全壽命周期管理理論在配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理中研究

劉仕豪

【摘 要】本文基于全壽命周期理論，對于配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理進(jìn)行了研究，首先介紹了只能配電網(wǎng)的基本概念及主動配電網(wǎng)與被動配電網(wǎng)的區(qū)別；其次，提出了全壽命周期管理理論在配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用研究，包括全壽命周期管理理論及其在配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用的必要性等；最后指出全壽命周期風(fēng)險效能成本的含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃理論研究。

【關(guān)鍵詞】全壽命周期；配電系統(tǒng)；規(guī)劃

一、智能配電網(wǎng)簡介

（一）智能配電網(wǎng)的概念

智能配電網(wǎng)指根據(jù)配電網(wǎng)的高級自動化技術(shù)作基礎(chǔ)，利用以及融合先進(jìn)的測量、控制、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)、信息與通信等技術(shù)，利用智能化的開關(guān)設(shè)備、配電中斷設(shè)備，電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的無力支持以及各種集成高級應(yīng)用功能的可視化軟件的支持下，允許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入微網(wǎng)的運作，從而可以完成電網(wǎng)在正常運作時比較完善的檢測、保護(hù)等以及在非正常運作狀態(tài)時的自愈，最終可以對電力用戶提出安全、可靠的電力供應(yīng)及其他相應(yīng)的附屬服務(wù)。

（二）主動配電網(wǎng)

主動配電網(wǎng)的概念以及內(nèi)容是根據(jù)配電與分布式發(fā)電的報告在2008年提出的。在CIGRE2012的會議上，C6將主動配電網(wǎng)變換為主動配電系統(tǒng)，因為增加了分布式資源以后，配電網(wǎng)已經(jīng)不能被當(dāng)做傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)了，因此可以稱為主動配電系統(tǒng)。

二、全壽命周期管理理論在配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用研究

（一）全壽命周期的概念：

全壽命周期管理指根據(jù)產(chǎn)品全壽命的發(fā)展過程可以實行持續(xù)不斷、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的管理，綜合考慮每個階段出現(xiàn)的問題，從而可以確保一致性，利用并行設(shè)計的方式，達(dá)到產(chǎn)品在全壽命周期內(nèi)技術(shù)最優(yōu)、質(zhì)量最可靠等一系列優(yōu)點。

（二）全壽命周期管理理論在配電系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用的必要性

配電工程全壽命周期管理指工程的全壽命周期每個環(huán)節(jié)作為研究對象，以全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)當(dāng)做研究的目的，從系統(tǒng)的整體目標(biāo)開始，統(tǒng)籌考慮工程的規(guī)劃、設(shè)計、采購、建設(shè)、運行、檢修、技改、報廢的全過程，在滿足安全、效能、環(huán)保的前提下追求工程效益全壽命周期成本最優(yōu)，從而可以帶來最大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益以及環(huán)境效益。

（三）配電系統(tǒng)規(guī)劃全壽命周期管理的方法

配電工程全壽命周期管理指工程的每個環(huán)節(jié)，目的是在保障安全、效能、環(huán)保的基礎(chǔ)上，可以追求工程效益全壽命周期成本最優(yōu)，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益最優(yōu)。

配電系統(tǒng)全壽命周期成本模型：

考慮資金的時間價值 ：

配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)評價方法：

1）凈收益現(xiàn)值計算模型：

2）內(nèi)部收益率計算模型：

3）全壽命周期最小費用法計算模型：

通過凈現(xiàn)值法或內(nèi)部收益率法評價項目的經(jīng)濟(jì)性時存在一定的困難。在這種情形下一般只可以通過項目費用的對比，從而提出了最小費用法。這種方法包含了一種假定：當(dāng)方案滿足相同的需要時其收益相等。從而可知，電網(wǎng)設(shè)計方案的全壽命周期最小費用就是設(shè)計方案最大效益的直接經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)。

（四）基于全壽命周期成本的配電網(wǎng)變電站選址定容規(guī)劃優(yōu)化

選址定容優(yōu)化模型：

1）規(guī)劃變電站高壓側(cè)線路的LCC模型：

2）規(guī)劃變電站設(shè)備的LCC模型：

（五）基于全壽命周期成本的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化

基于全壽命周期成本的配電網(wǎng)規(guī)劃模型：

基于LCC建立的多階段配電網(wǎng)網(wǎng)架及開關(guān)布置規(guī)劃新模型，不僅將規(guī)劃方案的初始投資以及運行維護(hù)成本考慮在內(nèi)，也包括了配電網(wǎng)的停電損失成本。通過構(gòu)建配電網(wǎng)用戶停電持續(xù)時間以及停電損失的數(shù)學(xué)模型，此模型表示停電頻率、停電持續(xù)時間及停電電量對停電成本造成的影響，從而也可以更加準(zhǔn)確地計算出停電帶來的損失成本。通過算例數(shù)據(jù)分析可以得出，當(dāng)配電網(wǎng)可靠性水平要求相對比較高時，分段開關(guān)的配置可以明顯降低停電帶來的損失。分階段配電網(wǎng)規(guī)劃方案可以更好地適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展帶來的需要，顯著降低規(guī)劃方案的運行成本以及相應(yīng)的停電成本，具有很好的應(yīng)用前景。

（六）基于全壽命周期成本的配電網(wǎng)無功規(guī)劃

配電網(wǎng)無功規(guī)劃數(shù)學(xué)模型：

等式約束方程：

不等式約束方程：

三、全壽命周期風(fēng)險效能成本的含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃理論研究

發(fā)達(dá)國家在進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，已經(jīng)把DG技術(shù)放在了相當(dāng)重要的位置上；大力發(fā)展DG技術(shù)將是我國電力系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢。

1）部分分布式電源如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等的輸出功率擁有不確定性；

2）分布式電源接入后，大量的用戶隨機(jī)使用分布式電源提供的電能，使得配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測具有更大的不確定性；

3）不合理的分布式電源接入方案會破壞配電網(wǎng)運行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

通過對各種類型分布式電源輸出功率及配網(wǎng)用戶負(fù)荷需求時序的全過程模擬研究，表明分布式電源對配電網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)的影響規(guī)律性，優(yōu)化分布式電源接入位置、接入容量，并提出適合分布式電源接入的典型配電網(wǎng)網(wǎng)架改進(jìn)方案，符合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略以及國家對分布式電源接入的相應(yīng)政策要求，具有重要的研究價值。

總結(jié)

本文介紹了智能配電網(wǎng)和全壽命周期管理的理論知識。常規(guī)配電網(wǎng)發(fā)展到智能配電網(wǎng)的整個過程，及智能配電自動化和主動配電網(wǎng)的概念。全壽命周期管理在設(shè)備管理和電網(wǎng)規(guī)劃中都能很好地應(yīng)用，還有比較最小投入和最大收益來分析配電網(wǎng)規(guī)劃方案的方法。此外，變電站選址定容問題可以用粒子群算法等一些智能算法來分析。對于全壽命周期管理中的一些具體問題，比如運行費用，故障檢修費用等，需要一些歷史數(shù)據(jù)支持。

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