基于饋線分段的配網(wǎng)轉(zhuǎn)供策略建模

吳濤 李嘉銘 陳恒

關(guān)鍵詞：饋線分段;配網(wǎng)轉(zhuǎn)供;轉(zhuǎn)供策略

配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，其連接了電力系統(tǒng)與用戶兩部分，并且負(fù)責(zé)向用戶供應(yīng)與分配電能，關(guān)系著用戶供電質(zhì)量。在供電事故中，其中由配電網(wǎng)故障導(dǎo)致的停電可以占到所有停電故障的80%左右，由此可見，想要提高用戶供電質(zhì)量，就必須要對(duì)配網(wǎng)供電方式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。配網(wǎng)轉(zhuǎn)供的作用是在配電網(wǎng)故障且隔離完成后，通過開關(guān)操作和部分負(fù)荷切除等方式，在安全約束的條件范圍內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的正常供電。配網(wǎng)轉(zhuǎn)供的實(shí)現(xiàn)，將故障產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失控制到最低，同時(shí)也可以提高用戶供電質(zhì)量，可以說是提高配網(wǎng)供電可靠性的重要手段之一。

一、配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供算法

對(duì)于配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供的算法比較多，包括遺傳算法、專家系統(tǒng)法、隨機(jī)優(yōu)化算法以及混合算法等，可以根據(jù)實(shí)際需求來進(jìn)行選擇，保證轉(zhuǎn)供設(shè)計(jì)的合理性與可行性。其中，在選擇遺傳算法進(jìn)行轉(zhuǎn)供方案最優(yōu)分析時(shí)，先是選擇二進(jìn)制編碼的方式對(duì)各備選方案做編碼處理，確定不同選線架設(shè)方案，以及對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)參數(shù)?？蛇x擇應(yīng)用適應(yīng)度函數(shù)來表示配網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案優(yōu)化的目的以及要求，在不影響配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，來降低故障率，同時(shí)減少配網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用。應(yīng)用適應(yīng)函數(shù)可以檢測待定位串對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)供方案的適應(yīng)性與合理性，由此來指導(dǎo)遺傳操作得以正常運(yùn)行。適應(yīng)度函數(shù)可表示為：

其中，F(xiàn)n表示的是給定的較大常數(shù);F表示的是考慮約束條件下的增光函數(shù)數(shù)學(xué)模型，可用以下公式表示：

配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案的優(yōu)化遺傳算法實(shí)現(xiàn)過程可見圖1所示，所需要輸入的原始數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)發(fā)電出力與負(fù)荷、線路參數(shù)以及算法所需參數(shù)，最終形成初始轉(zhuǎn)供方案。解碼得到初始方案的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，然后應(yīng)用潮流程序?qū)Ω髦饭β蔬M(jìn)行計(jì)算，通過上述公式得到各備選方案的適應(yīng)度，對(duì)其是否收斂進(jìn)行判斷。最終輸出得到的最優(yōu)結(jié)果會(huì)還原成轉(zhuǎn)供方案，確定方案的各項(xiàng)參數(shù)以及執(zhí)行要求。

本次以饋線為單元，配電網(wǎng)饋線將被映射成樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，確定降低配網(wǎng)故障，減少停電損失的根本性目的。選擇確定停電損失來作為配電網(wǎng)故障前后節(jié)點(diǎn)注入功率的差額，同時(shí)目標(biāo)函數(shù)所對(duì)應(yīng)的便是所獲差額的絕對(duì)值之和，給出配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供優(yōu)化模型，這樣無論是給出何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還是面對(duì)任意位置的故障問題時(shí)均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。分析研究配網(wǎng)不同饋線想要實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供的條件，確認(rèn)配網(wǎng)轉(zhuǎn)供優(yōu)化模型的聯(lián)絡(luò)支路對(duì)應(yīng)的為不同饋線間連接的聯(lián)絡(luò)支路。正常情況下兩條饋線之間只需要設(shè)置一條聯(lián)絡(luò)支路，部分情況下也會(huì)有多條聯(lián)絡(luò)支路的存在，只是此種情況在實(shí)際建設(shè)中比較少見，不將其作為常規(guī)情況進(jìn)行分析。

