地區電網重構降損案例分析

靳 旦，鮮其軍，賀星棋，唐 偉

(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041；2.國網四川省電力公司，四川 成都 610041)

0 引 言

挖掘電網降損潛力、提升電網運行經濟性是提高電力公司經營效益的重要途徑。目前，電網的降損措施可分為技術降損措施和管理降損措施。管理線損是指由于計量、抄表、竊電及其他管理不善而造成的電能損失，可通過規范業務管理能力降低電網損耗。

技術降損是指潮流經過電網設施所產生的損耗，通過一系列措施改善電網潮流分布達到降損效果。技術降損的主要措施有經濟調度[1]、電壓無功優化[2]、網絡重構[3]、三相不平衡治理等。文獻[1]研究了采用經濟調度降損的問題，考慮了負荷和新能源的實時波動性，提出了基于魯棒優化的電網動態經濟調度模型；為快速求解所提動態經濟調度模型的最優解，提出了一種基于可行域投影的方法，將原模型轉換為一個單層線性規劃模型來快速求解。文獻[2]通過控制無功和電壓設備來降低配電網運行損耗，提出了配電網雙時間尺度協調的多目標電壓無功優化模型。通過協調控制電網傳統無功設備(并聯電容器組和變壓器分接頭)以及新能源機組無功出力以實現在新能源和電動汽車滲透下配電網多時段的最優經濟運行。文獻[3]研究了一種以降損和載荷均衡為目標的地區電網網絡重構快速算法，并將其初步應用到地區電網中。在電力系統中，合理的技術降損措施在不影響系統安全可靠運行的前提下，能有效提升電網運行經濟性。

網絡重構，即供電路徑優化，通過改變斷路器狀態投切線路，以達到消除線路過載、故障后供電恢復、降低系統網損等目的。目前，網絡重構在電網降損、恢復供電、提高新能源滲透率、阻塞管理等方面均有學者展開研究。下面首先對網絡重構的研究現狀進行了綜述，總結了網絡重構研究中的數學模型及相應的求解方法；在此基礎上，以某地區電網為實例，分析了通過重構實現地區電網降損的結果，計算了不同負荷下，地區電網重構前后的有功損耗；在不影響地區電網供電可靠性的前提下，給出了地區電網在不同負荷下的最優運行方式建議，為地區電網經濟運行和降本增效提供了基礎。

1 網絡重構數學模型

隨著配電網中不斷接入分布式電源和儲能裝置，配電網從單一的輻射狀網絡向運行方式較復雜的多運行狀態轉換。網絡重構在配電網供電恢復、阻塞管理、提高新能源滲透率、降損等方面有較多的應用。

配電網故障發生后采取網絡重構措施，通過協調分布式電源、儲能和柔性負荷可以進行負荷恢復。文獻[4]建立了主動配電網多時間段的故障動態恢復模型，目標函數為甩負荷成本、斷路器操作成本、分布式電源和變電站的出力成本最小；約束條件包括配電網潮流方程約束、線路熱極限約束、節點電壓約束、輻射狀與連通性約束、檢修策略約束、儲能系統約束和甩負荷約束，以PG&E 69系統對模型有效性進行了驗證。文獻[5]中通過網絡重構對配電網多時段的負荷進行恢復，模型的目標為最大化負荷恢復量，以改進的IEEE 33節點算例驗證了負荷恢復方法在多種故障場景下的有效性。

文獻[6]研究了基于網絡重構和智能軟開關協調控制的交直流混合高壓配電網阻塞管理模型，智能軟開關是由背靠背電壓源型換流器控制的一種新型電力電子設備，優化的目標函數為最小化有功功率減載成本和重新調度輸電網電源點或發電機組有功功率的成本。文獻[7]構建了配電網重構下的需求側響應和智能軟開關模型，建立了以最小化網損、棄風棄光、智能軟開關損耗和斷路器費用之和的目標函數。文獻[8]以柔性開關出力、常規斷路器的通斷為優化變量，建立了網絡重構和柔性斷路器調控的雙層規劃問題，優化的目標為網絡損耗、常規斷路器動作次數、最大的電壓偏差和饋線負載均衡度。

文獻[9]提出了一種最大化接納分布式電源有功出力的配電網重構模型，提出并研究了配電網對于新能源的最大可傳輸能力(available delivery capability，ADC)。文獻[10]研究日前最小化操作次數的配電網重構模型，通過最小的斷路器動作次數來解決因新能源高滲透造成的線路熱極限越限問題。網絡重構的數學模型總結如表1所示。

表1 網絡重構數學模型匯總

2 網絡重構求解方法

網絡重構是斷路器通斷狀態的優化過程，斷路器狀態是一個二元變量，因此網絡重構是一個混合整數非線性規劃問題。目前，此類問題沒有一個公認的通用性強且求解效率高的工具。而且，隨著電網支路的增加，斷路器組合數目指數性增加，網絡重構求解存在組合爆炸問題。目前，現有文獻對網絡重構的求解方法主要分為兩類：利用商業軟件求解[4-7]和智能算法求解[8-10]。

