基于富裕容量動態分析的配網負荷轉供輔助決策

宋 燁，段 雪，董 紅，王莉娟，黃文婷

（國網資陽供電公司，四川 資陽641300）

近年來，配電網得到快速發展，作為高壓輸電網和用戶變壓器之間的中間環節，在整個電力系統中扮演著重要角色。國內電力系統目前“兩頭薄弱”的問題，改革開放初期為了首先滿足用戶的供電需求，忽略了前期的配電網規劃工作，當前配電網供電可靠性問題日益突出[2-4]。

配電網環節中除了聯絡線路轉帶能力、電能質量等重要指標外，饋線和線路段裝接容量情況也直接影響著線路整體的供電能力，裝接容量過大的饋線段可能導致局部損耗過高，分段聯絡不合理，故障時負荷無法轉帶，導致供電可靠性低下。裝接容量偏低，也會造成配電線路浪費，不能物盡其用。

因此，從配電網發展的角度來看，利用EMS、PMS、GIS、營銷管理系統的數據，對在運配網線路、裝備容量進行動態分析，能夠大幅提高工作效率的同時保障電網可靠、經濟運行，增加供電設備使用壽命、減少維修費用，為電力企業帶來可觀的經濟效益[5-7]。

綜上所述，本文針對設備重過載、檢修、運行方式倒換等情況，基于富裕容量動態分析，建立了配網負荷轉供輔助決策模型。通過實時數據采集，獲取線路負載情況；分析電網設備基礎數據，獲取線路聯絡關系，并通過深度優先搜索算法確定負荷轉供路徑候選集；最后，運用考慮裕度系數的負荷轉移輔助決策方法，對某一配電網絡進行分析，獲得了目標線路的最優負荷轉供路徑。

1 配網負荷轉供分析模型

配網負荷轉供分析主要包括電網實時數據采集與分析、電網拓撲結構分析、富裕容量動態分析等。其研究思路如圖1所示。

圖1 配網負荷轉供分析模型

首先，采集有功、無功等電網實時運行數據，分析線路實時狀態，從而確定每條線路負載情況。其次，根據電網設備基礎數據，分析線路聯絡關系，采用深度優先搜索算法得出所有供電路徑。最后，通過建立富裕容量動態分析模型，按照裕度系數確定配網負荷轉供路徑。

2 線路負載實時狀態及供電路徑分析

2.1 數據采集與線路負載狀態分析計算

線路負載實時狀態分析依賴于運行數據的實時采集，該功能的實現須在OPEN3000 系統中定時導出E 文件格式的斷面數據，通過正向隔離傳至III區，由部署在III區的配網富裕容量動態分析系統進行數據解析，進一步通過對解析得到的電網設備運行數據進行計算，實現線路負載狀態的分析計算。

2.2 線路聯絡關系

當配網發生故障時，某條線路所帶的負荷可以通過聯絡線和聯絡開關轉供到另一條線路，則稱這兩條線路之間存在聯絡關系。同理，當某條母線或某臺主變發生故障時，也可通過線路之間的聯絡關系進行負荷轉供。

配網作為電力系統供電的最后環節，結構十分復雜，可運用圖論對其進行簡化。圖論由點和線2種元素組成，其中點表示不同的對象，點與點之間的線表示兩不同對象間的某種關聯關系。因此，本文將配網簡化等效后的圖，頂點集合用以模擬線路的開關，用邊的集合表征各開關間的線路。

假設某配網簡化后的圖存在M個頂點，則各頂點之間的聯絡關系可用關聯矩陣G來表示，如下式所示：

式中：Gij為頂點i、j之間的聯絡關系，若Gij=1，則表示頂點i、j之間存在聯絡關系，Gij=0則表示頂點i、j之間不存在聯絡關系。

2.3 基于深度優先搜索算法分析供電路徑

深度優先搜索算法（depth first search，DFS）是圖的重要遍歷算法之一[8]。其基本思路為：

以圖的某個頂點v為起始點進行訪問；

圖2 深度優先搜索確定負荷轉供路徑

依次從頂點v的未被訪問的相鄰頂點出發，對圖展開深度搜索，直到圖中與頂點v有路徑聯通的頂點均被訪問；

假設圖中還有剩余頂點未被訪問，那么從剩余未被訪問的某一頂點出發，再次進行深度優先遍歷，直至圖中所有的頂點全部被訪問過為止。

本文采用深度優先算法對配網圖進行深度優先遍歷，輸出結果為目標線路相對應的所有可轉供路徑。圖2為確定目標線路所有可轉供路徑的流程圖。

3 富裕容量動態分析

3.1 富裕容量及裕度系數

富裕容量是一個動態變量，即以線路安全載流量為限值，考慮線路在當前運行方式下可額外承載的負荷電流值。其中，線路安全載流量須按照變電站出口側線路至線路末端線路的全線進行考慮。用ΔIabun來表示，其計算公式如下所示：

