（电气工程专业论文）配电网重构算法在贵阳市南供电局经济运行中的应用研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 中文摘要 摘要 配电网络是电力系统中最广泛的一部分，而且由于配电网较低的电压水平， 会产生很多的功率损耗。配电网经济运行是在保证配电网安全运行，满足供电量 及供电质量的基础上，通过技术措施最大限度降低变压器与供电线路有功损耗和 无功消耗。配电网路重构就是要找到一个辐射状的运行结构，使系统在满足运行 约束的条件下，功率损耗最小。因此，配电网络重构是降低配电网线损的有效途 径，通过网络重构还可以均衡负荷、消除过载提高供电电压质量。 本文提出了一种基于规则综合方法网络重构( d n r c ) 的配电网经济运行方案。 所建立d n r c 模型考虑了线路功率约束，其目标是使系统的功率损耗最少。为了得 到精确的支路电流和系统的功率损耗，文中应用了一种配电网潮流计算的混合算 法。并基于系统的运行经验形成综合规则进行配电网最佳重构计算。 论文的主要研究工作如下： ( 1 ) 提出了一种基于运行经验，并考虑了实际系统运行状况的基于规则综合 方法的配电网重构( d n r c ) 算法。所建立的d n r c 模型考虑了线路功率约束，其目标 是使系统的功率损耗最少。 ( 2 ) 针对牛顿一拉弗森法对初值反应敏感的固有缺陷，利用配电网的辐射状 结构特点，在配电网重构的潮流计算方法中采用了一种潮流计算混合算法，即使 用逆流一顺流法的第一次迭代结果作为牛顿一拉弗森法的计算初值，既解决了牛 顿一拉弗森法的初值敏感性问题，又提高了收敛速度。 ( 3 ) 为证明本文配电网重构方法的可行性和有效性，本文对两个配电网络系 统( 1 4 节点系统和i e e e 3 8 节点系统) 进行了计算和分析。 ( 4 ) 介绍了以本文提出的重构算法为核心的配电网经济运行决策支持软件 ( y i c o m 一2 1 0 0 ) 的特点，并用它对贵阳南供电局的实际配电网系统进行了分析计 算。 关键词：配电网经济运行，配电网络潮流算法，基于规则的方法，网络重构 重庆大学工程硕士学位论文 英文摘要 t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sa r et h em o s te x t e n s i v ep a r to fe l e c t r i c a lp o w e rs y s t e m ， a n dp r o d u c el o t so fp o w e rl o s s e ss i n c et h el o wv o l t a g el e v e lo ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e m t h ee c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st or e d u c et h el o s so fl i n ea n d t r a n s f o r m e rm a x i m a l l yo nt h eb a s i so fg u a r a n t e e i n gt h es a f eo p e r a t i o no ft h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n ds a t i s f y i n gt h ep o w e rs u p p l y t h eg o a lo fr e c o n f i g u r a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st of m dar a d i a lo p e r a t i n gs t r u c t u r et h a tm i n i m i z e st h ep o w e r l o s s e so fd i s t r i b u t i o ns y s t e mu n d e rt h en o r m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n s t h e r e f o r e d i s t r i b u t i o nr e c o n f i g u r a t i o ni st h ee f f e c t i v ew a yt or e d u c et h el o s so fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k ，a n di ti sa l s oc a nb a l a n c et h el o a da n di m p r o v et h ev o l t a g eq u a l i t y t h i sp a p e rp r o p o s e sae c o n o m i c a lo p e r a t i o np r o j e c to ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k b a s e dad i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o na