現有文獻中，文獻[4-7]采用商業軟件求解所提出的網絡重構問題，將所建立的網絡重構模型利用二階錐松弛方法轉換成混合整數二階錐規劃模型，采用YALMIP、CPLEX、Gurobi等商業軟件組合即可對混合整數二階錐規劃模型進行求解。

利用智能算法求解網絡重構問題也有較多的學者展開研究，文獻[8]采用強化帕累托進化算法求解多目標網絡重構的帕累托最優解集，文獻[9-10]采用基于二進制粒子群優化算法求解配電網的最優結構。

3 地區網絡重構降損案例分析

3.1 地區網絡重構降損案例1

某地區局部電網如圖1所示，A和B是由兩回220 kV線路連接的兩座220 kV變電站；C和D是兩座110 kV變電站。原運行方式中，C變電站由A變電站110 kV出線供電，D變電站由B變電站110 kV出線供電，B變電站110 kV與C變電站之間的110 kV線路斷路器、C和D變電站之間的110 kV線路斷路器為斷開狀態。

圖1 地區電網局部運行方式

供電方式優化后，將A變電站110 kV與C變電站之間的線路斷路器斷開，將B變電站110 kV與C變電站之間的線路斷路器閉合、D和C變電站之間的線路斷路器閉合，C變電站由A變電站供電改為由B變電站供電，同時C和D變電站線路閉合，提高供電可靠性。

在代表日當天，該地區電網在方式1和方式2兩種供電方式下的有功損耗對比如圖2所示，其中圖2的有功損耗為地區電網220～35 kV的總損耗，不包括10 kV及以下電網損耗。地區電網在方式1運行時日總損耗為676.34 MWh，在方式2運行時日總損耗為660.62 MWh。代表日當天，將地區電網網絡從方式一轉為方式二運行，減少電網損耗15.72 MWh，損耗降低2.32%。從圖2可看出，地區電網局部網絡重構前后有較好的降損效果。

為探究方式1和方式2在不同負荷情況下的運行經濟性，將C和D變電站總負荷從0逐漸增加到2倍基礎負荷大小，方式1和方式2在不同負荷大小下的系統網損對比如圖3所示。可看出，隨著負荷增大，方式1和方式2之間的損耗差距逐漸增大，方式2的運行經濟性更強。

圖2 供電方式轉換后有功損耗對比(降損案例1)

圖3 在不同負荷大小下兩種方式損耗對比(降損案例1)

調度通過實測計算在網絡重構降損案例1中，電網由方式1轉換為方式2，方式2運行共計117天后，相比于方式1運行，累計降損電量737.1 MWh，方式1的運行模式具有長期經濟性。

3.2 地區網絡重構降損案例2

地區電網局部運行方式如圖4所示，A、B分別為兩座220 kV變電站。C、D、E為110 kV變電站，在方式1中，D變電站由A變電站供電，C、E變電站由B變電站供電，C變電站與A、D變電站線路斷開；供電方式優化后，方式2中，C、D變電站由A變電站供電，E變電站由B變電站供電。

在代表日當天，為提升電網運行經濟性，將地區局部電網由方式1調整至方式2。代表日當天，電網在兩種運行方式下的有功損耗對比如圖5所示。地區220～35 kV電網在方式1運行情況下，總損耗為230.22 MWh，在方式2的運行情況下，總損耗為227.83 MWh。代表日當天將方式1調為方式2運行，日降損2.39 MWh，降損比例為1.04%。在不影響電網運行安全性和供電可靠性的前提下，不增加任何操作成本就有較好的降損效果，提升了地區電網運行經濟性。

圖4 地區電網局部運行方式

圖5 供電方式轉換后有功損耗對比(降損案例2)

為探究兩種方式的臨界經濟負荷，將變電站C、D、E總負荷從0逐漸增加至2倍基礎負荷大小，方式1和方式2在不同的負荷大小下，系統網損對比如圖6所示。可看出，在0.5倍的基礎負荷上，隨著負荷逐漸增加，兩種方式的運行損耗逐漸增大，大負荷情況下方式2運行更經濟。

通過實測數據仿真降損案例2在某月重構后的降損情況，方式2相比于方式1月降低損耗78.23 MWh，方式1運行模式具有長期經濟性。

圖6 在不同負荷大小下兩種方式損耗對比(降損案例2)

4 結 語

首先，對網絡重構的數學模型和求解方法進行了簡單綜述，分析了地區電網通過網絡局部重構降低電網有功損耗兩個案例。計算了地區電網在不同負荷情況下，不同運行方式的有功損耗，為地區電網長期經濟運行的方式選擇提供了基礎。最后，通過調度實測數據證明了網絡重構對電網長期運行具有較好的降損作用。