電力市場環境下基于交換法的配電網重構方法研究

高蘇州，韋耀

（國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800）

在電力市場環境下，配電網絡重構不僅對平衡負荷、提高供電電壓質量有顯著作用，而且可以降低線路損耗、提高整個網絡運行的經濟性和可靠性。目前常用的配電網絡重構算法主要包括：最優流算法、開關交換法、數學優化算法和AI算法等。

數學優化理論算法是最早被使用的重構算法之一，該方法是將數學優化原理運用在配電網中，將網絡重構問題轉化為網絡優化問題，利用該方法可以得到與配電網初始運行狀態無關的最優解，但是該方法隨著配電網絡的增大，計算時間將顯著增加；最優流模式算法是把開關的組合問題等效為潮流計算問題，并以功率損耗最小為目標函數，使復雜問題得到簡化，但也存在著和數學優化理論算法同樣的不足；開關交換法以網絡潮流為基礎，通過聯絡開關和負荷開關的開合，形成不同的配電網拓撲，從而實現故障狀態/計劃停電下的負荷轉移，達到配電網潮流的最優控制。人工智能算法通過仿效生物處理模式，通過對意識、思維的信息過程模擬，將復雜問題采用生物思維的方式進行簡化，可以迅速有效的解決應用問題，主要包括：遺傳算法、人工神經網絡、專家系統等，但這些智能算法都存在結果收斂困難或收斂到局部最優的問題。因此，本文提出基于改進的開關交換法的配電網重構方法。

1 配電網網絡重構

1.1 網絡重構的理論

目前配電網均采用閉環設計，通過線路之間或站間設置聯絡開關構成閉環。在正常運行時，采用開環輻射式的運行方式，同時，通過控制聯絡開關的開斷，可以調整網絡的拓撲結構，實現不同的運行方式和潮流分布，也就重構了配電網絡。

為維持系統的輻射性運行狀態，聯絡開關在正常運行時處于斷開狀態，而通過閉合聯絡開關斷開其他支路的方式，能夠組成各種結構，不同的拓撲結構對應的潮流分布和線損存在差異，因此有經濟運行方式的選擇問題。在多種隨機組合中，選擇某一種運行方式，配電網的綜合運行指標可以達到相對最優。

1.2 網絡重構的約束條件

考慮配電網安全可靠和經濟供電的情況下，配電網絡重構的約束條件如下[3]：

本文以配電網絡上線損最小作為目標函數進行配電網絡重構，其數學表達式如下：

配網重構方法需要符合網絡結構與電壓水平等條件：

1.2.1 網絡結構條件

網絡重構之前與重構之后，網絡都要符合輻射狀條件，配電網中不能形成環網，用公式可以表示為：

1.2.2 負荷電壓條件

網絡重新組合之后，配電網各節點不出現低電壓和過電壓的現象，即：

其中，Ui、Uimin和Uimax分別表示節點i的電壓有效值，以及電壓上限與下限。

1.2.3 供電額定容量條件

網絡重構之后，供電線路不超過額定容量限制，即：其中，支路i 實際的傳輸功率為Si，線路最大的傳輸容量為Simax。在現場計算時，不考慮無功輸送限制，只要求有功功率Pi不超過線路額定功率Pimax。

1.3 改進的支路開關交換算法

傳統的支路交換方法，每次迭代過程中，只能完成一個拓撲結構的轉換。因此，需要多次進行配電網潮流計算，計算時間長、過程較為繁瑣，因此采用改進的支路開關交換算法。

對于聯絡開關兩邊的2條支路可記為L 和R，則交換前支路L和R兩邊的近似損耗分別為：

簡寫為：

其中：

將式（11）和（12）帶回式（7）中，得到：

又寫為：

通過以上規則，可以快速確定交換之后滿足網損降低的支路，同時確定最接近圓心的支路，即ΔDk最小的支路，該支路可被確定為最優交換支路。

基于改進開關交換法的配電網重構方法流程圖如圖1所示。

圖1 算法流程圖

2 算例分析

本文根據上述配電網絡重構的改進開關交換算法，對IEEE標準系統實例，在Matlab上進行編程驗證計算，其中IEEE標準系統實例如圖2所示。

圖2 IEEE標準33節點配電網絡

圖2 為IEEE標準配電網絡，對上述算例系統進行網絡重構計算，得出重構前后的聯絡開關的變化、有功網損如表1所示。可知，通過改進開關交換算法編程實現了配電網絡重構，重構后網損降低顯著，網損有重構前的360.39kW降低到238.1kW，節點電壓質量也得到了一定程度的提高，重構前的最低電壓標幺值為0.8585，重構后最低電壓標幺值上升到了0.8965，由此可以看出，網絡重構對降低系統運行網損和提高電壓質量的作用明顯。

表1 IEEE33節點系統重構前后的結果

3 結語

本文首先對現有的配電網絡重構的幾種方法進行研究，對各種算法的特性和優劣展開對比。在電力市場環境下，以線損最小為目標，對配網重構的開關交換算法進行分析，提出了基于改進開關交換法的配電網重構方法，最后采用Matlab編寫了算法程序，對IEEE標準算例進行驗證，得出結果與參考數據基本相同，證明了該算法的可行性。