賈勇晨，葛麗娟

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),內(nèi)蒙古呼和浩特 010000）

0 引言

配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端,是為用戶輸送與分配電能的重要組成部分,對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與負(fù)荷進(jìn)行分析,尋找最優(yōu)的運(yùn)行方式,為配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)。配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,就是改變配電網(wǎng)絡(luò)中各支路分段開(kāi)關(guān)與支路之間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài),對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)。近年來(lái),對(duì)于配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的算法與模型的研究都有了很大的發(fā)展,有了多種方式的配電網(wǎng)規(guī)劃方法。

1 配電網(wǎng)節(jié)能降損的數(shù)學(xué)模型

1.1 目標(biāo)函數(shù)

上式中W為線路損耗,i為支路編號(hào),Pi為對(duì)應(yīng)支路的有功功率,Qi為對(duì)應(yīng)支路的無(wú)功功率,Ri為對(duì)應(yīng)支路的的電阻值,Ui為對(duì)應(yīng)支路前段節(jié)點(diǎn)電壓。

1.2 約束條件

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí),不僅需要滿足潮流方程的約束,還需要滿足線路容量、電壓、電流的約束和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輻射狀運(yùn)行約束。

式中，Ui、Uimin、Uimax分別為節(jié)點(diǎn) 的電壓、電壓下限、電壓上限；Ii、Iimin、Iimax分別為節(jié)點(diǎn)的電流、電流下限、電流上限；Si與Simax為流過(guò)線路 的功率與容許最大值；gk為迭代之后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。G為配電網(wǎng)規(guī)劃后得到的輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)集合[1]。

2 配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化

配電網(wǎng)絡(luò)通常呈放射狀運(yùn)行，因此其重構(gòu)問(wèn)題實(shí)際上是在弧的權(quán)值隨流量非線性變化的網(wǎng)絡(luò)上尋找最小費(fèi)用樹的問(wèn)題，這一大規(guī)模、混和整型、非線性組合優(yōu)化問(wèn)題，屬于非確定性多項(xiàng)式問(wèn)題[2]?，F(xiàn)階段求解這類問(wèn)題主要采用的方法：利用數(shù)學(xué)理論的算法、根據(jù)啟發(fā)式的算法、人工智能算法。新興的電力電子器件改變了配電網(wǎng)的運(yùn)行方式,同樣達(dá)到了對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降損的作用。

2.1 數(shù)學(xué)方法求解配電網(wǎng)重構(gòu)

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí),使用數(shù)學(xué)方法求解,就是根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)學(xué)理論對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)。文獻(xiàn)[3]在求解配電網(wǎng)重構(gòu)模型時(shí),提出利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,將重構(gòu)問(wèn)題分解成需要進(jìn)行多階段決策的問(wèn)題。文獻(xiàn) [4]利用0-1整數(shù)規(guī)劃的方法將網(wǎng)損最小作為目標(biāo)函數(shù),對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃。文獻(xiàn) [5]將求解重構(gòu)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解一個(gè)非線性整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。文獻(xiàn) [6]利用分時(shí)段優(yōu)化對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)中重構(gòu)區(qū)間進(jìn)行劃分,構(gòu)造含開(kāi)關(guān)操作費(fèi)用及階梯式電價(jià)的綜合目標(biāo)函數(shù)；文獻(xiàn) [7]將錐優(yōu)化的思想融入到配電網(wǎng)重構(gòu)當(dāng)中,通過(guò)目標(biāo)函數(shù)線性化和約束條件的錐轉(zhuǎn)化,對(duì)基本模型進(jìn)行等價(jià)變換,生成配電網(wǎng)錐優(yōu)化模型；文獻(xiàn) [8]提出了一種配電網(wǎng)差異化節(jié)能規(guī)劃思路,建立了基于前推回代潮流計(jì)算法和灰色關(guān)聯(lián)度預(yù)測(cè)法的節(jié)能潛力模型。

