基于馈线分段的配网转供策略建模

吴涛 李嘉铭 陈恒

关键词：馈线分段;配网转供;转供策略

配电网在电力系统中起到了至关重要的作用，其连接了电力系统与用户两部分，并且负责向用户供应与分配电能，关系着用户供电质量。在供电事故中，其中由配电网故障导致的停电可以占到所有停电故障的80%左右，由此可见，想要提高用户供电质量，就必须要对配网供电方式进行调整优化。配网转供的作用是在配电网故障且隔离完成后，通过开关操作和部分负荷切除等方式，在安全约束的条件范围内，有效实现系统内的正常供电。配网转供的实现，将故障产生的经济损失控制到最低，同时也可以提高用户供电质量，可以说是提高配网供电可靠性的重要手段之一。

一、配网负荷转供算法

对于配网负荷转供的算法比较多，包括遗传算法、专家系统法、随机优化算法以及混合算法等，可以根据实际需求来进行选择，保证转供设计的合理性与可行性。其中，在选择遗传算法进行转供方案最优分析时，先是选择二进制编码的方式对各备选方案做编码处理，确定不同选线架设方案，以及对应的各项参数。可选择应用适应度函数来表示配网转供方案优化的目的以及要求，在不影响配电网运行状态的基础上，来降低故障率，同时减少配网运行费用。应用适应函数可以检测待定位串对应转供方案的适应性与合理性，由此来指导遗传操作得以正常运行。适应度函数可表示为：

其中，Fn表示的是给定的较大常数;F表示的是考虑约束条件下的增光函数数学模型，可用以下公式表示：

配电网转供方案的优化遗传算法实现过程可见图1所示，所需要输入的原始数据包括网络拓扑、节点发电出力与负荷、线路参数以及算法所需参数，最终形成初始转供方案。解码得到初始方案的节点导纳矩阵，然后应用潮流程序对各支路功率进行计算，通过上述公式得到各备选方案的适应度，对其是否收敛进行判断。最终输出得到的最优结果会还原成转供方案，确定方案的各项参数以及执行要求。

本次以馈线为单元，配电网馈线将被映射成树状拓扑结构，然后在此基础上来构建数学模型，确定降低配网故障，减少停电损失的根本性目的。选择确定停电损失来作为配电网故障前后节点注入功率的差额，同时目标函数所对应的便是所获差额的绝对值之和，给出配网负荷转供优化模型，这样无论是给出何种拓扑结构还是面对任意位置的故障问题时均具有较强的适应性。分析研究配网不同馈线想要实现负荷转供的条件，确认配网转供优化模型的联络支路对应的为不同馈线间连接的联络支路。正常情况下两条馈线之间只需要设置一条联络支路，部分情况下也会有多条联络支路的存在，只是此种情况在实际建设中比较少见，不将其作为常规情况进行分析。

二、配网最大供电能力与负荷转供

配网最大供电能力，即在满足N-1安全准则的情况下，特定区域内配电网自身的最大负荷供应能力。N-1校验时需要考虑的条件比较多，包括主变与馈线的容量、主变与馈线的负荷转带、中压馈线网络的联络关系等（图2为主变校验流程）。配网最大供电能力的计算，除了配电网供电能力达到最大限值以外，配网中主变、馈线以及馈线分段负荷均包括在内。对于配电网来讲，其中设置了大量的开关，且以分段开关为主，其余还有少量的联络开关。其中，分段开关为常闭开关，运行无异常时会保持闭合状态，在配网出现故障后可以进行自动隔离;联络开关属于常开开关，运行无异常的情况下会保持断开狀态，可以为紧急供电提供通道。为保证配网供电的可靠性与稳定性，减少停电故障的发生，多数情况下配电网会选择闭环设计、开环运行的方式。配电网正常运行时为辐射状（如图3为辐射型配电网网），任意两个电源之间不得通过中压馈线进行连接，必须要将馈线见的联络开关打开。并且，当配电网处于检修或故障状态时，常开的联络开关会闭合，配电网瞬间合环运行，然后将某个合适的常闭分段开关打开进行解环，使得配电网保持开环运行状态，并且将受到停电故障影响的负荷转供，尽量降低对用户供电质量的影响。在进行配网转供方案研究时，同样需要考虑配网最大供电能力，综合考虑在配网发生N-1时分段负荷的转移，做到在负荷零损失的前提下，完成故障重构。

三、基于馈线分段配网负荷转供建模

确定停电损失为配电网故障前后节点注入功率的差额，而目标函数对应的是所获差额的绝对值之和。故障前节点注入功率与节点已知负荷功率保持一致，并且利用潮流计算可获取故障后节点注入功率。另外，对于故障后的网络拓扑结构属于未知条件，可选择含优化变量的解析表达式进行表达。

（一）优化变量

优化变量所对应的对象便是开关支路状态，如果馈线支路具有开断能力，便可确认其状态为O/1值，即支路开断状态/闭合状态。x所代表的为对角线元素支路所形成的对角线矩阵，表达式为：

其中，A表示的是馈线内支路（除去联络线支路）全部保持运行状态时节点支路关联矩阵;yb表示的是支路导纳为元素的情况下，对应产生的列向量。节点导纳矩阵可以通过节点支路关联矩阵A与待求解优化变量x来表示，对于不同的x变量，其所对应的网络并不相同，这样便可以降低拓扑分析的频次，在生成新的网络时不需要重新做拓扑分析，这样便可以更好地实现配网转供设计。

（三）目标函数

馈线内指定区域内在遇到配电网故障后所对应最小影响范围作为研究目标，对其做进一步的量化，使得停电区域内全部用电负荷之和保持在最小。将馈线内部所有的负荷节点全部设定为PQ节点，可以确认馈线内所有负荷节点在配电网故障停电前后注入功率差额的绝对值和以及最小可以更进一步地进行优化。将此目标作为优化对象，能够最大程度上来减少停电节点，保证未停电节点数量最多，而停电节点对应的功率保持最小。优化目标函数为：

在对配电网转供方案进行优化设计时，按照类型不同节点包括停电接点与未停电节点两种，并且未停电节点在稳态运行时必须要满足潮流方程，其节点注入有功功率与同一地点的有功负荷比较，两者数值相同，便可以进一步得到节点的不平衡功率P-P.=0，对应的便是对目标函数的贡献为0。与未停电节点不同的是，停电节点不具备与电源的通路，相应的节点注入有功功率为0。通过上述的研究分析，可以确定将馈线中所有节点功率不平衡量差定义为停电损失符合实际条件。

四、结语

配网转供对于提高配电网供电质量具有重要意义，可以在网络运行故障后，尽量减少对用户供电的影响，提高供电稳定性与可靠性。目前配网转供设计越来越完善，面对复杂的配电网络，我们仍需要进行不断的研究和分析，缩小故障范围，降低故障损失。