基于分層分區的配電網差異化節能規劃方法研究

國網青海省電力公司海東供電公司 步科偉

基于分層分區的配電網差異化節能規劃方法研究

國網青海省電力公司海東供電公司 步科偉

在對配電網進行節能規劃的編制過程中，必須充分考慮電網的系統性差異，這就需要采取分層分區的差異化節能規劃方案，實現對配電網的節能規劃。文中主要通過對差異化節能的規劃模型構建，對模型進行了計算和分析，并結合實例對規劃方法加以研究，以此實現對配電網差異節能規劃方法的優化。

分層分區；配電網；差異化節能；規劃方法

前言

配電網點面涉獵范圍廣泛，具備較大的節能潛力，這對配電網實施節能規劃有著重大意義。從國內外當前對配電網節能規劃的研究現狀出發，在對單挑線路進行節能優化時，通常采用差異化比較的方法，即通過不同的節能手段加以協同作業，實現節能規劃；在對區域電網進行節能優化時，通常采取分層分區的方法，實現對線路資源的規劃配置。本文將在已有的研究成果上，對分層分區的節能規劃模型建立方法進行改進。

1 構建差異化節能的規劃模型

1.1 分層節能的規劃思路

考慮到基層配電網的節能規劃任務通常由上級電網企業下達，因此在進行節能項目的規劃設計與投資金額確定時需依照實地考察的情況對其加以匯總，并由上級電網企業進行批復和制定。本文主要針對的是節能規劃方案在投資分配與效益分析方面的問題。

在進行區域電網的改造中，首先，依照供電區域或變電站對配電網加以解列，分區形成各個子區配網，之后依據子區配電網的節能指標，采取線損的預測方法，對其節能潛力進行分析，然后對改造資金進行初次分配(由階段A至階段B)，分區規劃如圖1所示；其次，對各個子區配網的投資成本及節能效益進行目標設立，對資金進行二次分配(B至C階段)，即為上層規劃；最后，以配電網的線路運行榆樹作為條件，采取前推回代的潮流計算方法，獲取各線路協同作業的最佳節能優化方案(C至D)，即為下層規劃，以此確定節能方案及投資分配，配電網節能規劃的具體建模思路如圖1所示。

1.2 上層的規劃模型構建

圖1 節能規劃的具體建模思路示意圖

配電網的節能投資需依照項目的類型進行改造分類，其中，節能效益依據各線路來進行分類，并根據此項原則進行上層投資成本與節能效益的規劃模型構建，具體模型如下：

其中，Pgi(t)表示單項節能改造i方案的改造成本，表示單項節能改造i方案的成本最大值，Qhi(t)表示線路j的降損值，Ci(Pgi(t))表示節能方案投資成本的函數Dj(Qhi(t))表示節能效益的函數。與此同時，(2)-(4)式依次表示單項改造方案的資金約束、總改造成本的約束以及總降損效果的約束。

1.3 下層的規劃模型構建

(1)目標函數。

下層規劃的模型構建主要是在滿足電網運行約束與降損約束的前提條件下，對電網具體線路的各項節能措施進行費用支出最小方案的選取，從而選出最佳方案。下層的規劃模型構建如下：

其中，μ表示資金的回收系數；β表示貼現率(在此取8%)；n表示設備的使用壽命；f1表示具體線路在進行改造時的節能總投入；f2表示總線路的網損費用。且CL、CT、CMD、CM依次表示節能改造中的導線投資、配電投資、無功設備投資以及整條線路的全部運維費用；CrA、C5表示設備殘值與停電損失；△Pj表示支路的有功損耗；α表示電價；T表示線路帶電作業運行的年均小時數。

(2)約束函數

①網絡潮流的約束，指的是配電線路各節點處的電壓和電流及有功(或無功)質檢需滿足迭代方程對其的限制；②配變負載的約束，指的是配變負載率需處在合理區間的范圍內；③無功設備的約束，指的是單項無功設備的容量需在允許區間中，且無功設備的應用不能使節點處電壓出現越限情況，同時武功設備的采購及安裝費用需同CMD保持一致；④線路電流的約束，指的是在線路改造后的最大電流需同導線的規格互相匹配。

2 模型計算

以上述總體規劃思路和分層分塊建模的情況，對節能規劃的模型進行求解框架的勾勒，具體求解框架圖如圖2所示。

在圖2中顯示了本文所提出的規劃模型求解程序，主要分為三部分進行。其中，第一部分是對改造樣本進行投資分配的初次優化，增強了規劃工作的目標性；第二部分中的下層規劃則需與上層規劃進行嵌套，實現循環計算，解析如下：首先，線損預計是子區配網列入節能改造過程中的判斷基礎。考慮到電力系統具備的灰色特征，對各個子區的配網年均線損率及靜態的節能指標進行灰色預測法的矩陣構筑預測，從而得出最新的線路線損預測；其次，在模型求解中的下層規劃需予以上層規劃的嵌套，以此實現方案的整體優化。

圖2 模型求解框架

3 實例簡析

某供電企業在進行區域配網的節能規劃方案決策時，將此配網區域依照變電所劃分成A1和A2兩個子區，經上級批復得到的改造資金投入為1000萬元，預期降損目標2%。

依據A1和A2兩子區的歷史數據，結合配電網的規模，采取灰色預測法對線路線損加以預測，從而得到改造資金的初次分配和單項節能項目的資金限制。

將子區配網的各條具體線路所采取的節能措施進行差異化比較，并充分考慮在規劃期間內的線路運行狀況、負荷增長等因素，采取已構建的下層規劃模型，運用電子計算機軟件對相關數據進行計算，獲取該條線路節能改造的最優方案。

與此同時，子區配網中的其他線路參照上述步驟，代入至模型中進行計算，從而得出各自在節能層面的最佳協同改造方案。在這一過程中，必須嚴格遵循模型的求解框架，在采取下層模型對各條線路進行優化以后，還需將其代入至上層模型中，加以循環優化。

經上述操作得出經模型構建及計算所得出的最終節能規劃方案，在該方案中，資金的閑置率為5.2%，網損下降幅度是4.57%。由此發現，其網損的降幅高出預期指標的2%，且資金閑置率較低，在確保降損的同時，也提升了方案的經濟性。

4 總結

綜上所述，本文提出的節能規劃方法主要針對的是在投資成本與節能效益兩方面內容的協調規劃，并根據局域網整體的降損目標，分區分層的進行配電網子區所包含線路的改造規劃方案確認。第一，將局域網中復雜密布的配網劃分成各個子網區域，提高方案計算的目的性及準確性；第二，對節能措施存在的差異化加以充分考量，并將節能模型分成上層模型和下層模型，同時根據各自的特點構建滿足模型要素條件的目標函數；第三，在進行代入數值的具體求解過程中，需依照求解框架進行計算，同時，上層模型與下層模型并非各自分離，在尋優的過程中需要采取嵌套計算的方法，進行相互之間的循環反饋，以此獲取局域網各個線路的整體協同改造最優方案。經過實例簡析，確定該節能規劃方法能夠對區域配電網的線路節能改造進行合適的規劃方案確認，為項目改造投資的資金分配和具體改造方案的確認提供決策依據，具有工程參考價值。

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