基于饋線分段的配網轉供策略建模

吳濤 李嘉銘 陳恒

關鍵詞：饋線分段;配網轉供;轉供策略

配電網在電力系統中起到了至關重要的作用，其連接了電力系統與用戶兩部分，并且負責向用戶供應與分配電能，關系著用戶供電質量。在供電事故中，其中由配電網故障導致的停電可以占到所有停電故障的80%左右，由此可見，想要提高用戶供電質量，就必須要對配網供電方式進行調整優化。配網轉供的作用是在配電網故障且隔離完成后，通過開關操作和部分負荷切除等方式，在安全約束的條件范圍內，有效實現系統內的正常供電。配網轉供的實現，將故障產生的經濟損失控制到最低，同時也可以提高用戶供電質量，可以說是提高配網供電可靠性的重要手段之一。

一、配網負荷轉供算法

對于配網負荷轉供的算法比較多，包括遺傳算法、專家系統法、隨機優化算法以及混合算法等，可以根據實際需求來進行選擇，保證轉供設計的合理性與可行性。其中，在選擇遺傳算法進行轉供方案最優分析時，先是選擇二進制編碼的方式對各備選方案做編碼處理，確定不同選線架設方案，以及對應的各項參數。可選擇應用適應度函數來表示配網轉供方案優化的目的以及要求，在不影響配電網運行狀態的基礎上，來降低故障率，同時減少配網運行費用。應用適應函數可以檢測待定位串對應轉供方案的適應性與合理性，由此來指導遺傳操作得以正常運行。適應度函數可表示為：

其中，Fn表示的是給定的較大常數;F表示的是考慮約束條件下的增光函數數學模型，可用以下公式表示：

配電網轉供方案的優化遺傳算法實現過程可見圖1所示，所需要輸入的原始數據包括網絡拓撲、節點發電出力與負荷、線路參數以及算法所需參數，最終形成初始轉供方案。解碼得到初始方案的節點導納矩陣，然后應用潮流程序對各支路功率進行計算，通過上述公式得到各備選方案的適應度，對其是否收斂進行判斷。最終輸出得到的最優結果會還原成轉供方案，確定方案的各項參數以及執行要求。

本次以饋線為單元，配電網饋線將被映射成樹狀拓撲結構，然后在此基礎上來構建數學模型，確定降低配網故障，減少停電損失的根本性目的。選擇確定停電損失來作為配電網故障前后節點注入功率的差額，同時目標函數所對應的便是所獲差額的絕對值之和，給出配網負荷轉供優化模型，這樣無論是給出何種拓撲結構還是面對任意位置的故障問題時均具有較強的適應性。分析研究配網不同饋線想要實現負荷轉供的條件，確認配網轉供優化模型的聯絡支路對應的為不同饋線間連接的聯絡支路。正常情況下兩條饋線之間只需要設置一條聯絡支路，部分情況下也會有多條聯絡支路的存在，只是此種情況在實際建設中比較少見，不將其作為常規情況進行分析。

二、配網最大供電能力與負荷轉供

配網最大供電能力，即在滿足N-1安全準則的情況下，特定區域內配電網自身的最大負荷供應能力。N-1校驗時需要考慮的條件比較多，包括主變與饋線的容量、主變與饋線的負荷轉帶、中壓饋線網絡的聯絡關系等（圖2為主變校驗流程）。配網最大供電能力的計算，除了配電網供電能力達到最大限值以外，配網中主變、饋線以及饋線分段負荷均包括在內。對于配電網來講，其中設置了大量的開關，且以分段開關為主，其余還有少量的聯絡開關。其中，分段開關為常閉開關，運行無異常時會保持閉合狀態，在配網出現故障后可以進行自動隔離;聯絡開關屬于常開開關，運行無異常的情況下會保持斷開狀態，可以為緊急供電提供通道。為保證配網供電的可靠性與穩定性，減少停電故障的發生，多數情況下配電網會選擇閉環設計、開環運行的方式。配電網正常運行時為輻射狀（如圖3為輻射型配電網網），任意兩個電源之間不得通過中壓饋線進行連接，必須要將饋線見的聯絡開關打開。并且，當配電網處于檢修或故障狀態時，常開的聯絡開關會閉合，配電網瞬間合環運行，然后將某個合適的常閉分段開關打開進行解環，使得配電網保持開環運行狀態，并且將受到停電故障影響的負荷轉供，盡量降低對用戶供電質量的影響。在進行配網轉供方案研究時，同樣需要考慮配網最大供電能力，綜合考慮在配網發生N-1時分段負荷的轉移，做到在負荷零損失的前提下，完成故障重構。

三、基于饋線分段配網負荷轉供建模

確定停電損失為配電網故障前后節點注入功率的差額，而目標函數對應的是所獲差額的絕對值之和。故障前節點注入功率與節點已知負荷功率保持一致，并且利用潮流計算可獲取故障后節點注入功率。另外，對于故障后的網絡拓撲結構屬于未知條件，可選擇含優化變量的解析表達式進行表達。

（一）優化變量

優化變量所對應的對象便是開關支路狀態，如果饋線支路具有開斷能力，便可確認其狀態為O/1值，即支路開斷狀態/閉合狀態。x所代表的為對角線元素支路所形成的對角線矩陣，表達式為：

其中，A表示的是饋線內支路（除去聯絡線支路）全部保持運行狀態時節點支路關聯矩陣;yb表示的是支路導納為元素的情況下，對應產生的列向量。節點導納矩陣可以通過節點支路關聯矩陣A與待求解優化變量x來表示，對于不同的x變量，其所對應的網絡并不相同，這樣便可以降低拓撲分析的頻次，在生成新的網絡時不需要重新做拓撲分析，這樣便可以更好地實現配網轉供設計。

（三）目標函數

饋線內指定區域內在遇到配電網故障后所對應最小影響范圍作為研究目標，對其做進一步的量化，使得停電區域內全部用電負荷之和保持在最小。將饋線內部所有的負荷節點全部設定為PQ節點，可以確認饋線內所有負荷節點在配電網故障停電前后注入功率差額的絕對值和以及最小可以更進一步地進行優化。將此目標作為優化對象，能夠最大程度上來減少停電節點，保證未停電節點數量最多，而停電節點對應的功率保持最小。優化目標函數為：

在對配電網轉供方案進行優化設計時，按照類型不同節點包括停電接點與未停電節點兩種，并且未停電節點在穩態運行時必須要滿足潮流方程，其節點注入有功功率與同一地點的有功負荷比較，兩者數值相同，便可以進一步得到節點的不平衡功率P-P.=0，對應的便是對目標函數的貢獻為0。與未停電節點不同的是，停電節點不具備與電源的通路，相應的節點注入有功功率為0。通過上述的研究分析，可以確定將饋線中所有節點功率不平衡量差定義為停電損失符合實際條件。

四、結語

配網轉供對于提高配電網供電質量具有重要意義，可以在網絡運行故障后，盡量減少對用戶供電的影響，提高供電穩定性與可靠性。目前配網轉供設計越來越完善，面對復雜的配電網絡，我們仍需要進行不斷的研究和分析，縮小故障范圍，降低故障損失。