楊 軒

（湖北工業(yè)大學，湖北 武漢 430000）

電力系統(tǒng)涉及到用電、配電、輸電、發(fā)電等各環(huán)節(jié)，且電氣設備構(gòu)成包括電能的消耗、分配、輸送和生產(chǎn)。結(jié)合發(fā)電機對高壓所輸出的電網(wǎng)進行輸送，以抵達目標需要，再借助于降壓變壓器，將配送電網(wǎng)所輸送的電壓以各種等級形式構(gòu)建網(wǎng)架分配電能。

1 課題研究目的與意義

伴隨著國內(nèi)城市發(fā)展速度的加快，普通城市電網(wǎng)難以滿足電能質(zhì)量要求，尤其是用電負荷急劇增長，要求供電負荷和供電質(zhì)量滿足持續(xù)增長需求。然而，近年來大中型城市電網(wǎng)改造難度增加，尤其是中低壓電網(wǎng)壓力在夏季復合增長，曾在城市配電網(wǎng)網(wǎng)架構(gòu)建規(guī)劃過程當中出現(xiàn)落后局面。為此，需要快速加強配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃設計，明確供電調(diào)度需求，擴大配電容量。傳統(tǒng)常使用手工計算配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃方案，主要思路是對比經(jīng)濟技術(shù)并結(jié)合可行方案選擇優(yōu)化。而由于供電條件限制，部分城市改擴建配電網(wǎng)難度增加，所選方案并非最優(yōu)方案。部分配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃工作人員僅以以往經(jīng)驗，實施最終所推薦的方案并不能滿足現(xiàn)代電力供應需求，且存在主觀性和局限性。隨著供電技術(shù)水平的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化理論、計算機應用技術(shù)的不斷優(yōu)化，智能算法可應用于配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃設計的實際工作當中。

2 分布式發(fā)電配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的數(shù)學模型

2.1 配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的數(shù)學模型

結(jié)合運行成本和前期線路投資建設最小作為目標函數(shù)的目的，在選擇變電站位置當中予以優(yōu)化，配電線路用戶會結(jié)合運營成本和投資最小需求展開構(gòu)建目標函數(shù)。具體規(guī)劃任務在于確定位置以及用電負荷、拓撲結(jié)構(gòu)和線型選擇，以保障區(qū)域性供電需求質(zhì)量滿足要求，結(jié)合配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃成本最小的原則，以及當?shù)匾阎l(fā)電狀態(tài)和用電量構(gòu)建地點，時間確定條件下選擇何時架設多少回配電線路，以保障投資運營年費用達到最優(yōu)值，模型要考慮資金投資價值以及年費用最小，因此構(gòu)建的目標函數(shù)如下：

在公式當中，C作為配電線路的建造費用，n是設備的使用壽命，i作為貼現(xiàn)率，Ct在t一年整個配電網(wǎng)系統(tǒng)當中的運行費用結(jié)合水平年作為目標，整個設備使用壽命一般為20 a。由于貼現(xiàn)率是0.1，假定該設備整體的使用年限、運行費用相等，最終可以轉(zhuǎn)化成公式：

由于在整個配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃設計當中需要考慮諸多目標因素的影響，除技術(shù)和經(jīng)濟之外，還要考慮整體環(huán)境、區(qū)域政治、社會影響力。為此，在規(guī)劃過程當中所使用的目標還是要考慮投資和成本預算，以及后期對環(huán)境造成的影響，線路網(wǎng)損情況用電載荷能力，注重網(wǎng)損設計為最小值以及可靠性為最大值，確保環(huán)境影響為最小以及電網(wǎng)荷載能力為最大。

2.2 分布式發(fā)電配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃

2.2.1 介紹

配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃調(diào)度的根本目標是滿足用戶需求，幫助用戶提高終端供電可靠性。在具體應用過程當中，綜合運營管理模式的有效創(chuàng)新，實現(xiàn)簡單權(quán)責平衡，協(xié)調(diào)管理、統(tǒng)一規(guī)劃的組織體系，形成資產(chǎn)周期成本最小的原則，在運行維護建設當中，減小負荷損耗，降低電網(wǎng)損耗，以提高整個電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃調(diào)度的周期設施壽命。在電網(wǎng)資產(chǎn)網(wǎng)架規(guī)劃設計當中，整體結(jié)合配電網(wǎng)擴展規(guī)劃當中有關升級建設、運行維護，實現(xiàn)改造建設，在網(wǎng)架規(guī)劃建設當中與后期的運行調(diào)度相結(jié)合，綜合基礎工程設施建設，推進工程建設改造結(jié)合智能技術(shù)優(yōu)化。

