農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

1、農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化             摘要相對于城區(qū)電網(wǎng)來說，農(nóng)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)要簡單、清晰，但由于負荷對電能可靠性要求等其他原因，一般都會有小型發(fā)電廠，且通常均為小容量機組，即系統(tǒng)除了通過若干220 kV、110kV變電所接受區(qū)域大電網(wǎng)電力以外，往往包括多個110 kV及以下并網(wǎng)發(fā)電的若干電源點，從而使得電網(wǎng)不是單純的放射型單方向模型，需要通過建立數(shù)學模型來確立電源點的建設(shè)和系統(tǒng)接線方式。 關(guān)鍵詞農(nóng)網(wǎng) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 優(yōu)化 1 農(nóng)網(wǎng)高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點 相對于城區(qū)電網(wǎng)來說，農(nóng)網(wǎng)的

2、拓撲結(jié)構(gòu)要簡單、清晰，但由于負荷對電能可靠性要求等其他原因，一般都會有小型發(fā)電廠，且通常均為小容量機組，即系統(tǒng)除了通過若干220 kV、110kV變電所接受區(qū)域大電網(wǎng)電力以外，往往包括多個110 kV及以下并網(wǎng)發(fā)電的若干電源點，從而使得電網(wǎng)不是單純的放射型單方向模型，需要通過建立數(shù)學模型來確立電源點的建設(shè)和系統(tǒng)接線方式。 2 農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇 2.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一般方法 負荷預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)，在負荷預(yù)測的基礎(chǔ)上一般應(yīng)結(jié)合區(qū)域規(guī)劃進行負荷分布分析，進而確定負荷平衡結(jié)果，即確定變電所的分布和容量規(guī)劃，在負荷預(yù)測和變電所布點確定的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃。一般來說，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的

3、目標是滿足系統(tǒng)有功負荷的最優(yōu)網(wǎng)架設(shè)計，有靜態(tài)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃之分。靜態(tài)規(guī)劃考慮的是針對某一負荷水平進行網(wǎng)架規(guī)劃，一般從基準年開始按年度進行，需考慮現(xiàn)有的網(wǎng)架，同時后一年的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃需將前一年的網(wǎng)架設(shè)定為已有網(wǎng)架，因此，每規(guī)劃目標年的網(wǎng)架規(guī)劃既要瞻前也要顧后，做到從時間序列上的前后協(xié)調(diào)相互呼應(yīng)，從而節(jié)約建設(shè)投資。但規(guī)劃設(shè)計方案的評價指標一般考慮整個規(guī)劃期的總的性能指標最優(yōu)來評價方案，而且往往加入投資分析，甚至列入資金的時間價值，因而稱為動態(tài)規(guī)劃。網(wǎng)架規(guī)劃優(yōu)化方法常用的有兩類，即啟發(fā)式方法和數(shù)學優(yōu)化方法。數(shù)學最優(yōu)方法是通過將電網(wǎng)規(guī)劃問題用數(shù)學化模型進行描述，然后采用一定的算法求解，從而獲得滿足系統(tǒng)

4、要求的最優(yōu)規(guī)劃方案。該類方法從理論上將可以保障方案的最優(yōu)性，但一般要求得最優(yōu)解需要很大的計算量。啟發(fā)式方法則是通過定義方案運行性能以及投資需求等綜合指標，根據(jù)一定規(guī)則對線路進行逐步迭代選擇直至得到滿意的最優(yōu)解。該類方法難以保證方法的最優(yōu)性，但計算量較數(shù)學優(yōu)化方法要小，計算較為方便且便于與規(guī)劃設(shè)計人員的檢驗相結(jié)合，因而是一種更為經(jīng)濟而實用的方法。 2.1.1 啟發(fā)式網(wǎng)架優(yōu)化方法 根據(jù)所確定的衡量安全性指標的不同，啟發(fā)式方法分為基于支路性能的啟發(fā)式方法和基于系統(tǒng)性能指標的啟發(fā)式方法?；谥沸阅苤笜说膯l(fā)式分析方法中，線路的選擇是根據(jù)系統(tǒng)運行時線路功率傳輸情況來實現(xiàn)的，常選用的有線路是否能滿足負荷