二、配網(wǎng)最大供電能力與負(fù)荷轉(zhuǎn)供

配網(wǎng)最大供電能力，即在滿足N-1安全準(zhǔn)則的情況下，特定區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)自身的最大負(fù)荷供應(yīng)能力。N-1校驗(yàn)時(shí)需要考慮的條件比較多，包括主變與饋線的容量、主變與饋線的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶、中壓饋線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)關(guān)系等（圖2為主變校驗(yàn)流程）。配網(wǎng)最大供電能力的計(jì)算，除了配電網(wǎng)供電能力達(dá)到最大限值以外，配網(wǎng)中主變、饋線以及饋線分段負(fù)荷均包括在內(nèi)。對(duì)于配電網(wǎng)來講，其中設(shè)置了大量的開關(guān)，且以分段開關(guān)為主，其余還有少量的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。其中，分段開關(guān)為常閉開關(guān)，運(yùn)行無異常時(shí)會(huì)保持閉合狀態(tài)，在配網(wǎng)出現(xiàn)故障后可以進(jìn)行自動(dòng)隔離;聯(lián)絡(luò)開關(guān)屬于常開開關(guān)，運(yùn)行無異常的情況下會(huì)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，可以為緊急供電提供通道。為保證配網(wǎng)供電的可靠性與穩(wěn)定性，減少停電故障的發(fā)生，多數(shù)情況下配電網(wǎng)會(huì)選擇閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的方式。配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)為輻射狀（如圖3為輻射型配電網(wǎng)網(wǎng)），任意兩個(gè)電源之間不得通過中壓饋線進(jìn)行連接，必須要將饋線見的聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開。并且，當(dāng)配電網(wǎng)處于檢修或故障狀態(tài)時(shí)，常開的聯(lián)絡(luò)開關(guān)會(huì)閉合，配電網(wǎng)瞬間合環(huán)運(yùn)行，然后將某個(gè)合適的常閉分段開關(guān)打開進(jìn)行解環(huán)，使得配電網(wǎng)保持開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，并且將受到停電故障影響的負(fù)荷轉(zhuǎn)供，盡量降低對(duì)用戶供電質(zhì)量的影響。在進(jìn)行配網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案研究時(shí)，同樣需要考慮配網(wǎng)最大供電能力，綜合考慮在配網(wǎng)發(fā)生N-1時(shí)分段負(fù)荷的轉(zhuǎn)移，做到在負(fù)荷零損失的前提下，完成故障重構(gòu)。

三、基于饋線分段配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供建模

確定停電損失為配電網(wǎng)故障前后節(jié)點(diǎn)注入功率的差額，而目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的是所獲差額的絕對(duì)值之和。故障前節(jié)點(diǎn)注入功率與節(jié)點(diǎn)已知負(fù)荷功率保持一致，并且利用潮流計(jì)算可獲取故障后節(jié)點(diǎn)注入功率。另外，對(duì)于故障后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于未知條件，可選擇含優(yōu)化變量的解析表達(dá)式進(jìn)行表達(dá)。

（一）優(yōu)化變量

優(yōu)化變量所對(duì)應(yīng)的對(duì)象便是開關(guān)支路狀態(tài)，如果饋線支路具有開斷能力，便可確認(rèn)其狀態(tài)為O/1值，即支路開斷狀態(tài)/閉合狀態(tài)。x所代表的為對(duì)角線元素支路所形成的對(duì)角線矩陣，表達(dá)式為：

其中，A表示的是饋線內(nèi)支路（除去聯(lián)絡(luò)線支路）全部保持運(yùn)行狀態(tài)時(shí)節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣;yb表示的是支路導(dǎo)納為元素的情況下，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的列向量。節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣可以通過節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣A與待求解優(yōu)化變量x來表示，對(duì)于不同的x變量，其所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)并不相同，這樣便可以降低拓?fù)浞治龅念l次，在生成新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)不需要重新做拓?fù)浞治?，這樣便可以更好地實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)轉(zhuǎn)供設(shè)計(jì)。

（三）目標(biāo)函數(shù)

饋線內(nèi)指定區(qū)域內(nèi)在遇到配電網(wǎng)故障后所對(duì)應(yīng)最小影響范圍作為研究目標(biāo)，對(duì)其做進(jìn)一步的量化，使得停電區(qū)域內(nèi)全部用電負(fù)荷之和保持在最小。將饋線內(nèi)部所有的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)全部設(shè)定為PQ節(jié)點(diǎn)，可以確認(rèn)饋線內(nèi)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在配電網(wǎng)故障停電前后注入功率差額的絕對(duì)值和以及最小可以更進(jìn)一步地進(jìn)行優(yōu)化。將此目標(biāo)作為優(yōu)化對(duì)象，能夠最大程度上來減少停電節(jié)點(diǎn)，保證未停電節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多，而停電節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功率保持最小。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

在對(duì)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，按照類型不同節(jié)點(diǎn)包括停電接點(diǎn)與未停電節(jié)點(diǎn)兩種，并且未停電節(jié)點(diǎn)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)必須要滿足潮流方程，其節(jié)點(diǎn)注入有功功率與同一地點(diǎn)的有功負(fù)荷比較，兩者數(shù)值相同，便可以進(jìn)一步得到節(jié)點(diǎn)的不平衡功率P-P.=0，對(duì)應(yīng)的便是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的貢獻(xiàn)為0。與未停電節(jié)點(diǎn)不同的是，停電節(jié)點(diǎn)不具備與電源的通路，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)注入有功功率為0。通過上述的研究分析，可以確定將饋線中所有節(jié)點(diǎn)功率不平衡量差定義為停電損失符合實(shí)際條件。

四、結(jié)語

配網(wǎng)轉(zhuǎn)供對(duì)于提高配電網(wǎng)供電質(zhì)量具有重要意義，可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行故障后，盡量減少對(duì)用戶供電的影響，提高供電穩(wěn)定性與可靠性。目前配網(wǎng)轉(zhuǎn)供設(shè)計(jì)越來越完善，面對(duì)復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)，我們?nèi)孕枰M(jìn)行不斷的研究和分析，縮小故障范圍，降低故障損失。