l g o r i t h mw h i c hi sb a s e dc o m p r e h e n s i v e a p p r o a c h t h ed n r cm o d e lw i t hl i n ep o w e rc o n s t r a i n t si s s e tu p ，i nw h i c ht h e o b j e c t i v ei s t om i n i m i z et h es y s t e mp o w e rl o s s i no r d e rt o g e tt h ep r e c i s eb r a n c h c u r r e n ta n ds y s t e mp o w e rl o s s ah y b r i dr a d i a t i o nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kl o a df l o wm e t h o d i sa p p l i e di nt h es t u d y t h er u l e st h a ta r eu s e dt os e l e c tt h eo p t i m a lr e c o n f i g u r a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka r ef o r m e db a s e do nt h es y s t e mo p e r a t i o ne x p e r i e n c e s t h em a i nr e s e a r c hw o r k si nt h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) aa l g o r i t h mw h o s er u l eb a s e dc o m p r e h e n s i v ea p p r o a c h t os t u d yd i s t r i b u t i o n n e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o np n r c ) i sp r e s e n t e di nt h ep a p e gt h ea l g o r i t h mb a s e do nt h e s y s t e mo p e r a t i o ne x p e r i e n c e sa n di tt a k et h es y s t e m so p e r a t i o ns t a t u si n t oa c c o u n t t h e d n r cm o d e lw i t hl i n ep o w e rc o n s t r a i n t si s s e t 印，i nw h i c ht h eo b j e c t i v ei s t o m i n i m i z et h es y s t e mp o w e rl o s s ( 2 ) b e i n gs e n s i t i v et oi n i t i a lv a l u e si sa l li n h e r e n td r a wb a c ko fn e w t o n r a p h s o n m e t h o dw h i l et h ec a l c u l a t i n gs p e e do fu ps t r e a m d o w ns t r e a mm e t h o di ss l o wd u et oi ts l i n e a rc o n v e r g e n c e a c c o r d i n gt ot h es p e c i a ls t m c t u r eo fd i s t r i b u t i o np o w e rs y s t e m ( r a d i a ln e t w o r kw i t haf e ws i n g l el o o p s ) ，ah y b r i da l g o r i t h mi sp r o p o s e di nw h i c ht h e l o a df l o wr e s u l tso ft h ef i r s ti t e r a t i o no b t a i n e db yu ps t r e a m d o w ns t r e a mm e t h o da t e u s e da st h ei n i t i a lv a l u e so fn e w t o n r a p h s o nm e t h o d n o to n l yc a ni to v e r c o m et h e d r a wb a c ko fi n i t i a lv a l u e ss e n s i t i v i t y , b u ta l s oi tc a l lr e d u c et h ec a l c u l a t i n gt i m ed u et o t h ed e c r e a s eo fc a l c u l a t i n gi t e r a t i o n s t