秦榛

摘 要：目前，中國農(nóng)村正處于一個電氣化的時代，農(nóng)村電網(wǎng)的用電量和用電的負荷也隨著用戶的增加而劇增，現(xiàn)在實行的電氣設備已經(jīng)不能夠滿足村民的需要。因此，該文對怎樣選取一個更優(yōu)化的農(nóng)村電網(wǎng)進行了研究，并提出了新的方法。這種方法是以國家規(guī)定的農(nóng)村電網(wǎng)建設為約束，確定了電壓的允許偏差數(shù)值，把單位供電的面積年費用（經(jīng)濟指標）最小作為目標函數(shù)，分別在最小負荷和最大負荷的情況下，建立以電壓等級供電的半徑大小為優(yōu)化變量的模型。通過對該方法的應用不僅考慮了技術(shù)經(jīng)濟因素，同時能夠符合現(xiàn)下農(nóng)村電網(wǎng)的實際狀況，有利于農(nóng)村電網(wǎng)的改造和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟供電半徑 優(yōu)化模型 經(jīng)濟功率因數(shù) 農(nóng)村電網(wǎng)

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0086-01

在規(guī)劃設計和使用管理農(nóng)村電網(wǎng)的時候，要充分考慮供電半徑、功率因素這兩個經(jīng)濟技術(shù)指標，這兩個指標對電能損耗、電網(wǎng)的經(jīng)濟運行、電壓質(zhì)量、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)這些方面都有著十分重要的影響?，F(xiàn)在許多學者都在研究怎樣合理的確定功率因素值和供電半徑，讓電網(wǎng)運營成本達到最小。本文在以往對功率因素和供電半徑的研究基礎(chǔ)上，把設備另外的三個因素考慮進來作為目標函數(shù)，這三個因素包括電能損耗費用、維護運行費用和一開始對電網(wǎng)的建設投資，在滿足國家對電壓允許偏差值的有關(guān)規(guī)定下，來分析供電半徑和功率因素在何時使得單位供電面積年費用最小，從而使供電成本最經(jīng)濟。

1 電網(wǎng)模型的構(gòu)建

1.1 數(shù)據(jù)的搜集

在調(diào)研統(tǒng)計的基礎(chǔ)上得到了本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。作者搜集了變壓器臺數(shù)、導線型號、最大負荷、最大負荷利用率、各地區(qū)電網(wǎng)供電的面積、容量不同的變電站的投資等資料。在采集了各種數(shù)據(jù)后，對這些數(shù)據(jù)進行了回歸擬合，獲得了不同等級變電站容量和造價的函數(shù)關(guān)系，線路投資造價和截面積的函數(shù)關(guān)系等一系列的有關(guān)函數(shù)。

1.2 原則

堅持下列基本原則：（1）按照供電的面積，對負荷均勻的分布；（2）將農(nóng)村電網(wǎng)設計為圓形區(qū)域，把變電站設置在圓心，成輻射狀；（3）把變電站和變電站出線單獨設為一個單元，計算到中壓配電網(wǎng)；（4）電網(wǎng)中的線路導線的截面積都要按照經(jīng)濟電流密度選取。

1.3 基本思想

本文選取的數(shù)學模型是以單位的供電面積年費用為目標函數(shù)的，公式表達如下：

fa+fb+fc=min（fo）

其中fo表示的是目標函數(shù)，單位是萬元/每千米的平方；fa表示的是單位的供電面積的維護費用；fb表示單位供電的面積的設備投資造價的費用；fc表示單位供電的面積在電能損失方面的費用，單位均與fo相同。

fa=kaz；fb=kbz

kc=i（1+i）n/（1+i）n-1

其中z為建設總投資；ka為設備維修率；kb為投資的等年值系數(shù)；i是年投資收益率；n表示投資的收益年限。

2 模型的建立

2.1 線路的投資

通常情況下來說，截面積與單位長度線路的全部投資造價是呈現(xiàn)線性相關(guān)的，接下來把單位長度的線路投資近似的表示為下列式子：

Zm=d+eSj

式子中的d表示與導線的截面積沒有關(guān)系的部分，單位是萬元/每千米；e表示與導線的截面積有關(guān)系的部分費用，單位是萬元/km*mm2；Sj表示的是導線的截面積，這個數(shù)據(jù)是由統(tǒng)計而得到的，單位mm2。

