配电网优化控制方法
2008-04-02 10:31:54 来源:
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电力18讯:
华北电力大学工商管理学院 赵振宇,高云,叶海龙
1 国内外研究现状
配电网优化控制的内容和相关算法很多,而其实际产品则主要以优化控制软件的形式出现。这些优化控制的软件的内容通常包括潮流计算、补偿电容器自动设计、联络断路器自动设计、新增负荷自动选点、短路电流计算、网络负载率均衡、配电网可靠性分析、配电网薄弱环节分析、配电网运行安全性分析等一些方面。
目前国内配电网优化控制分析的水平还不够高,有些地方还处于手工分析的阶段,对于多方案的合理性及经济性的比较更是困难。通过对电力行业需求的调研,目前在国内自主研发的“配电网规划优化控制分析”类型的软件并不多,多数都是应用在输电网上,在配电网的应用上还处于研究阶段。而在国外产品中,有美国的PTI公司的PSS/U、葡萄牙的TPlan等一些软件,由于国外配电网与国内配电网有很大的不同,所以无论在技术上还是在实际的操作中,这些软件也不完全适合中国配电网的特点,并不适合全盘引入。
2 配电网优化控制的基础数据
配电网的优化控制首先需要配电网相关基础数据的支持,由于配电网深入城市中心和居民密集点,传输功率和距离有限,并且各地供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求差别很大,所以必须要提供比较完整的配电网基础数据来做优化控制。这些基础数据大体可以分为两类,一类为配电网设备基础数据,一般数据包括变压器型号、容量、分接头、上级等效阻抗,配电网线路的型号、长度、台变容量等;而另一类为配电网运行数据,一般包括配电网运行可靠性、电压合格率、线损率、负载率等。而若要进一步做规划分析时,还需要有各行业5年以上的电量数据,规划年内新增点负荷数据,当地国民生产总值增长率,变电站5年以上负荷数据,配电网GIS图,规划用地图等,如果还要进行其它一些指标计算,则相应的需要更多的配电网数据作为支持。
3 配电网优化控制方法
预防控制。为了降低预想事故集中的扰动带来的损失,减少事故后的操作代价,使系统从不安全状态回到正常状态,所采取的一系列控制措施。
紧急控制。如果系统进入紧急状态,此时进行的防止事故扩大的操作称为紧急控制,使系统进入待恢复状态。
恢复控制。对处于待恢复状态的系统,需要采取负荷转供和负荷切除等手段,以尽快的给尽可能多的失电负荷恢复电能供应。本文将重点讨论恢复控制中的网络重构、电容器投切以及相关的综合优化方法。
3.1 配电网网络重构
配电网网络重构是通过选择分段开关、联络断路器的开合状态,来改变网络的拓扑结构, 以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量、实现最佳运行方式的目的。网络重构是一个比较复杂的问题, 它是网络结构的优化,从数学模型来看,属于非线性组合优化问题。如果系统的网架结构和电气状况允许,对每一个单重故障,将可以找到多个可行的转供方案,方案越多,则可以粗略的认为该系统的网架结构越坚强。
在树枝没有联络断路器存在的配电网中是不存在重构问题的,所以配电网络重构理论的推导都是基于配电网具有环形结构开环运行的网络。在配电网中存在大量的常闭分段断路器和少量的常开联络断路器,随着负荷的波动或者故障的原因,各条馈线在轻载与重载之间转换,配电网的结构允许其开合交换支路,平衡各条馈线之间的负荷,这不但可以增加各条馈线的稳定裕量,消除过载,提高其安全性,还可以提高总体的电压质量,降低网损,提高系统的经济性。
配电网重构是一个有约束的、非线性、整数组合优化问题,通常以网损最小为目标函数,以电压质量、线路变压器容量等为约束条件,目前配电网网络重构的算法有很多,诸如最短路径法、遗传算法、快算支路交换算法、穷举搜索法等,这些算法都在处理目标函数上,在不同的方面取得了一定的进展,但是考虑到网络重构在实际中仅是配网优化控制的一个方面,是在多目标决策下的一种优化,还需要受到其它优化目标的限制,所以这些网络重构算法在实际应用中还需要做一定的调整。
3.2 电容器的投切
电容器投切在一般的配电网优化中,主要作用就是改善电能质量和降低网损,电容器的投切对配电网的优化控制有着很重要的意义。长期以来,研究规划阶段电容器优化配置的文献比较多,对运行中电容器优化投切的研究还非常有限。后来许多学者就电容器的投切策略做了大量的研究,还有些学者针对配电网的模型进行了研究,并对相应的算法做了进一步改进。比如在中、低压配电网中,三相负荷由于是随机变化的,且一般不平衡,但大多数对电容器优化投切的研究是建立在三相负荷平衡的假设条件上的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡,进而增加线路损耗,同时会对接在供电点上的电机运行产生不利影响。因此许多学者开始研究三相模型,其中有人提出了一种配电网中三相不平衡负荷的补偿方<