h et e s t s r e s u l t ss h o wt h a tt h eh y b r i da l g o r i t h m 重庆大学e 器硕士学位论文英文摘要 h a sa d v a n t a g eo f t h en u m b e r so fi t e r a t i o na n dt h ec o n v e r g e n c e s p e e d ( 3 ) f o rt h ep u r p o s eo fi l l u s t r a t i n gt h ep r o p o s e da p p r o a c h , t w od i s t r i b u t i o nn e t w o r k s y s t e m s ( 1 4 - b u sa n di e e e 3 8 * b u ss y s t e m ) a r ct e s t e da n da n a l y z e di nt h ep a p e r ( 4 ) i n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef u n c t i o no ft h ee x c e l l e n tt u r nd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e ms o f t w a r e ( y i c o m 2 1 0 0 ) b r i e f l yw h i c hb a s e dt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k r e c o n f i g u r a t i o na l g o r i t h mp r e s e n t e d i np a p e r a n du s et h es y s t e mt oa n a l y s et h e d i s 仃i b u t i o nn e t w o r ko fg u i y a n gs o u t hp o w e rs u p p l yb u r e a u k c y w o r d ：t h ee c o n o m i c a lo p e r a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k , d i s t r i b u t i o nn e t w o r k l o a d f l o wm e t h o d , r u l eb a s e da l g o r i t h m ，n e t w o r kr e c o n f i g u r a t i o n 1 1 1 独创性：声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重塞盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示潍意。 学位论文作者签名：羞i 弓签字疆期：劲。g 年| 1 月蟛目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重迭盍堂有关保留、镬用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重送盍堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库透行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：若2 弓 签字日期：加以年i 月巧翻 导师签名：7 ；! 红h 艺 签字日期：协憎6 年r 月溉 重庆犬学工程硕士学位论文i 绪论 1 绪论 1 1 引言 熬魄系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 楚簸予魄力系统寒赣，凳魄源系统或输交 龟系绕与丽产设施连接越泉，向用户分配毫戆髑供给电能静重要环节。配电网络 是由配电线路以及由它所联系起来的各类变电站和用户负载形成的整体，它实现 了把电源输送来的电能按负躐的大小要求进彳亍分配，起着输电网和电力用户问的 桥梁作用。 熬瞧瓣经济运季亍是在傺诞酝电网安全运移，滚是供毫量及供毫痰萋夔基础上， 逶避技零措麓最大限度洚低交匿器与 乏电线路窍功损耗和无功港耨。一方瑟可逶 过对负荷进行无功补偿达到降低网损，提高电能质量的目的；另一方面，可对配 电网避行网络重构，改变网络的结构，实现负衙转移，从而平衡煎荷，改善电能 质量，降低网损 1 。降低线损，实行经济运行一直是电力企业努力的方向，西方 主要工渡隧家的线损率大数瘫5 冁冁，我霹为9 左杏，与发达国家棚魄滏有差距。 3 5 k v l l o k v 配电网线损楚鸯嚣区线损秘重要缀成部分，1 9 9 5 年全鬻蠛溺l l o k v 潋 下配魄网线损占总线损的6 0 ，可见配电网的缀济运行具有相当犬的经济价值与实 用意义。 网络重构作为配电系统安全经济运行的个熏要问题，正受到研究人员的极 大关注。为了综合辐射型秘环形网络结构的优点，一般情况下，瓣电网络是闭环 竣诗嚣嚣繇运行，宅是逮避程酝毫线路上鬣嚣一鍪牙关实囊戆。戴瞧系统孛装有 大量的常闭开关和少量的常歼开关，网络重鞫就是通过操作这些搿莱，即通过调 整网络中分段开关和联络开关的分、合状态，麓新组织网络的运行方式，使之处 于一个熙有利的运行状态。