劉芳

摘要：主配網(wǎng)的協(xié)調(diào)關(guān)鍵之處就是110kV變電站，其作為二者之間的紐帶在進(jìn)行選址和劃分供電范圍之時(shí)非常重要，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)合理的規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)和規(guī)劃方法，以提高電網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)性。以下通過(guò)對(duì)變電站屬性進(jìn)行分析，并且建立了評(píng)價(jià)模型以及改進(jìn)了電站選址方法，優(yōu)化規(guī)劃結(jié)果。

關(guān)鍵詞：主配協(xié)調(diào) 規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo) 規(guī)劃方法

0 引言

對(duì)于電站而言進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃，是保障運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)以及可靠的保障。目前的各種研究還傾向于進(jìn)行分別性的研究，比如單獨(dú)研究主網(wǎng)結(jié)構(gòu)、配電網(wǎng)規(guī)劃等問(wèn)題，但在針對(duì)主配網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題重視程度不夠，研究也較為缺乏。目前在主配網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃之上存在的問(wèn)題，主要是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和電壓的不同等級(jí)之間的容量不相配，最終引起供電能力不足、供電不平衡等問(wèn)題，而110kV選址問(wèn)題正好是癥結(jié)所在。

1 變電站的屬性分析

1.1 運(yùn)行率

作為設(shè)備的常用參數(shù)，運(yùn)行率T的定義是：

T=■×100%

在以上公式當(dāng)中Smax表示的是實(shí)際最大負(fù)荷，SN表示的是額定的容量。運(yùn)行率主要反映的是設(shè)備運(yùn)行情況的裕度，具體說(shuō)來(lái)就是針對(duì)同一設(shè)備，如果運(yùn)行率越高，相應(yīng)的表示設(shè)備接近滿載的程度也越高，運(yùn)行裕度就越小。

1.2 關(guān)聯(lián)維數(shù)和關(guān)聯(lián)度

變電站所帶的配電變壓器總數(shù)就是關(guān)聯(lián)維數(shù)，可以用r表示：

r=■x■

上述式子當(dāng)中xj表示的是變電站在第j條出線之上帶配的變數(shù)，m則表示變電站出線的數(shù)量。針對(duì)110kV的變電站，r的取值通常在150-400。

關(guān)聯(lián)維數(shù)的標(biāo)幺值就是關(guān)聯(lián)度，其中關(guān)聯(lián)度可以用d表示：

di=■

在上述式子當(dāng)中di表示的是變電站i的關(guān)聯(lián)度，而ri則表示的是關(guān)聯(lián)維數(shù)，rb表示的是基準(zhǔn)值，基準(zhǔn)值的取值依據(jù)地區(qū)的具體情況進(jìn)行選擇，在選擇取值之時(shí)應(yīng)當(dāng)注意一個(gè)問(wèn)題，那就是最終的取值應(yīng)該要略大于該變電站關(guān)聯(lián)維數(shù)的最大值。

關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)維數(shù)表征了變電站對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，在協(xié)調(diào)主配問(wèn)題之上有著重要的導(dǎo)向作用。其中關(guān)聯(lián)度和故障影響范圍關(guān)系密切，關(guān)聯(lián)度越高當(dāng)發(fā)生故障之時(shí)相應(yīng)的受到影響的范圍就越廣，為了使得主配的供電能力有所提高，以及增加配電網(wǎng)受電能力的協(xié)調(diào)性，就必須增加變電站，或者進(jìn)行供電范圍的修改。

1.3 負(fù)重系數(shù)

負(fù)荷權(quán)重系數(shù)可以用k表示：

k=λT+（-1λ）d

上述式子當(dāng)中λ表示權(quán)重因子。

負(fù)重系數(shù)可以同時(shí)體現(xiàn)變電站的負(fù)荷大小和供電范圍。其中針對(duì)λ的取值要根據(jù)區(qū)域具體情況，以及不同的優(yōu)化方式進(jìn)行考慮。比如城市的商業(yè)中心，或者負(fù)荷密度較大的工業(yè)區(qū)，針對(duì)這種情況λ就取0.80，反之對(duì)于密度較小且負(fù)荷分散的地方，可以適當(dāng)?shù)脑黾雨P(guān)聯(lián)度的影響，λ可以取值0.75或者更小。

負(fù)重系數(shù)當(dāng)中所包含的運(yùn)行率是對(duì)自身負(fù)載情況的描述，而關(guān)聯(lián)度則是表示和外部聯(lián)系的程度，所以使用這兩者對(duì)變電站的屬性進(jìn)行表征是合適且全面的。

2 規(guī)劃評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 協(xié)調(diào)因子

片區(qū)內(nèi)各變電站之間的負(fù)重系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差就是協(xié)調(diào)因子，在此可以用Cr表示，它是一個(gè)全局性的參數(shù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)可以進(jìn)行如下表述：

Cr=■

在以上式子當(dāng)中N表示的是變電站總數(shù)，ki表示的是i變電站的負(fù)重系數(shù)。

協(xié)調(diào)因子主要體現(xiàn)的是主配網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)程度，以及銜接性。從變電站的角度來(lái)看，如果協(xié)調(diào)因子越小相應(yīng)的各變電站的出力分配就越平衡，各站之間運(yùn)行的差異情況也就相對(duì)更小。減少了由于出力分配不均而導(dǎo)致的部分變電站超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高設(shè)備壽命和減少故障情況。從片區(qū)總體角度來(lái)看，協(xié)調(diào)因子越小，那么整個(gè)電網(wǎng)的總體效率就越高，運(yùn)行協(xié)調(diào)均衡，提高供電參數(shù)水平。

