基于可開(kāi)放容量的配電網(wǎng)負(fù)荷接入決策與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

肖媛 廖雪松 嚴(yán)小玉

（國(guó)家電網(wǎng)江西贛州供電公司 江西省贛州市 341000）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市用地緊張導(dǎo)致新建變電站、饋線通道用地規(guī)劃困難，因此科學(xué)接入負(fù)荷，挖掘現(xiàn)有線路的供電潛力成為當(dāng)務(wù)之急[1]。在實(shí)際中用戶申報(bào)容量的接入需要參考電網(wǎng)營(yíng)銷部門公布的饋線可開(kāi)放容量，因此開(kāi)展基于可開(kāi)放容量的配電網(wǎng)負(fù)荷接入研究。

實(shí)際中可開(kāi)放容量處于利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算的階段[2]，關(guān)于配電網(wǎng)可開(kāi)放容量的研究中，文獻(xiàn)[3]基于最大供電能力的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，循環(huán)計(jì)算直至所有饋線分配到的負(fù)荷容量都能滿足當(dāng)前的負(fù)荷分布；文獻(xiàn)[4]從數(shù)據(jù)挖掘的角度入手預(yù)測(cè)負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)和需要系數(shù)，結(jié)合用戶的報(bào)裝容量提出饋線可裝容量的計(jì)算公式；文獻(xiàn)[5]在已有負(fù)荷不削減的前提下，考慮配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，求解配電網(wǎng)實(shí)用剩余供電能力模型。這些研究大都基于N-1 安全準(zhǔn)則，各有側(cè)重的提出了配電網(wǎng)可開(kāi)放容量的計(jì)算方法，然而缺少進(jìn)一步的實(shí)際運(yùn)用研究。因此，本文研究基于可開(kāi)放容量的配電網(wǎng)負(fù)載接入決策與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。首先基于N-1 安全準(zhǔn)則建立配電網(wǎng)可開(kāi)放容量計(jì)算模型；其次結(jié)合配電網(wǎng)整體可開(kāi)放容量和單條饋線可開(kāi)放容量提出負(fù)載接入決策流程；然后分析配電網(wǎng)建設(shè)改造常用方法及適用的情況；最后通過(guò)算例設(shè)置不同的負(fù)載接入需求場(chǎng)景，驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

1 可開(kāi)放容量計(jì)算模型

將傳統(tǒng)配電網(wǎng)最大供電能力直接減去總負(fù)荷所得到的可用供電能力[6]并不能直接指導(dǎo)負(fù)荷接入，因?yàn)閷?shí)際負(fù)荷的分布情況往往難以滿足最大供電能力所要求的理想負(fù)荷分布。因此考慮實(shí)際負(fù)荷的分布特性及發(fā)生N-1 故障時(shí)饋線負(fù)荷的分段轉(zhuǎn)供特性，以配電網(wǎng)的整體可開(kāi)放容量最大為目標(biāo)，建立可開(kāi)放容量計(jì)算模型如下：

約束條件：

式中：DAC為配電網(wǎng)可開(kāi)放容量； 為饋線i 第j 個(gè)分段上的最大負(fù)載能力；為饋線i 第j 個(gè)分段上的實(shí)際負(fù)荷；Fm為饋線m 的最大負(fù)載能力；b 為饋線m 的分段數(shù)；Pi為主變i 的最大負(fù)載能力；表示饋線m 隸屬與主變i；RFm為饋線m 的容量；RPi為主變i 的容量。

在實(shí)際運(yùn)行中往往更關(guān)心某條饋線的可開(kāi)放容量，只需要對(duì)上述模型的目標(biāo)函數(shù)作如下修改即可：

增加約束條件：

式中：FAC為饋線可開(kāi)發(fā)容量；Fm0為饋線m 的實(shí)際負(fù)荷。

需要說(shuō)明的是，配電網(wǎng)可開(kāi)放容量受負(fù)荷分布的影響，當(dāng)某饋線的可開(kāi)放容量?jī)?yōu)先取得最大值時(shí)配電網(wǎng)的可開(kāi)放容量不一定能取得最大。

2 負(fù)荷接入決策流程與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2.1 負(fù)荷接入決策流程與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

圖1：負(fù)荷接入決策流程

圖2：算例結(jié)構(gòu)圖

表1：負(fù)荷數(shù)據(jù)及場(chǎng)景一、二計(jì)算結(jié)果

基于可開(kāi)放容量的研究，以新負(fù)荷接入后對(duì)配電網(wǎng)整體可開(kāi)放容量的影響最小為目標(biāo)，設(shè)計(jì)負(fù)荷接入的決策流程如圖1 所示。

具體步驟如下：

（1）輸入配電網(wǎng)數(shù)據(jù)、待接入負(fù)荷L 以及根據(jù)負(fù)荷所在區(qū)域確定的備選接入饋線。計(jì)算DAC，同時(shí)得到對(duì)應(yīng)的各備選饋線所分配到的可開(kāi)放容量Fm；

（2）比較L 與DAC的大小。若L>DAC，說(shuō)明在當(dāng)前配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備容量和負(fù)荷水平的基礎(chǔ)上無(wú)法消納該負(fù)荷，需采取優(yōu)化措施；否則轉(zhuǎn)步驟（3）；

（3）比較L 與各備選饋線分配到的可開(kāi)放容量Fm的大小。若則說(shuō)明存在饋線可以消納該負(fù)荷并且加入該負(fù)荷后不會(huì)使DAC變小，則滿足的饋線均可作為推薦饋線輸出，結(jié)束流程；否則轉(zhuǎn)步驟（4）；

