陳朝陽， 陳麒宇

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司老河口市供電公司， 湖北 老河口 441800；2.國網(wǎng)襄陽供電公司變電運檢分公司， 湖北 襄陽 441100）

0 引言

智能配電網(wǎng)是指利用先進的通信、計算、控制等技術實現(xiàn)對電網(wǎng)各種資源的智能調度、優(yōu)化配置和有效管理的電網(wǎng)系統(tǒng)[1]。然而，智能配電網(wǎng)在應對復雜多變的負荷和運行環(huán)境時，仍然存在能耗高、損耗大的問題。智能配電網(wǎng)節(jié)能動態(tài)降損方法基于供電能力裕度，采用智能算法進行動態(tài)優(yōu)化，實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的節(jié)能降損，降低供電成本。

1 考慮供電能力的配電網(wǎng)節(jié)能動態(tài)降損方法

1.1 智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度影響因素分析

為提高智能配電網(wǎng)的供電能力裕度，需分析其影響因素并制定節(jié)能動態(tài)降損方法。

1.1.1 負載變化

智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度的影響因素有很多，例如網(wǎng)絡拓撲結構、負載變化、電能質量、設備狀態(tài)等。其中，負載變化是影響智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度的重要因素之一。因為負載變化會引起電網(wǎng)各種資源的變化，例如電壓、電流、功率等，從而對電網(wǎng)的供電能力裕度產(chǎn)生影響。

1.1.2 最大供電能力裕度

為確定智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度，需考慮各種因素的綜合作用。可通過模型仿真、實驗驗證等方法來確定智能配電網(wǎng)的最大供電能力裕度。例如，可采用基于概率分布函數(shù)的模型計算負載變化對智能配電網(wǎng)供電能力裕度的影響[2]。

1.1.3 降損約束條件

為實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的節(jié)能降損，需設置智能配電網(wǎng)的降損約束條件。約束條件包括最大線損、最大電壓偏差等。在設置這些約束條件時，需綜合考慮電網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等因素。

1.1.4 智能算法選擇

為實施智能配電網(wǎng)節(jié)能降損動態(tài)機制，可采用基于智能算法的方法。例如，采用遺傳算法、粒子群算法等智能算法來實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的優(yōu)化調度和控制。這些算法可以通過實時監(jiān)測和控制電網(wǎng)的各種參數(shù)來實現(xiàn)電網(wǎng)的節(jié)能降損，提高電網(wǎng)的供電能力裕度和運行效率。

1.2 確定智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度

計算智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度的步驟[3]。

1.2.1 確定潮流計算模型

智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度的計算需要進行潮流計算，需要確定潮流計算模型，包括網(wǎng)絡拓撲結構、負載模型、發(fā)電機模型等。

1.2.2 進行潮流計算

根據(jù)潮流計算模型，進行潮流計算，得到網(wǎng)絡中各節(jié)點的電壓、相角等參數(shù)，以及各線路的潮流。

1.2.3 確定最大供電能力裕度

最大供電能力裕度是指系統(tǒng)中各元件（包括線路、變壓器等）在滿足一定的限制條件下，可以承受的最大負荷與實際負荷之比。最大供電能力裕度的計算需要滿足下列約束條件：

1）電壓限制：各節(jié)點電壓不能超過其允許的范圍；

2）線路限制：各線路潮流不能超過其額定容量；

3）變壓器限制：各變壓器容量不能超過其額定容量。

最大供電能力裕度的計算公式為：

式中：s為最大供電能力裕度；Pmax為系統(tǒng)的最大負荷；P為實際負荷。

1.2.4 確定優(yōu)化目標函數(shù)

計算最大供電能力裕度時，需考慮優(yōu)化目標函數(shù)，使計算結果更準確[4]。優(yōu)化目標函數(shù)包括以下方面：

1）線損最小化：合理調整配電網(wǎng)中各線路的負載分配，使系統(tǒng)中線損最小化；

2）電壓平衡：保證系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓盡可能平衡；

3）變壓器利用率最大化：合理利用變壓器容量，使系統(tǒng)中變壓器利用率最大化。

1.2.5 進行優(yōu)化計算

根據(jù)以上分析，建立智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度優(yōu)化模型，并進行優(yōu)化計算。常用的優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等。通過不斷調整各元件的負載分配，得到最優(yōu)解，即智能配電網(wǎng)最大供電能力裕度的計算結果。

