主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃與優(yōu)化運(yùn)行研究

引言

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),隨著社會(huì)不斷發(fā)展,能源需求也日益增加,電力作為目前使用最廣泛的二次能源,逐漸受到資源枯竭、環(huán)境污染和結(jié)構(gòu)老化等方面的限制。而采用分布式電源能夠改善這一問題,能夠提高資源利用效率。

配電網(wǎng)規(guī)劃直接影響配電網(wǎng)投資、收益以及未來配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃以負(fù)荷預(yù)測和電源規(guī)劃為基礎(chǔ),確定在何時(shí)何地投建何種類型的線路及其回路數(shù)量,以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃周期內(nèi)所需要的輸電能力,在滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的前提下,使費(fèi)用最小,其中技術(shù)指標(biāo)包括供電可靠性指標(biāo)、電壓質(zhì)量指標(biāo)、線損率指標(biāo)及容載比指標(biāo)。常規(guī)配電網(wǎng)運(yùn)行方案存在線路損耗高等問題,因此本文對主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了研究。

1主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)架雙層規(guī)劃

采用雙層規(guī)劃方式規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)架,雖然上下層有各自的目標(biāo)函數(shù),但是其上下層之間存在一定聯(lián)系和傳遞關(guān)系。將上下層存在的內(nèi)部聯(lián)系量定義為決策變量,將其作為下層參量,綜合各方面因素,在允許范圍內(nèi)將參量向上層反饋,上層在整體允許范圍內(nèi)求得網(wǎng)架規(guī)劃最優(yōu)解。

一般情況下,主動(dòng)配電網(wǎng)線路包含聯(lián)絡(luò)開關(guān)和普通支路開關(guān),隨著配電網(wǎng)負(fù)荷量的增加,網(wǎng)架規(guī)劃對于主動(dòng)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。采用雙層規(guī)劃方案,針對已經(jīng)完成的路線規(guī)劃方案,采用二進(jìn)制遺傳算法,以編碼0/1形式表示,將普通支路開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)以及擴(kuò)展線路開關(guān)加入到網(wǎng)架優(yōu)化內(nèi)。以此建立上層規(guī)劃目標(biāo)函數(shù):

式中,s0表示配電網(wǎng)網(wǎng)架年綜合費(fèi)用(萬元）:s1表示網(wǎng)架年投資運(yùn)行費(fèi)用(萬元）:s2表示下層規(guī)劃函數(shù)目標(biāo)值(萬元）。

其中s1通過以下公式得到:

式中,s1'表示線路固定建設(shè)等年值:s1"表示線路年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用:p表示新建線路集合:ps表示全部線路集合:s●表示線路單位長度投入費(fèi)用:d表示線路長度:s表示貼現(xiàn)率,取10%:a表示線路運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用率,取0.05。

下層規(guī)劃的待優(yōu)化變量包括風(fēng)力、光伏、儲能容量以及接入點(diǎn)位置等。分布式電源單機(jī)容量、安裝運(yùn)維費(fèi)及使用壽命已知,分布式電源的選址可直接選取儲能節(jié)點(diǎn),在一定程度上實(shí)現(xiàn)抑制電源波動(dòng)的目的。下層目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)值代表經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的花費(fèi),目標(biāo)函數(shù)如下:

式中,S3表示分布式電源和儲能的安裝投資費(fèi)等年值:S4表示分布式電源和儲能年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用:S1oss表示主動(dòng)配電網(wǎng)年損耗費(fèi)用:S5表示向上級電網(wǎng)購電成本:S6表示分布式電源發(fā)電的補(bǔ)貼費(fèi)用。

確定上下兩層關(guān)系后,輸入原始數(shù)據(jù),對上層決策變量進(jìn)行二進(jìn)制編碼,設(shè)置運(yùn)行參數(shù),隨機(jī)生成初始種群,并對初始種群進(jìn)行解碼,生成定容選址方案。將下層定容選址方案帶入上層進(jìn)行函數(shù)計(jì)算,當(dāng)滿足收斂條件后,輸出結(jié)果即為最優(yōu)網(wǎng)架規(guī)劃方案。

