小水電接入后電網(wǎng)網(wǎng)架結構多目標規(guī)劃

楊中瑞主編

中國水利水電出版社出版

利用小型水電站進行發(fā)電、灌溉，為周邊地區(qū)的農業(yè)、工業(yè)生產提供能源是一種常見方式，但小型水電站的發(fā)電很容易受到環(huán)境、氣候的影響，導致發(fā)電效率與質量較低，因此很多地區(qū)將小水電接入電網(wǎng)，以此來保障小水電的供電安全與穩(wěn)定。小水電接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、電荷負載等都會受到一定的影響，因此對小水電接入后的電網(wǎng)運行進行研究，探討其網(wǎng)架結構的規(guī)劃方法具有重要意義。《小型水電站運行與維護》一書對小水電的運行進行詳細描述，可為研究電網(wǎng)網(wǎng)架的多目標規(guī)劃提供參考。

《小型水電站運行與維護》共十三章：第一章介紹水電站與水電站建筑物的運行；第二、三章以水輪機、水輪發(fā)電機為主題，對其運行與維護進行說明；第四章介紹調速器的運行與維護；第五章則對微機勵磁裝置的運行與維護進行闡述；第六、七章介紹自動化元件以及機組輔助設備的運行與維護；第八章介紹高低壓輸配電裝置的運行與維護；第九章為電力變壓器的運行與維護；第十至十一章分別介紹廠用電系統(tǒng)、直流系統(tǒng)的運行與維護；第十二章為水電站微機監(jiān)控保護系統(tǒng)的運行與維護；第十三章對小型水電站的生產管理進行闡述。

電網(wǎng)規(guī)劃也稱為輸電系統(tǒng)規(guī)劃，是指根據(jù)電網(wǎng)負荷預測、電源規(guī)劃對其輸電線路的構建進行合理規(guī)劃，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電能力達到最大化，費用達到最小化。電網(wǎng)規(guī)劃本質上是一個組合優(yōu)化問題，人們需要在多約束、非線性以及多目標的前提下做出科學合理的規(guī)劃，使其達到經濟最優(yōu)與性能最優(yōu)。一般電網(wǎng)規(guī)劃時需要考慮諸多因素，像投資費用、損耗費用以及電網(wǎng)負荷約束、安全檢驗等指標都會影響其規(guī)劃效果。而小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架結構規(guī)劃則更加復雜，一般小型水電站的單機容量在５０ ＭＷ 以下，其發(fā)電能力與季節(jié)密切相關，尤其在豐水期和枯水期，其電網(wǎng)負荷差異較大，接入電網(wǎng)后電網(wǎng)負荷會出現(xiàn)豐水期低谷負荷、枯水期高峰負荷的現(xiàn)象，導致電網(wǎng)部分線路的電壓過高，其無功功率難以實現(xiàn)平衡，從而導致小水電接入后的電網(wǎng)綜合效益較低。

在對小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架結構進行規(guī)劃時，技術人員可構建電網(wǎng)網(wǎng)架結構的多層次規(guī)劃模型。在構建模型時，為提高小水電接入后電網(wǎng)運行的安全性，應對電網(wǎng)潮流、支路負荷約束以及功率等進行計算，確定小水電接入后的機組極限值、極端電壓以及無功輸出極限值。技術人員還可利用多層次規(guī)劃模型與算法等對電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃模型進行設計，首先應確定目標函數(shù)，建立關于電網(wǎng)投資費用、損耗費用的公式，公式中的未知數(shù)即為所求目標———最小投資費用與損耗費用；然后可提出關于電網(wǎng)潮流、線路負荷以及架線回數(shù)的約束條件；最后利用蟻群算法、遺傳算法等對模型求解，得出電網(wǎng)的最小投資費用與損耗費用。另外，在制定小水電接入電網(wǎng)后的網(wǎng)架結構多層次模型時，還需對這一規(guī)劃方案進行安全測試，確定這一規(guī)劃方法的可靠性與經濟性。

根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結構的多層次規(guī)劃模型設計，相關部門可對小水電接入后的電網(wǎng)網(wǎng)架線路進行重新規(guī)劃，對現(xiàn)有線路的架設進行優(yōu)化，以改善原有電網(wǎng)中因線路布置方式、長度、直徑等不合理而導致的電力供應質量較低的現(xiàn)象。電網(wǎng)網(wǎng)架架構的優(yōu)化調整主要從三個方面著手：第一，控制好饋線數(shù)量。很多電網(wǎng)架構的線路規(guī)劃極其不合理，線路交叉、迂回供電情況常見，使得電網(wǎng)供電容易發(fā)生安全事故，因此根據(jù)多層次規(guī)劃模型進行電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化時，需根據(jù)規(guī)劃模型選擇合適的地點，架構合適數(shù)量的饋線，保證小水電接入后電網(wǎng)的無功功率與線路負荷處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。第二，優(yōu)化小水電接入?yún)^(qū)域的供電模式。為緩解小水電接入對整體電網(wǎng)造成的影響，有關部門可對小水電站的供電模式進行優(yōu)化，通過增加饋線、增加發(fā)電機組以及改變極端電壓或增設無功補償設備等方式，增強小水電站的供電穩(wěn)定性，從而保證電網(wǎng)供應分區(qū)平衡。第三，選擇合適的干線環(huán)網(wǎng)點。現(xiàn)今的配電網(wǎng)一般為環(huán)形配電網(wǎng)，能夠形成環(huán)形干線進行供電，從而保證即便某一支路發(fā)生問題也可從其他側干線獲取電源，因此小水電接入后，電網(wǎng)網(wǎng)架應重新設置合理的干線環(huán)網(wǎng)點，確保電網(wǎng)網(wǎng)架結構的安全性與穩(wěn)定性。

可以說，利用多目標規(guī)劃方法優(yōu)化后的電網(wǎng)網(wǎng)架結構具有更高的安全性、穩(wěn)定性，小水電接入后，通過對電網(wǎng)饋線數(shù)量的優(yōu)化、小水電站供電模式的優(yōu)化等，使小水電對整體電網(wǎng)產生的消極影響被有效消除，新的電網(wǎng)網(wǎng)架結構的安全性、經濟性得到大幅度提升，為社會生產的穩(wěn)定用電提供了可靠保障。