1.3 設置智能配電網(wǎng)降損約束條件

智能配電網(wǎng)的負荷可通過最大負荷、一般負荷和最小負荷來表征。設置智能配電網(wǎng)降損約束條件時，需考慮三種負荷的影響。

1.3.1 最大負荷約束條件

最大負荷指配電網(wǎng)負荷達到峰值時的負荷水平。智能配電網(wǎng)的運行過程中，需設置最大負荷約束條件，以確保配電網(wǎng)在峰值負荷下的穩(wěn)定運行。公式計算為：

式中：Pmax為整個電力系統(tǒng)最大負荷容量；n為電力系統(tǒng)中元件數(shù)量。

這個約束條件的目的是確保智能配電網(wǎng)在優(yōu)化降損的同時，不超過系統(tǒng)的最大負荷容量，避免因負荷過大導致的供電故障。

1.3.2 一般負荷約束條件

一般負荷是配電網(wǎng)在日常運行過程中的負荷水平。智能配電網(wǎng)的運行過程中，需設置一般負荷約束條件，以確保配電網(wǎng)在日常負荷情況下的穩(wěn)定運行。計算公式為：

式中：n為節(jié)點數(shù)量；Pi為第i個節(jié)點負荷功率；Pmax為最大負荷限制。

1.3.3 最小負荷約束條件

最小負荷指配電網(wǎng)在最小負荷情況下負荷水平。智能配電網(wǎng)的運行過程中，需設置最小負荷約束條件，以確保配電網(wǎng)在最小負荷情況下的穩(wěn)定運行。計算公式為：

式中：Pmin為智能配電網(wǎng)中所有節(jié)點的最小負荷之和；Pimin為第i個節(jié)點的最小負荷。

1.3.4 負荷比重

三種負荷在配電網(wǎng)中的運行時間段及比重因地域、季節(jié)等因素的不同而不同，需根據(jù)實際情況確定每種負荷在降損時間段內(nèi)的比重。一般情況下，最大負荷占比較小，一般負荷占比較大，最小負荷占比較小，例如最大負荷占比為5%，一般負荷占比為80%，最小負荷占比為15%。這些比例可根據(jù)實際情況調整。

1.4 實施智能配電網(wǎng)節(jié)能降損動態(tài)機制

智能配電網(wǎng)的節(jié)能降損動態(tài)機制包括了自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制、低壓電子快速開關調節(jié)機制和微機控制器動態(tài)調節(jié)機制[5]。

1.4.1 自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制

自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制是智能配電網(wǎng)節(jié)能降損動態(tài)機制的一種實施方式。在自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制中，將配電網(wǎng)所能承受的電壓劃分為不同等級，分別設置不同比例的變壓器輸出。通過改進措施適應額定電壓條件下配電網(wǎng)長期運行環(huán)境，實現(xiàn)對不同負荷水平下配電網(wǎng)的動態(tài)降損。通過自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制，能夠實現(xiàn)對配電網(wǎng)電壓的精細調節(jié)，進而減少配電網(wǎng)中電壓波動對降損效果的影響。此外，自耦變壓器動態(tài)調節(jié)機制還能夠有效降低配電網(wǎng)的電阻值，從而降低電網(wǎng)的損耗，提高配電網(wǎng)的運行效率。

1.4.2 低壓電子快速開關調節(jié)機制

當前配電網(wǎng)中普遍使用的是額定高壓的電氣裝置，可利用其開關調節(jié)的方式，設計更適應智能配電網(wǎng)降損的機制，以減少降損時并聯(lián)可控硅的產(chǎn)生。具體來說，通過對單個觸發(fā)裝置的交流開關進行調節(jié)，將一級切換時間規(guī)定在0.086~0.125 s 范圍內(nèi)。在降損過程中，將雙向可控硅的使用通過單相開關控制電容裝置的通電作業(yè)，實現(xiàn)對充電和放電時間的控制，能夠有效地降低智能配電網(wǎng)在降損過程中的能量損失。此外，還可以通過動態(tài)切換的方式對電阻值進行控制，以減少配電網(wǎng)運行過程中電壓、電流的瞬時損失，避免變壓裝置使用時出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。這種機制能夠在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時減少不必要的能源浪費，實現(xiàn)降損動作的及時性。

