区域配电网重构模型及其应用

郑廷全

摘 要：我国经济的快速发展，使得配电网的结构变得复杂，加之用户对电量的需求也随着不断加大，对供电的可靠性和电能质量的要求越来越高，这促进了配电网朝着配电自动化和配电最优的方向转变，在考虑到可靠性和经济性两个因素的基础上，网络重构有效地实现了配电网安全可靠经济有效的运行。文章首先介绍了网络重构以及其作用，然后阐述了配电系统重构的指标和模型，最后介绍了常用的网络重构方法。

关键词：网络重构；重构模型；配电系统

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0034-02

我国经济的飞速发展，一方面加大了用户对电力资源的需求，同时用户对电力系统可靠安全的运行和电能质量的要求越来越高；另一方面也使配电系统的拓扑结构变得越来越复杂。电力部门希望在不改变原有配电网基础设施的情况下实现配电网安全可靠经济有效的运行，对配电网进行网络重构满足用户要求的有效手段。

1 配电系统的网络重构

对配电网进行网络重构，是在原有配电网基础设施基本不变的情况下，使配电网最优的运行。为了保证电网可靠高效的为用户供电，对配电网进行网络重构是电力部门常用的方法。对配电系统进行网络重构一般分为两种情况，第一在在配电网发生故障的情况下，配电网中离故障区域的断路器快速动作切断对故障区域的供电，这种情况下可能会造成断路器下层部分非故障区域断电，在此情况下利用隔离开关，分段开关，联络开关等对配电系统进行网络重构，调整网络结构，对非故障区域恢复供电，有效地提高了非故障区域供电的可靠性；第二在配电网正常供电的情况下，利用配电网中的开关设备对配电网的拓扑结构进行调整，有效地分配配电网中的负荷，降低电网运行的损耗，提高配电网的运行效率，保证配电网经济有效地运行。除此之外，利用智能开关对配电网进行网络重构可以实现配电网自动化，为智能电网的实现奠定了基础[1-5]。

2 配电网重构的模型

上一部分已经介绍了配电网重构的两种情况：配电网正常运行情况下和配电网发生故障情况下。在配电网正常运行的情况下一般是以配电网满足基本的潮流计算为约束条件，然后以网络损耗、电压质量最高、负荷平均化等其中的一个或者多个为目标函数，以配电网中的各种开关的通断情况为变量，通过调整开关这一变量来对网络进行重构，对目标函数进行寻优，实现配电网运行的最优化。在配电网故障运行条件下与配电网正常运行情况下类似，以配电网满足潮流计算为约束条件，目标函数在系统正常运行的基础上加一个非故障区的可靠性指标这一目标函数，最后根据开关的调整对配电系统的运行状态进行寻优[2-4]。

根据上述分析，配电网重构模型分为两部分：目标函数的建立，目标函数的寻优方法。

2.1 评估指标

2.1.1 可靠性指标

文献[2，3]介绍了两个常见的配网重构后的可靠性评估指标：配电系统的平均停电频率（SAIFI）的满意度指标和配网中用户平均停电缺供电量（AENS）的满意度指标。

其中：FL—配电系统中有功网损满意度指标；PL—配电网系统运行过程总产生的有功网损；PLmin—配电系统理想运行过程中的有功网损的最小值；PL0—配电系统在网络重构之前的有功网损。

2.2 目标函数的建立

2.2.1 约束条件

重构后的配电网除满足无“回路”和无“孤岛”的网络结构约束外，还必须满足以下约束条件[6]。

条件一：等式约束。配电网进行重构后要能够正常的运行，因此要满足基本的潮流方程式。

其中：Pi代表了电源提供的有功功率，Ui代表节点电压，Yij=Gij+jBij代表了节点i，j之间的导纳，？夼ij代表节点i，j间电压的相角差，j∈i代表标号为j的节点必须直接和节点i相连，并包括j=i的情况。

