以提高供電電壓質(zhì)量為目標(biāo)的配網(wǎng)重構(gòu)

蘇志斌

摘要：本文以配電網(wǎng)中節(jié)點電壓為目標(biāo)對配電網(wǎng)進(jìn)行了重構(gòu)，該方法將電壓平衡指數(shù)作為電網(wǎng)重構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)，該方法可以通過不斷的支路交換來最終得到符合目標(biāo)函數(shù)的最佳配電網(wǎng)絡(luò)。相對于其他配電網(wǎng)重構(gòu)方法.該方法即使在缺乏測量數(shù)據(jù)時仍然可以進(jìn)行電網(wǎng)的重構(gòu)。并且通過實例對采用線損為目標(biāo)函數(shù)的電網(wǎng)重構(gòu)方法和采用電壓平衡指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的電網(wǎng)重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行對比。對比結(jié)果表明，該方法能有效地提高配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，且能夠有效的降低配電網(wǎng)中的線損并有效的促進(jìn)負(fù)載均衡。

關(guān)鍵詞：供電電壓質(zhì)量；線損；負(fù)載均衡；電壓平衡指數(shù)；目標(biāo)函數(shù)

1引言

配電網(wǎng)重構(gòu)是實現(xiàn)和優(yōu)化電網(wǎng)自動化的重要途徑之一。近年來對于配電網(wǎng)重構(gòu)的研究一直是該領(lǐng)域內(nèi)的熱點問題。通過配電網(wǎng)重構(gòu)可以有效的降低配電網(wǎng)中的線路損耗，均衡負(fù)載，并能夠提高配電網(wǎng)供電的質(zhì)量，因而配電網(wǎng)重構(gòu)是十分必要的。對于配電網(wǎng)重構(gòu)國內(nèi)外有很多的學(xué)者進(jìn)行了研究，比如配電網(wǎng)重構(gòu)的改進(jìn)支路交換法，能有效的減少電網(wǎng)損耗和促進(jìn)負(fù)載均衡。W.M.Lin以遺傳學(xué)算法為基礎(chǔ)將網(wǎng)絡(luò)損耗作為目標(biāo)函數(shù)對配電網(wǎng)重構(gòu)進(jìn)行了研究。M.A.Kashem以最小生成樹為基本理論以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)對配電網(wǎng)重構(gòu)進(jìn)行了研究。還有的文獻(xiàn)以支路負(fù)載法將網(wǎng)損作為目標(biāo)函數(shù)對配電網(wǎng)重構(gòu)進(jìn)行了研究。但是由于建設(shè)費用有限，測量每條線路上的配電變壓器的數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實的，因而采用上述方法對配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)存在一定的實現(xiàn)難度。有的文獻(xiàn)將復(fù)雜的配電網(wǎng)簡化為結(jié)構(gòu)耗散網(wǎng)絡(luò)，借此可以實現(xiàn)對配電網(wǎng)中負(fù)載的均衡。本文將配電網(wǎng)重構(gòu)的目標(biāo)設(shè)定為配電網(wǎng)供電質(zhì)量的提高。

2提高供電電壓質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)

在配電網(wǎng)重構(gòu)的過程中以網(wǎng)損最小的目標(biāo)函數(shù)可以表示為：

上圖為典型的配電網(wǎng)的示意圖，在上述配電網(wǎng)中有15個節(jié)點和16條支路，虛線處表示開路。在每條支路上都有開關(guān)，因而可以將支路和開關(guān)等同。假設(shè)bi，j為節(jié)點i和j之間的支路，TSi，j為支路中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，SSi，j為支路中的分段開關(guān)，假設(shè)節(jié)點i處歸一化的電壓為Ui。可以看到在上圖中有13個分段開關(guān)和3個聯(lián)絡(luò)開關(guān)，每個回路對應(yīng)著一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)。假設(shè)上圖中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS5，10由上圖中的節(jié)點1、2、5、10、8、7和6共同組成一個回路，如果對環(huán)路中的斷開位置進(jìn)行重置，可以有效的轉(zhuǎn)移回路中的部分負(fù)荷，因而改變了饋線各處相應(yīng)的電壓值。合理的設(shè)置斷開位置能夠有效的提升供電的質(zhì)量。所以借此可以定義環(huán)路中聯(lián)絡(luò)開關(guān)TSi，i的電壓平衡指數(shù)VBLi，ii如下：

VBL_i，j=max[U_i，U_j]/min[U_i，U_j]

max[Ui，Uj]表示取節(jié)點i和節(jié)點j處電壓的最大值，min[Ui，Uj]表示的取兩節(jié)點電壓的最小值，最終可以將提高供電質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)表示為：

