國網(wǎng)青海省電力公司海東供電公司 步科偉

基于分層分區(qū)的配電網(wǎng)差異化節(jié)能規(guī)劃方法研究

國網(wǎng)青海省電力公司海東供電公司 步科偉

在對配電網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能規(guī)劃的編制過程中，必須充分考慮電網(wǎng)的系統(tǒng)性差異，這就需要采取分層分區(qū)的差異化節(jié)能規(guī)劃方案，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的節(jié)能規(guī)劃。文中主要通過對差異化節(jié)能的規(guī)劃模型構(gòu)建，對模型進(jìn)行了計(jì)算和分析，并結(jié)合實(shí)例對規(guī)劃方法加以研究，以此實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)差異節(jié)能規(guī)劃方法的優(yōu)化。

分層分區(qū)；配電網(wǎng)；差異化節(jié)能；規(guī)劃方法

前言

配電網(wǎng)點(diǎn)面涉獵范圍廣泛，具備較大的節(jié)能潛力，這對配電網(wǎng)實(shí)施節(jié)能規(guī)劃有著重大意義。從國內(nèi)外當(dāng)前對配電網(wǎng)節(jié)能規(guī)劃的研究現(xiàn)狀出發(fā)，在對單挑線路進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化時(shí)，通常采用差異化比較的方法，即通過不同的節(jié)能手段加以協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能規(guī)劃；在對區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化時(shí)，通常采取分層分區(qū)的方法，實(shí)現(xiàn)對線路資源的規(guī)劃配置。本文將在已有的研究成果上，對分層分區(qū)的節(jié)能規(guī)劃模型建立方法進(jìn)行改進(jìn)。

1 構(gòu)建差異化節(jié)能的規(guī)劃模型

1.1 分層節(jié)能的規(guī)劃思路

考慮到基層配電網(wǎng)的節(jié)能規(guī)劃任務(wù)通常由上級電網(wǎng)企業(yè)下達(dá)，因此在進(jìn)行節(jié)能項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)與投資金額確定時(shí)需依照實(shí)地考察的情況對其加以匯總，并由上級電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行批復(fù)和制定。本文主要針對的是節(jié)能規(guī)劃方案在投資分配與效益分析方面的問題。

在進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)的改造中，首先，依照供電區(qū)域或變電站對配電網(wǎng)加以解列，分區(qū)形成各個(gè)子區(qū)配網(wǎng)，之后依據(jù)子區(qū)配電網(wǎng)的節(jié)能指標(biāo)，采取線損的預(yù)測方法，對其節(jié)能潛力進(jìn)行分析，然后對改造資金進(jìn)行初次分配(由階段A至階段B)，分區(qū)規(guī)劃如圖1所示；其次，對各個(gè)子區(qū)配網(wǎng)的投資成本及節(jié)能效益進(jìn)行目標(biāo)設(shè)立，對資金進(jìn)行二次分配(B至C階段)，即為上層規(guī)劃；最后，以配電網(wǎng)的線路運(yùn)行榆樹作為條件，采取前推回代的潮流計(jì)算方法，獲取各線路協(xié)同作業(yè)的最佳節(jié)能優(yōu)化方案(C至D)，即為下層規(guī)劃，以此確定節(jié)能方案及投資分配，配電網(wǎng)節(jié)能規(guī)劃的具體建模思路如圖1所示。

1.2 上層的規(guī)劃模型構(gòu)建

圖1 節(jié)能規(guī)劃的具體建模思路示意圖

配電網(wǎng)的節(jié)能投資需依照項(xiàng)目的類型進(jìn)行改造分類，其中，節(jié)能效益依據(jù)各線路來進(jìn)行分類，并根據(jù)此項(xiàng)原則進(jìn)行上層投資成本與節(jié)能效益的規(guī)劃模型構(gòu)建，具體模型如下：

其中，Pgi(t)表示單項(xiàng)節(jié)能改造i方案的改造成本，表示單項(xiàng)節(jié)能改造i方案的成本最大值，Qhi(t)表示線路j的降損值，Ci(Pgi(t))表示節(jié)能方案投資成本的函數(shù)Dj(Qhi(t))表示節(jié)能效益的函數(shù)。與此同時(shí)，(2)-(4)式依次表示單項(xiàng)改造方案的資金約束、總改造成本的約束以及總降損效果的約束。

1.3 下層的規(guī)劃模型構(gòu)建

(1)目標(biāo)函數(shù)。

下層規(guī)劃的模型構(gòu)建主要是在滿足電網(wǎng)運(yùn)行約束與降損約束的前提條件下，對電網(wǎng)具體線路的各項(xiàng)節(jié)能措施進(jìn)行費(fèi)用支出最小方案的選取，從而選出最佳方案。下層的規(guī)劃模型構(gòu)建如下：

其中，μ表示資金的回收系數(shù)；β表示貼現(xiàn)率(在此取8%)；n表示設(shè)備的使用壽命；f1表示具體線路在進(jìn)行改造時(shí)的節(jié)能總投入；f2表示總線路的網(wǎng)損費(fèi)用。且CL、CT、CMD、CM依次表示節(jié)能改造中的導(dǎo)線投資、配電投資、無功設(shè)備投資以及整條線路的全部運(yùn)維費(fèi)用；CrA、C5表示設(shè)備殘值與停電損失；△Pj表示支路的有功損耗；α表示電價(jià)；T表示線路帶電作業(yè)運(yùn)行的年均小時(shí)數(shù)。

(2)約束函數(shù)

