)重，達(dá)到對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化的目的。

對(duì)于智能配電網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響權(quán)重，可通過對(duì)配電網(wǎng)三種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并由專家根據(jù)實(shí)際情況給出對(duì)應(yīng)的固定值。在對(duì)智能配電網(wǎng)的三種方式進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算過程中，根據(jù)配電網(wǎng)不同運(yùn)行狀態(tài)的屬性權(quán)重進(jìn)行重組，表現(xiàn)出不同運(yùn)行狀態(tài)下的優(yōu)化。

由此表可以看出，A 為配電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)，B 為技術(shù)性指標(biāo)，C 為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。由此我們對(duì)上表進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，在智能配電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，更注重于對(duì)技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行考慮，但依然對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)具有全面的把握；在配電網(wǎng)的檢修運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化更注重于對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備與技術(shù)類指標(biāo)的考慮，對(duì)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的評(píng)價(jià)就相對(duì)要少；而在智能配電網(wǎng)的故障運(yùn)行狀態(tài)下，通常不對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行考慮，重點(diǎn)對(duì)于布置于配電網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)與設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行考慮，特別是對(duì)于配電網(wǎng)中線路轉(zhuǎn)供能力指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)考慮。

例如，對(duì)上表2-1 中的技術(shù)性的指標(biāo)進(jìn)行縱向分析可以看出，在配電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)于技術(shù)性指標(biāo)的考慮都很均衡的；在故障狀態(tài)下，主要對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的轉(zhuǎn)移進(jìn)行考慮，以確保配電網(wǎng)供電范圍內(nèi)能夠正常供電。而檢修狀態(tài)下的考慮因素介于故障與正常條件之間。

3 基于遺傳算法對(duì)智能配電網(wǎng)優(yōu)化

遺傳算法是基于生物遺傳、進(jìn)化理論提出的一種隨機(jī)統(tǒng)計(jì)理論，在遺傳算法的求解過程當(dāng)中，對(duì)選定的初始變量群開始進(jìn)行計(jì)算，并通過逐次遞進(jìn)的運(yùn)算模式來尋找到最優(yōu)解，直至尋找得出可信的結(jié)果為止。

基于智能配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方式的遺傳算法中，選用智能配電網(wǎng)的綜合評(píng)分作為算法的目標(biāo)函數(shù)，記為 。并且針對(duì)每一個(gè)選定的運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行個(gè)體計(jì)算，求得每一個(gè)運(yùn)行指標(biāo)所代表的不同的智能配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行方式。在智能配電網(wǎng)的層次分析法中，指標(biāo) 線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力為選定的最大最優(yōu)行指標(biāo)，而其余指標(biāo)均作為層次分析法中的最小最優(yōu)指標(biāo)， B1 線路之間負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力為最大最優(yōu)型指標(biāo)，其余6 個(gè)指標(biāo)均為最小最優(yōu)型指標(biāo)，若將指標(biāo)B1 進(jìn)行倒數(shù)處理，可轉(zhuǎn)化為最小最優(yōu)指標(biāo)，因此，對(duì)于智能配電網(wǎng)的綜合評(píng)分函數(shù) 其實(shí)質(zhì)上時(shí)一個(gè)最小最優(yōu)函數(shù)，且獲得的結(jié)果分布在（0-1）區(qū)間。而每一個(gè)指標(biāo)之間的適應(yīng)函數(shù) ，指標(biāo)的適應(yīng)度越高，其對(duì)智能配電網(wǎng)的綜合評(píng)分函數(shù)也就越小，表征配電網(wǎng)的運(yùn)行越優(yōu)異。

在智能配電網(wǎng)的遺傳算法過程中，通常對(duì)獲得的結(jié)果采用精英策略來進(jìn)行結(jié)果篩選。在實(shí)際計(jì)算過程中，經(jīng)常采取適應(yīng)度函數(shù)大于選定的某一個(gè)特征值來進(jìn)行最優(yōu)解的搜索工作，規(guī)定在一定的遺傳算法內(nèi)，當(dāng)適應(yīng)函數(shù)的值達(dá)到選定的特征值之后，就將該結(jié)果的最初指標(biāo)作為評(píng)分函數(shù)的一個(gè)最優(yōu)解。若是在規(guī)定的遺傳代數(shù)計(jì)算中并沒有尋找到最優(yōu)解，則選用遺傳代數(shù)計(jì)算中最后一代的最優(yōu)個(gè)體作為算法的最優(yōu)解。采用精英保留策略算法，能夠高效的獲得層次分析法中智能配電網(wǎng)的最優(yōu)解。

圖2 基于遺傳算法的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化

對(duì)于整個(gè)智能配電網(wǎng)來講，其在一定電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)價(jià)下，各個(gè)線路之間以及線路設(shè)備之間的排列方式和運(yùn)行狀態(tài)都各部相同，因此，針對(duì)每一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，采用基于層次分析法的智能配電網(wǎng)遺傳算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)綜合指標(biāo)的優(yōu)化，并對(duì)獲得指標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)改善，這樣為操作人員提供了科學(xué)的操作意見。

4 配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化調(diào)度的意義

對(duì)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化可以提高配電網(wǎng)的電力運(yùn)行能力、改善電力供應(yīng)的可靠性與安全性，保證供電質(zhì)量，有效的提高了電力行業(yè)的運(yùn)行效率，節(jié)約了能源資源，降低了我國對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施資金的投入建設(shè)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)“低投入，高回報(bào)”的目標(biāo)。使智能配電網(wǎng)進(jìn)入一個(gè)良性發(fā)展格局,為電力企業(yè)對(duì)未來能源資源的戰(zhàn)略發(fā)展具有非常重要的意義,也為整個(gè)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化進(jìn)程與實(shí)施提供了一個(gè)技術(shù)基礎(chǔ),充分體現(xiàn)出配電網(wǎng)自動(dòng)化水平。

5 結(jié)語

智能配電網(wǎng)將傳統(tǒng)配電網(wǎng)基于人工管理的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)化為智能化自動(dòng)控制模式的方向發(fā)展，為電力行業(yè)創(chuàng)造了顯著的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。而基于層次分析法對(duì)智能配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)提下的分析研究，通過對(duì)智能配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)等各個(gè)角度分析，為智能配電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化提供了一個(gè)可靠的技術(shù)條件，確保了智能電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

表1 屬性權(quán)重的判斷矩陣

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