配電網重構及其優化算法設計研究

唐文發

摘 要：目前，我國的經濟發展速度較快，群眾的生活和企業的生產都需要大量的電力，這既給我國的電力事業提供了良好的發展環境，同時也為我國電力供應技術提出了嚴峻的挑戰。電網重構是一種提升配電網絡運行效率的最有效手段之一，同時還可以有效地提高供電安全性。該文即是對配電網重構及其優化算法設計進行的討論，其中主要分析了數學優化法、最優流模式法、開關交換法以及智能優化算法等，并對其優缺點進行了闡述，以期能為相關工作提供參考。

關鍵詞：配電網重構 優化算法 研究

中圖分類號：TM27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（c）-0238-01

配電網系統是整個電力供應系統中的重要組成部分，其主要的功能就是將電力企業生產的電能傳輸到用戶處進行使用，目前我國已經實現了配電網自動化發展，增加了配電網運行的效率和穩定性。但我國對于電力的需求量在不斷增加，因此，也必須實行新的方法來實現更高效的運行，配電網重構就是較好的方法之一，其能夠有效降低電力輸送損失、平衡負載、提高供電效率和質量。

1 配電網重構的概述

配電網重構概念最早是在20世紀70年代提出的，其主要目的是為了改變傳統配電網開關形式，從而轉變其基礎結構和運行模式的過程。而隨著現代電力技術的不斷進步，其配電網的重構方法也在逐漸衍變，同時在不同的電網運行情況下，配電網重構的目的性也就不同。當整個配電網處于正常運行狀態時，對配電網進行重構的主要目的在于降低電力在傳輸過程中所要產生的損失，降低配電網超負荷運行的情況，提升配電網的輸電質量，盡可能使得配電網中的各結構保持平衡。而當配電網在運行中出現故障時，利用配電網重構方法可以有效的對事故區域進行隔離，這樣可以避免因事故帶來的進一步損失，同時也可以保證其余電網結構不受影響，保證地區的電力供應。另外還可以利用開關將事故區域的電力供應取消，這樣就可以保證維修人員在檢修的過程中不會發生危險，加快維修速度。由此可以看出，對配電網進行重構的目的有很多種，但總體說就是保證配電網正常運行，提高配電網運行效率，快速排除故障，提高配電網的安全性。但在實際工作中，對配電網進行重構也面臨著較大的阻礙，其中主要包括配電網重構的潮流阻礙，變壓器或輸電線路中允許通過的最大電流不同，反饋線路的容量不同，輸電線路對于電壓的負荷能力不同，同時還需要在保證標準供電需求的基礎上完成配電網重構工作。因此，在進行這項工作前，首先要對配電網的結構進行了解，通過優化算法對重構方案進行相應的設計，以保證重構后的配電網各結構之間能夠穩定運行。

2 配電網的優化算法

2.1 數學優化法

國外學者對于配電網重構方法的研究比較深入，這主要因為其電力技術的發展較為成熟，各類相關理論體系在研究的過程中都能夠得到相應的技術支持。在配電網重構優化算法中，數學優化法是上個世紀提出的，其主要是將這一問題放在了線性數學層面進行解答。通過這種方法重構的配電網能夠形成獨立的開關狀態，可以幫助重構設計者尋找到最好的重構方法。但是這種方法也存在著一定的缺點，首先，其所使用的計算方式為直流潮流算法，在計算負荷過程中是以恒定的做功電流進行表示的。這種方法雖然計算較為簡單，對于小范圍的配電網重構來說比較方便，但在運用到大規模、大范圍的配電網中時就顯得較為不足，在計算過程中所需要消耗的時間較多。但目前大部分學者對于這種優化計算方法還是比較認可，因為其可以不依賴于配電網的原始結構進行有效計算，得出的結果質量較高，但其在應付結構復雜的配電網時經過的計算步驟較多，因此，可以根據配電網的實際情況進行選擇。

2.2 最優流模式法

最優流模式法主要是為了用來減小配電網絡在輸電過程中造成的電力損失而提出的。眾所周知，電流在傳輸的過程中會產生一定的損失，其與輸電線路的電阻、電流負荷率等有著一定的關系，其損失主要是由于輸電過程中電流能量轉化為熱能流失而造成的。利用最優流模式法對配電網的重構方案進行設計時，其首先需要將所有的開關進行閉合，使得配電網內形成一個多環結構，在分別滿足KCL和KVL的條件下求得配電網內的電流分布情況，而這也就是最優流模式。其次，選擇將其中電流量最小的環開啟，計算新的最優流數值，并以此重復，直到整個配電網被完全開啟，這樣就可以計算整個配電網在最小電流損失下的運行情況。這種方法將復雜的計算和設計過程進行了簡化，能夠有效提高配電網重構工作的效率，但其也具有著一定的缺點。在對配電網中各環狀網絡進行開啟時，其互相之間也有著一定的影響，電流的相互作用使得計算結果與實際情況存在著較小的誤差，因此如果想用這種方法設計配電網重構的方案，就必須要做到對各環狀網絡進行快速開啟和計算，減小誤差帶來的影響。

2.3 開關交換法

開關交換法主要是用開關控制配電網中的電流，以此計算各節點注入電流的差異，并根據其開關開啟關閉的組合尋找配電網的最優重構模式。這種方法不需要進行大量的計算，只需要了解開關開啟和閉合過程中相應區域內配電網的供電損失情況即可，減小了計算量，對于線性數學知識要求低。但這種方式的缺點在于其每次只能對一對開關進行考量，所給出的結果也不是參照于原始配電網結構，因此通過這種方法雖然較為簡便，但其只能對區域內的配電網進行重構，無法對整體進行有效的反應。

2.4 智能優化算法

目前研究出的智能優化算法有很多種，其中主要包括模擬退火、遺傳、禁忌搜索、人工神經網絡以及專家系統算法等。其主要就是借助現代計算機科技對配電網重構方案進行大膽的假設和計算，能夠有效提高計算速率，但這類算法大多過于依賴原始配電網數據，因此需要進行結合才能夠取得更好的效果。

3 結語

配電網作為電力輸送過程中最重要的環節，相關研究者應該不斷加深對于其重構工作的研究，不斷提高配電網的輸電效率，減小事故對輸電的影響，降低輸電消耗，提高資源利用率。

參考文獻

[1] 徐炳垠，李天友，薛永端.智能配電網與配電自動化[J].電力系統自動化，2009，33（17）：38-41.

[2] 張蘭.智能電網優先推進配網研究經濟因素或成重要評估指標[J].電力系統裝備，2009（9）：39-41.

[3] 賈彥兵.基于混合算法的配電網重構的研究與應用[D].東北電力大學，2011.

[4] 董彬政.配電網重構及其實施策略研究[D].華北電力大學，2013.