運(yùn)用數(shù)學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)是可以在有限的時(shí)間內(nèi)求解出局部的最優(yōu)解,現(xiàn)如今隨著配電網(wǎng)逐漸增大,利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算重構(gòu)問(wèn)題,計(jì)算時(shí)間有時(shí)會(huì)長(zhǎng)到無(wú)法滿足工程的要求,故數(shù)學(xué)方法求解配電網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題只適用于小規(guī)模的配電系統(tǒng)當(dāng)中,無(wú)法滿足當(dāng)前大規(guī)模的配電網(wǎng)絡(luò)。

2.2 啟發(fā)式算法求解配電網(wǎng)重構(gòu)

現(xiàn)代啟發(fā)式算法在求解組合最優(yōu)問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出了卓越性能,使它在過(guò)去20a里受到了人們的廣泛關(guān)注。啟發(fā)式算法主要分為支路交換法與最優(yōu)流算法。文獻(xiàn) [9]針對(duì)傳統(tǒng)支路交換法每交換一次開(kāi)關(guān)就要進(jìn)行一回潮流計(jì)算的不足,對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),使算法可以作出符合實(shí)際要求的設(shè)定,增大了人工可操控度,但改進(jìn)后的算法只對(duì)弱環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)有效。文獻(xiàn) [10]提出將最優(yōu)流模式法改進(jìn)，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu),將配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的問(wèn)題轉(zhuǎn)換為潮流優(yōu)化的問(wèn)題,并且在求解最優(yōu)流模式時(shí),使用了一種較為快速的單環(huán)網(wǎng)潮流算法,其缺點(diǎn)每次閉合開(kāi)關(guān)后都需要進(jìn)行一次潮流計(jì)算,檢查電流是否過(guò)大；文獻(xiàn) [11]把動(dòng)態(tài)重構(gòu)問(wèn)題分解為重構(gòu)次數(shù)與時(shí)間間隔的組合,對(duì)各時(shí)段進(jìn)行靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),不需進(jìn)行潮流分析,縮短了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的時(shí)間。

運(yùn)用啟發(fā)式算法對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí),需要與配電網(wǎng)重構(gòu)的特性結(jié)合,計(jì)算速度較數(shù)學(xué)方法有了一定的提高,但由于配電網(wǎng)重構(gòu)自身的特點(diǎn),系統(tǒng)初始狀態(tài)會(huì)比較容易對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響,結(jié)果不能確定為最優(yōu)解。

2.3 人工智能算法求解配電網(wǎng)重構(gòu)

人工智能算法包括：模擬退火法、粒子群算法、禁忌搜索法、蟻群優(yōu)化算法、混沌優(yōu)化算法、遺傳算法、和聲搜索法以及其他人工智能算法。但是單一的人工智能算法常常具有收斂速度較慢,易于陷入局部最優(yōu)解,魯棒性不強(qiáng)的特點(diǎn),現(xiàn)代研究配電網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題時(shí)通常運(yùn)用改進(jìn)的人工智能算法或者將兩種算法相結(jié)合后再用以求解配電網(wǎng)重構(gòu)問(wèn)題。

