考慮最大供電能力指標約束的配電網降損重構

龍禹，王小英，周琪，安海云，周前，陳哲

（1.國網江蘇省電力公司，南京210024；2.國網江蘇省電力公司電力科學研究院，南京211103）

考慮最大供電能力指標約束的配電網降損重構

龍禹1，王小英1，周琪1，安海云2，周前2，陳哲2

（1.國網江蘇省電力公司，南京210024；2.國網江蘇省電力公司電力科學研究院，南京211103）

提出了考慮最大供電能力約束的配電網優化降損重構方法。首先構建配電網最大供電能力評估指標，并通過變步長的重復潮流算法對配電網不同運行方式下的最大供電能力指標進行評估；同時基于多場景法計及配電網不同負荷方式的變化，進而構建可綜合考慮最大供電能力指標約束的配電網降損重構模型，并采用二進制粒子群優化算法進行求解。算例驗證表明，該方法在實現配電網降損的同時，可維持系統需求的供電能力裕度，有效保障復雜不確定性環境下配電網的供電可靠性。

分布式電源；配電網重構；多種負荷方式；最大供電能力；不確定環節

作為聯系發、輸電系統和終端用戶的重要紐帶，配電網是消納間歇性分布式電源，提高清潔能源利用率的重要載體[1]。隨著分布式電源在配電網的大量接入，基于風能、太陽能等可再生能源的分布式電源的出力具有間歇性和隨機性的特點，給配電網帶來如潮流雙向流動、饋線間潮流失衡、電壓間歇性波動等一系列運行問題。

網絡重構可以降低網損，均衡線路負荷，消除過載，提高供電可靠性和電能質量等。目前配電網絡重構模型可分為靜態模型[2-3]和動態模型[4]。靜態重構模型簡單易行，動態重構模型求解需要進行頻繁的開關操作，從重構目標來看，在正常運行狀態下配電網重構以網損最小[5-8]或負荷平衡[9-10]為目標；在緊急狀態下，配電網重構作為故障恢復的一種手段，以開關操作次數最小[11-12]或以最大限度負荷供電恢復[13-15]等為目標。然而，當前配電網重構策略無法充分考慮間歇性分布式電源的隨機波動性等不確定外部因素帶來的擾動，重構方案適用性不足。

本文提出一種考慮最大供電能力約束的配電網降損重構方法。在未來運行時間區段內，通過引入配電網供電能力指標約束來保障對應時段內負荷水平以及DG出力隨機變動時對配電網的可靠運行的影響，以網損最小為目標構建配電網的降損重構模型，求解到對應運行區段內的配電網較優的重構方案，該方案可保證未來一定時間段內配電網處于一種綜合均衡較優的網絡拓撲結構，既保證了配電網一定的供電能力裕度，又避免了反復重構所導致頻繁的開關操作。

1 配電網最大供電能力裕度指標

1.1 最大供電能力裕度指標定義

配電網最大供電能力裕度PSCI（power supply capability index）是指配電網在滿足支路功率約束和節點電壓約束的條件下所能供給的最大負荷，其數學模型為

式中：S為特定配電區域所能供給的最大負荷量；Sini，j為節點j的當前實際負荷；N為配電區域內負荷節點總數，目標函數中的第一項即為當前實際負荷；Sd，j為負荷增長區域中節點j的負荷增長基數，本文取Sd，j=Sini，j；k為負荷增長系數；D為進行供電能力評估的配電區域。約束條件為

式中：A為節點/支路關聯矩陣；i為所有支路的復電流矢量；I為所有節點的復電流注入矢量；Vk、VMk、VLk分別為節點k的電壓及其上下限；il、ilmax分別為各支路流過的電流和允許的最大載流量。

為方便計算且直觀反映配電網的供電能力，引入最大供電倍數K，當目標函數中S達到最大值時，對應的k就為kmax，此時K=1+kmax。K越大表明配電網的供電能力越高，所能承受的外界擾動水平也就越大。因此，K可用來表征配電網目前所能達到的供電能力裕度。配電網依據當前運行方式下的拓撲結構、負荷水平、分布式電源出力及負荷增長模式等信息進行重復潮流計算以得到當前的K。

1.2 配電網最大供電能力裕度指標影響因素

配電網的最大供電能力裕度指標主要由其網絡結構、負荷水平、分布式電源DG出力與負荷增長模式4個因素決定：①通過改變配網聯絡開關和分段開關的狀態改變配電網的拓撲結構及運行方式，提高最大供電能力裕度；②不同的負荷水平決定不同的配網供電能力，負荷水平較低時，配網供電能力增長空間較大，反之較??；③在網絡拓撲一定的情況下，DG接入配電網的出力隨機變化將改變網絡潮流的分布，直接影響供電能力的大??；④本文負荷增長模式分為兩種：一是整個配電網當前實際負荷呈比例增長，直到約束條件起作用為止；二是局部區域當前負荷呈正比例增長，僅評估區域內的負荷持續增加，其他負荷維持當前水平不變，直到約束條件起作用為止。

2 考慮最大供電能力裕度指標約束的配電網重構方法

以降低網損為目標，考慮不同場景下多種負荷方式的配電網重構的數學模型為

式中：F為該時間段內的綜合網損；M為所考慮的負荷方式數；Δtk為第k種負荷方式在重構時間段內所占時間的百分比系數；為第k種負荷方式下的網絡有功損耗，具體計算公式為