2.2 協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型

該模型主要從110kV變電站的選址模型出發(fā)，考慮了諸多影響變電站的因素，比如網(wǎng)損費(fèi)用、最小建設(shè)成本等作為目標(biāo)函數(shù)，又充分考慮了協(xié)調(diào)因子的影響。建立的數(shù)學(xué)模型為：

minZ=■fS■■+uS■+α■■■l■+β■■W■■l■+γC■s.t.■W■≤S■S■cosφl(shuí)■≤R■

在模型當(dāng)中Si表示i變電站的容量，f（Si）表示i的投資成本，u（Si）年運(yùn)行費(fèi)，n表示新建數(shù)量，N表示已有和新建的所有變電站的總量，r0是貼現(xiàn)率，ms是折舊年限，m1 是側(cè)壓側(cè)線路的折舊年限，a表示的是單位長(zhǎng)度所需的投資成本。lij 表示的是i變電站和j負(fù)荷點(diǎn)之間線路的長(zhǎng)度，其中xi 和yi 則表示橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。Ji表示所有的供電負(fù)荷的集合，線路網(wǎng)損折算系數(shù)是β，Wj是在j這一點(diǎn)之上的有功負(fù)荷，γ是協(xié)調(diào)因子系數(shù)，e（Si）是負(fù)載率，cosφ表示功率因數(shù)，Ri表示i的供電半徑限制，約束中i=1，2，……，N。

3 基于改進(jìn)加權(quán)Steiner最小樹的主配網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃

在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃之時(shí)需要進(jìn)行六個(gè)步驟的工作：第一，建模假定前提。即確定選址為110kV變電站進(jìn)行；建設(shè)的目標(biāo)是雙電源以上的供電；10kV供電半徑的最佳選擇是2.5千米左右；對(duì)于供電線路的長(zhǎng)度忽略其他因素不計(jì)，接近或者和電源及負(fù)荷的距離相等；單目標(biāo)優(yōu)化。第二，計(jì)算流程。規(guī)劃策略是先進(jìn)行目前已經(jīng)在運(yùn)行的變電站的負(fù)重系數(shù)計(jì)算，并且根據(jù)其平均值劃分出優(yōu)化選址范圍，然后再利用改進(jìn)加權(quán)Steiner最小樹模型進(jìn)行具體的選址。在計(jì)算當(dāng)中還必須注意確認(rèn)變電站的容量，劃分供電范圍，考慮協(xié)調(diào)因子。充分利用評(píng)價(jià)模型確認(rèn)并進(jìn)行調(diào)整，以保障結(jié)果收斂。

第三，確認(rèn)選址范圍。根據(jù)110kV及其半徑與之相等的平均供電半徑為三千米的單位圓作為選址范圍。圓中所包含的變電站和負(fù)荷在不斷變化，將當(dāng)中平均負(fù)重系數(shù)最大的圓作為選址優(yōu)化范圍。第四，變電站的選址。通過(guò)將加權(quán)Steiner最小樹進(jìn)行了改進(jìn)，最終確認(rèn)的目標(biāo)函數(shù)是：

minG=■

以上式子當(dāng)中n0是現(xiàn)存的變電站的數(shù)量，a（xi，yi）表示現(xiàn)存的變電站的坐標(biāo)位置，b（x0，y0）是將要新建的變電站的坐標(biāo)位置。

第五，變電站容量的確定?？梢酝ㄟ^(guò)以下式子進(jìn)行：

■+1-λ■≤k■

以上式子當(dāng)中P■表示目前的負(fù)荷，△p表示預(yù)測(cè)將會(huì)增加的負(fù)荷，■S■是現(xiàn)有變電站的總?cè)萘?，S0是新增加的變電站的容量，■是現(xiàn)存的變電站關(guān)聯(lián)度的平均值。

第六，供電范圍的劃分。首先將新建的變電站作為中心畫生長(zhǎng)圓，在不斷的將供電范圍進(jìn)行擴(kuò)大的同時(shí)，更新相應(yīng)的負(fù)重系數(shù)，保障達(dá)到平均值。然后，找出負(fù)重系數(shù)差異性最大的變電站，將這相鄰的變電站進(jìn)行調(diào)整，使得兩者之間的負(fù)重系數(shù)趨近相同。在評(píng)價(jià)模型當(dāng)中帶入計(jì)算所得的協(xié)調(diào)因子，得出目標(biāo)函數(shù)。最后將最終得出的結(jié)果和前一次的結(jié)果相互對(duì)比，如果兩者之間的差值同設(shè)定的闕值相比是小于關(guān)系，則迭代結(jié)束，反之重新計(jì)算并且調(diào)整。如圖1所示，就是供電范圍的劃分圖。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述目前對(duì)主配網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃還不夠重視，研究也相對(duì)較少。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和電壓的不同等級(jí)之間的容量不相配，最終導(dǎo)致供電能力不足等問(wèn)題，所以在之后的工作當(dāng)中還需要進(jìn)一步注意主配網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃。

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