5、要求或者線路過負荷程度等指標；而基于系統(tǒng)性能指標的啟發(fā)式方法中，線路的選擇是根據(jù)線路對系統(tǒng)運行時整個系統(tǒng)的一個特定運行性能指標的影響程度來實現(xiàn)的，常選用的指標有系統(tǒng)缺負荷大小指標等對線路的逐步選擇。 基于線路指標的啟發(fā)式網(wǎng)架規(guī)劃方法分為逐步倒退法和逐步擴展法兩種。逐步倒退法是根據(jù)目標年數(shù)據(jù)構(gòu)成一個虛擬網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)除了已有線路以外，包括所有待選的線路，這樣，構(gòu)成的就是一個冗余度很高但不經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò)，然后采用潮流模型對該網(wǎng)絡(luò)進行分析，比較各待選線路在系統(tǒng)中的作用和有效性，逐步去掉有效性低的線路，直到網(wǎng)絡(luò)沒有冗余線路為止。而采用逐步擴展法是根據(jù)各待選線路對過負荷線路的過負荷量的消除的有效度，選擇適當?shù)?/p>

6、線路到現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)上，直至網(wǎng)絡(luò)無過負荷為止。為計算各待選線路的有效度，需要進行變結(jié)構(gòu)時的潮流計算。 基于支路性能指標的啟發(fā)式方法有計算簡單靈活等優(yōu)點，但由于通常是獨立地考慮各待選線路的作用，無法直接體現(xiàn)系統(tǒng)充裕的大小等性能指標，而基于系統(tǒng)性能指標的啟發(fā)式方法則能體現(xiàn)系統(tǒng)性能指標，從而可以從整體上識別薄弱環(huán)節(jié)并充分考慮各待選線路對系統(tǒng)的整體影響來選擇最佳擴建線路。 2.1.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的數(shù)學優(yōu)化方法 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的數(shù)學化方法可以分為確定性和不確定性兩種優(yōu)化方法。傳統(tǒng)上采用的常常是確定的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，即將規(guī)劃問題表達成確定性的優(yōu)化問題來進行求解。但隨著規(guī)劃的環(huán)境以及相關(guān)要求日益復(fù)雜，且負荷、設(shè)備費用、線路

7、路徑等因素均具有不確定性，這些不確定性對電網(wǎng)規(guī)劃有較為顯著的影響，因而在規(guī)劃中考慮不確定性因素是必要的。按照考慮不確定性因素特征的不同，不確定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有分為隨機優(yōu)化法和模糊優(yōu)化法。隨機優(yōu)化法常常用于事件是否發(fā)生以及發(fā)生的時刻存在不確定性的情形，而模糊優(yōu)化法則常常用來處理有關(guān)事情表達不清晰的這種不確定性的情況。在通常情況下，在滿足對保障負荷電能供應(yīng)的前提下，可能有多種架線方法和導(dǎo)線截面的選擇，要對多個方案進行比較選擇，則需要選擇目標函數(shù)，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中常用到的目標函數(shù)有網(wǎng)架建設(shè)總投資、電能損失、維修運行費用為目標函數(shù)。由于電能的特殊性，需要考慮各種約束條件，如電壓范圍、線路的長期極限傳輸容量限

8、制等。因此，網(wǎng)架優(yōu)化過程實際上是目標函數(shù)與約束條件、狀態(tài)參數(shù)之間的協(xié)調(diào)處理過程。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃法是針對網(wǎng)絡(luò)的拓撲特性所提出來的一種數(shù)學規(guī)劃方法，也是在線形規(guī)劃中專門處理網(wǎng)絡(luò)問題的一種特殊算法。數(shù)學上把圖看作節(jié)點和弧的集合，弧是連接在兩個節(jié)點之間的有向線段。在電力系統(tǒng)中，節(jié)點就是接受電力或者發(fā)送功率的發(fā)電廠、變電所或者負荷點，弧就是線路。這種優(yōu)化網(wǎng)架方法在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中常用的數(shù)學模型有最少費用法、最短路徑法、費用最小最大流法等方法。 2.2 農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇 結(jié)合農(nóng)網(wǎng)高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，選用支路交換法來進行這種輻射式結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)的優(yōu)化計算較為適用。采用該方法是從一個既定的輻射式電網(wǎng)

