區域配電網重構模型及其應用

鄭廷全

摘 要：我國經濟的快速發展，使得配電網的結構變得復雜，加之用戶對電量的需求也隨著不斷加大，對供電的可靠性和電能質量的要求越來越高，這促進了配電網朝著配電自動化和配電最優的方向轉變，在考慮到可靠性和經濟性兩個因素的基礎上，網絡重構有效地實現了配電網安全可靠經濟有效的運行。文章首先介紹了網絡重構以及其作用，然后闡述了配電系統重構的指標和模型，最后介紹了常用的網絡重構方法。

關鍵詞：網絡重構；重構模型；配電系統

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0034-02

我國經濟的飛速發展，一方面加大了用戶對電力資源的需求，同時用戶對電力系統可靠安全的運行和電能質量的要求越來越高；另一方面也使配電系統的拓撲結構變得越來越復雜。電力部門希望在不改變原有配電網基礎設施的情況下實現配電網安全可靠經濟有效的運行，對配電網進行網絡重構滿足用戶要求的有效手段。

1 配電系統的網絡重構

對配電網進行網絡重構，是在原有配電網基礎設施基本不變的情況下，使配電網最優的運行。為了保證電網可靠高效的為用戶供電，對配電網進行網絡重構是電力部門常用的方法。對配電系統進行網絡重構一般分為兩種情況，第一在在配電網發生故障的情況下，配電網中離故障區域的斷路器快速動作切斷對故障區域的供電，這種情況下可能會造成斷路器下層部分非故障區域斷電，在此情況下利用隔離開關，分段開關，聯絡開關等對配電系統進行網絡重構，調整網絡結構，對非故障區域恢復供電，有效地提高了非故障區域供電的可靠性；第二在配電網正常供電的情況下，利用配電網中的開關設備對配電網的拓撲結構進行調整，有效地分配配電網中的負荷，降低電網運行的損耗，提高配電網的運行效率，保證配電網經濟有效地運行。除此之外，利用智能開關對配電網進行網絡重構可以實現配電網自動化，為智能電網的實現奠定了基礎[1-5]。

2 配電網重構的模型

上一部分已經介紹了配電網重構的兩種情況：配電網正常運行情況下和配電網發生故障情況下。在配電網正常運行的情況下一般是以配電網滿足基本的潮流計算為約束條件，然后以網絡損耗、電壓質量最高、負荷平均化等其中的一個或者多個為目標函數，以配電網中的各種開關的通斷情況為變量，通過調整開關這一變量來對網絡進行重構，對目標函數進行尋優，實現配電網運行的最優化。在配電網故障運行條件下與配電網正常運行情況下類似，以配電網滿足潮流計算為約束條件，目標函數在系統正常運行的基礎上加一個非故障區的可靠性指標這一目標函數，最后根據開關的調整對配電系統的運行狀態進行尋優[2-4]。

根據上述分析，配電網重構模型分為兩部分：目標函數的建立，目標函數的尋優方法。

2.1 評估指標

2.1.1 可靠性指標

文獻[2，3]介紹了兩個常見的配網重構后的可靠性評估指標：配電系統的平均停電頻率（SAIFI）的滿意度指標和配網中用戶平均停電缺供電量（AENS）的滿意度指標。

其中：FL—配電系統中有功網損滿意度指標；PL—配電網系統運行過程總產生的有功網損；PLmin—配電系統理想運行過程中的有功網損的最小值；PL0—配電系統在網絡重構之前的有功網損。

2.2 目標函數的建立

2.2.1 約束條件

重構后的配電網除滿足無“回路”和無“孤島”的網絡結構約束外，還必須滿足以下約束條件[6]。

條件一：等式約束。配電網進行重構后要能夠正常的運行，因此要滿足基本的潮流方程式。

其中：Pi代表了電源提供的有功功率，Ui代表節點電壓，Yij=Gij+jBij代表了節點i，j之間的導納，？夼ij代表節點i，j間電壓的相角差，j∈i代表標號為j的節點必須直接和節點i相連，并包括j=i的情況。

