李俊江

（國(guó)網(wǎng)四川都江堰市供電有限責(zé)任公司 四川成都市都江堰 611830）

配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃及其方案綜合決策方法的研究

李俊江

（國(guó)網(wǎng)四川都江堰市供電有限責(zé)任公司 四川成都市都江堰 611830）

本文簡(jiǎn)要介紹了配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的研究現(xiàn)狀，從時(shí)間、物理結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性、可靠性四個(gè)角度分析配電網(wǎng)規(guī)劃模型，將規(guī)劃模型分為兩大類，在此基礎(chǔ)上分析配電網(wǎng)優(yōu)化方法，最后提出配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃研究的問(wèn)題，以供相關(guān)人員參考。

配電網(wǎng)；優(yōu)化規(guī)劃；規(guī)劃算法；分布式電源

引言

配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃是指在分析現(xiàn)有電網(wǎng)及預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷分布的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析并確定變電站位置和容量、接線模式、饋線、路徑及型號(hào)，制定一個(gè)優(yōu)化規(guī)劃方案，以此來(lái)提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率及可靠性，降低檢修及網(wǎng)損費(fèi)用，滿足未來(lái)用戶容量和電能質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)外在配電網(wǎng)規(guī)劃研究方面已取得了可觀的成績(jī)，本文對(duì)配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃展開(kāi)深入探討。

1 配電網(wǎng)規(guī)劃模型分類

1.1 從時(shí)間及物理結(jié)構(gòu)角度

從時(shí)間的角度出發(fā)，可以將配電網(wǎng)規(guī)劃分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型兩種；從物理結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，既可以將配電網(wǎng)看作一個(gè)整體，也可將其分為變電站和配電線路來(lái)進(jìn)行分別規(guī)劃。從時(shí)間及物理結(jié)構(gòu)角度，則可以將配電網(wǎng)規(guī)劃模型分為靜態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)、靜態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)四類。①靜態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)規(guī)劃模型。該規(guī)劃模型分為兩類：變電站子系統(tǒng)規(guī)劃與饋線子系統(tǒng)規(guī)劃，前者是在現(xiàn)有及預(yù)期未來(lái)變電站位置及供選容量確定的基礎(chǔ)上，通過(guò)最短路徑算法及運(yùn)輸模型來(lái)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)；后者則是在現(xiàn)有變電站位置及容量后，合理分布配電線路。②動(dòng)態(tài)負(fù)荷子系統(tǒng)規(guī)劃模型，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃來(lái)模擬負(fù)荷增長(zhǎng)，綜合配電變電站大小、位置、電壓、容量等因素來(lái)進(jìn)行規(guī)劃。③靜態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)規(guī)劃模型。該規(guī)劃模型將變電站和饋線結(jié)合起來(lái)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)配電線路及變電器最優(yōu)設(shè)計(jì)。④動(dòng)態(tài)負(fù)荷整體系統(tǒng)規(guī)劃模型。該規(guī)劃模型主要將能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)配電變電站的位置與容量、配電線路的路徑及導(dǎo)線截面等方面的因素，充分協(xié)調(diào)各時(shí)段方案，最終實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。

1.2 從經(jīng)濟(jì)性及可靠性角度

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性及可靠性的相關(guān)指標(biāo)，可以將配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃模型分為三類：經(jīng)濟(jì)性、可靠性及綜合性。經(jīng)濟(jì)性模型，即在配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃中只考慮經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)?？煽啃阅Ｐ?，即基于一定的經(jīng)濟(jì)水平，以提高可靠性為最終目標(biāo)。綜合性模型，則是綜合考慮可靠性成本及可靠性效益，在兩者平衡的情況下進(jìn)行配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃，切實(shí)提高規(guī)劃方案的綜合效益，降低配電網(wǎng)規(guī)劃成本。

1.3 從單目標(biāo)與多目標(biāo)角度

根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)，可以將配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃模型分為兩種：?jiǎn)文繕?biāo)模型及多目標(biāo)模型。配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)較多，例如投資費(fèi)用、年網(wǎng)損費(fèi)、載荷力、環(huán)保性等等，這些目標(biāo)的重要性不同、考量要求不同，因而容易引起沖突，多目標(biāo)規(guī)劃則能夠解決這一問(wèn)題。單目標(biāo)規(guī)劃分別從模型與算法上提出兩種求解辦法：根據(jù)不同層次先后對(duì)各目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化，這樣能夠有效減少計(jì)算量。目前多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題都有待后期解決。