在重構過程中除了考慮約束（2）～（4）外，還應當滿足如下約束條件。

（1）最大供電能力指標約束：為保障配電網免受分布式電源出力等外部不確定性因素隨機變動所帶來的可靠運行問題，為配電網配備一定的供電能力裕度，即大于一定安全閾值，則有

式中，Kmargin為系統要求的最小供電能力裕度指標。

（2）供電約束：重構后的配電網絡不能存在電力“孤島”。

（3）網絡拓撲約束：重構后的配電網絡必須為輻射狀運行結構。

本文取3種負荷方式（M=3），即最大、一般及最小負荷方式，分別反映了負荷曲線上較大、一般及較小的負荷水平。每種負荷方式下都有一個典型負荷，該典型負荷為負荷方式下對應的時間段中各時刻負荷的平均值。這3種負荷方式在重構時間段內所占比例，根據運行經驗取最大負荷為25%，最小負荷為25%，一般負荷為50%。本文利用一種可動態慣性權重調整的粒子群優化算法對上述重構模型進行求解[16]。

3 算例分析

本文利用含分布式電源的IEEE-33節點配電系統進行算例驗證，相關參數可參照文獻[17]。IEEE-33節點配電網絡擁有32條線路，5條聯絡開關支路（25-29，8-21，12-22，9-15和18-33），基準電壓為10 kV。由于5條聯絡開關支路上存在聯絡開關，使得配電網絡中出現了5個環路，除了與電源點1相連的1-2支路不能斷開外，在保證網絡中無“孤島”和環路的前提下，其余所有的開關都將參與網絡重構。將IEEE-33節點配電網分為4個區域：區域1支路電流上限取595 A，區域2支路電流上限取160 A，區域3支路電流上限取325 A，區域4支路電流上限取460 A，節點電壓下限取為0.9p.u.。算例初始網絡拓撲結構如圖1所示。

采用本文方法對該配電系統進行重構，以1 d為重構時段，取3種負荷方式。為保障外界環境擾動時配電網重構方案的可靠性，Kmargin取1.4。

場景1在計算K時，整個配電網的所有負荷呈比例地持續增加，直到約束條件（2）～（4）起作用為止。考慮重構結果如表1和圖2所示，重構前后各種負荷方式下的最低節點電壓幅值如表2所示。最優重構方案為支路8-21、32-33、10-11、14-15、28-29打開。可見，優化后系統在該時間段內的網損下降了32.27%，3種負荷方式下的節點電壓都符合要求且節點最低電壓得到提高，供電能力裕度指標提升了38.31%。配電網重構模型優化過程中的最大供電能力指標變化如圖3所示，證明了可有效改善供電能力指標。

為了比較結果的有效性，將本文方法結果與不考慮最大供電能力裕度指標的結果進行對比，如圖4所示。可看出在考慮最大供電裕度指標約束后，系統網損略有增加，原因是最大供電裕度約束減小了系統重構優化的空間，在滿足最大供電裕度的指標范圍內，尋求最優的降損重構方案?？梢哉f最大供電裕度指標的提升是以犧牲了一小部分降損效果為代價的，卻極大地提升了系統應對外界環境擾動的能力。

場景2在計算K時，只有評估局部區域1和3的配電網負荷呈比例地持續增加，其他區域的負荷保持不變，直到約束條件（2）～（4）起作用為止。仿真結果見表3所示。

4 結語

本文建立了一種考慮最大供電能力指標約束的配電網降損重構方法。該方法通過引入配電網供電能力指標作為約束來克服負荷水平的變化以及分布式電源出力的不確定性給配電網運行可靠性帶來的影響，同時以網損最小為目標構建配電網絡的優化重構模型，求解到對應運行區段內的配電網絡較優的重構方案，該方案既保證了配電網一定的供電能力裕度，又避免了反復重構所導致頻繁的開關操作，具有較好的工程實用價值。

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Distribution Network Reconfiguration for LossReduction Considering M aximum Power Supp ly Capability Index

LONGYu1，WANGXiaoying1，ZHOUQi1，ANHaiyun2，ZHOUQian2，CHEN Zhe2
（1.State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 210024，China；2.Electric PowerResearch Institute，State Grid Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 211103，China）

A reconfiguration method of distribution network for loss reduction is proposed considering themaximum power supply capability.First，an index for evaluating themaximum power supply capability of distribution network is formulated，which can be determined by using repeated power flow algorithm with variable step in different operation modes of distribution network.Then，themulti-loadmode of distribution network is considered by using amulti-scenar?iomethod，and a network reconfigurationmodel for loss reduction is established considering themaximum power supply capability index（PSCI），which is further solved by a binary particle swarm optimization algorithm.Simulation results show that the proposedmethod can notonly reduce the loss of distribution network，butalso keep the PSCIabove a se?curity level，which can ensure the reliability ofdistribution network operated in complex and uncertain environment.

distributed generation（DG）；distribution network reconfiguration；multi-loadmode；maximum power sup?ply capability；uncertainty

TM7

A

1003-8930（2017）03-0131-04

10.3969/j.issn.1003-8930.2017.03.022

龍禹（1973—），女，碩士，教授級高工，從事線損規劃計劃管理研究工作。Email：Longyu73@126.com

2016-09-08；

2016-10-21

王小英（1966—），女，碩士，高級工程師，從事生產經營計劃管理及降損規劃研究工作。Email：13851816602@139.com

周琪（1968—），女，碩士，高級工程師，從事生產經營計劃管理及降損規劃研究工作。Email：13851874792@139.com