2.2.2 案例分析

在案例當中涉及25個節(jié)點的110 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)當中的相關網(wǎng)架案例予以規(guī)劃調(diào)度，初始網(wǎng)如圖1所示。

圖1 初始網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

在初始網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中實線作為前期以經(jīng)具備的線路，虛線是有待進一步規(guī)劃的線路，其中涉及到的節(jié)點需要與原來的網(wǎng)絡進行連接，連接過程當中需要結(jié)合分布式電源作為新增負荷節(jié)點，而結(jié)合文獻研究當中相關負荷節(jié)點需要結(jié)合分布式電源布置在饋線末端，提高整體供電可靠性，減小負荷，減少平均停電時間。在接入所使用的分布式電源節(jié)點之后，在原有的負荷節(jié)點新建電源。

（1）規(guī)劃成本參數(shù)

實際應用案例當中，結(jié)合配電網(wǎng)具體網(wǎng)架規(guī)劃設計，考慮到網(wǎng)絡參數(shù)以及成本具體設置，要明確規(guī)劃成本參數(shù)，首先是對110 kV配電網(wǎng)線路的成本，假定其參考值是80萬元，結(jié)合分布式電源所使用的設備容量的運營投資成本20萬元，進行簡化計算，結(jié)合國情投入分布電源。借助于遺傳算法對整體投資成本，假設其為30萬元，結(jié)合電網(wǎng)當中的負荷增容，在原來配電網(wǎng)系統(tǒng)當中增加網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并滿足負荷增長需要，在計算過程當中可能會忽視復合增長成本。

（2）網(wǎng)絡參數(shù)

在網(wǎng)絡參數(shù)規(guī)劃當中，綜合考慮的是植入?yún)?shù)和節(jié)點參數(shù)，結(jié)合配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，新增的負荷也是575 MW。在假定該配件網(wǎng)站當中所要規(guī)劃的網(wǎng)架需要新增2臺5 MWp分布式電源，當中因數(shù)功率是0.9，參考節(jié)點參數(shù)，明確各節(jié)點負荷，明確支路的參數(shù)信息。

3 改進的遺傳算法原理

3.1 應用改進遺傳算法

綜合考慮所連接的分布式電源，后期設備，需要明確在配電網(wǎng)系統(tǒng)當中的線路成本、安裝成本、綜合成本降低、成本優(yōu)化目標結(jié)合。連接可再生能源作為發(fā)電電源，例如，增加風力發(fā)電和太陽能發(fā)電在分布式電源當中的應用，可以強化配電網(wǎng)環(huán)保能力，綜合所使用的改進遺傳算法，對配電網(wǎng)網(wǎng)架進行擴容建設，實現(xiàn)有效調(diào)度。

（1）染色體編碼，結(jié)合電源、分布式電源具體容量變量和安裝的位置，使用編碼方法，假設所安裝的復合節(jié)點上的分布式電源，以每個節(jié)點安裝對應的電源允許節(jié)點安裝的一串算法。輻射狀的配電網(wǎng)具體運算量可以結(jié)合改進后的遺傳算法實行染色體編碼，具體公式如下：其中按照第一行節(jié)點予以編號，并結(jié)合分布式電源配置情況編排第二行數(shù)據(jù)信息，其中C的數(shù)值作為所對應節(jié)點的負荷遺傳算法建設情況，代表電源的容量，而C等于0時，則代表這一節(jié)點不存在異常算法。如果當初等于0的時候，證明該處沒有分布式電源。

（2）適應值計算。目標函數(shù)當中的網(wǎng)損最小的表，公式如下：

規(guī)劃年網(wǎng)損f（x）作為矢量，N作為可選線路數(shù)，可獲取染色體的擴展式如下：

在擴展規(guī)劃當中，x作為可選用的線路，如果它的值顯示為1，代表選擇了該線路，如果表示0則不選擇該線路。在確保配電網(wǎng)網(wǎng)架具體調(diào)度的輻射性和連通性的時候，利用x代替，具體滿足條件如下：

綜合考慮電壓約束的一系列條件，進一步對函數(shù)進行修正，達到適應函數(shù)，公式如下：

在公式當中，約束條件是ST，懲罰系數(shù)是U，約束條件個數(shù)為M。

（3）遺傳操作。綜合所改進的遺傳算法進行雙點交叉操作，具體概率當中的交叉概率一點的交叉概率是0.9，二點的交叉概率是0.6，而變異概率在第一位交叉點的變異概率是0.1，第二個交叉點的變異概率是0.001。

