基于可开放容量的配电网负荷接入决策与网络优化

肖媛 廖雪松 严小玉

（国家电网江西赣州供电公司 江西省赣州市 341000）

随着经济快速发展，城市用地紧张导致新建变电站、馈线通道用地规划困难，因此科学接入负荷，挖掘现有线路的供电潜力成为当务之急[1]。在实际中用户申报容量的接入需要参考电网营销部门公布的馈线可开放容量，因此开展基于可开放容量的配电网负荷接入研究。

实际中可开放容量处于利用经验公式进行计算的阶段[2]，关于配电网可开放容量的研究中，文献[3]基于最大供电能力的计算结果，通过改变开关状态进行负荷调整，循环计算直至所有馈线分配到的负荷容量都能满足当前的负荷分布；文献[4]从数据挖掘的角度入手预测负荷的同时系数和需要系数，结合用户的报装容量提出馈线可装容量的计算公式；文献[5]在已有负荷不削减的前提下，考虑配电网的网络重构，求解配电网实用剩余供电能力模型。这些研究大都基于N-1 安全准则，各有侧重的提出了配电网可开放容量的计算方法，然而缺少进一步的实际运用研究。因此，本文研究基于可开放容量的配电网负载接入决策与网络优化。首先基于N-1 安全准则建立配电网可开放容量计算模型；其次结合配电网整体可开放容量和单条馈线可开放容量提出负载接入决策流程；然后分析配电网建设改造常用方法及适用的情况；最后通过算例设置不同的负载接入需求场景，验证该方法的可行性和有效性。

1 可开放容量计算模型

将传统配电网最大供电能力直接减去总负荷所得到的可用供电能力[6]并不能直接指导负荷接入，因为实际负荷的分布情况往往难以满足最大供电能力所要求的理想负荷分布。因此考虑实际负荷的分布特性及发生N-1 故障时馈线负荷的分段转供特性，以配电网的整体可开放容量最大为目标，建立可开放容量计算模型如下：

约束条件：

式中：DAC为配电网可开放容量； 为馈线i 第j 个分段上的最大负载能力；为馈线i 第j 个分段上的实际负荷；Fm为馈线m 的最大负载能力；b 为馈线m 的分段数；Pi为主变i 的最大负载能力；表示馈线m 隶属与主变i；RFm为馈线m 的容量；RPi为主变i 的容量。

在实际运行中往往更关心某条馈线的可开放容量，只需要对上述模型的目标函数作如下修改即可：

增加约束条件：

式中：FAC为馈线可开发容量；Fm0为馈线m 的实际负荷。

需要说明的是，配电网可开放容量受负荷分布的影响，当某馈线的可开放容量优先取得最大值时配电网的可开放容量不一定能取得最大。

2 负荷接入决策流程与网络优化

2.1 负荷接入决策流程与网络优化

图1：负荷接入决策流程

图2：算例结构图

表1：负荷数据及场景一、二计算结果

基于可开放容量的研究，以新负荷接入后对配电网整体可开放容量的影响最小为目标，设计负荷接入的决策流程如图1 所示。

具体步骤如下：

（1）输入配电网数据、待接入负荷L 以及根据负荷所在区域确定的备选接入馈线。计算DAC，同时得到对应的各备选馈线所分配到的可开放容量Fm；

（2）比较L 与DAC的大小。若L>DAC，说明在当前配电网的网架结构、设备容量和负荷水平的基础上无法消纳该负荷，需采取优化措施；否则转步骤（3）；

（3）比较L 与各备选馈线分配到的可开放容量Fm的大小。若则说明存在馈线可以消纳该负荷并且加入该负荷后不会使DAC变小，则满足的馈线均可作为推荐馈线输出，结束流程；否则转步骤（4）；

（4）计算各备选馈线的FAC，比较L 与各FAC的大小。若不存在 ，则说明由于当前已接入配电网的负荷分布的影响导致了当前配电网无合适的可以容纳该负荷，需采取优化措施；否则装步骤（5）；

（5）重新计算L 接入各满足上述要求的馈线后的DAC，新增负荷后DAC将减少，取减少量最小的负荷作为推荐馈线输出，结束流程。

通过以上的决策流程，可以在新接入负荷尽量不影响配电网整体可开放容量的基础上满足新增负荷的需求，若当前馈线的可开放容量无法满足要求，则需要通过合理的措施进行可开放容量的优化提升。

2.2 网络优化

常见的配电网建设改造措施按照代价从低到高实可归纳为3 大类[7]。

负荷再分配措施包括：调整开关状态、调整开关位置、负荷切改。该类措施没有改变网架结构，只是改变了负荷在馈线和主变间的分配，通过优化负荷分配提高N-1 安全性，提高配电网的可开放容量，适合作为步骤（4）的优化措施。

馈线优化措施包括：更换导线、新建联络、新建馈线。该类措施从馈线层面入手，通过扩容、扩建或新增联络优化网架结构，适合作为步骤（2）、（4）的优化措施。

变电站优化措施包括：新增主变、更换主变、新建变电站。该类措施代价最大，当现有变电站的供电能力被充分挖掘后考虑才最为经济，适用于步骤（2）的优化措施。

3 算例分析

算例图如图2 所示，主变S1-S4 的容量为16MVA，S5、S6 的容量为10MVA；变电站SP1、SP2 下的馈线容量为6.91MVA，SP3下的馈线容量为5.83MVA。功率因数取0.9。峰值负荷数据参考文献[8]，如表1 所示。为充分探索负荷接入的各种情况，设置了三种场景。

场景一：有0.8MVA 的负荷需要接入。如表1 所示，根据DAC计算结果及对应可馈线分配到的可放容量Fm，F2、F5 均可满足要求，并且将该负荷接入后不会影响其他馈线的可开放容量。同时可以发现F6 的可开放容量为0，这是因为F6 同时作为F2 和F5 的负荷转供馈线，如果其可开放容量增大，F2、F5 的可开放容量将同时减小，则DAC达不到在当前负荷水平下的最大值。

场景二：假设负荷需求增大，有1.4MVA 的负荷需要接入。根据场景一的计算结果，不存在馈线满足要求。因此计算各馈线的FAC，发现F3、F4 满足要求。因为F3、F4 结构对称，情况类似，可取其中一种分析。如将该负荷接入F3，重新计算DAC和各馈线Fm如表1 所示，可以发现除F3、F4 的可开放容量降低外，其余馈线的可开放容量均不变，DAC下降为2.524MVA，减少量刚好是新增负荷1.4MVA，可见将负荷接入F3 并不会影响到其他馈线的负荷转带。

场景三：当规划时间更长，负荷需求更大时，如当前的网架无法满足需求，则需要采取优化措施。因为该网络的主变出线数均较少，主变容量没有得到充分利用，因为首先考虑新建馈线。如图2所示，分别在主变S3 和S5 新建互相联络的馈线F9、F8，其容量分别为6.91MVA、5.83MVA。经过计算DAC为9.75MVA，有了显著提升，F8、F9 均有较大可开放容量分别为3.71MVA、2.12MVA。

4 结论

本文基于配电网可开放容量计算模型，设计了配电网负荷接入的决策流程并提出相应的优化措施。研究表明，基于可开放容量的配电网负荷接入能够在不削减现有负荷以及最大程度消纳新增负荷的前提下，使新负荷接入后配电网可开放容量尽可能大，并在必要时候采取网络优化措施，充分挖掘配电网的供电潜力。