考慮地理信息的多電源配網規劃研究

李勝俊

（國網四川省電力公司巴中供電公司，四川 巴中 636000）

考慮地理信息的多電源配網規劃研究

李勝俊

（國網四川省電力公司巴中供電公司，四川 巴中 636000）

在電力系統中配電網具有重要的作用，配電網的投資與運行費用在整個系統中所占份額較大，科學、有效地進行方案規劃能夠降低投資費用。本文主要對現階段城市新建供電區電源配網規劃存在的問題進行了分析，并提出了針對街道地理環境約束的多電源配網規劃模型，應用遺傳算法對規劃問題進行解決。本文通過某城市的電網規劃系統對該模型與算法的有效性進行驗證。

地理信息；配網規劃；遺傳算法；多電源；電力系統

早期對配電網的規劃研究沒有對地理環境因素進行考慮，主要考慮的是輻射、電壓降以及容量等條件的約束，綜合費用應當降低，近幾年人們對電源配網規劃的研究，大部分沒有對地理環境因素進行考慮。首先對每一個電源點的供電范圍進行確定，然后每一個電源點實施單獨的電源配網規劃。這種規劃的方式會在很大程度上影響綜合目標的優越性，環境問題引起了人們的高度重視，因此考慮地理環境約束已經成為多電源配網規劃不得不考慮的問題。目前該方面的研究還不夠成熟，主要是對模型的成本目標函數進行修改，還沒有詳細地對地理環境給多電源配網的影響進行考慮，在成本計算方面也不夠細致。但是實際中地理環境對網架的影響不能單從目標函數進行反映，主要原因有以下幾點：（a）在對地理信息進行考慮以后，規劃圖中除了要包含負荷點和電源點，還應增加道路標記，并對接到布置特點進行考慮，不能實現度待建線路集進行確定，所以不能繼續應用不對地理信息進行考慮的方案。（b）如果規劃區全部應用電纜，需要根據線路回數、走廊的寬度以及電壓的等級對電纜的敷設方式進行選擇，不同的選擇相對應的費用會存在巨大的差異。

本文主要對現階段城市新建供電區電源配網規劃存在的問題進行了分析，并提出了針對街道地理環境約束的多電源配網規劃模型，應用遺傳算法對規劃問題進行解決。本文通過某城市的電網規劃系統對該模型與算法的有效性進行了驗證。

一、前提規劃

路段與路段端點代表相應的地理信息，路段是不可被分割，每個路段含有兩個端點。端點不僅是負荷點或電源點，同時也是街道的交叉點。電源點、負荷點以及街道交叉點統稱為地理節點。對電氣信息進行表示時，電氣節點包含了電源點、負荷點、電氣分支點，同時電氣節點也屬于地理節點。

本文城市電網規劃，所有的容量、負荷位置以及電源位置已經給出，電源的進線、走廊和回路數已經確定，路段的可選電纜敷設方式和地理信息一致，電纜型號統一，因此本文規劃中不包含對線路型號的選擇。

二、模型

目標函數：年投資費用最低是目標函數的目的，包含了土建、電氣費用、走廊線路的費用以及運行的費用。

上式中的第一部分表示的是電氣費用，第二部分表示的是土建費用，第三部分表示的運行費用，該式中的，其中r0表示電纜的投資收益率，t表示的是電纜能夠運行的年限。式（1）中的f（D）表示的是每一個單位長度的電纜的造價，L表示的電纜的總長度，n表示的是電纜的種類；N表示的供電線路的個數；li表示的是第i中敷設方式的路段長度，Ci表示的第i種敷設方式的單位土建費用，T表示年最大負荷損耗時間（小時）。

約束條件：電氣約束：節點電壓的安全約束、變電站出線間隔的數量約束、電氣設備的容量約束；路網約束：路段的最大電纜回數；網絡約束：輻射性約束與連通性約束。

（一）染色體編碼

為了實現對地理與電氣信息的查詢，并實現統計、動態修改操作，需要處理各種約束，確定個體的適應度，應用多信息矩陣進行個體染色體編碼。

地理節點信息：

該矩陣能夠對地理節點中經過的電氣之路完成記錄，并對電氣節點編號，地理節點的編號是行號，每相兩個元素，就對應著1條制度與電氣節點的編號，例如MGN（i，1）所指為：在i地理節點的第1條支路，以此類推。

