基于可開放容量的配電網負荷接入決策與網絡優化

肖媛 廖雪松 嚴小玉

（國家電網江西贛州供電公司 江西省贛州市 341000）

隨著經濟快速發展，城市用地緊張導致新建變電站、饋線通道用地規劃困難，因此科學接入負荷，挖掘現有線路的供電潛力成為當務之急[1]。在實際中用戶申報容量的接入需要參考電網營銷部門公布的饋線可開放容量，因此開展基于可開放容量的配電網負荷接入研究。

實際中可開放容量處于利用經驗公式進行計算的階段[2]，關于配電網可開放容量的研究中，文獻[3]基于最大供電能力的計算結果，通過改變開關狀態進行負荷調整，循環計算直至所有饋線分配到的負荷容量都能滿足當前的負荷分布；文獻[4]從數據挖掘的角度入手預測負荷的同時系數和需要系數，結合用戶的報裝容量提出饋線可裝容量的計算公式；文獻[5]在已有負荷不削減的前提下，考慮配電網的網絡重構，求解配電網實用剩余供電能力模型。這些研究大都基于N-1 安全準則，各有側重的提出了配電網可開放容量的計算方法，然而缺少進一步的實際運用研究。因此，本文研究基于可開放容量的配電網負載接入決策與網絡優化。首先基于N-1 安全準則建立配電網可開放容量計算模型；其次結合配電網整體可開放容量和單條饋線可開放容量提出負載接入決策流程；然后分析配電網建設改造常用方法及適用的情況；最后通過算例設置不同的負載接入需求場景，驗證該方法的可行性和有效性。

1 可開放容量計算模型

將傳統配電網最大供電能力直接減去總負荷所得到的可用供電能力[6]并不能直接指導負荷接入，因為實際負荷的分布情況往往難以滿足最大供電能力所要求的理想負荷分布。因此考慮實際負荷的分布特性及發生N-1 故障時饋線負荷的分段轉供特性，以配電網的整體可開放容量最大為目標，建立可開放容量計算模型如下：

約束條件：

式中：DAC為配電網可開放容量； 為饋線i 第j 個分段上的最大負載能力；為饋線i 第j 個分段上的實際負荷；Fm為饋線m 的最大負載能力；b 為饋線m 的分段數；Pi為主變i 的最大負載能力；表示饋線m 隸屬與主變i；RFm為饋線m 的容量；RPi為主變i 的容量。

在實際運行中往往更關心某條饋線的可開放容量，只需要對上述模型的目標函數作如下修改即可：

增加約束條件：

式中：FAC為饋線可開發容量；Fm0為饋線m 的實際負荷。

需要說明的是，配電網可開放容量受負荷分布的影響，當某饋線的可開放容量優先取得最大值時配電網的可開放容量不一定能取得最大。

2 負荷接入決策流程與網絡優化

2.1 負荷接入決策流程與網絡優化

圖1：負荷接入決策流程

圖2：算例結構圖

表1：負荷數據及場景一、二計算結果

基于可開放容量的研究，以新負荷接入后對配電網整體可開放容量的影響最小為目標，設計負荷接入的決策流程如圖1 所示。

具體步驟如下：

（1）輸入配電網數據、待接入負荷L 以及根據負荷所在區域確定的備選接入饋線。計算DAC，同時得到對應的各備選饋線所分配到的可開放容量Fm；

（2）比較L 與DAC的大小。若L>DAC，說明在當前配電網的網架結構、設備容量和負荷水平的基礎上無法消納該負荷，需采取優化措施；否則轉步驟（3）；

（3）比較L 與各備選饋線分配到的可開放容量Fm的大小。若則說明存在饋線可以消納該負荷并且加入該負荷后不會使DAC變小，則滿足的饋線均可作為推薦饋線輸出，結束流程；否則轉步驟（4）；

（4）計算各備選饋線的FAC，比較L 與各FAC的大小。若不存在 ，則說明由于當前已接入配電網的負荷分布的影響導致了當前配電網無合適的可以容納該負荷，需采取優化措施；否則裝步驟（5）；

（5）重新計算L 接入各滿足上述要求的饋線后的DAC，新增負荷后DAC將減少，取減少量最小的負荷作為推薦饋線輸出，結束流程。

通過以上的決策流程，可以在新接入負荷盡量不影響配電網整體可開放容量的基礎上滿足新增負荷的需求，若當前饋線的可開放容量無法滿足要求，則需要通過合理的措施進行可開放容量的優化提升。

2.2 網絡優化

常見的配電網建設改造措施按照代價從低到高實可歸納為3 大類[7]。

負荷再分配措施包括：調整開關狀態、調整開關位置、負荷切改。該類措施沒有改變網架結構，只是改變了負荷在饋線和主變間的分配，通過優化負荷分配提高N-1 安全性，提高配電網的可開放容量，適合作為步驟（4）的優化措施。

饋線優化措施包括：更換導線、新建聯絡、新建饋線。該類措施從饋線層面入手，通過擴容、擴建或新增聯絡優化網架結構，適合作為步驟（2）、（4）的優化措施。

變電站優化措施包括：新增主變、更換主變、新建變電站。該類措施代價最大，當現有變電站的供電能力被充分挖掘后考慮才最為經濟，適用于步驟（2）的優化措施。

3 算例分析

算例圖如圖2 所示，主變S1-S4 的容量為16MVA，S5、S6 的容量為10MVA；變電站SP1、SP2 下的饋線容量為6.91MVA，SP3下的饋線容量為5.83MVA。功率因數取0.9。峰值負荷數據參考文獻[8]，如表1 所示。為充分探索負荷接入的各種情況，設置了三種場景。

場景一：有0.8MVA 的負荷需要接入。如表1 所示，根據DAC計算結果及對應可饋線分配到的可放容量Fm，F2、F5 均可滿足要求，并且將該負荷接入后不會影響其他饋線的可開放容量。同時可以發現F6 的可開放容量為0，這是因為F6 同時作為F2 和F5 的負荷轉供饋線，如果其可開放容量增大，F2、F5 的可開放容量將同時減小，則DAC達不到在當前負荷水平下的最大值。

場景二：假設負荷需求增大，有1.4MVA 的負荷需要接入。根據場景一的計算結果，不存在饋線滿足要求。因此計算各饋線的FAC，發現F3、F4 滿足要求。因為F3、F4 結構對稱，情況類似，可取其中一種分析。如將該負荷接入F3，重新計算DAC和各饋線Fm如表1 所示，可以發現除F3、F4 的可開放容量降低外，其余饋線的可開放容量均不變，DAC下降為2.524MVA，減少量剛好是新增負荷1.4MVA，可見將負荷接入F3 并不會影響到其他饋線的負荷轉帶。

場景三：當規劃時間更長，負荷需求更大時，如當前的網架無法滿足需求，則需要采取優化措施。因為該網絡的主變出線數均較少，主變容量沒有得到充分利用，因為首先考慮新建饋線。如圖2所示，分別在主變S3 和S5 新建互相聯絡的饋線F9、F8，其容量分別為6.91MVA、5.83MVA。經過計算DAC為9.75MVA，有了顯著提升，F8、F9 均有較大可開放容量分別為3.71MVA、2.12MVA。

4 結論

本文基于配電網可開放容量計算模型，設計了配電網負荷接入的決策流程并提出相應的優化措施。研究表明，基于可開放容量的配電網負荷接入能夠在不削減現有負荷以及最大程度消納新增負荷的前提下，使新負荷接入后配電網可開放容量盡可能大，并在必要時候采取網絡優化措施，充分挖掘配電網的供電潛力。