2主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行研究

在保證電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的前提下,提高電能生產(chǎn)和輸送效率,降低供電成本,降低網(wǎng)損率,是主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的目的[5]。主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行大多存在風(fēng)電、光伏發(fā)電的熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行問題,考慮主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行特性,提出一種節(jié)能減排的優(yōu)化運(yùn)行方案。

受網(wǎng)絡(luò)約束的分布式電源發(fā)電計(jì)劃,與主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎嚓P(guān),可通過配電網(wǎng)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?達(dá)到網(wǎng)損最小的目的。配電網(wǎng)重構(gòu)與主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系如圖1所示。

主動(dòng)配電網(wǎng)重構(gòu)分為正常重構(gòu)和事故重構(gòu)。正常重構(gòu)始終是指在正常運(yùn)行狀態(tài)下,通過通斷開關(guān)、改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?滿足網(wǎng)損最低或電壓質(zhì)量最佳的要求。故障重構(gòu)是指在配電網(wǎng)發(fā)生故障停電后,恢復(fù)供電時(shí)優(yōu)化供電路徑和供電范圍,達(dá)到減少停電損失,保障重要用戶供電的目的。

早期正常運(yùn)行的配電網(wǎng)重構(gòu)為單一目標(biāo),引入分布式電源后為復(fù)合目標(biāo)。滿足配電網(wǎng)負(fù)荷需要3種途徑()1）輸電網(wǎng)購電:)2）調(diào)用配網(wǎng)的分布式電源:)3）調(diào)用可中斷負(fù)荷等需求側(cè)資源。這3種途徑都被視為電源,以此為依據(jù),優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)為:

式中,/表示3種措施總的發(fā)電費(fèi)用:R1表示從電網(wǎng)購買的發(fā)電費(fèi)用:O0表示從電網(wǎng)購買有功率功率:n表示配單節(jié)點(diǎn)數(shù):r0i表示在i節(jié)點(diǎn)上發(fā)電功率的變動(dòng)成本:g0i表示在i節(jié)點(diǎn)上的配電發(fā)電功率:r1i表示在i節(jié)點(diǎn)上主動(dòng)負(fù)荷單位功率變動(dòng)成本:g1i表示在i節(jié)點(diǎn)上的主動(dòng)負(fù)荷承擔(dān)的有功功率。

確定目標(biāo)函數(shù)后,優(yōu)化運(yùn)行需要輸入已知的節(jié)點(diǎn)類、支路類和發(fā)電機(jī)類數(shù)據(jù),根據(jù)十進(jìn)制編碼規(guī)則,以小環(huán)網(wǎng)開關(guān)號為基因,搜索所有環(huán)網(wǎng)之間的開關(guān)組合,產(chǎn)生合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?計(jì)算最優(yōu)潮流,達(dá)到最大迭代次數(shù)后,得到優(yōu)化運(yùn)行最優(yōu)解。

3實(shí)驗(yàn)論證分析

為了驗(yàn)證提出的主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行方案的能力,引用常規(guī)優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn),測試主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行過程中及變壓器線路損耗程度。選擇測試的變壓器型號為Z10,電壓比為35/10.5,額定頻率為50Hz,空載損耗為270w,負(fù)載損耗為1380w,空載電流為1.7A,短路阻抗為4Ω。測試結(jié)果如表1所示。

表1線路損耗測試結(jié)果

分析表1可知,開斷的線路號不影響線路損耗測試結(jié)果。其中,方案1為提出的網(wǎng)架規(guī)劃與優(yōu)化運(yùn)行方案,方案2為常規(guī)運(yùn)行方案。對比方案1和方案2測試的線路損耗結(jié)果,采用方案1測試的線路損耗為0.46MW,采用方案2測試的線路損耗為0.83MW,對比可知方案1測試結(jié)果低于方案2,說明本文方法損耗更低,具有實(shí)用性。

4結(jié)語

本文研究了主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行,采用雙層規(guī)劃模型,解決了主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃問題:通過配電網(wǎng)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)損、負(fù)荷和供電可靠性等目標(biāo)的優(yōu)化,在保證主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),保證電能質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)證明了本文提出的網(wǎng)架規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行方案,能使主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行過程中線路損耗較低,其安全性得到了保證,極大地提高了可再生能源的利用率。