基于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切的配電網(wǎng)綜合優(yōu)化研究

配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的組成之一，因此對配電網(wǎng)綜合優(yōu)化具有十分重要的意義。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容投切是進(jìn)行配電網(wǎng)綜合優(yōu)化的常用兩種手段，本文研究兩種優(yōu)化手段的研究現(xiàn)狀，并且介紹了兩種手段的優(yōu)化流程。

配電網(wǎng)；優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；電容器投切

1 引言

電力系統(tǒng)可以分為三大主要系統(tǒng)，即發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)出電能后，輸電系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸，最后用戶能夠通過配電系統(tǒng)獲得電能。配電系統(tǒng)與負(fù)荷直接相連，而且其位于電網(wǎng)末端，因此其是電力系統(tǒng)的重要組成部分，因此對配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化具有十分重要的意義。

2 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切的研究現(xiàn)狀

2.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的研究現(xiàn)狀。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)最初是由A.Meriin和H.Back提出的，為了解決網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題，他們運(yùn)用了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)規(guī)劃方法，從而建立了最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著研究的不斷深入，很多優(yōu)化算法被眾多專家學(xué)者提出來建立最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，下面我們對這些方法進(jìn)行論述。（1）傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法。在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法中，其具有很多中優(yōu)化方法，分支定界法，單回路優(yōu)化方法就是其中的主要方法。分支定界法的基本原則是：第一，我們把所有關(guān)閉處理網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；第二步驟中，我們分析類似于原始網(wǎng)絡(luò)線性電阻網(wǎng)絡(luò)模型，需要打開開關(guān)確定，然后重復(fù)上述形成的無線電網(wǎng)絡(luò)分析管轄權(quán)。單回路優(yōu)化方法的基本原理是：首先，我們找到了初步解決方案福射的初始結(jié)構(gòu)，設(shè)置開關(guān)打開后，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)，關(guān)閉它，然后閉合開關(guān)組，我們確定了開關(guān)，然后開，以形成一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)徑向管轄權(quán)，使凈損失目標(biāo)函數(shù)具有一定的還原，最后經(jīng)過大量重復(fù)這個(gè)過程中，當(dāng)凈損失不再降低，所得到的溶液是最佳的解決方案。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法的發(fā)展成熟，其解決網(wǎng)絡(luò)的初始結(jié)構(gòu)沒有太多的依賴，但計(jì)算效率低的這種方法，你需要消耗更長的計(jì)算時(shí)間，當(dāng)你需要解決復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)的分銷網(wǎng)絡(luò)這種方法是不是有效。（2）現(xiàn)代人工智能算法。由于很多研究人員對人工智能技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)，因此在配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)領(lǐng)域中，人工智能的方法和理論也得到廣泛的應(yīng)用，而且這些理論和方法也得到了不錯(cuò)的效果。在20世紀(jì)60年代，Holland等人創(chuàng)建了遺傳算法（Genetic Algorithm， GA），這種方法是一種高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)搜索方法，其原理是借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制。在配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中，我們用編碼來表示開關(guān)的狀態(tài)，我們用配電網(wǎng)的總網(wǎng)損來代表適應(yīng)度函數(shù)，在解決配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題中，遺傳算法已經(jīng)成為最常用的算法之一。

