基于負荷最優分斷點的工業園配電經濟運行策略研究

周 勇， 楊 漾

（國網湖北省電力有限公司恩施供電公司， 湖北 恩施 445000）

0 引言

工業園區作為現代工業的重要組成部分，在推動經濟發展和社會進步方面具有重要作用[1]。而配電網絡作為工業園區不可或缺的基礎設施，其經濟運行的效率和穩定性直接影響到生產的正常進行以及資源的有效利用。隨著負荷需求的不斷增加和能源結構的變化，傳統的配電策略已經難以滿足經濟和環保的雙重要求。因此，如何在保障供電可靠性的前提下，優化配電網絡的經濟運行成為了一個亟待解決的問題。

1 工業園配電網絡經濟運行分析

1.1 工業園配電網絡特點

通過對工業園配電網絡的拓撲結構、組網方式，以及負荷特性和波動性的深入分析，能夠為后續的經濟運行策略設計提供基礎和指導[2]。同時充分考慮這些特點，有助于優化電網的能源分配和電力供應，提升工業園區的能源利用效率和經濟運行水平。

1.2 拓撲結構與組網方式

工業園配電網絡的拓撲結構和組網方式對其能源分配、供電可靠性等方面產生深遠影響。不同工業園區根據其規模和用電負荷特點，可能采用不同的拓撲結構，如環網、徑路網、混合網絡等。這些不同的組網方式將直接影響電力傳輸和故障恢復能力。在工業園區內，如何選擇最適合的拓撲結構和組網方式，以滿足高效能源傳輸和可靠供電的要求，成為經濟運行的重要考慮因素[3]。

1.3 負荷特性與波動性分析

工業園配電網絡的負荷特性與波動性直接影響到電力系統的負荷分配和運行策略。不同類型的工業園區可能具有不同的負荷特點，如穩定負荷、間歇負荷、季節性波動等。負荷的波動性對電網的電壓穩定性、頻率穩定性等產生影響，進而影響設備的壽命和電網的可靠性。理解工業園配電網絡內負荷的特性，有助于合理設計經濟運行策略，減少能源浪費，提高系統的適應性和可靠性。

1.4 經濟運行指標體系構建

通過構建經濟運行指標體系，能夠綜合考慮成本、效益、可靠性和穩定性等多個方面的因素，為工業園配電網絡的經濟運行提供量化的評價和指導，促進電力系統的優化和提升[4]。

1.4.1 成本與效益評價指標

在工業園配電網絡的經濟運行中，成本與效益是重要的考慮因素。成本包括電網的輸電損耗、設備的維護成本等，而效益則涉及供電的可靠性、資源的有效利用等。構建成本與效益評價指標體系有助于綜合考慮電網的運行成本和運行效益，從而實現經濟運行的目標。評價指標可以包括供電成本、單位電量成本、資源利用效率等，以定量的方式衡量經濟運行的效果，為后續策略設計提供數據支持。

1.4.2 可靠性與穩定性評價指標

工業園配電網絡的可靠性和穩定性直接關系到生產活動的正常進行和電力供應的穩定性。可靠性包括供電的連續性、故障的恢復時間等，而穩定性則關注電壓和頻率的穩定性。構建可靠性和穩定性評價指標體系，有助于評估電力系統的可靠性水平，從而制定相應的經濟運行策略。評價指標可以包括平均故障間隔時間、平均修復時間、電壓穩定度、頻率穩定度等，以衡量系統的可靠性和穩定性水平。

2 基于負荷最優分斷點的工業園配電經濟運行策略

2.1 負荷最優分斷點理論解析

在工業園區的電力系統運營中，有效的負荷管理是一個關鍵因素，它直接影響到電力供應的穩定性和整個運營的經濟性。負荷最優分斷點理論提供了一個結合這兩方面的方法，旨在找出能同時優化系統性能和經濟效益的負荷分布方案[5]。

2.1.1 負荷最優分斷點的概念與原理

負荷最優分斷點是指在配電系統中，通過將負荷分布劃分為不同的區間，使得在每個區間內采用最優的電能分配策略，以實現整個系統的最優經濟運行。其基本原理基于電力系統的負荷分布特性和電網設備的優化配置，通過將負荷分布分段處理，可以更精細地適應不同負荷水平下的經濟運行需求。

在負荷最優分斷點策略中，首先利用負荷預測模型來預測未來一段時間內的負荷需求。然后，通過對預測結果進行分析，將負荷分布劃分為多個區間，每個區間代表一個負荷水平范圍。在每個區間內，選擇最合適的配電策略，包括變壓器的調整、電容器的投切、分布式電源的利用等，以最小化供電成本、降低能源浪費，并確保電力供應的可靠性和穩定性。

