主动配电网的网架规划与优化运行研究

引言

能源是人类赖以生存的物质基础,随着社会不断发展,能源需求也日益增加,电力作为目前使用最广泛的二次能源,逐渐受到资源枯竭、环境污染和结构老化等方面的限制。而采用分布式电源能够改善这一问题,能够提高资源利用效率。

配电网规划直接影响配电网投资、收益以及未来配电网运行的安全性、稳定性和经济性。主动配电网的网架规划以负荷预测和电源规划为基础,确定在何时何地投建何种类型的线路及其回路数量,以实现规划周期内所需要的输电能力,在满足各项技术指标的前提下,使费用最小,其中技术指标包括供电可靠性指标、电压质量指标、线损率指标及容载比指标。常规配电网运行方案存在线路损耗高等问题,因此本文对主动配电网的网架规划和优化运行进行了研究。

1主动配电网网架双层规划

采用双层规划方式规划主动配电网网架,虽然上下层有各自的目标函数,但是其上下层之间存在一定联系和传递关系。将上下层存在的内部联系量定义为决策变量,将其作为下层参量,综合各方面因素,在允许范围内将参量向上层反馈,上层在整体允许范围内求得网架规划最优解。

一般情况下,主动配电网线路包含联络开关和普通支路开关,随着配电网负荷量的增加,网架规划对于主动配电网经济稳定运行具有重要意义。采用双层规划方案,针对已经完成的路线规划方案,采用二进制遗传算法,以编码0/1形式表示,将普通支路开关、联络开关以及扩展线路开关加入到网架优化内。以此建立上层规划目标函数:

式中,s0表示配电网网架年综合费用(万元）:s1表示网架年投资运行费用(万元）:s2表示下层规划函数目标值(万元）。

其中s1通过以下公式得到:

式中,s1'表示线路固定建设等年值:s1"表示线路年运行维护费用:p表示新建线路集合:ps表示全部线路集合:s●表示线路单位长度投入费用:d表示线路长度:s表示贴现率,取10%:a表示线路运行维护费用率,取0.05。

下层规划的待优化变量包括风力、光伏、储能容量以及接入点位置等。分布式电源单机容量、安装运维费及使用寿命已知,分布式电源的选址可直接选取储能节点,在一定程度上实现抑制电源波动的目的。下层目标函数目标值代表经济性指标的花费,目标函数如下:

式中,S3表示分布式电源和储能的安装投资费等年值:S4表示分布式电源和储能年运行维护费用:S1oss表示主动配电网年损耗费用:S5表示向上级电网购电成本:S6表示分布式电源发电的补贴费用。

确定上下两层关系后,输入原始数据,对上层决策变量进行二进制编码,设置运行参数,随机生成初始种群,并对初始种群进行解码,生成定容选址方案。将下层定容选址方案带入上层进行函数计算,当满足收敛条件后,输出结果即为最优网架规划方案。

2主动配电网优化运行研究

在保证电力系统可靠运行的前提下,提高电能生产和输送效率,降低供电成本,降低网损率,是主动配电网优化运行的目的[5]。主动配电网的优化运行大多存在风电、光伏发电的热电联供系统优化运行问题,考虑主动配电网的运行特性,提出一种节能减排的优化运行方案。

受网络约束的分布式电源发电计划,与主动配电网的网络拓扑相关,可通过配电网重构实现网络拓扑,达到网损最小的目的。配电网重构与主动配电网运行关系如图1所示。

主动配电网重构分为正常重构和事故重构。正常重构始终是指在正常运行状态下,通过通断开关、改变网络拓扑,满足网损最低或电压质量最佳的要求。故障重构是指在配电网发生故障停电后,恢复供电时优化供电路径和供电范围,达到减少停电损失,保障重要用户供电的目的。

早期正常运行的配电网重构为单一目标,引入分布式电源后为复合目标。满足配电网负荷需要3种途径()1）输电网购电:)2）调用配网的分布式电源:)3）调用可中断负荷等需求侧资源。这3种途径都被视为电源,以此为依据,优化后的目标函数为:

式中,/表示3种措施总的发电费用:R1表示从电网购买的发电费用:O0表示从电网购买有功率功率:n表示配单节点数:r0i表示在i节点上发电功率的变动成本:g0i表示在i节点上的配电发电功率:r1i表示在i节点上主动负荷单位功率变动成本:g1i表示在i节点上的主动负荷承担的有功功率。

确定目标函数后,优化运行需要输入已知的节点类、支路类和发电机类数据,根据十进制编码规则,以小环网开关号为基因,搜索所有环网之间的开关组合,产生合理的网络拓扑,计算最优潮流,达到最大迭代次数后,得到优化运行最优解。

3实验论证分析

为了验证提出的主动配电网网架规划和优化运行方案的能力,引用常规优化方案,设计对比实验,测试主动配电网运行过程中及变压器线路损耗程度。选择测试的变压器型号为Z10,电压比为35/10.5,额定频率为50Hz,空载损耗为270w,负载损耗为1380w,空载电流为1.7A,短路阻抗为4Ω。测试结果如表1所示。

表1线路损耗测试结果

分析表1可知,开断的线路号不影响线路损耗测试结果。其中,方案1为提出的网架规划与优化运行方案,方案2为常规运行方案。对比方案1和方案2测试的线路损耗结果,采用方案1测试的线路损耗为0.46MW,采用方案2测试的线路损耗为0.83MW,对比可知方案1测试结果低于方案2,说明本文方法损耗更低,具有实用性。

4结语

本文研究了主动配电网的网架规划和优化运行,采用双层规划模型,解决了主动配电网的网架规划问题:通过配电网重构实现对网损、负荷和供电可靠性等目标的优化,在保证主动配电网运行经济性的同时,保证电能质量。通过实验证明了本文提出的网架规划和优化运行方案,能使主动配电网运行过程中线路损耗较低,其安全性得到了保证,极大地提高了可再生能源的利用率。