條件二：不等式約束。考慮到系統運行的安全性和電能質量，可調節變量本身也具有一定的容許調節范圍，為此在計算中要對控制變量以及通過潮流計算才能得到其他量的取值加以限制，這就是需要考慮的不等式約束。如：①有功電源處理上下限約束；②可調無功電源處理上下限約束；③節點電壓模值的上下限約束；④線路通過的最大有功潮流或無功比跟潮流約束；⑤輸電線路或變壓器等元件中通過的最大電流或視在功率約束；可以將上述的不等式約束條件統一表示為：h（u，x）<=0。

2.2.2 目標函數

上面介紹的評價指標要綜合起來考慮，保證配電網重構模型的全面性。得到配電網重構的評級模型，其表達如下式：

配電系統在滿足上述的的約束條件的情況下，對配電網重構模型進行尋優，得到網絡重構模型。

3 配電網重構的模型的尋優算法及其應用

3.1 配電網重構的模型的尋優算法

配電網重構是基于多約束條件下的多目標的非線性的尋優過程，因此在進行配電網重構尋優過程中會出現維數災難。針對多約束條件的多目標的優化問題，一些學者把配電網中多目標問題轉化為單目標函數進行處理，這樣不僅簡單直觀而且很大程度上簡化了運算。也可以直接對配電網重構模型進行處理。也有學者研究將采用不同的算法對配電網進行降維處理，早期學者們采用啟發式優化算法，最優流模式算法，支路交換算法，數學優化算法等對配網重構模型進行處理。現在隨著科技的進步，眾多學者致力于研究人工智能算法，其中人工智能算法包括：模擬退火算法，遺傳算法，專家系統法，人工神經網絡等。除了上述算法之外，還有許多尋優算法如：層次分析法，支持向量機法，蟻群算法，模糊數學算法等[7，8]。

3.2 配電網重構的模型的應用

對配電網繼續擰重構一般用于以下兩種情況：配電網發生故障的情況和配電網正常供電的情況。在配電網發生故障的情況下，斷路器動作切斷故障區，然后迅速對配電網進行網絡重構，快速恢復給故障區的供電。在配電網正常運行情況下，對配電網進行網絡重構，平衡復合分布，有效提高配電網運行的運行的效率。此外，對配電網進行網絡重構為配電網自動化提供了基礎的條件[9，10]。

4 結 語

本文總結了配電網絡重構的意義和作用，介紹了常見的配電網網絡重構的評估指標對配電網重構評估指標進行歸一化處理，變為相應的滿意度指標，更加直觀，詳細全面地介紹了配電網運行過程中滿足的等式約束條件和不等約束條件，在此基礎上綜合考慮了可靠性和經濟性兩方面建立網絡重構模型，盡量使配電網重構模型能夠更加滿足配電網的實際情況，最后介紹了常見的配電網重構模型的尋優算法及其應用，對尋優后的結構對配電網進行網絡重構，改善配電網中的負荷分布，優化配電網絡結構，實現配電網安全可靠經濟有效的運行。此外，隨著分布式電源越來越多的加入配電系統中，配電網的網絡重構在傳統網絡要考慮到分布式電源的影響。

參考文獻：

[1] 張雅.配電網絡重構方法的研究[D].鄭州：鄭州大學，2007.

[2] 衛健，呂林，魏震波，等.計及電網可靠性與經濟性的配電網重構模型及 其分步優化算法[J].華東電力，2013，（1）.

[3] 何禹清.配電網快速可靠性評估及重構方法研究[D].長沙：湖南大學，

2011.

[4] 馮樹海，管益斌.配電系統網絡重構方法研究[J].電力自動化設備，2002，

（5）.

[5] 賈彥兵.基于混合算法的配電網重構的研究與應用[D].吉林：東北電力 大學，2011.

[6] 潘浩年.網絡重構在配電網事故處理中的應用[D].上海：上海交通大

學，2013.

[7] 韓林林.智能配電網網絡重構方法的研究[D].鄭州：鄭州大學，2013.

[8] 董彬政.配電網重構及其實施策略研究[D].北京：華北電力大學，2013.