葉 濱

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司湘潭供電分公司 湖南湘潭 411100）

1 引言

相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃而言，目前在對智能配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃之中有較多不確定因素，比如說分布式電源發(fā)電特性、負荷用電需求等，這些較為靈活的不確定性因素在配電網(wǎng)系統(tǒng)之中，給新的配電網(wǎng)體系帶來了一些問題，同時也給智能配電網(wǎng)發(fā)展帶來一些有利機會。如何有效利用這些靈活性資源，提高電力系統(tǒng)的整體能力成為了當前的熱點問題。

2 考慮運行靈活性資源的智能配電網(wǎng)規(guī)劃模型

2.1 智能配電網(wǎng)規(guī)劃模型

隨著智能配電網(wǎng)發(fā)展，其靈活性資源增加，這就導(dǎo)致配電網(wǎng)更加復(fù)雜，使得傳統(tǒng)的定性描述方式對于配電網(wǎng)系統(tǒng)來說，不能對其靈活性的多維特征有著深入分析說明，難以滿足目前以及以后的智能配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度需要，所以，對于目前急需解決的問題時解決配電網(wǎng)靈活性分析與應(yīng)用問題，需要一種完備的量化分析手段來解決上述問題。對于這種量化分析手段，需要運用數(shù)學(xué)分析方法，建立可以對配電網(wǎng)靈活性水平及其復(fù)雜屬性特征有著全面、準確了解的模型，為配電網(wǎng)多層次優(yōu)化規(guī)劃提供分析手段。逆變器和控制器性能的提高促進了分布式發(fā)電技術(shù)的進步，無線網(wǎng)絡(luò)的進步促進了配電網(wǎng)絡(luò)的信息化，為了滿足不同用戶電力供應(yīng)需求以及適應(yīng)電力市場交易機制的改革，促使智能配電網(wǎng)出現(xiàn)了新形態(tài)。

2.2 配電網(wǎng)規(guī)劃的目標

配電網(wǎng)規(guī)劃的目標是使得系統(tǒng)之中單位時間內(nèi)系統(tǒng)建設(shè)投資（CAPEX）和運行維護費用（COPEX）所產(chǎn)生的成本最小。下面分別介紹兩種系統(tǒng)建設(shè)成本：

2.2.1 建設(shè)投資成本CCAPEX

CAPEX以變電站建設(shè)成本CT和中壓線路建設(shè)成本CML為主，具體表述形式如下所示：

式中：Nt——待選的變電站數(shù)目；

Nb——待選的和中壓線路數(shù)目；

αTi——用于表示在規(guī)劃方案中是否包含第i個變電站（若αTi的值為1，則包含在內(nèi)；若為0，則不包含）；

CTi——表示第i個變電站的投資成本；

βTi——用于表示在規(guī)劃方案中是否包含第i條中壓線路（若βTi的值為1，則包含在內(nèi)；若為0，則不包含）；

CMLi——表示第i條中壓線路的投資成本；

PMLi——指第i條中壓線路單位長度的投資成本；

lMLi——指第i條中壓線路長度。

2.2.2 運行及維護成本Copex

對于Copex，其表述為每年運行維護成本Copex-t現(xiàn)值之和，公式表述為：

3 Voronoi和Prim算法理論基礎(chǔ)

3.1 利用Voronoi算法進行變電站規(guī)劃

假設(shè)空間上有一離散點集P={P1，P2，…，Pn}，每個點各不相同，而且隨機四點不能形成一個圓，對于隨機兩點Pi和Pj的距離記作d（Pi，Pj），故點Pi對應(yīng)的Voronni多邊形為：

由Ri（1≤i≤n）得到的圖形為點P的Voronoi圖。對于任意Voronoi圖的多邊形子區(qū)域Ri，多邊形內(nèi)的任意點x到點Pi的距離最小。

3.2 利用Prim算法進行中壓線路規(guī)劃

Prim算法能夠在加權(quán)連通圖里搜索最小生成樹，此算法搜索到的樹，不僅囊括了連通圖里所有頂點，且所得到的邊的權(quán)值之和也是最小。

對對中壓線路進行規(guī)劃中，電源點或者負荷點就等同于頂點，而負荷點或電源點之間的可選路徑就等同于連通圖中的邊，權(quán)值等同于每條路徑的投資，所以最小生成樹所對應(yīng)的就是最佳規(guī)劃方案，此方案總投資最小。