3.2 計算結(jié)果

綜合由改進后的遺傳算法對案例進行規(guī)劃，可以得到有關分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃，具體結(jié)果見表1。

表1 分布式電源的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃表

接入了分布式電源之后，可以進行調(diào)度，調(diào)度發(fā)揮主動管理的效用，相關調(diào)度研究較少，而分布式電源協(xié)同微網(wǎng)進行優(yōu)化之后，參與到高滲透率的配電管理系統(tǒng)當中，實現(xiàn)調(diào)度管理模型。尤其是考慮配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃當中實現(xiàn)的接頭控制，借助于混合整數(shù)線性規(guī)劃的方法予以求解，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)動態(tài)重構(gòu)，并對有功出力調(diào)度實現(xiàn)運行。其中，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的調(diào)度架構(gòu)包括等值負荷曲線、數(shù)據(jù)準備、模塊予以劃分，配電網(wǎng)模塊包括不可調(diào)度和復合預測值，短時間內(nèi)不能頻繁操作，根據(jù)時段予以劃分構(gòu)建網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可調(diào)度的分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型進行求解，最終得到最優(yōu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

考慮到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和可調(diào)度的分布式有功出力，動態(tài)調(diào)整具體流程如下。

步驟一：數(shù)據(jù)準備，結(jié)合數(shù)據(jù)對未來24 h復合預測和不可調(diào)度的分布式處理預測，并結(jié)合文獻方法進行調(diào)度。

步驟二：對初始等值復合曲線予以分段預測，不可調(diào)度的分布式節(jié)點處理預測結(jié)果，可調(diào)度的分布式取額定功率共同合成初始的負荷聚集時段劃分。

步驟三：配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，應結(jié)合日前調(diào)度模型予以計算，構(gòu)建網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)度模型，在求解當中予以優(yōu)化。

步驟四：修正等值負荷曲線分段優(yōu)化，得到可以調(diào)度的分布式處理值進行修正，結(jié)合時段劃分記錄結(jié)果。

步驟五：判斷比較，對比不同處理點，優(yōu)化結(jié)束，輸出最優(yōu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及可調(diào)度的分布式電源優(yōu)化處理。而這種基于改進遺傳算法的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃形成的協(xié)調(diào)調(diào)度規(guī)劃模型，具體思路是結(jié)合等值曲線時段予以劃分，優(yōu)化每個時段開關狀態(tài)和分布式出力建模。規(guī)劃前后網(wǎng)損情況見表2，分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2 規(guī)劃前后網(wǎng)損對比

圖2 分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

在分布式電源應用過程當中，對配電網(wǎng)規(guī)劃進行靈活性的應用，推進供電可靠性。本文結(jié)合發(fā)電形式、規(guī)模以及配電網(wǎng)進行的多目標優(yōu)化規(guī)劃需求，綜合采用可再生能源，降低消耗和損耗，對配電網(wǎng)、電源、潮流以及分布式影響，結(jié)合改進的智能遺傳算法，對配電網(wǎng)網(wǎng)架予以綜合探究得出以下結(jié)論。

（1）對配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀進行綜合闡述，明確供電可靠性對于促進配電網(wǎng)的優(yōu)化作用。綜合分布式電源應用到配電網(wǎng)各節(jié)點當中，以討論分布式電源具體模型，并結(jié)合運行規(guī)劃對電力系統(tǒng)的影響，提出了解決多端電源配電網(wǎng)規(guī)劃的重要意義。

（2）明確配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃的流程和步驟，結(jié)合技術(shù)應用進行建模，綜合前期投資成本，明確網(wǎng)絡聯(lián)通性約束，對各節(jié)點電壓約束展開分析。綜合多目標，降低對環(huán)境的影響，構(gòu)建數(shù)學模型以作為多目標，優(yōu)化計入分布式電源，通過遺傳算法進行詳細研究，進一步優(yōu)化函數(shù)，形成相關研究的網(wǎng)架規(guī)劃。

在本文研究過程當中，配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃綜合及調(diào)度已作為電力系統(tǒng)的構(gòu)成部分滿足整體運行需求，但相關研究仍存在著不足之處。前期投資運營從運營成本以及后期的檢修成本尚未統(tǒng)一計算到其中，尤其配電網(wǎng)運行之后是否影響后期的生命周期，需要進一步研究。