支路信息：

該矩陣是對每一個電氣支路的電氣和地理信息進行記錄，行號表示的支路的編號，每一行的前兩個元素表示的支路的首端與末端的電氣節點的編號，第三個則表示的是支路所在線路的編號，第四個表示的支路的長度，其后的元素表示的支路的首端到支路的末端所存在的地理節點的編號。

線路信息：

該矩陣能夠對每條線路中的負荷功率以及電源編號記錄，線路的編號是行號，例如：ML（i，1）就是線路i的電源編號，ML（i，2）就是線路i的負荷功率。

電源信息：

能夠記錄出線回數和負荷功率，電源編號對應行號。

（二）種群初始化

基本思路是從任意負荷點，根據街道隨機進行新線路敷設，從任意地理節點對另一個進行隨機收索，尋找沒有超限的供電電源，即完成供電布線。如果已經存在供電線路，并且接入后負荷點的線路容量沒有超限，應當優先將該線路接入。緊接著按照該方式完成剩余負荷點的供電布線，指導完成個體網架的規劃，并確保所規劃的網架能夠符合輻射性與連通性的約束。

（三）適應度計算

在完成初始化操作后，根據個體的線路信息矩陣與支路信息矩陣，對每個支路的電源歸屬進行確定，并確定每一條支路的長度和電氣節點編號，然后可以根據推回代算方法計算供電子網的潮流，將每個節點電壓有功網損進行確定。

（四）遺傳操作

選擇：為了讓優良的個體穩定地保存，應用非線性排名、分組競標賽的方式隨機選擇，為了避免最優個體沒被選出，應用最優個體保留方案，讓最優個體直接進行下一代。

交叉：邊重組交叉運算，本文對路網信息進行了考慮，因此每一條線路會包含地理路段較多，因此本文中的邊重組實際上也是支路重組和路段重組，因此重組過程會發生圖1的布線情況。邊重組個體對應的是隨機的地理節點與路段，同樣會產生新電氣節點與新支路，確保新個體能符合約束。

變異：應用的變異方法有：支路最短路徑替換變異與末端負荷點轉移變異兩種。

支路最短路徑替換：選擇最短路徑縮短支路長度，降低迂回供電發生率，該方法基本思想是應用兩端電氣節點最優地理對變異支路的地理路徑進行替換，同時應用Dijkstra算法提高搜索效率，這種變異操縱不會對破壞個體約束。末端負荷點轉移變異，支路最短路徑替換并不會對改變網絡拓撲結構，因此會對制遺傳算法搜索空間存在一定限制，因此該方法選擇使用末端負荷點轉移變異的方法來產生新的電氣節點和新個體。基本思路為選中的末端負荷點的供電支路進行刪除，然后對其進行重新布線，形成全新的供電網絡，該方法也不會對變異個體約束造成破壞。

三、舉例分析

根據本文所提出的模型和算法，對某城市新建的供電區的配電網絡進行規劃，該城市的區域面積在3km2左右，共有街道65條，共有負荷點69個，每個變電站的容量統一為3×6.3萬kVA，電壓等級為10kV，10kV出線共48回，110kV進線共兩回。最大總負荷為28.75kW。

遺傳算法的運行參數：變異率0.05，最大迭代次數400，交叉率0.85，個體最優的保留代數20，種群規模30。直供線路是最短路徑替換變異，存在分支線路應用末端負荷點轉移變異。根據上述參數進行仿真計算，得出最優個體最終規劃方案，如圖2所示。

從圖2可以知道，左邊大負荷為直供，無新電氣節點，右邊較分散小負荷則有新電氣節點5個，有一個地理節點還出現了不同的電氣節點。

結語

針對地理環境因素，本文提出了相應的模型與算法，希望能夠提高多電源配網規劃水平，降低投資成本，提升經濟效益。

［1］李佐君.考慮地理信息城市配網規劃模型和算法研究［D］.重慶大學，2008.

［2］李春立.配電GIS中配網拓撲特征提取及網絡拓撲分析的研究［D］.華中科技大學，2006.DOI：10.7666/d.d047393.

［3］林濤.基于LCC的配網多點分布式發電并網方案研究［J］.四川電力技術，2011，34（3）：22-25.

［4］宋元峰.一體化設計的配電自動化系統的開發建設與運行管理［C］.第六屆輸配電技術國際會議論文集，2007：715-718.

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