①網(wǎng)絡(luò)潮流的約束，指的是配電線路各節(jié)點(diǎn)處的電壓和電流及有功(或無功)質(zhì)檢需滿足迭代方程對其的限制；②配變負(fù)載的約束，指的是配變負(fù)載率需處在合理區(qū)間的范圍內(nèi)；③無功設(shè)備的約束，指的是單項(xiàng)無功設(shè)備的容量需在允許區(qū)間中，且無功設(shè)備的應(yīng)用不能使節(jié)點(diǎn)處電壓出現(xiàn)越限情況，同時(shí)武功設(shè)備的采購及安裝費(fèi)用需同CMD保持一致；④線路電流的約束，指的是在線路改造后的最大電流需同導(dǎo)線的規(guī)格互相匹配。

2 模型計(jì)算

以上述總體規(guī)劃思路和分層分塊建模的情況，對節(jié)能規(guī)劃的模型進(jìn)行求解框架的勾勒，具體求解框架圖如圖2所示。

在圖2中顯示了本文所提出的規(guī)劃模型求解程序，主要分為三部分進(jìn)行。其中，第一部分是對改造樣本進(jìn)行投資分配的初次優(yōu)化，增強(qiáng)了規(guī)劃工作的目標(biāo)性；第二部分中的下層規(guī)劃則需與上層規(guī)劃進(jìn)行嵌套，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)算，解析如下：首先，線損預(yù)計(jì)是子區(qū)配網(wǎng)列入節(jié)能改造過程中的判斷基礎(chǔ)?？紤]到電力系統(tǒng)具備的灰色特征，對各個(gè)子區(qū)的配網(wǎng)年均線損率及靜態(tài)的節(jié)能指標(biāo)進(jìn)行灰色預(yù)測法的矩陣構(gòu)筑預(yù)測，從而得出最新的線路線損預(yù)測；其次，在模型求解中的下層規(guī)劃需予以上層規(guī)劃的嵌套，以此實(shí)現(xiàn)方案的整體優(yōu)化。

圖2 模型求解框架

3 實(shí)例簡析

某供電企業(yè)在進(jìn)行區(qū)域配網(wǎng)的節(jié)能規(guī)劃方案決策時(shí)，將此配網(wǎng)區(qū)域依照變電所劃分成A1和A2兩個(gè)子區(qū)，經(jīng)上級批復(fù)得到的改造資金投入為1000萬元，預(yù)期降損目標(biāo)2%。

依據(jù)A1和A2兩子區(qū)的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合配電網(wǎng)的規(guī)模，采取灰色預(yù)測法對線路線損加以預(yù)測，從而得到改造資金的初次分配和單項(xiàng)節(jié)能項(xiàng)目的資金限制。

將子區(qū)配網(wǎng)的各條具體線路所采取的節(jié)能措施進(jìn)行差異化比較，并充分考慮在規(guī)劃期間內(nèi)的線路運(yùn)行狀況、負(fù)荷增長等因素，采取已構(gòu)建的下層規(guī)劃模型，運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲取該條線路節(jié)能改造的最優(yōu)方案。

與此同時(shí)，子區(qū)配網(wǎng)中的其他線路參照上述步驟，代入至模型中進(jìn)行計(jì)算，從而得出各自在節(jié)能層面的最佳協(xié)同改造方案。在這一過程中，必須嚴(yán)格遵循模型的求解框架，在采取下層模型對各條線路進(jìn)行優(yōu)化以后，還需將其代入至上層模型中，加以循環(huán)優(yōu)化。

經(jīng)上述操作得出經(jīng)模型構(gòu)建及計(jì)算所得出的最終節(jié)能規(guī)劃方案，在該方案中，資金的閑置率為5.2%，網(wǎng)損下降幅度是4.57%。由此發(fā)現(xiàn)，其網(wǎng)損的降幅高出預(yù)期指標(biāo)的2%，且資金閑置率較低，在確保降損的同時(shí)，也提升了方案的經(jīng)濟(jì)性。

4 總結(jié)

綜上所述，本文提出的節(jié)能規(guī)劃方法主要針對的是在投資成本與節(jié)能效益兩方面內(nèi)容的協(xié)調(diào)規(guī)劃，并根據(jù)局域網(wǎng)整體的降損目標(biāo)，分區(qū)分層的進(jìn)行配電網(wǎng)子區(qū)所包含線路的改造規(guī)劃方案確認(rèn)。第一，將局域網(wǎng)中復(fù)雜密布的配網(wǎng)劃分成各個(gè)子網(wǎng)區(qū)域，提高方案計(jì)算的目的性及準(zhǔn)確性；第二，對節(jié)能措施存在的差異化加以充分考量，并將節(jié)能模型分成上層模型和下層模型，同時(shí)根據(jù)各自的特點(diǎn)構(gòu)建滿足模型要素條件的目標(biāo)函數(shù)；第三，在進(jìn)行代入數(shù)值的具體求解過程中，需依照求解框架進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，上層模型與下層模型并非各自分離，在尋優(yōu)的過程中需要采取嵌套計(jì)算的方法，進(jìn)行相互之間的循環(huán)反饋，以此獲取局域網(wǎng)各個(gè)線路的整體協(xié)同改造最優(yōu)方案。經(jīng)過實(shí)例簡析，確定該節(jié)能規(guī)劃方法能夠?qū)^(qū)域配電網(wǎng)的線路節(jié)能改造進(jìn)行合適的規(guī)劃方案確認(rèn)，為項(xiàng)目改造投資的資金分配和具體改造方案的確認(rèn)提供決策依據(jù)，具有工程參考價(jià)值。

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