9、開始，增加一條閉合聯(lián)絡(luò)支路后使輻射型網(wǎng)絡(luò)變成一個閉合回路，然后將某一條支路斷開，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的輻射型結(jié)構(gòu)，并按照給定的目標函數(shù)對新構(gòu)成的輻射型網(wǎng)絡(luò)進行計算。重復(fù)上述計算過程，直到目標函數(shù)值最好為止，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)即為所選用網(wǎng)絡(luò)接線。采用這種方法簡單實用，但只能達到局部最優(yōu)解，對于農(nóng)網(wǎng)來說，一般規(guī)劃年需要新建的高壓（110 kV及以上）線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。一般地對于既定的系統(tǒng)接線，考慮到節(jié)約投資，其改建項目的實施相對于系統(tǒng)網(wǎng)損等指標來說往往是不經(jīng)濟的，且由于受電壓、可靠性等電網(wǎng)分析計算的約束性條件的影響。在工程實際中，其高壓配電網(wǎng)往往是通過對新增支路，以及由于負荷的增長需要改

10、建的線路的多個建設(shè)方案的比較，來確定規(guī)劃年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。在分析中，我認為需引入動態(tài)經(jīng)濟比較的概念，而對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計方案來說，結(jié)合個人設(shè)計方案比較的經(jīng)驗來看，最適用的經(jīng)濟方案比較以年費用比較法較為適合。          3 計算框圖設(shè)計 計算步驟一：目標函數(shù)的確定。 當新建或者改建線路對支路潮流僅是局部影響時，只需對所需考察的支路進行網(wǎng)損最小分析。 采用最小網(wǎng)損作為目標函數(shù)，即函數(shù)為： 計算步驟二：先計算電網(wǎng)的潮流分布，再找出與本次計算相關(guān)的支路，即列出目標支路集合，交換支路前輻射型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損計算。 計算步

11、驟三：第一次支路交換后，重新進行潮流計算后，在潮流計算結(jié)果的基礎(chǔ)上進行支路交換后的輻射型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損計算。 重復(fù)以上支路交換計算，直至得出最優(yōu)結(jié)論為止。 4 經(jīng)濟比較方法引入網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化 在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的實際應(yīng)用中，單純采用以上支路交換法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)接線是不夠的，應(yīng)該結(jié)合經(jīng)濟比較，即在對方案進行投資分析計算的基礎(chǔ)上進行比較，從而得出經(jīng)濟的方案。常用的方案比較方法有最小費用法、凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法、折返年限法，每種方法又可以演化成不同的表達式。最小費用法是電力系統(tǒng)規(guī)劃中較為普遍的方法，適用于比較效益相同或者效益基本相同，但難以具體估算的方案。最小費用法通常有以下三種不同的方案：費用現(xiàn)值比較法、計算

12、期不同的現(xiàn)值費用比較法和年費用比較法。費用現(xiàn)值比較法是將各個方案基本建設(shè)期和生產(chǎn)運行期的全部支出費用均折算到計算期的第一年，現(xiàn)值低的方案是可取方案。對于不同建設(shè)期的方案則一般按照方案中計算期最短的進行計算，及計算期不同的現(xiàn)值費用比較法。 年費用比較法是將參加比較的諸方案計算期的全部支出折算成年費用后進行比較，費用低的方案為經(jīng)濟上的優(yōu)越方案。其表達式為在比較方案部分費用相同的情況下，可以采用只考慮有差別的費用的年費用比較法，即只考慮差別部分的費用的比較，這種方法將初始投資差額以及末期殘值差額折合為年費用或者年值，再綜合運行維護、改造等運行年需要投入的差別費用，比較即可以得出經(jīng)濟最優(yōu)方案。對于農(nóng)網(wǎng)電力建設(shè)項目，筆者推薦使用這種簡化了的年費用比較法。 5 總結(jié) 結(jié)合農(nóng)網(wǎng)作為輻射型受端電網(wǎng)的特點，用支路交換法來進行這種輻射式結(jié)構(gòu)的高壓配電網(wǎng)的優(yōu)化計算，雖只能達到局部最優(yōu)解。對于農(nóng)網(wǎng)來說，一般規(guī)劃年需要新建的高壓線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。在工程實際中，其高壓配電網(wǎng)往往是通過對新增支路，以及由于負荷的增長需要改建的線路的多個建設(shè)方案的比較，來確定規(guī)劃年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。在分析中，文中引入了動態(tài)經(jīng)濟比較，并提出對于農(nóng)網(wǎng)采用有差別的年費用比較法最為適用。 參考文獻： 12張焰.