2.2 電容器投切的研究現(xiàn)狀。為了對配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)提高，對配電系統(tǒng)的功率因素進(jìn)行有效改善，對配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗進(jìn)行較大降低，并且對配電系統(tǒng)的容量進(jìn)行一定升級，我們一般采用配電網(wǎng)無功功率的合理分布這種措施。在配電網(wǎng)的眾多無功補(bǔ)償設(shè)備中，電容器是應(yīng)用最廣泛的設(shè)備，在電容器優(yōu)化過程中，電容器配置和電容器投切是其優(yōu)化中需要解決的兩大主要問題。關(guān)于配電網(wǎng)電容器優(yōu)化投切問題，我們可以將其分為靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩種優(yōu)化方式。靜態(tài)優(yōu)化過程是面向時(shí)間斷面，我們一般優(yōu)化時(shí)刻的系統(tǒng)網(wǎng)損設(shè)定為最小目標(biāo)，在優(yōu)化時(shí)刻下，我們把各電容器組的投切情況設(shè)定為變量，且靜態(tài)優(yōu)化具有規(guī)模較小的解空間，因此該優(yōu)化過程獲得優(yōu)化解的時(shí)間較短。但是靜態(tài)優(yōu)化方法也有一定的局限性，例如其無法對電容器投切次數(shù)和負(fù)荷變動(dòng)情況進(jìn)行反映，其計(jì)算的投切組數(shù)只針對某一時(shí)刻負(fù)荷下的情形，但是電容器靜態(tài)優(yōu)化是動(dòng)態(tài)優(yōu)化的基礎(chǔ)理論，因此其具有十分重要的理論研究意義。基于未來一天的負(fù)荷，我們把預(yù)測結(jié)果分為若干時(shí)段，這個(gè)過程就是動(dòng)態(tài)優(yōu)化，在動(dòng)態(tài)優(yōu)化過程中，我們將一般會(huì)對投切成本進(jìn)行考慮，然后對電容器進(jìn)行優(yōu)化，這種優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際情況比較符合，由于通常設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用與維修費(fèi)用很難被明確計(jì)算，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法求得的費(fèi)用系數(shù)，其具有一定的偏差，因此并不夠科學(xué)合理，在影響計(jì)算結(jié)果的因素中，系數(shù)的確是十分重要的環(huán)節(jié)。

3 配電網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化

3.1 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。理論上，在任何一個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中，我們都可以獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且在最優(yōu)的結(jié)構(gòu)下，與其方案相比，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、網(wǎng)絡(luò)的損耗和負(fù)荷的平衡性能最佳。在滿足配電網(wǎng)運(yùn)行約束的基礎(chǔ)下，我們通過改變開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并且調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程就是配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程。配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)主要分為：（1）在配電系統(tǒng)的故障情況下，我們可以隔離故障切換動(dòng)作，使得負(fù)載能夠被轉(zhuǎn)移，將其轉(zhuǎn)移到另一行，這是功率范圍被減少，從而提高供電可靠性。（2）我們對開關(guān)進(jìn)行優(yōu)化組合，從而使電力系統(tǒng)運(yùn)行得到優(yōu)化，從而使網(wǎng)損得到降低，這樣可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 配電網(wǎng)絡(luò)電容器優(yōu)化投切。為了保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，我們可以通過配電系統(tǒng)無功優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)的一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電氣參數(shù)和負(fù)荷情況下，我們優(yōu)化某些控制變量，并且在滿足電氣運(yùn)行的所有約束條件下，然后使系統(tǒng)的某個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，這種優(yōu)化過程就是無功化作用。在各種手段無功優(yōu)化，并聯(lián)補(bǔ)償電容器是這樣一個(gè)電容器的最常用裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行可靠，投資經(jīng)濟(jì)，并與網(wǎng)格中的低壓側(cè)的大量節(jié)點(diǎn)和配電變壓器，weThey都配備了相應(yīng)的設(shè)備作為補(bǔ)償電容器，通過電容器的優(yōu)化投切操作，我們可以對配電系統(tǒng)的無功功率的分布情況進(jìn)行改善，我們可以對母線電壓進(jìn)行改善，并且我們可以對配電系統(tǒng)的損耗進(jìn)行降低，從而我們可以節(jié)省很多運(yùn)行費(fèi)用。

結(jié)語

本文主要對配電網(wǎng)優(yōu)化的兩種手段進(jìn)行詳細(xì)的研究。本文簡單介紹了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切的研究現(xiàn)狀，其中網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)主要由傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、啟發(fā)式算法和現(xiàn)代人工智能算法構(gòu)成，而電容器投切主要有靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩種方式。本文詳細(xì)分析了對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切對配電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的流程。

[1]劉莉，陳學(xué)允，郭志忠.配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].繼電器，2002，30（06）：26-28.

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