1.4 從確定性角度

配電網(wǎng)規(guī)劃涉及的不確定性因素較多，例如未來(lái)負(fù)荷增長(zhǎng)率、配電網(wǎng)的擴(kuò)展費(fèi)等等，這些不確定性都直接影響到規(guī)劃方案的優(yōu)化效果。配電網(wǎng)規(guī)劃涉及的不確定性信息包括隨機(jī)信息、模糊信息、灰色信息及未確知信息，根據(jù)此類信息的處理方法，又可以將配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃模型分為確定性及不確定性兩類。

由于配電網(wǎng)規(guī)劃具有多目標(biāo)性、非線性、不確定性、動(dòng)態(tài)性、整數(shù)性等特征，因此配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃具有復(fù)雜性，規(guī)劃模型的種類也較多。規(guī)劃人員需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的規(guī)劃模型來(lái)進(jìn)行合理規(guī)劃。

2 配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方案分析

2.1 基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合成為配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展的主要趨勢(shì)。在配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃中應(yīng)用GIS的空間分析功能及網(wǎng)絡(luò)分析功能，能夠提高配電網(wǎng)規(guī)劃的準(zhǔn)確性及經(jīng)濟(jì)性，提高配電網(wǎng)規(guī)劃效率，使規(guī)劃方案更加標(biāo)準(zhǔn)化。配電網(wǎng)規(guī)模大、負(fù)荷點(diǎn)分散，在優(yōu)化規(guī)劃過(guò)程中涉及到許多復(fù)雜的地理信息，地理信息的處理極為復(fù)雜，如果處理不好，那么將直接影響到配電網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)化效果。目前，基于GIS的配電網(wǎng)規(guī)劃的研究還處于起步階段，還有待后期信息論、智能優(yōu)化領(lǐng)域的深入研究。

2.2 基于接線模式的配電網(wǎng)規(guī)劃

目前，配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃比較重視網(wǎng)架輻射性約束條件，即約束配電網(wǎng)的接線模式。配電網(wǎng)的接線模式比較多，主要包括：完全放射狀、樹枝狀、普通環(huán)式、手拉手環(huán)式、中介點(diǎn)放射狀、T接線、4×6接線、多網(wǎng)孔復(fù)雜網(wǎng)等等。配電網(wǎng)接線模式的選擇至關(guān)重要，涉及到電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性、電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)對(duì)電力企業(yè)及電力用戶造成直接影響。因此，在電力企業(yè)可以以地理信息系統(tǒng)為平臺(tái)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)輻射接線模式、多分段多聯(lián)絡(luò)接線模式、帶開(kāi)閉所接線模式的配電網(wǎng)架自動(dòng)布局，最終創(chuàng)造良好的效益。需要注意的是，配電網(wǎng)接線模式的選擇是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，選擇何種接線模式、接線模式如何變化等等，這些都需要在優(yōu)化過(guò)程中加以研究。

2.3 中壓配電網(wǎng)的電壓等級(jí)過(guò)渡

我國(guó)部分地區(qū)電力需求量較大、電力負(fù)荷增長(zhǎng)速度較快、電力用戶分布相對(duì)集中，這就導(dǎo)致該區(qū)域的負(fù)荷密度較高，原有的10kV配電電壓已無(wú)法滿足當(dāng)?shù)仉娏ω?fù)荷增長(zhǎng)的要求，甚至嚴(yán)重阻礙電網(wǎng)功率傳送到電壓層。除此之外，我國(guó)土地資源緊張與配變電設(shè)備急速增長(zhǎng)之間的矛盾也逐漸尖銳，這就給配電網(wǎng)建設(shè)工程增加了難度。與10kV電壓等級(jí)相比，20kV電壓等級(jí)在輸送容量、供電穩(wěn)定性、線損、站點(diǎn)數(shù)目、線路通道等方面都有著一定優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)部分地區(qū)都開(kāi)始建設(shè)20kV配電網(wǎng)，相信在不久的將來(lái)，20kV等級(jí)配電網(wǎng)將會(huì)在我國(guó)得到大規(guī)模推廣。需要注意的是，從10kV配電網(wǎng)升壓過(guò)渡到20kV配電網(wǎng)，將會(huì)消耗大量的時(shí)間、人力、物力及資金，這需要規(guī)劃人員結(jié)合區(qū)域用電實(shí)際情況，來(lái)對(duì)變電站、開(kāi)關(guān)站及相關(guān)線路的建設(shè)進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)劃，可以確信的是，20kV配電網(wǎng)建設(shè)，將會(huì)切實(shí)提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性及穩(wěn)定性，這也是配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的重點(diǎn)方向。