式中：Isaf為線路安全載流量；Icur為線路實時電流。

定義裕度系數為線路在當前運行方式下承載額外負荷電流的能力。通過將富裕容量與目標轉移電流進行比較，形成統一量化標準的裕度系數。裕度系數用η來表示。其計算公式如下所示：

Itar為線路目標轉移電流。其中當線路、母線或主變負荷需要全部轉移時，Itar=Icur；若只需轉移部分負荷，則依據方式給出的轉移負荷量進行轉移。

3.2 轉移路徑選取的影響因素

影響轉移路徑選取的因素主要包括線路的檢修狀態和設備的缺陷情況等。下面以線路是否檢修以及設備是否具有缺陷這2 個因素為例說明對某一轉移路徑的影響情況。本文以α、β分別表示線路檢修和設備缺陷的影響因子，如式（4）（5）所示。

當某條線路需要進行負荷轉供時，通過上文闡述的方法求出被轉移路徑候選集，當所選線路存在檢修或缺陷時，則該條轉移路徑無效。

3.3 考慮檢修、缺陷影響因子及裕度系數的負荷轉移輔助決策方案

綜合考慮線路運行狀態、富裕容量等外在因素的影響，結合裕度系數形成決策方案優先級判斷，用Γ來表示。通過該方法形成統一量化標準，使不同運行狀態的線路可以同時對比承載能力，進而優化負荷轉移輔助決策方案。

4 算例分析

4.1 算法流程

由上文闡述可知，配電網的負荷轉供受設備基礎數據和實時數據兩個維度的影響，因此本文采用富裕容量動態分析輔助決策方法，研究配網的負荷轉供，流程圖如圖3所示。其計算步驟如下：

圖3 基于富裕容量動態分析的負荷轉供輔助決策流程

采集相關參數。通過OPEN3000 系統采集電網實時運行數據，包括有功功率、實時電流、安全電流等；整理基礎數據，包括線路聯絡關系、檢修狀態、缺陷情況。

依據采集的實時數據，計算得出線路i的負載率，根據實際情況得出需轉移負荷。分析設備基礎數據，得出線路i的所有供電路徑，采用深度優先搜索算法確定被轉移路徑候選集。

基于需轉移負荷與被轉移路徑，計算得出被轉移線路LiN的富裕容量。考慮設備的檢修狀態、缺陷情況，計算每一條被轉移線路的裕度系數ηiN，輸出的所有可行路徑，并按照裕度系數ηiN從大到小進行排序，其中裕度系數ηiN最大的一條即為線路i負荷轉供的最優方案。

4.2 負荷轉供算例分析

本文選取當地部分配網聯絡圖來驗證本文所提方法的有效性。現有A 變電站線路L1、線路L2與B變電站線路L3、線路L4構成一配網聯絡圖，其中B變電站分段F00開關為熱備用狀態。在該配網聯絡圖中，線路L1通過聯絡開關F13與線路L4相聯絡、線路L2通過開關F22與線路L4相聯絡、線路L3通過開關F32與線路L4相聯絡，正常運行方式下開關F13、開關F22、開關F32均保持熱備用狀態。假設開關F12的檢修因子為α12=0，其余開關檢修因子與缺陷因子均為1。圖4中各線路的基礎數據如表1所示。

圖4 配網聯絡圖

表1 線路基礎數據

按照計劃工作B 站II 母將進行檢修，工作期間開關F41需處于冷備用狀態，需轉供線路L4的負荷。各線路實時運行數據如表2所示。

表2 線路實時運行數據

應用圖論對圖4的配網聯絡圖進行等效和簡化，并采用深度優先搜索算法對簡化后的圖進行深度優先遍歷，得到目標線路L4的可轉供負荷路徑候選集Rgather={R1,R2,R3}。具體路徑如下所示：

根據上述負荷轉供路徑候選集，綜合考慮富裕容量裕度系數、線路檢修狀態、設備缺陷情況，采用配網負荷轉供富足決策方法，分析計算得出各條負荷轉供路徑的評價參數，如表3所示。

表3 負荷轉供路徑評價參數

根據式（6）計算可知，對于可轉供負荷路徑候選集中的R1，由于其α12=0，即開關F12處于檢修狀態，無法對線路L4提供負荷轉供。因此，最終可對線路L4進行負荷轉供的路徑為R2、R3，其中R3為負荷轉供最優路徑。

5 結束語

針對配電網重過載、檢修、運行方式倒換等需要進行負荷轉供的情況，提出了一種基于富裕容量動態分析的配網負荷轉供輔助決策方法。該方法充分考慮配網轉供負荷的各種情況，利用OPEN3000系統實時采集電網運行參數，同步分析線路負載情況，為負荷轉供提供數據基礎。通過分析電網基礎數據，獲取設備間聯絡關系，并采用深度優先搜索算法，得出負荷轉供路徑候選集。最后，基于富裕容量同臺分析，綜合考慮裕度系數、檢修因子、缺陷因子，確定負荷轉供最優路徑。算例結果表明，該方法在配網發生負荷轉供需求的情況下，能夠快速、可靠地給出最優轉供方案，有效提高配網工作效率。