以提高供电电压质量为目标的配网重构

苏志斌

摘要：本文以配电网中节点电压为目标对配电网进行了重构，该方法将电压平衡指数作为电网重构的目标函数，该方法可以通过不断的支路交换来最终得到符合目标函数的最佳配电网络。相对于其他配电网重构方法.该方法即使在缺乏测量数据时仍然可以进行电网的重构。并且通过实例对采用线损为目标函数的电网重构方法和采用电压平衡指数为目标函数的电网重构结果进行对比。对比结果表明，该方法能有效地提高配电网的供电质量，且能够有效的降低配电网中的线损并有效的促进负载均衡。

关键词：供电电压质量；线损；负载均衡；电压平衡指数；目标函数

1引言

配电网重构是实现和优化电网自动化的重要途径之一。近年来对于配电网重构的研究一直是该领域内的热点问题。通过配电网重构可以有效的降低配电网中的线路损耗，均衡负载，并能够提高配电网供电的质量，因而配电网重构是十分必要的。对于配电网重构国内外有很多的学者进行了研究，比如配电网重构的改进支路交换法，能有效的减少电网损耗和促进负载均衡。W.M.Lin以遗传学算法为基础将网络损耗作为目标函数对配电网重构进行了研究。M.A.Kashem以最小生成树为基本理论以网损最小为目标函数对配电网重构进行了研究。还有的文献以支路负载法将网损作为目标函数对配电网重构进行了研究。但是由于建设费用有限，测量每条线路上的配电变压器的数据是不现实的，因而采用上述方法对配电网进行重构存在一定的实现难度。有的文献将复杂的配电网简化为结构耗散网络，借此可以实现对配电网中负载的均衡。本文将配电网重构的目标设定为配电网供电质量的提高。

2提高供电电压质量的目标函数

在配电网重构的过程中以网损最小的目标函数可以表示为：

上图为典型的配电网的示意图，在上述配电网中有15个节点和16条支路，虚线处表示开路。在每条支路上都有开关，因而可以将支路和开关等同。假设bi，j为节点i和j之间的支路，TSi，j为支路中的联络开关，SSi，j为支路中的分段开关，假设节点i处归一化的电压为Ui。可以看到在上图中有13个分段开关和3个联络开关，每个回路对应着一个联络开关。假设上图中的联络开关TS5，10由上图中的节点1、2、5、10、8、7和6共同组成一个回路，如果对环路中的断开位置进行重置，可以有效的转移回路中的部分负荷，因而改变了馈线各处相应的电压值。合理的设置断开位置能够有效的提升供电的质量。所以借此可以定义环路中联络开关TSi，i的电压平衡指数VBLi，ii如下：

VBL_i，j=max[U_i，U_j]/min[U_i，U_j]

max[Ui，Uj]表示取节点i和节点j处电压的最大值，min[Ui，Uj]表示的取两节点电压的最小值，最终可以将提高供电质量的目标函数表示为：

TVBL_i，j=min∑VBL_i，j

3配网重构的搜索算法

3.1环路内的网络重构过程

对于联络开关TSi，ji所对应的回路，然后选择合适的分段开关SS1，m，断开形成支路交换操作，通过不断的指路交换操作来完成配电网的重构。对于上图中联络开关TS4，15所对应的环路来说，其电压平衡指数为VBL4，15。如果节点3处的电压值大于节点15处的电压值，那么需要将线路1上的部分的负荷通过支路不断的交换操作转移出去，如果无法对提高配电质量的目标函数进行进一步优化那么就会停止支路的交换操作，最终完成电网的重构。如果缺乏测量数据，那么可以采用基于负荷等效的复杂网络简化方法来进行配电网的重构。

3.2整个配电网内的网络重构

配电网中网络重构的过程如下所示：通过等效负荷来对整个配电网的潮流进行计算，然后可以得到配电网中各个联络开关所对应电平平衡指数，从节点均衡指数最大环路开始环路内电网的重构，如果新的支路交换无法再对目标函数进行改进，那么配电网重构就结束了。最终得到重构和优化后的配电网。

4应用实例

本文对于所提出的电网重构方法进行了实例验证，所选择的案例为电网重构的经典案例，分别采用本文所采用的方法以及以最小网损为目标函数的配电网重构的方法进行了实例计算与对比。

在案例1中，选择的是12.66 kV配电系统，在上述配电系统中有37条支路，节点有33个，一共有5个联络开关。下表1中是采用本文的方法进行电网重构的过程和结果。通过下表的数据可以看出，随着电压均衡指数的不断优化，系统中的电压最低点得到了一定的提升，在一定程度上降低了配电网上的线损。电压均衡指数从下表可以看出從5.26一直降到了5.05，降低了3%之，在配电网的节点中节点电压从最低值0.887524提高到了0.926531，约提升了4%多。配电网中线损也有开始的210.2 kW降到了最终的142.4kW降低了30%之多，线损降低十分显著。

在suanli2zhong所采用的是12.66kV电网配电系统，在该配电系统中支路的条数为74，节点的数量为69，同样具有5个联络开关。在下表2中也采用本文的方法对配电网进行重构，重构过程中的计算结果如下所示。从下表可以看出电压的平衡指数由5.2降到了5.1，降低了约3%。节点电压从0.88提高了0.92，结点电压提升了5.06%。配电网的线损由原来的237kW降低到最终的102.4 kW降低了56.79%，线损降低的效果十分显著。

本案例还以不同的目标函数对配电网进行了重构，并且对重构的结果进行了对比。从上述结果来看，本文所采用的以电压均衡指数为目标函数的配电网重构的方法进行电网重构的结果和采用以线损为目标函数的配电网重构的结果是一致的，但是本文的算法相对于以线损为目标函数的电网重构的方法，在缺乏电网测量数据的时候仍可以进行电网的重构，因而相对具有一定的优势。

结语

本文将电压均衡指数作为电网重构的目标函数，由于电压均衡指数直接与配电网供电质量密切相关，因而可以在一定程度提高配电网的供电质量，从电网重构的案例来看还有效的降低了线损且促进了电网负荷的均衡。并且通过案例计算，以负载均衡为目标函数和以线损为目标函数的电网重构的结果是一致的。且在缺少测量数据的情况仍然可以进行电网的重构，因而相对于其他方法可实施性较强。