华北电力大学工商管理学院 赵振宇,高云,叶海龙
1 国内外研究现状
配电网优化控制的内容和相关算法很多,而其实际产品则主要以优化控制软件的形式出现。这些优化控制的软件的内容通常包括潮流计算、补偿电容器自动设计、联络断路器自动设计、新增负荷自动选点、短路电流计算、网络负载率均衡、配电网可靠性分析、配电网薄弱环节分析、配电网运行安全性分析等一些方面。
目前国内配电网优化控制分析的水平还不够高,有些地方还处于手工分析的阶段,对于多方案的合理性及经济性的比较更是困难。通过对电力行业需求的调研,目前在国内自主研发的“配电网规划优化控制分析”类型的软件并不多,多数都是应用在输电网上,在配电网的应用上还处于研究阶段。而在国外产品中,有美国的PTI公司的PSS/U、葡萄牙的TPlan等一些软件,由于国外配电网与国内配电网有很大的不同,所以无论在技术上还是在实际的操作中,这些软件也不完全适合中国配电网的特点,并不适合全盘引入。
2 配电网优化控制的基础数据
配电网的优化控制首先需要配电网相关基础数据的支持,由于配电网深入城市中心和居民密集点,传输功率和距离有限,并且各地供电容量、用户性质、供电质量和可靠性要求差别很大,所以必须要提供比较完整的配电网基础数据来做优化控制。这些基础数据大体可以分为两类,一类为配电网设备基础数据,一般数据包括变压器型号、容量、分接头、上级等效阻抗,配电网线路的型号、长度、台变容量等;而另一类为配电网运行数据,一般包括配电网运行可靠性、电压合格率、线损率、负载率等。而若要进一步做规划分析时,还需要有各行业5年以上的电量数据,规划年内新增点负荷数据,当地国民生产总值增长率,变电站5年以上负荷数据,配电网GIS图,规划用地图等,如果还要进行其它一些指标计算,则相应的需要更多的配电网数据作为支持。
3 配电网优化控制方法
预防控制。为了降低预想事故集中的扰动带来的损失,减少事故后的操作代价,使系统从不安全状态回到正常状态,所采取的一系列控制措施。
紧急控制。如果系统进入紧急状态,此时进行的防止事故扩大的操作称为紧急控制,使系统进入待恢复状态。
恢复控制。对处于待恢复状态的系统,需要采取负荷转供和负荷切除等手段,以尽快的给尽可能多的失电负荷恢复电能供应。本文将重点讨论恢复控制中的网络重构、电容器投切以及相关的综合优化方法。
3.1 配电网网络重构
配电网网络重构是通过选择分段开关、联络断路器的开合状态,来改变网络的拓扑结构, 以达到减少网损、平衡负荷、提高电压质量、实现最佳运行方式的目的。网络重构是一个比较复杂的问题, 它是网络结构的优化,从数学模型来看,属于非线性组合优化问题。如果系统的网架结构和电气状况允许,对每一个单重故障,将可以找到多个可行的转供方案,方案越多,则可以粗略的认为该系统的网架结构越坚强。
在树枝没有联络断路器存在的配电网中是不存在重构问题的,所以配电网络重构理论的推导都是基于配电网具有环形结构开环运行的网络。在配电网中存在大量的常闭分段断路器和少量的常开联络断路器,随着负荷的波动或者故障的原因,各条馈线在轻载与重载之间转换,配电网的结构允许其开合交换支路,平衡各条馈线之间的负荷,这不但可以增加各条馈线的稳定裕量,消除过载,提高其安全性,还可以提高总体的电压质量,降低网损,提高系统的经济性。
配电网重构是一个有约束的、非线性、整数组合优化问题,通常以网损最小为目标函数,以电压质量、线路变压器容量等为约束条件,目前配电网网络重构的算法有很多,诸如最短路径法、遗传算法、快算支路交换算法、穷举搜索法等,这些算法都在处理目标函数上,在不同的方面取得了一定的进展,但是考虑到网络重构在实际中仅是配网优化控制的一个方面,是在多目标决策下的一种优化,还需要受到其它优化目标的限制,所以这些网络重构算法在实际应用中还需要做一定的调整。
3.2 电容器的投切
电容器投切在一般的配电网优化中,主要作用就是改善电能质量和降低网损,电容器的投切对配电网的优化控制有着很重要的意义。长期以来,研究规划阶段电容器优化配置的文献比较多,对运行中电容器优化投切的研究还非常有限。后来许多学者就电容器的投切策略做了大量的研究,还有些学者针对配电网的模型进行了研究,并对相应的算法做了进一步改进。比如在中、低压配电网中,三相负荷由于是随机变化的,且一般不平衡,但大多数对电容器优化投切的研究是建立在三相负荷平衡的假设条件上的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡,进而增加线路损耗,同时会对接在供电点上的电机运行产生不利影响。因此许多学者开始研究三相模型,其中有人提出了一种配电网中三相不平衡负荷的补偿方<
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