2.4 電力市場(chǎng)下的配電網(wǎng)規(guī)劃

隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展與成熟，電力市場(chǎng)及配電領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法將發(fā)生了改變，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①規(guī)劃模型發(fā)生改變?！靶枨髠?cè)管理”相關(guān)理論的興起，給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)了理論指導(dǎo)，尤其是可靠性成本概念的應(yīng)用，為配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃提供了指導(dǎo)思路。②提高電力市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。隨著電力市場(chǎng)的發(fā)展，電價(jià)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，電價(jià)變動(dòng)具有階段性、時(shí)期性，再加上電力用戶需求的不同，電價(jià)變動(dòng)也更為頻繁，負(fù)荷水平也會(huì)隨之波動(dòng)。這就對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性提出了較高要求，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員要能夠在規(guī)劃過(guò)程中利用現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)改進(jìn)預(yù)測(cè)模型，完善統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系。③規(guī)劃人員在規(guī)劃配電網(wǎng)的過(guò)程中，需要考慮未來(lái)各種不確定性因素。配電網(wǎng)規(guī)劃涉及的不確定影響因素較多，例如負(fù)荷變化的不確定性、工程造價(jià)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)的不確定性、政策的不確定性等等，規(guī)劃人員在規(guī)劃配電網(wǎng)時(shí)，要綜合考慮這些因素。

2.5 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃

分布式電源（簡(jiǎn)稱DG）通常與配電系統(tǒng)直接連接，如果在配電系統(tǒng)中大規(guī)模使用，那么將會(huì)直接對(duì)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)、配電網(wǎng)運(yùn)行安全造成一定影響。規(guī)劃人員在優(yōu)化包含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中，也遇到一些問(wèn)題：①DG布置的位置及使用規(guī)模都會(huì)直接影響到配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓、短路電流及電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，這就要求規(guī)劃人員來(lái)合理設(shè)計(jì)DG的位置及規(guī)模，以提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。②如果DG被大規(guī)模應(yīng)用，那么將會(huì)給規(guī)劃人員預(yù)測(cè)負(fù)荷的增長(zhǎng)工作增加難度，最終影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的負(fù)荷增長(zhǎng)模式及配電網(wǎng)的未來(lái)規(guī)劃。這就要求規(guī)劃人員深入研究傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)增容方法的配合問(wèn)題，掌握DG與配電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)模式之間的關(guān)系，總結(jié)規(guī)律并應(yīng)用到配電網(wǎng)規(guī)劃中來(lái)。③部分DG的輸出情況與氣候條件密切相關(guān)且具有較強(qiáng)的易變性。規(guī)劃人員要能夠總結(jié)出此類DG與氣候變化之間的關(guān)系，做好統(tǒng)計(jì)分析工作，有必要研究這類分布式能源隨氣象條件變化的規(guī)律和統(tǒng)計(jì)特性，最后通過(guò)模型分析來(lái)優(yōu)化配電網(wǎng)規(guī)劃。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)目前對(duì)配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的相關(guān)研究較多，各種優(yōu)化方法也層出不窮，這些都為配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃工作提供了寶貴的理論支撐。但是，配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃具有一定的復(fù)雜性，再加上新情況、新技術(shù)的出現(xiàn)，優(yōu)化方法還需要不斷改進(jìn)，這些都直接影響到配電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)化效果。規(guī)劃人員要能夠結(jié)合實(shí)際情況，深入研究配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃相關(guān)模型、方法及尋優(yōu)策略，最終切實(shí)提高配電網(wǎng)規(guī)劃效果。

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TM715

A

1004-7344（2016）25-0054-02

2016-8-22

李俊江（1963-），男，漢族，本科，主要從事電力調(diào)度、調(diào)度運(yùn)行技術(shù)管理工作。