小水電接入后電網網架結構多目標規劃

楊中瑞主編

中國水利水電出版社出版

利用小型水電站進行發電、灌溉，為周邊地區的農業、工業生產提供能源是一種常見方式，但小型水電站的發電很容易受到環境、氣候的影響，導致發電效率與質量較低，因此很多地區將小水電接入電網，以此來保障小水電的供電安全與穩定。小水電接入電網后，電網系統電壓、電荷負載等都會受到一定的影響，因此對小水電接入后的電網運行進行研究，探討其網架結構的規劃方法具有重要意義。《小型水電站運行與維護》一書對小水電的運行進行詳細描述，可為研究電網網架的多目標規劃提供參考。

《小型水電站運行與維護》共十三章：第一章介紹水電站與水電站建筑物的運行；第二、三章以水輪機、水輪發電機為主題，對其運行與維護進行說明；第四章介紹調速器的運行與維護；第五章則對微機勵磁裝置的運行與維護進行闡述；第六、七章介紹自動化元件以及機組輔助設備的運行與維護；第八章介紹高低壓輸配電裝置的運行與維護；第九章為電力變壓器的運行與維護；第十至十一章分別介紹廠用電系統、直流系統的運行與維護；第十二章為水電站微機監控保護系統的運行與維護；第十三章對小型水電站的生產管理進行闡述。

電網規劃也稱為輸電系統規劃，是指根據電網負荷預測、電源規劃對其輸電線路的構建進行合理規劃，從而保證電網系統的輸電能力達到最大化，費用達到最小化。電網規劃本質上是一個組合優化問題，人們需要在多約束、非線性以及多目標的前提下做出科學合理的規劃，使其達到經濟最優與性能最優。一般電網規劃時需要考慮諸多因素，像投資費用、損耗費用以及電網負荷約束、安全檢驗等指標都會影響其規劃效果。而小水電接入后的電網網架結構規劃則更加復雜，一般小型水電站的單機容量在５０ ＭＷ 以下，其發電能力與季節密切相關，尤其在豐水期和枯水期，其電網負荷差異較大，接入電網后電網負荷會出現豐水期低谷負荷、枯水期高峰負荷的現象，導致電網部分線路的電壓過高，其無功功率難以實現平衡，從而導致小水電接入后的電網綜合效益較低。

在對小水電接入后的電網網架結構進行規劃時，技術人員可構建電網網架結構的多層次規劃模型。在構建模型時，為提高小水電接入后電網運行的安全性，應對電網潮流、支路負荷約束以及功率等進行計算，確定小水電接入后的機組極限值、極端電壓以及無功輸出極限值。技術人員還可利用多層次規劃模型與算法等對電網網架規劃模型進行設計，首先應確定目標函數，建立關于電網投資費用、損耗費用的公式，公式中的未知數即為所求目標———最小投資費用與損耗費用；然后可提出關于電網潮流、線路負荷以及架線回數的約束條件；最后利用蟻群算法、遺傳算法等對模型求解，得出電網的最小投資費用與損耗費用。另外，在制定小水電接入電網后的網架結構多層次模型時，還需對這一規劃方案進行安全測試，確定這一規劃方法的可靠性與經濟性。

根據電網網架結構的多層次規劃模型設計，相關部門可對小水電接入后的電網網架線路進行重新規劃，對現有線路的架設進行優化，以改善原有電網中因線路布置方式、長度、直徑等不合理而導致的電力供應質量較低的現象。電網網架架構的優化調整主要從三個方面著手：第一，控制好饋線數量。很多電網架構的線路規劃極其不合理，線路交叉、迂回供電情況常見，使得電網供電容易發生安全事故，因此根據多層次規劃模型進行電網網架優化時，需根據規劃模型選擇合適的地點，架構合適數量的饋線，保證小水電接入后電網的無功功率與線路負荷處于安全、穩定的狀態。第二，優化小水電接入區域的供電模式。為緩解小水電接入對整體電網造成的影響，有關部門可對小水電站的供電模式進行優化，通過增加饋線、增加發電機組以及改變極端電壓或增設無功補償設備等方式，增強小水電站的供電穩定性，從而保證電網供應分區平衡。第三，選擇合適的干線環網點。現今的配電網一般為環形配電網，能夠形成環形干線進行供電，從而保證即便某一支路發生問題也可從其他側干線獲取電源，因此小水電接入后，電網網架應重新設置合理的干線環網點，確保電網網架結構的安全性與穩定性。

可以說，利用多目標規劃方法優化后的電網網架結構具有更高的安全性、穩定性，小水電接入后，通過對電網饋線數量的優化、小水電站供電模式的優化等，使小水電對整體電網產生的消極影響被有效消除，新的電網網架結構的安全性、經濟性得到大幅度提升，為社會生產的穩定用電提供了可靠保障。