2.1.2 分斷點策略與經濟性的關系

分斷點策略作為負荷最優分斷點策略的核心組成部分，在經濟性方面扮演著關鍵的角色。該策略的設計與選擇直接關系到電力系統的成本效益，需要在考慮負荷特性、設備運行和電能供應等多方面因素的基礎上進行。

在分斷點策略中，合理地設置分斷點可以使不同負荷區間內的電力分配方式更加精細和有效。通過根據負荷特性，將負荷分布劃分為適當的區間，可以更好地應對不同負荷水平下的經濟運行需求。例如，對于穩定負荷區間，可以采取優化供電策略以降低供電成本；對于高峰負荷區間，可以調整電力分配以應對峰值需求。

分斷點的選擇應綜合考慮經濟性和系統穩定性。較低的分斷點可能會導致電網設備過度配置，增加成本，而較高的分斷點可能會降低電力供應的可靠性。因此，在設置分斷點時，需要在經濟成本與電力供應的可靠性之間找到一個平衡點。這種平衡可以通過優化算法、數學模型等方法來實現，以確保分斷點策略在經濟性和效益方面的雙重目標得到充分滿足。

2.2 策略設計與優化模型

通過合理設計和應用負荷預測模型、分斷點判定算法和最優負荷分配算法，可以實現負荷最優分斷點策略的有效實施，為工業園配電網絡的經濟運行提供科學依據，優化電力系統的能源分配，降低成本，提高效率和可靠性[6]。

2.2.1 負荷預測模型

負荷預測模型可以預測未來一段時間內工業園區的負荷需求。不同負荷類型和季節性波動要求使用不同的負荷預測方法，例如：基于時間序列分析的ARIMA 模型、基于機器學習的神經網絡模型等。通過建立合適的負荷預測模型，為分斷點的選擇和最優負荷分配提供準確的負荷數據支持。

2.2.2 分斷點判定算法

分斷點判定算法決定了如何將負荷分布劃分為不同的區間，從而實現負荷最優分斷點策略。這需要綜合考慮負荷預測數據、電力設備狀態和經濟性要求。基于統計分析、優化算法（如遺傳算法、粒子群算法等）等方法，確定合適的分斷點。判定算法還需要考慮供電的連續性，以確保在分斷點切換時不會影響電力供應的穩定性。

2.2.3 最優負荷分配算法

最優負荷分配算法是根據劃分后的負荷區間，選擇最優的電力分配策略。這包括變壓器的調整、電容器的投切、分布式電源的應用等。線性規劃、遺傳算法、蟻群算法等方法可以用來尋找最優的負荷分配方案，以最小化供電成本和能源浪費。

3 典型案例分析

以A 工業園為案例，對基于負荷最優分斷點的配電經濟運行策略進行實際應用與分析。A 工業園是一個大型、多元化的工業區，擁有從高能耗的生產線到低負荷的研發實驗室等多種類型的電力需求。該園區的電力系統由于復雜的負荷分布和不規則的負荷波動，導致電力成本高昂并對系統穩定性構成威脅。

該園區2022 年7 月份應用基于負荷最優分斷點的工業園配電經濟運行策略進行配電優化。這種數據驅動的分析能夠為決策者提供具體的信息，幫助他們更好地制定經濟運行策略，實現能源利用的最大化和成本的最小化。本研究的模型和算法被應用于該園區，并得出了顯著的結果：通過合理設置分斷點和優化負荷分配，電力成本降低了約10%，單位電量成本降低0.075 元/kW·h，同時系統負荷波動性降低，電壓穩定性改善，經濟性和可靠性均得到提升。具體見表1。

4 結語

本研究旨在通過引入負荷最優分斷點策略，將負荷分布合理劃分，以實現配電網絡的經濟運行。在工業園配電網絡的特點和經濟運行指標體系分析的基礎上，通過負荷最優分斷點理論的解析，構建了相應的策略設計與優化模型。基于負荷最優分斷點的工業園配電經濟運行策略，不僅推動了工業園區配電系統經濟運行的理論研究，還提供了一種高效、可行的運營方案，有助于實現電力系統的長期穩定和經濟效益的最大化。未來，隨著工業自動化、物聯網和大數據技術的不斷發展，如何更精準地實施負荷最優分斷點策略，以及如何將這些先進技術融入到傳統的電力系統運營中，將是值得進一步探索的問題。