条件二：不等式约束。考虑到系统运行的安全性和电能质量，可调节变量本身也具有一定的容许调节范围，为此在计算中要对控制变量以及通过潮流计算才能得到其他量的取值加以限制，这就是需要考虑的不等式约束。如：①有功电源处理上下限约束；②可调无功电源处理上下限约束；③节点电压模值的上下限约束；④线路通过的最大有功潮流或无功比跟潮流约束；⑤输电线路或变压器等元件中通过的最大电流或视在功率约束；可以将上述的不等式约束条件统一表示为：h（u，x）<=0。

2.2.2 目标函数

上面介绍的评价指标要综合起来考虑，保证配电网重构模型的全面性。得到配电网重构的评级模型，其表达如下式：

配电系统在满足上述的的约束条件的情况下，对配电网重构模型进行寻优，得到网络重构模型。

3 配电网重构的模型的寻优算法及其应用

3.1 配电网重构的模型的寻优算法

配电网重构是基于多约束条件下的多目标的非线性的寻优过程，因此在进行配电网重构寻优过程中会出现维数灾难。针对多约束条件的多目标的优化问题，一些学者把配电网中多目标问题转化为单目标函数进行处理，这样不仅简单直观而且很大程度上简化了运算。也可以直接对配电网重构模型进行处理。也有学者研究将采用不同的算法对配电网进行降维处理，早期学者们采用启发式优化算法，最优流模式算法，支路交换算法，数学优化算法等对配网重构模型进行处理。现在随着科技的进步，众多学者致力于研究人工智能算法，其中人工智能算法包括：模拟退火算法，遗传算法，专家系统法，人工神经网络等。除了上述算法之外，还有许多寻优算法如：层次分析法，支持向量机法，蚁群算法，模糊数学算法等[7，8]。

3.2 配电网重构的模型的应用

对配电网继续拧重构一般用于以下两种情况：配电网发生故障的情况和配电网正常供电的情况。在配电网发生故障的情况下，断路器动作切断故障区，然后迅速对配电网进行网络重构，快速恢复给故障区的供电。在配电网正常运行情况下，对配电网进行网络重构，平衡复合分布，有效提高配电网运行的运行的效率。此外，对配电网进行网络重构为配电网自动化提供了基础的条件[9，10]。

4 结 语

本文总结了配电网络重构的意义和作用，介绍了常见的配电网网络重构的评估指标对配电网重构评估指标进行归一化处理，变为相应的满意度指标，更加直观，详细全面地介绍了配电网运行过程中满足的等式约束条件和不等约束条件，在此基础上综合考虑了可靠性和经济性两方面建立网络重构模型，尽量使配电网重构模型能够更加满足配电网的实际情况，最后介绍了常见的配电网重构模型的寻优算法及其应用，对寻优后的结构对配电网进行网络重构，改善配电网中的负荷分布，优化配电网络结构，实现配电网安全可靠经济有效的运行。此外，随着分布式电源越来越多的加入配电系统中，配电网的网络重构在传统网络要考虑到分布式电源的影响。

参考文献：

[1] 张雅.配电网络重构方法的研究[D].郑州：郑州大学，2007.

[2] 卫健，吕林，魏震波，等.计及电网可靠性与经济性的配电网重构模型及 其分步优化算法[J].华东电力，2013，（1）.

[3] 何禹清.配电网快速可靠性评估及重构方法研究[D].长沙：湖南大学，

2011.

[4] 冯树海，管益斌.配电系统网络重构方法研究[J].电力自动化设备，2002，

（5）.

[5] 贾彦兵.基于混合算法的配电网重构的研究与应用[D].吉林：东北电力 大学，2011.

[6] 潘浩年.网络重构在配电网事故处理中的应用[D].上海：上海交通大

学，2013.

[7] 韩林林.智能配电网网络重构方法的研究[D].郑州：郑州大学，2013.

[8] 董彬政.配电网重构及其实施策略研究[D].北京：华北电力大学，2013.