周洪益，侍紅兵，吳冬皓

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司，江蘇 鹽城 224008）

隨著清潔能源的飛快發(fā)展，分布式電源和微電網(wǎng)系統(tǒng)在中低壓配網(wǎng)中的接入容量越來越大，比例越來越高，成為智能電網(wǎng)的重要成分。

微電網(wǎng)的接入，提供了清潔型的能源，提高了電網(wǎng)可靠性、供電靈活性。同時(shí)，對(duì)中低壓配網(wǎng)的投資、規(guī)劃、運(yùn)維工作，帶來了較大的改變，提高了配電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性和隨機(jī)性。隨著波動(dòng)性清潔能源的接入，微電網(wǎng)在配網(wǎng)中的滲透率不斷上升。因此，必須提出含微網(wǎng)的規(guī)劃方法，確定微網(wǎng)接入對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃各個(gè)層面的影響，如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、接線方式、接入容量和位置等。

目前，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，已經(jīng)難以適應(yīng)新的形勢(shì)要求。國內(nèi)外科研人員，在明確分布式電源結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)上，開展了一系列研究，提出了一套較為完整的方法體系。但是，對(duì)于微電網(wǎng)作為一個(gè)實(shí)體，如何有機(jī)地嵌入配電網(wǎng)中，使微電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)、用戶之間能夠無縫融合，協(xié)調(diào)運(yùn)行，互相補(bǔ)充，缺少系統(tǒng)的研究與實(shí)踐探索。

本文結(jié)合地區(qū)供電公司中低壓配網(wǎng)的實(shí)際情況，提出了含微網(wǎng)的配電網(wǎng)接線架構(gòu)模型，研究快速求解算法，以期對(duì)實(shí)際微電網(wǎng)與配電網(wǎng)規(guī)劃工作提供參考。

1 接線規(guī)劃模型

配電網(wǎng)的接線形式，決定了配電網(wǎng)的基本運(yùn)行方式、供電范圍，以及故障情況下的轉(zhuǎn)供能力，是配電網(wǎng)的最主要規(guī)劃內(nèi)容。

配電網(wǎng)接線規(guī)劃需要確定線路通道、投運(yùn)時(shí)序、線路類型與傳輸容量。一方面，要根據(jù)現(xiàn)有電網(wǎng)情況如故障率、設(shè)備年限、接線方式等內(nèi)容，做好配電網(wǎng)的有序投資建設(shè)工作；另一方面，電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)該同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性等要求。

其中，經(jīng)濟(jì)方面的要求主要包括各項(xiàng)建設(shè)與運(yùn)維成本，如線路和設(shè)備的購買成本、安裝成本、運(yùn)行維護(hù)成本，以及配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的線損。

可靠性要求主要包括線路和設(shè)備的缺陷率，常采用停電損失加設(shè)備更換成本，轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算。

含有微電網(wǎng)的配電網(wǎng)規(guī)劃，與傳統(tǒng)中低壓電網(wǎng)規(guī)劃的不同在于：一是微電網(wǎng)的接入，提高了局部電網(wǎng)的線路和設(shè)備投資；二是運(yùn)行方式的靈活變化，使得線損的計(jì)算，從單向潮流變成雙向潮流，提高了潮流計(jì)算的難度；三是故障后運(yùn)行方式的變化。由于微電網(wǎng)可以脫網(wǎng)運(yùn)行，提高了重要負(fù)荷的供電可靠率，提高了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的可靠性效益指標(biāo)。

從上述幾點(diǎn)出發(fā)，建立以總體成本、線路損耗、缺陷停電損失最小為目標(biāo)的計(jì)算模型如下：

其他條件要求包括：

（1）電壓要求

（2）電流要求

（3）潮流條件

圖1 微網(wǎng)與配電網(wǎng)雙向潮流

（4）反向潮流條件

由于微電網(wǎng)中清潔能源的波動(dòng)特征，若滲透率太高，容量超過許可范圍，容易導(dǎo)致整個(gè)配電網(wǎng)的安全問題，顯著影響電壓質(zhì)量，出現(xiàn)電壓閃變、階躍等缺陷，甚至觸發(fā)繼保設(shè)備動(dòng)作，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此，在規(guī)劃時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件，通過各種運(yùn)行方式的計(jì)算，獲得微電網(wǎng)最大接入容許容量。微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的雙向潮流如圖1 所示。

（5）電網(wǎng)接線拓?fù)錀l件

配電網(wǎng)一般是雙環(huán)或單環(huán)規(guī)劃，輻射狀運(yùn)行，因此需要滿足上述條件。m 和n 分別表示電網(wǎng)總節(jié)點(diǎn)和支部數(shù)量。

除上述條件以外，配電網(wǎng)規(guī)劃還要滿足國家調(diào)節(jié)政策、商業(yè)運(yùn)作規(guī)則等要求，一般在技術(shù)規(guī)劃后深一步進(jìn)行分析。

2 求解算法

2.1 潮流計(jì)算

配電網(wǎng)規(guī)劃中，必須采用合適的潮流計(jì)算方法，對(duì)各種拓?fù)浣泳€方式進(jìn)行運(yùn)方計(jì)算，確定不同方案的線損、最大電流、電壓等重要指標(biāo)值。中低壓配網(wǎng)的潮流計(jì)算方法，有其特殊的要求：一是適應(yīng)配電網(wǎng)輻射狀運(yùn)行的要求，對(duì)環(huán)網(wǎng)計(jì)算的要求不高；二是節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，對(duì)算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度要求較高；三是含微網(wǎng)的配電網(wǎng)潮流計(jì)算，需要考慮電源點(diǎn)和負(fù)荷點(diǎn)的功率與電壓特征；四是滿足不同接線方式的計(jì)算適應(yīng)性，對(duì)廣度和深度不同的配電網(wǎng)接線形態(tài)，都具有較好的計(jì)算能力和收斂性。

