配電網(wǎng)線路轉(zhuǎn)供電適應(yīng)性研究

引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,高技術(shù)、智能化電器逐漸進(jìn)入普通家庭,居民用戶對電力的依賴性日益加強(qiáng),對電網(wǎng)供電可靠性的需求日益增加。負(fù)荷轉(zhuǎn)移作為常見且有效的提高供電可靠性的措施,在配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)常常使用。供電能力是影響轉(zhuǎn)供電的重要因素,目前很多文獻(xiàn)對供電能力只開展負(fù)荷簡單加減,未進(jìn)行潮流計(jì)算,難以反映實(shí)際供電能力。線路損耗既影響供電能力,又反映轉(zhuǎn)供電的經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì),中壓配電網(wǎng)線損占整個(gè)電網(wǎng)的78%。本文根據(jù)10kV線路供電能力和潮流計(jì)算兩方面,提出綜合考慮轉(zhuǎn)移負(fù)荷量和線路損耗兩方面的數(shù)學(xué)模型和求解算法,為10kV線路制定轉(zhuǎn)供電方案提供參考。

1轉(zhuǎn)供電總損失模型和算法

給定中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及負(fù)荷,轉(zhuǎn)供電方案涉及轉(zhuǎn)移負(fù)荷量和線損兩方面問題。本文建立綜合考慮兩方面的模型,求解給定10kV線路網(wǎng)架及負(fù)荷情況下,既滿足負(fù)荷需求又使經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的轉(zhuǎn)供電方案。

1.1轉(zhuǎn)供電方案模型

在10kV線路網(wǎng)架及負(fù)荷水平已確定的前提下,以滿足負(fù)荷供電可靠性要求為基礎(chǔ),同時(shí)考慮線路損耗,以未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量和線路損耗總損失成本最小為目標(biāo)函數(shù),得到最優(yōu)轉(zhuǎn)供電方案,目標(biāo)函數(shù)如下:

式中,F為總損失成本:f1為未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量成本:f2為線路損耗成本:c為超過線路限流值的懲罰值。

1.2計(jì)算方法及優(yōu)化算法

本文中轉(zhuǎn)供電方案和線路損耗綜合經(jīng)濟(jì)模型是一個(gè)嵌套優(yōu)化模型,不同階段采用不同的計(jì)算方法或優(yōu)化算法。

1.2.1線路損耗計(jì)算方法

給定節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線徑、線路距離、單位阻抗等信息,可根據(jù)功率損耗計(jì)算公式:

應(yīng)用回推迭代法得到整條線路各個(gè)節(jié)點(diǎn)和線段的損耗及功率。

1.2.2離散二進(jìn)制粒子群算法

為實(shí)現(xiàn)粒子群算法在離散型優(yōu)化問題中的應(yīng)用,J.Kennedy在基本粒子群優(yōu)化算法基礎(chǔ)上引進(jìn)二進(jìn)制編碼,用0和1表示位置向量的因子,速度向量變?yōu)槲恢米兓母怕?使粒子群算法得以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)。離散二進(jìn)制粒子群算法適合解決0-1離散問題,模型轉(zhuǎn)供電范圍采取此方法求解。

1.3轉(zhuǎn)供電成本計(jì)算

給定轉(zhuǎn)供電方案,則可根據(jù)轉(zhuǎn)供范圍、線路損耗、未轉(zhuǎn)供負(fù)荷計(jì)算轉(zhuǎn)供電成本:

(1）未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量成本為:

式中,f1為未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量成本:AP為未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量(Mw）:l為停電時(shí)長(h）:K為電價(jià)(元/kwh）。

(2）線路損耗成本:

式中,f2為線路損耗成本:As為線路損耗總量(Mw）:l為停電時(shí)長(h）:K為電價(jià)(元/kwh）。

2應(yīng)用案例

以3回線路為例,線路1有23個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn),其中線路1分別與線路2和線路3環(huán)網(wǎng),環(huán)網(wǎng)路徑涉及的節(jié)點(diǎn)均有7個(gè),線路2與線路3不環(huán)網(wǎng)。假設(shè)線路1因站內(nèi)開關(guān)間隔停電檢修,需要得到最優(yōu)的轉(zhuǎn)供電方案。線路2和線路3各自選擇與線路1的環(huán)網(wǎng)路徑節(jié)點(diǎn),計(jì)算此方式下轉(zhuǎn)供電成本,通過智能算法不斷迭代更新,尋找轉(zhuǎn)供電成本最優(yōu)的轉(zhuǎn)供電范圍。