文獻(xiàn) [12]在對(duì)配電網(wǎng)模型進(jìn)行求解時(shí),引入退火動(dòng)態(tài)罰因子,解決傳統(tǒng)遺傳算法在收斂速度、爬坡能力、魯棒性方面的不足,使算法的運(yùn)行時(shí)間縮短,收斂于全局最優(yōu)解的次數(shù)增多。文獻(xiàn) [13]應(yīng)用回支關(guān)聯(lián)矩陣,使配電網(wǎng)始終為輻射狀網(wǎng)絡(luò),避免了遺傳學(xué)算法在進(jìn)行配電網(wǎng)重構(gòu)時(shí)產(chǎn)生不可行解,再根據(jù)最優(yōu)流算法,生成最優(yōu)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)組合,使尋優(yōu)效率提升。文獻(xiàn) [14]提出了一種兼顧經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法,再用歸一化方法將兩者融合,形成配電網(wǎng)性能指標(biāo),劃分重構(gòu)時(shí)段,縮小了遺傳算法的尋優(yōu)空間,提升了算法的效率。文獻(xiàn) [15]將混沌理論思想加入粒子群算法中,同教學(xué)優(yōu)化算法結(jié)合,保證了種群的多樣性和防止解的過(guò)早收斂,提高了算法的尋優(yōu)效率。文獻(xiàn) [16]提出了根據(jù)Mayeda生成樹的新的編碼方式,并且提供了相應(yīng)的解碼策略,利用粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解,根據(jù)Mayeda生成樹編碼的特點(diǎn),使得解一直處于可行的范圍內(nèi),提升了算法的效率。文獻(xiàn)[17]對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí),為克服人工魚群算法在收斂速度方面較慢的缺點(diǎn),將具有局部快速收斂性、易實(shí)現(xiàn)性的粒子群算法與其結(jié)合,使算法的收斂性、收斂速度得到提升。文獻(xiàn) [18]根據(jù)圖解螞蟻系統(tǒng),對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu),這一過(guò)程包含兩個(gè)部分,第一部分完成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析,第二部分通過(guò)模擬蟻群在構(gòu)造圖中的行走過(guò)程完成搜索尋找最優(yōu)解。該算法極大地縮小了可行解的范圍,使算法的尋優(yōu)效率得到提高。文獻(xiàn) [19]提出了一種整數(shù)型的量子粒子群算法,結(jié)合了將量子進(jìn)化算法與粒子群算法的特點(diǎn),以負(fù)荷曲線的單調(diào)性和幅值變化大小為依據(jù),劃分時(shí)間段,對(duì)配電網(wǎng)模型進(jìn)行重構(gòu)。文獻(xiàn) [20]分析了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),將目標(biāo)配電網(wǎng)用一種基本環(huán)矩陣表示；并且提出了一種可以避免不可行解產(chǎn)生的編碼方式,再利用改進(jìn)后的和聲搜索算法求解網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)模型,具有更好的收斂性與尋優(yōu)快速性。文獻(xiàn) [21-22]分析了配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)過(guò)程中開(kāi)關(guān)的操作次數(shù)很難被控制的特點(diǎn),利用最優(yōu)模糊C均值聚類法,并將其改進(jìn),分別與和聲搜索算法、化學(xué)反應(yīng)算法結(jié)合,將這一過(guò)程分解為多個(gè)靜態(tài)問(wèn)題,對(duì)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu),使算法的速度得到很大的提升。文獻(xiàn) [23]提出了一種新型的雞群優(yōu)化算法,利用雞群優(yōu)化算法的高效全局和局部搜索能力,提高了尋優(yōu)效率，同粒子群算法進(jìn)行比較，結(jié)果表明雞群優(yōu)化算法的尋優(yōu)速度更快。文獻(xiàn) [24]提出了一種新型的二進(jìn)制縱橫交叉算法,其中橫向交叉機(jī)制增強(qiáng)了全局搜索能力,縱向交叉機(jī)制保持了種群的多樣性,避免陷入局部最優(yōu)解,縱橫相結(jié)合使算法能夠快速尋找到全局最優(yōu)解。

目前在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí),利用人工智能算法,可以較快地提升尋找全局最優(yōu)解的速度,但收斂速度卻下降了,同時(shí)在求解較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí),通常使得計(jì)算量過(guò)大,再利用該方法對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)時(shí)會(huì)遇到許多困難。

2.4 新型電力電子器件

智能軟開(kāi)關(guān)SNOP (soft normally open point)是安裝在聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處的新型電力電子裝置,是一種能夠比較精確地傳輸相連接的兩條線路的有功功率與無(wú)功功率的交換。文獻(xiàn) [25]建立了一種使用SNOP后的配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化模型,詳細(xì)比較了安裝SNOP后的配電網(wǎng)、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的配電網(wǎng),對(duì)比結(jié)果顯示：該方式同時(shí)對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)潮流都有優(yōu)化效果,說(shuō)明了安裝SNOP后的配電網(wǎng)具有很高的效率與潛力。