TVBL_i，j=min∑VBL_i，j

3配網(wǎng)重構(gòu)的搜索算法

3.1環(huán)路內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程

對于聯(lián)絡(luò)開關(guān)TSi，ji所對應(yīng)的回路，然后選擇合適的分段開關(guān)SS1，m，斷開形成支路交換操作，通過不斷的指路交換操作來完成配電網(wǎng)的重構(gòu)。對于上圖中聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS4，15所對應(yīng)的環(huán)路來說，其電壓平衡指數(shù)為VBL4，15。如果節(jié)點3處的電壓值大于節(jié)點15處的電壓值，那么需要將線路1上的部分的負(fù)荷通過支路不斷的交換操作轉(zhuǎn)移出去，如果無法對提高配電質(zhì)量的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化那么就會停止支路的交換操作，最終完成電網(wǎng)的重構(gòu)。如果缺乏測量數(shù)據(jù)，那么可以采用基于負(fù)荷等效的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)簡化方法來進(jìn)行配電網(wǎng)的重構(gòu)。

3.2整個配電網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

配電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的過程如下所示：通過等效負(fù)荷來對整個配電網(wǎng)的潮流進(jìn)行計算，然后可以得到配電網(wǎng)中各個聯(lián)絡(luò)開關(guān)所對應(yīng)電平平衡指數(shù)，從節(jié)點均衡指數(shù)最大環(huán)路開始環(huán)路內(nèi)電網(wǎng)的重構(gòu)，如果新的支路交換無法再對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，那么配電網(wǎng)重構(gòu)就結(jié)束了。最終得到重構(gòu)和優(yōu)化后的配電網(wǎng)。

4應(yīng)用實例

本文對于所提出的電網(wǎng)重構(gòu)方法進(jìn)行了實例驗證，所選擇的案例為電網(wǎng)重構(gòu)的經(jīng)典案例，分別采用本文所采用的方法以及以最小網(wǎng)損為目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)重構(gòu)的方法進(jìn)行了實例計算與對比。

在案例1中，選擇的是12.66 kV配電系統(tǒng)，在上述配電系統(tǒng)中有37條支路，節(jié)點有33個，一共有5個聯(lián)絡(luò)開關(guān)。下表1中是采用本文的方法進(jìn)行電網(wǎng)重構(gòu)的過程和結(jié)果。通過下表的數(shù)據(jù)可以看出，隨著電壓均衡指數(shù)的不斷優(yōu)化，系統(tǒng)中的電壓最低點得到了一定的提升，在一定程度上降低了配電網(wǎng)上的線損。電壓均衡指數(shù)從下表可以看出從5.26一直降到了5.05，降低了3%之，在配電網(wǎng)的節(jié)點中節(jié)點電壓從最低值0.887524提高到了0.926531，約提升了4%多。配電網(wǎng)中線損也有開始的210.2 kW降到了最終的142.4kW降低了30%之多，線損降低十分顯著。

在suanli2zhong所采用的是12.66kV電網(wǎng)配電系統(tǒng)，在該配電系統(tǒng)中支路的條數(shù)為74，節(jié)點的數(shù)量為69，同樣具有5個聯(lián)絡(luò)開關(guān)。在下表2中也采用本文的方法對配電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)過程中的計算結(jié)果如下所示。從下表可以看出電壓的平衡指數(shù)由5.2降到了5.1，降低了約3%。節(jié)點電壓從0.88提高了0.92，結(jié)點電壓提升了5.06%。配電網(wǎng)的線損由原來的237kW降低到最終的102.4 kW降低了56.79%，線損降低的效果十分顯著。

本案例還以不同的目標(biāo)函數(shù)對配電網(wǎng)進(jìn)行了重構(gòu)，并且對重構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行了對比。從上述結(jié)果來看，本文所采用的以電壓均衡指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)重構(gòu)的方法進(jìn)行電網(wǎng)重構(gòu)的結(jié)果和采用以線損為目標(biāo)函數(shù)的配電網(wǎng)重構(gòu)的結(jié)果是一致的，但是本文的算法相對于以線損為目標(biāo)函數(shù)的電網(wǎng)重構(gòu)的方法，在缺乏電網(wǎng)測量數(shù)據(jù)的時候仍可以進(jìn)行電網(wǎng)的重構(gòu)，因而相對具有一定的優(yōu)勢。

結(jié)語

本文將電壓均衡指數(shù)作為電網(wǎng)重構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)，由于電壓均衡指數(shù)直接與配電網(wǎng)供電質(zhì)量密切相關(guān)，因而可以在一定程度提高配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，從電網(wǎng)重構(gòu)的案例來看還有效的降低了線損且促進(jìn)了電網(wǎng)負(fù)荷的均衡。并且通過案例計算，以負(fù)載均衡為目標(biāo)函數(shù)和以線損為目標(biāo)函數(shù)的電網(wǎng)重構(gòu)的結(jié)果是一致的。且在缺少測量數(shù)據(jù)的情況仍然可以進(jìn)行電網(wǎng)的重構(gòu)，因而相對于其他方法可實施性較強(qiáng)。