1.4.3 微機控制器動態(tài)調節(jié)機制

微機控制器動態(tài)調節(jié)機制可以實現(xiàn)對降損過程中各項參數(shù)的動態(tài)調節(jié)和控制，達到最佳節(jié)能降損效果。在該機制中，采用DSO 芯片作為外圍電路的輔助工具，通過DSP 芯片提供的高速計算和精確控制能力，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的自動化控制。同時，微機控制器還可以利用人工智能算法對電網(wǎng)進行優(yōu)化調整，實現(xiàn)更高效的降損效果。實際應用中，微機控制器動態(tài)調節(jié)機制可根據(jù)配電網(wǎng)的實際運行規(guī)模和能承受的供電能力，自動調節(jié)降損的時間和程度，并對配電網(wǎng)運行過程中的異常情況進行自動監(jiān)測和處理，確保配電網(wǎng)的正常運行和節(jié)能降損效果的最大化。

2 仿真試驗及結果分析

2.1 試驗算例

試驗采用IEE-200-28 節(jié)點配電系統(tǒng)作為試驗算例。該系統(tǒng)由28 個節(jié)點組成，包含4 個傳統(tǒng)發(fā)電機和4 個分布式電源。選擇其中一個分布式電源進行研究和分析。該分布式電源的主要參數(shù)為：容量5.5 kW，電壓等級220 V，短路容量0.8 kA。

2.2 試驗條件

試驗的仿真軟件為MATLAB Simulink，計算機硬件環(huán)境為Intel Core i7 CPU 和16GB 內(nèi)存。試驗的軟件運行環(huán)境為Windows 10 操作系統(tǒng)。

2.3 試驗方法

采用兩種降損方法進行對比分析。第一種方法是傳統(tǒng)的降損方法，第二種方法是基于智能配電網(wǎng)的降損方法。比較兩種方法在不同負載條件下的降損效果。

2.4 試驗結果對比分析和討論

在本試驗中，采用以下參數(shù)對比兩種降損方法的效果：

1）負載變化：在每個負載水平下，系統(tǒng)負載在5 s內(nèi)以10%的速率從初始值增加到最終值。

2）負載水平：系統(tǒng)的負載水平分別為20%、40%、60%和80%。

3）降損方法：傳統(tǒng)的降損方法和基于智能配電網(wǎng)的降損方法。

表1 列出了兩種方法在不同負載條件下的降損效果。

表1 兩種降損方法結果比較

根據(jù)表1，在不同負載條件下，智能配電網(wǎng)降損方法均比傳統(tǒng)降損方法具有更好的降損效果。在20%的負載水平下，智能配電網(wǎng)降損方法的降損效果比傳統(tǒng)降損方法高出1.9%。隨負載水平的增加，智能配電網(wǎng)降損方法的優(yōu)勢越明顯，在80%的負載水平下降損效果比傳統(tǒng)方法高出11.2%。此外，在負載水平為40%時，兩種降損方法的效果差異較小，智能配電網(wǎng)降損方法僅比傳統(tǒng)降損方法高出0.2%。這可能是由于負載水平處于中等水平，傳統(tǒng)降損方法已經(jīng)具有一定的優(yōu)化效果，而智能配電網(wǎng)降損方法的優(yōu)化效果并未完全發(fā)揮。

智能配電網(wǎng)降損方法在不同負載水平下均具有較好的降損效果，尤其在高負載水平下，優(yōu)勢更加明顯。這表明智能配電網(wǎng)降損方法可有效提高配電網(wǎng)的能源利用效率，減少能源損耗。

3 結論

提出了一種考慮供電能力的智能配電網(wǎng)節(jié)能動態(tài)降損方法。該方法采用了智能感知技術、負荷預測技術和負荷優(yōu)化控制技術，并結合傳統(tǒng)降損方法進行對比分析。仿真試驗結果表明，相比傳統(tǒng)降損方法，該方法在不同負載水平下均能實現(xiàn)更優(yōu)的降損效果，并且能夠更好地保障配電網(wǎng)的供電能力。因此，該方法在實際配電網(wǎng)運行中具有較好的應用前景。