3 配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

配電網(wǎng)絡(luò)中的變壓器一般裝設(shè)于線桿或者配電所當(dāng)中,容量普遍不高,直接向負(fù)載供電,是配電系統(tǒng)所有設(shè)備中消耗電能最多的,雖然其效率通常很高,但配電網(wǎng)規(guī)模較大,變壓器的數(shù)量就很可觀了。因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間長(zhǎng),選擇的型號(hào)、運(yùn)行的方式有問(wèn)題,這樣就無(wú)法避免地造成了空載損耗。這時(shí)就需要讓變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,使損耗最低。

文獻(xiàn) [26]根據(jù)變壓器的多種運(yùn)行方式下的損耗曲線,得出了變壓器的初始運(yùn)行區(qū)間。通過(guò)分析各個(gè)運(yùn)行區(qū)間的線路損耗,利用模糊決策法,得到最適合配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間。

負(fù)荷的變化會(huì)影響變壓器的運(yùn)行,依據(jù)負(fù)荷的改變對(duì)變壓器進(jìn)行配置,使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)間,通過(guò)技術(shù)改造來(lái)改善變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償

配電網(wǎng)絡(luò)線路中包括：有功功率、無(wú)功功率。任何配電網(wǎng)絡(luò)中都存在電阻,也無(wú)法避免線路中無(wú)功功率的交換,所以當(dāng)無(wú)功電流通過(guò)電阻時(shí),網(wǎng)絡(luò)就會(huì)產(chǎn)生電能的損耗。網(wǎng)絡(luò)中因無(wú)功功率的交換,而損耗的電能為

其中，ΔP為電能損耗量,R為電阻,P、Q分別為流經(jīng)電阻的有功功率與無(wú)功功率。

所以配電網(wǎng)電能的損耗,會(huì)因?yàn)闊o(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中的交換而增加,為了降低無(wú)功功率流動(dòng)帶來(lái)的電能損耗,可以在配電網(wǎng)絡(luò)中,無(wú)功負(fù)荷較為集中的區(qū)域投入無(wú)功補(bǔ)償,就近提供無(wú)功功率。

文獻(xiàn) [27]提出了無(wú)功功率的優(yōu)化模型,通過(guò)變壓器的有載調(diào)壓、電容器的就近無(wú)功補(bǔ)償,對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu),還將優(yōu)先次序的原則加入了無(wú)功功率優(yōu)化的過(guò)程。

5 結(jié)論

配電網(wǎng)節(jié)能降損技術(shù)仍處于研究階段,本文從對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式、配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償,3個(gè)方面綜述了配電網(wǎng)節(jié)能降損的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,有如下結(jié)論。

a）對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化是目前配電網(wǎng)節(jié)能降損的主要研究方向,具有多種優(yōu)化方法,研究主要考慮優(yōu)化算法的收斂性,收斂速度,魯棒性的強(qiáng)度,各種算法的組合雖然對(duì)計(jì)算的速度與收斂性都有提高,但是求解的方法仍然需要提高。

b）配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)降低配電網(wǎng)損耗尤為重要,現(xiàn)階段對(duì)于降低配電變壓器損耗的研究應(yīng)將經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行穩(wěn)定性、負(fù)荷情況綜合考慮。

c）目前對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?大都是根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功功率配置的原則,或者是電網(wǎng)設(shè)計(jì)的規(guī)程進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償,這種方法宏觀指導(dǎo)性過(guò)強(qiáng),很難對(duì)不同特性的配電網(wǎng)無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的配置,應(yīng)當(dāng)綜合考慮配電網(wǎng)感性與容性的無(wú)功,進(jìn)行無(wú)功功率的配置。

雖然當(dāng)前對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能降損優(yōu)化的研究比較深入,對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化的求解方法也有較大的發(fā)展,但是在配電網(wǎng)實(shí)用性方面依然沒(méi)有較大的進(jìn)步,新興的電力電子器件對(duì)于配電網(wǎng)優(yōu)化方面具有巨大的潛力,但是其技術(shù)實(shí)現(xiàn)與成本效益仍需進(jìn)一步研究。

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