4 智能配電網(wǎng)規(guī)劃流程

4.1 總體流程

理想的智能配電網(wǎng)規(guī)劃需要同時考慮：①提高可再生能源的利用率以及設(shè)備耗費最小；②分布式電源的定址、定容、定量；③網(wǎng)絡(luò)損耗；④網(wǎng)絡(luò)風險指數(shù)；⑤配電網(wǎng)網(wǎng)架；⑥多微網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性；⑦變電站選址；⑧配電網(wǎng)的控制方式；⑨負荷的特性；⑩其他重要問題。目前沒有一種方法可以全面的考慮到配電網(wǎng)規(guī)劃中的所有方面。本文重點是對變電站和中壓線路進行優(yōu)化規(guī)劃，圖1是配網(wǎng)多層次優(yōu)化流程圖。

圖1 智能配電網(wǎng)規(guī)劃總體流程圖

4.2 變電站優(yōu)化規(guī)劃

以負荷預(yù)測結(jié)果為依據(jù)，以總投資最低、供電范圍內(nèi)負荷距最小等為目標，根據(jù)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則對相關(guān)參數(shù)的要求，變電站優(yōu)化規(guī)劃流程為如下步驟：

（1）基本數(shù)據(jù)收集。具體有電量負荷總量現(xiàn)狀值及預(yù)測值、空間負荷預(yù)測結(jié)果、變電站投資估算單價、規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則中規(guī)定的變電站主變?nèi)萘亢蛯?yīng)臺數(shù)。

（2）確定變電站數(shù)量區(qū)間。

式中：

Rsmin、Rsmax——分別為容載比最小值和最大值；

Pf——負荷預(yù)測值；

Smin、Smax——分別為容量的最小值和最大值；

Cmin、Cmax——分別為變電站容量最小值和最大值；

nmin、nmax——分別為變電站座數(shù)最小值和最大值。

其中，Ceil為向上取整函數(shù)。

（3）整數(shù)線性規(guī)劃方法求解。變電站容量的取值范圍由現(xiàn)實情況而定。此步驟主要是通過整數(shù)線性規(guī)劃方法確定出投資最低的容量組合。比如說可選容量為 m 種，即（S1，S2，…，Sm），對應(yīng)座數(shù)為（x1，x2，…，xm），對應(yīng)投資分別為（I1，I2，…，Im），則其整數(shù)線性規(guī)劃問題可描述為下式：

（4）微分進化算法參數(shù)設(shè)置及初始化。優(yōu)化變量是n座變電站的橫坐標和縱坐標，水平坐標和垂直坐標的變量值是根據(jù)導(dǎo)頻區(qū)域的范圍確定的。

（5）檢測變異、交叉生成子代種群是否滿足變量取值范圍約束。

（6）計算并記錄父代種群和子代種群的適應(yīng)值。

（7）重復(fù)上述（3）～（6），滿足終止迭代次數(shù) C 后停止迭代。

（8）結(jié)果輸出。結(jié)合最小負荷距為原則，綜合考慮變電站實際因素，確定每個變電站位置，計算出變電站最終站址。

4.3 中壓線路優(yōu)化規(guī)劃流程

通過上述變電站規(guī)劃方案，結(jié)合實際情況，利用Prim算法，對中壓線路進行優(yōu)化規(guī)劃。具體過程如下所示：

（1）初始方案形成。根據(jù)已有的變電站規(guī)劃方案，利用Prim算法得到每個變電站相對應(yīng)的中壓線路規(guī)劃方案。

（2）聯(lián)絡(luò)線路規(guī)劃。此規(guī)劃目標為聯(lián)絡(luò)線總長度最短。

（3）運行狀態(tài)劃分。分為若干個典型狀態(tài)，再將每種狀態(tài)的持續(xù)時間進行統(tǒng)計，再延伸至規(guī)劃期。

（4）規(guī)劃方案運行計算。進行典型狀態(tài)下的規(guī)劃方案的運行計算，當出現(xiàn)違反約束條件的情況時，進行配電網(wǎng)重構(gòu)、負荷削減、DG出力削減和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等操作，并計算運行成本。

（5）條件判斷。若采取各種解決方案后，仍不符合條件，則被舍棄。

（6）成本計算。計算該規(guī)劃方案下的建設(shè)成本和運行成本總和，作為目標函數(shù)值返回。

（7）重復(fù)（2）～（6），滿足終止迭代次數(shù)后停止迭代。

（8）輸出。

5 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟發(fā)展，智能配電網(wǎng)發(fā)展是發(fā)展趨勢。配電網(wǎng)發(fā)展始終以滿足用戶需求為目標，合理科學(xué)的規(guī)劃是配電網(wǎng)安全高效運行的前提。智能配電網(wǎng)系統(tǒng)中的不確定因素的組合為配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展帶來了機遇與挑戰(zhàn)。