假設變電站有n條回出線：

n=Sb/Smax

出線總造價為：

Zm=（d+eSj）nL

單位供電面積線路的造價是：

[Zm]=Zm/S=B3αL；B3=KP（d+eSj）/√3JSjUn

其中KP為容比載；J是線路的電流的密度，單位A/mm2；Un是表示線路電壓的額定值，千伏為單位。

因此由最后一個式子，我們可以看出，在負荷密度不變的基礎(chǔ)上，單位的面積線路的投資造價是供電半徑的函數(shù)。

2.2 變電站的投資

在一定的區(qū)域內(nèi)，變電站的總造價可以表示為：

Zx=g+hSx

式子中的g表示與變電站的容量沒有關(guān)系的部分，單位是萬元；h表示與變電站的容量有關(guān)系的部分費用，單位是萬元/KVA；Sx表示的是變電站的容量，這個數(shù)據(jù)是由統(tǒng)計而得到的，單位mm2。

單位變電站供電面積是：

[Zx]=Zx/S=B1/L2+B2α；B1=g/3.14；B2=hKP

從上一個表達式，可以看出，在符合密度一定的時候，單位供電面積在變電站上投資數(shù)額是與供電半徑成二次相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。

3 建立電壓偏差約束模型

根據(jù)我國規(guī)定的電壓允許偏差數(shù)值（不同等級的電壓數(shù)值不同），該文對電網(wǎng)運行時最大負荷和最小負荷時線路的不同端點進行了約束，約束了電壓允許偏差值。本文是針對農(nóng)村電網(wǎng)通常使用的供電方式作為例子，供電方式為110/35/10 kV，借此來解釋電壓偏差約束模型的。

最小負荷的時候，分別對0.4 kV與10 kV的線路首端進行了電壓偏差約束。

最大負荷的時候，分別對10 kV，35 kV，0.4 kV線路的末端處進行電壓偏差約束。

4 優(yōu)化模型

本文選擇了罰函數(shù)發(fā)對優(yōu)化模型的求解，而不是平常使用的非線性有約束最優(yōu)化問題的求解方式。求解這一類型的問題時，罰函數(shù)法也是具備一定的代表性。在求解的過程中，罰因子取的數(shù)值的變化也會影響目標函數(shù)最優(yōu)解的變化，結(jié)果會收斂在原始問題的最優(yōu)解上面。外點法、內(nèi)點法、混合型點法是如今最常使用的三種方法。

因此，能求出不同的供電等級和不同的負荷下，功率因素和供電半徑的數(shù)值。當單位面積供電年費用達到最小時，相應得到的功率因素和供電的半徑就是所求的數(shù)值，此時，電網(wǎng)的用電及投資成本是最為經(jīng)濟的。

5 結(jié)語

現(xiàn)下我國使用的農(nóng)村電網(wǎng)采用的方式，其經(jīng)濟性是最低的，電能的損耗嚴重，因此急需對我國農(nóng)村電網(wǎng)形式進行整改，減少變電站的層次，簡化電壓的等級。我國農(nóng)村電網(wǎng)目前的供電半徑較大，應參考模型計算得出的數(shù)值，恰當?shù)貙╇姲霃竭M行調(diào)整，從而使農(nóng)村電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)合理化。本文依據(jù)一系列的方法建立了最優(yōu)模型，所計算出的結(jié)果能有效地幫助農(nóng)村電網(wǎng)的建立和整改，使得其更加符合經(jīng)濟適用性的原則。

參考文獻

[1] 趙飛，許躍進，王寧.農(nóng)村電網(wǎng)經(jīng)濟供電半徑和經(jīng)濟功率因數(shù)的研究[J].電力科學與工程，2011（12）：8-11.

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