基于以上要求，嘗試采用前推回代算法進(jìn)行潮流計(jì)算。前推回代算法的步驟如下：已知配電網(wǎng)的始端電壓和末端負(fù)荷，以饋線為基本計(jì)算單位。

假定配電網(wǎng)所有的節(jié)點(diǎn)電壓都是標(biāo)準(zhǔn)電壓，根據(jù)負(fù)荷有功與無功功率，由線路終點(diǎn)向根節(jié)點(diǎn)依次計(jì)算，在這一過程中，只計(jì)算設(shè)備功率損耗，不計(jì)算電壓值，得到分支線上的電流值與功率值，推算出根節(jié)點(diǎn)功率；再反向計(jì)算，由根節(jié)點(diǎn)電壓和功率，向線路終點(diǎn)依次計(jì)算電壓值。不斷重復(fù)以上過程，直到滿足計(jì)算精度為止。

在計(jì)算過程中，首先要搜索節(jié)點(diǎn)關(guān)系，確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表。為了配合算法和避免復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，采用節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體作為數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)，不用形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，就可以自動(dòng)搜索節(jié)點(diǎn)關(guān)系，確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其次，根據(jù)線路首末節(jié)點(diǎn)，就可以確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的節(jié)點(diǎn)及其關(guān)系，從而可以形成整體的樹狀的關(guān)系結(jié)構(gòu)。為了形成層次關(guān)系，確定節(jié)點(diǎn)計(jì)算順序，要利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，經(jīng)過多次按層遍歷的廣度優(yōu)先搜索，形成層次關(guān)系，確定前推后代潮流算法的節(jié)點(diǎn)計(jì)算順序。

2.2 規(guī)劃算法求解

傳統(tǒng)的規(guī)劃求解算法，一般包括遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模擬退火算法、蟻群優(yōu)化算法等。但這些算法都需要在一個(gè)確定的空間內(nèi)對(duì)不確定條件進(jìn)行建模，計(jì)算復(fù)雜度與節(jié)點(diǎn)數(shù)量、分支線數(shù)量呈指數(shù)關(guān)系，難以解決具有海量節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃問題。

因此，本文嘗試結(jié)合遺傳算法和模擬退火算法。同時(shí)兼顧兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其不足。其中，遺傳算法是模擬生物進(jìn)化的過程，通過初始群體的不斷交叉、變異、演化，逐漸逼近最優(yōu)解的方法。模擬退火算法，主要來自固體狀態(tài)的物質(zhì)降溫退火過程，可以模擬一種概率基礎(chǔ)上的優(yōu)化方法，這種算法依賴于隨機(jī)搜索技術(shù)，從而找出目標(biāo)函數(shù)的全局優(yōu)化點(diǎn)。

基于兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，提出遺傳和模擬退火結(jié)合算法如下。

（1）確定初始化參數(shù)：群體數(shù)量m，溫度T0，以及群體的最大遺傳N 代數(shù)量。

（2）設(shè)溫度迭代值l=0，形成初始群體Sl（i）。

（3）不斷生成新的群體：首先計(jì)算初始化群體中，以及個(gè)體的適應(yīng)度值，確定生存可能概率，選擇m 個(gè)遺傳代碼演化成群體Sls(i+1)；其次，對(duì)該群體進(jìn)行迭代、交叉形成群體Sly(i+1)；再次，對(duì)演化的群體按照適應(yīng)度分化，形成子代群體Slz(k+1)；最后，校驗(yàn)最大遺傳N 代時(shí)候滿足。

（4）重新設(shè)定溫度Tl+1=d(Tl)，Sl(i+1)=Sl（i）。若達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)條件，停止計(jì)算過程并獲得最優(yōu)解，反之重新開始第一步驟計(jì)算。

主要算法流程如圖2 所示。

圖2 求解算法流程圖

3 算例分析

對(duì)含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)進(jìn)行算例分析，其中規(guī)劃原始參數(shù)為：電纜型號(hào)為YJV22-3*400，每千米電阻和電抗分別為0.05Ω 和0.09Ω，載荷520 安培。線損成本按度電0.37 元計(jì)算。配電網(wǎng)缺陷率為每年每千米0.05 次，缺陷恢復(fù)時(shí)長為5～10 小時(shí)，每兆度電停電成本為2 萬元。采用上述第2節(jié)的算法進(jìn)行配電網(wǎng)接線方式規(guī)劃求解，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 含微網(wǎng)的接線方式規(guī)劃結(jié)果

4 結(jié)語

隨著環(huán)境問題的日益重視，含有清潔能源的微網(wǎng)必定越為重要。將微電網(wǎng)有機(jī)融入智能配電網(wǎng)中，從規(guī)劃層面進(jìn)行優(yōu)化，能夠提高配電網(wǎng)骨干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，降低運(yùn)行損耗，提高核心用戶的供電可靠性。本文通過建立考慮微網(wǎng)的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，利用遺傳模擬退火算法求解，用典型配電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)例驗(yàn)證了規(guī)劃模型和規(guī)劃方法的可行性。