為確保轉(zhuǎn)供電優(yōu)化方案中線路1轉(zhuǎn)供范圍相對線路2和線路3均一致,本文做如下規(guī)定:線路2到達(dá)線路3所涉及的負(fù)荷點(diǎn)在轉(zhuǎn)供電優(yōu)化方案中固定用0、1、2、3、4、5、6、7代替。

本文只討論配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供電方案,一般來說,配電網(wǎng)停電時(shí)長不超過24h,所以本文停電時(shí)長按24h考慮,1kwh電價(jià)按0.6元計(jì)算。為保證轉(zhuǎn)供負(fù)荷不超過線路限流值,本文規(guī)定當(dāng)線路負(fù)荷超過限流值時(shí),在總損失成本增加懲罰值,取100000。

離散二進(jìn)制粒子群算法的參數(shù)為:學(xué)習(xí)因子c1取1.8,學(xué)習(xí)因子c2取1.97,迭代的總次數(shù)取500次,種群的總數(shù)目N取50,單個(gè)粒子維數(shù)D取14。

3各轉(zhuǎn)供電方案比較及分析

計(jì)算不同轉(zhuǎn)供電方案的總損失成本(表1）,可得:

(1）在轉(zhuǎn)供電方案中線路2轉(zhuǎn)供范圍一定的條件下,隨著線路3的轉(zhuǎn)供范圍縮小,整個(gè)轉(zhuǎn)供電方案的總損失成本不斷降低。因?yàn)榫€路3轉(zhuǎn)供負(fù)荷所造成的線路損耗量大于轉(zhuǎn)供負(fù)荷量,所以線路3轉(zhuǎn)供范圍減小,未轉(zhuǎn)供負(fù)荷雖然增加,但線路損耗減小的程度更大,所以整體供電成本下降。這說明當(dāng)線路損耗變化量大于未轉(zhuǎn)供負(fù)荷變化量時(shí),縮小轉(zhuǎn)供電范圍,經(jīng)濟(jì)性更好。

(2）轉(zhuǎn)供電方案中線路2轉(zhuǎn)供范圍一定的條件下,隨著線路3的轉(zhuǎn)供范圍縮小,經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的方案為線路3轉(zhuǎn)供到負(fù)荷點(diǎn)6。因?yàn)殡S著線路3轉(zhuǎn)供范圍減小,線路損耗減小,未轉(zhuǎn)供負(fù)荷增加,直到負(fù)荷點(diǎn)6時(shí)兩者綜合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu):線路3的轉(zhuǎn)供范圍進(jìn)一步減小,線路損耗會(huì)繼續(xù)減小,但未轉(zhuǎn)供負(fù)荷增加程度抵消了線路損耗減小的影響,使得經(jīng)濟(jì)性逐漸變差。這說明并非持續(xù)減小轉(zhuǎn)供電范圍,就能使得轉(zhuǎn)供電經(jīng)濟(jì)性最優(yōu),只有線路損耗減小的程度能抵消未轉(zhuǎn)供負(fù)荷增加的程度,才能使轉(zhuǎn)供電方案的經(jīng)濟(jì)性不斷增加。

4結(jié)論

本文構(gòu)建了未轉(zhuǎn)移負(fù)荷量和線路損耗嵌套優(yōu)化模型,對比不同轉(zhuǎn)供電方案總損失成本指標(biāo),得到以下主要結(jié)論:

(1）轉(zhuǎn)供電方案中未轉(zhuǎn)供負(fù)荷變化量和線路損耗變化量之間的差值,對轉(zhuǎn)供電方案的經(jīng)濟(jì)性影響較大。若未轉(zhuǎn)供負(fù)荷變化量比線路損耗變化量大,增加轉(zhuǎn)供電范圍,經(jīng)濟(jì)性較好,反之,經(jīng)濟(jì)性較差。

(2）轉(zhuǎn)供電范圍并非越小越好,只有綜合考慮未轉(zhuǎn)供負(fù)荷量和線路損耗得到兩者最小的方案,才是最優(yōu)方案。

(3）轉(zhuǎn)供電方案除了考慮經(jīng)濟(jì)性外,還要考慮可轉(zhuǎn)供能力、電壓變化等,由此得到的轉(zhuǎn)供電方案才既符合實(shí)際運(yùn)行要求又經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。