（4）計(jì)算各備選饋線的FAC，比較L 與各FAC的大小。若不存在 ，則說(shuō)明由于當(dāng)前已接入配電網(wǎng)的負(fù)荷分布的影響導(dǎo)致了當(dāng)前配電網(wǎng)無(wú)合適的可以容納該負(fù)荷，需采取優(yōu)化措施；否則裝步驟（5）；

（5）重新計(jì)算L 接入各滿足上述要求的饋線后的DAC，新增負(fù)荷后DAC將減少，取減少量最小的負(fù)荷作為推薦饋線輸出，結(jié)束流程。

通過(guò)以上的決策流程，可以在新接入負(fù)荷盡量不影響配電網(wǎng)整體可開(kāi)放容量的基礎(chǔ)上滿足新增負(fù)荷的需求，若當(dāng)前饋線的可開(kāi)放容量無(wú)法滿足要求，則需要通過(guò)合理的措施進(jìn)行可開(kāi)放容量的優(yōu)化提升。

2.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

常見(jiàn)的配電網(wǎng)建設(shè)改造措施按照代價(jià)從低到高實(shí)可歸納為3 大類[7]。

負(fù)荷再分配措施包括：調(diào)整開(kāi)關(guān)狀態(tài)、調(diào)整開(kāi)關(guān)位置、負(fù)荷切改。該類措施沒(méi)有改變網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，只是改變了負(fù)荷在饋線和主變間的分配，通過(guò)優(yōu)化負(fù)荷分配提高N-1 安全性，提高配電網(wǎng)的可開(kāi)放容量，適合作為步驟（4）的優(yōu)化措施。

饋線優(yōu)化措施包括：更換導(dǎo)線、新建聯(lián)絡(luò)、新建饋線。該類措施從饋線層面入手，通過(guò)擴(kuò)容、擴(kuò)建或新增聯(lián)絡(luò)優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，適合作為步驟（2）、（4）的優(yōu)化措施。

變電站優(yōu)化措施包括：新增主變、更換主變、新建變電站。該類措施代價(jià)最大，當(dāng)現(xiàn)有變電站的供電能力被充分挖掘后考慮才最為經(jīng)濟(jì)，適用于步驟（2）的優(yōu)化措施。

3 算例分析

算例圖如圖2 所示，主變S1-S4 的容量為16MVA，S5、S6 的容量為10MVA；變電站SP1、SP2 下的饋線容量為6.91MVA，SP3下的饋線容量為5.83MVA。功率因數(shù)取0.9。峰值負(fù)荷數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)[8]，如表1 所示。為充分探索負(fù)荷接入的各種情況，設(shè)置了三種場(chǎng)景。

場(chǎng)景一：有0.8MVA 的負(fù)荷需要接入。如表1 所示，根據(jù)DAC計(jì)算結(jié)果及對(duì)應(yīng)可饋線分配到的可放容量Fm，F(xiàn)2、F5 均可滿足要求，并且將該負(fù)荷接入后不會(huì)影響其他饋線的可開(kāi)放容量。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)F6 的可開(kāi)放容量為0，這是因?yàn)镕6 同時(shí)作為F2 和F5 的負(fù)荷轉(zhuǎn)供饋線，如果其可開(kāi)放容量增大，F(xiàn)2、F5 的可開(kāi)放容量將同時(shí)減小，則DAC達(dá)不到在當(dāng)前負(fù)荷水平下的最大值。

場(chǎng)景二：假設(shè)負(fù)荷需求增大，有1.4MVA 的負(fù)荷需要接入。根據(jù)場(chǎng)景一的計(jì)算結(jié)果，不存在饋線滿足要求。因此計(jì)算各饋線的FAC，發(fā)現(xiàn)F3、F4 滿足要求。因?yàn)镕3、F4 結(jié)構(gòu)對(duì)稱，情況類似，可取其中一種分析。如將該負(fù)荷接入F3，重新計(jì)算DAC和各饋線Fm如表1 所示，可以發(fā)現(xiàn)除F3、F4 的可開(kāi)放容量降低外，其余饋線的可開(kāi)放容量均不變，DAC下降為2.524MVA，減少量剛好是新增負(fù)荷1.4MVA，可見(jiàn)將負(fù)荷接入F3 并不會(huì)影響到其他饋線的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶。

場(chǎng)景三：當(dāng)規(guī)劃時(shí)間更長(zhǎng)，負(fù)荷需求更大時(shí)，如當(dāng)前的網(wǎng)架無(wú)法滿足需求，則需要采取優(yōu)化措施。因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)的主變出線數(shù)均較少，主變?nèi)萘繘](méi)有得到充分利用，因?yàn)槭紫瓤紤]新建饋線。如圖2所示，分別在主變S3 和S5 新建互相聯(lián)絡(luò)的饋線F9、F8，其容量分別為6.91MVA、5.83MVA。經(jīng)過(guò)計(jì)算DAC為9.75MVA，有了顯著提升，F(xiàn)8、F9 均有較大可開(kāi)放容量分別為3.71MVA、2.12MVA。

4 結(jié)論

本文基于配電網(wǎng)可開(kāi)放容量計(jì)算模型，設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)負(fù)荷接入的決策流程并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。研究表明，基于可開(kāi)放容量的配電網(wǎng)負(fù)荷接入能夠在不削減現(xiàn)有負(fù)荷以及最大程度消納新增負(fù)荷的前提下，使新負(fù)荷接入后配電網(wǎng)可開(kāi)放容量盡可能大，并在必要時(shí)候采取網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施，充分挖掘配電網(wǎng)的供電潛力。