网络重构的作用土鬻体现在以下三点：降低配电网的 网损，撼商配电网运行的缀济性；平衡各馈线的负荷，消除过载；农赦障情况下 恢复供魄，提高揆毫戆霹嚣穗。疆羞我藿城瓣敬逡送程夔雍逐，瓣终重秘潺题熬 研究在酝电系统自动他孛肖赣更为重要的实际意义。由于负荷豹动态特性，并为 了充分利用配电网络重构的功能，实时配电网络重构势在必行，配电网自动化系 统的建立和不断完善使实时配电网络重构成为可能。 配魄网重构是一个多髓檬j 线性混合优化阍题，处理多目标优化问题的方法 之一楚释缝霞德方法，帮选撵一令主要豹嚣据滋数，把萁毽戆鏊据箨梵终紊处理。 现有算法大多戳阏损最小梵强标函数，在满足器种运彳亍条俘下，戳网损最小为强 标函数的配电网重构仍是一个非线性混合优化问题。由于配电网爨构的非线性特 性，每次进行优化的迭代均需要进行一次配电网潮流计算，连续的配电网潮流 重庆大学t 程硕士学位论文1 绪论 计算需疆大量的计算时闯。为了提高计算速度，保证得出最优或次最优的配电网 结构，人们尝试了用不周的方法来解决配电网煎构的问题，如数学优化理论、最 优流模式( o p t i m a lf l o wp a t t e r n ，缩写为o f p ) 、开关交换法( s w i t c he x c h a n g e m e t h o d ，缩写为s 脒) 农人工餐能算法等。耳髓既电网络重构主要研究集中在搜索 方法童，毽对实露懿霹终蘩携磅究葚乡。嚣嚣实矮懿配电瓣重拷童要菝季节或秀 份操作。由于负荷是随时变化的，研究实时的黼电网重构具有潜程的重要意义。 近几年网内经过城网、农网改造，配电设备的自动化程度得到提离，为实现配电 系统自动化提供了前提条件，也使配电网优化煎构的实际应用成为可能。将来在 电力市场环境下，电力企蛾追求利滤的最大化，嚣要计算供电成本，降低供电成 本，嚣遴行嚣毫鼹兹爨 ：怒箕孛一令手段，嚣鼗貔纯重褥懿应弱霹攘凌电力枣场 豹发膜。 1 2 圈内外研究现状 j 黩年来，配电网络经济运行已经成为研究热点之一，主要研究内容有：配电 霹数簿像建模秘分耩、懿懑麓瀑滚诗算、不夔数掘辫鼋廷秘狡态馁诗、网络重梅窝 优纯等。配电网络重梅楚降低配宅网线损静蠢效途径，通过丽终黧秘还可以筠衡 负荷、消除过载提高供电电愿质量。 1 2 1 配电网重构的目标函数 配电网重构的优化目标函数有很多种。 ( 1 ) 默提高系统静稳定瞧和可靠缝为嚣据，使系统可戬豢簧多黪受麓，减少 怒受麓静珂能缝。典型懿瓣标殛数为 ， 。 幽善l a v j 地( 固 ( 1 1 ) 式中m 为系统负荷点数目之和；l a v , 为负荷点i 的年平均负衙：r u , 为负荷 点i 酶零薅运露寓；r 蔑溯终孛瑟存闯蕊开关豹状态。 掇离系统可靠往静途径一般有两条：一蹩掇离组成系统各元静豹可靠性性能； 二是增加系统的冗余度。但这两种方法都需要增加投资，经济性不怒很好。进行 配电网的熏构可以在不增加投资的情况下，掇离系统的可靠性。配电网可靠性进 行评估的方法有两类：一类怒解析法，另一类魑模拟法。解析法 1 - 3 是对预想的停 运事l 警遴牙逐个评售和诗冀，缀终褥至l 用户秘系统可靠性指标。躺辑法蔽理筵单， 模型准确，已广泛瑁子疆瓣熬嚣电网熬可靠瞧评岱。僵配电系统绥构院较复杂辩， 计算将会很繁杂。配电网可靠性评估常用的最小路法i m ，属于解析法，它同时考虑 了最小路上的元件和非最小路上的元件故障对负荷点可靠性指标的影响，并能找 2 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 出网络的薄弱环节，是一种非常有效的算法。模拟法是通过模拟元件寿命过程的 实际情况，并对此模拟过稷进行若干时间观察，评估所求的可靠饿指标，模拟法 适合匈复杂系统计算，在脊魑特定场合，该方法甚至是唯一可行的求解方法。 ( 2 ) 以故障恢复时闻簸短，停电范重最小必露标函数。典型的鼹标函数为 m i 王x 刁一| 善a ， 1 一只) + 善宣埘，弓| + 善矧2 霉 ( 1 2 ) 式巾乃，z ，为开关和联络开关的状态；a ，为权重系数。最大限度地恢复停电区 域的供电，同时又不引起_ 停电区域的过负荷，操作上还要最为简单、方便，这 是配墩阏夔约鲍一个太阉簇。过去太多采用专家系统( e 方法l 嗍。然恧，由于e s 不戆簸疆在舞谖获取遘鬏审不曾遥妥过靛特猿镣嚣，燕激覆盖掰巍鹃敌薅模式窝 运行方式；知识获取的置作鬣大，而且有些戋阱识不易表达成规则形式；不能保证 得到最优方案等。这使e s 的应用受到限制。 目前有多种算法见予文献。文献【6 l 定义了3 个包含电压降和线路参数的开关指 标，遇避牙关指标的计算交现放障恢复。文献门绘密了一个综合考虑开关操作次数 最少黪瓣损最小兹琵电瓣毅薅滚复重稳模鳖。懿楚，箍嚣箨龟恢复溷题是一令多 目标、多约束、离散寻优黼题，e s 及常规优化不能很好的解决闯题。 ( 3 ) 使负荷均匀分布，避免设备过载，提高电网的安全性和供电质量。典型 的目标瞒数为 丝睾 旺。， l b 。三七互 ”o 打鲁矿 ( 14 ) 式中l b , ，厶唾。分别是支赂和系统的负荷平衡指数；颤矿分别是流过支路的 功率秘支鼹的容量；玩为蓉绞总支鼹楗。赉予受薅的茯速交化秘魄力建设滞质， 使嚣魄嘲静负蘅分布极苓警衡，由叠乏带来穰大麓危害，螽增鸯蟊系统静能量损耗， 影响系统的电能质量和增加系统过负荷的危险。实现负荷平衡的筝段主要有两种： 一是磁系统水平的馈线间进行负荷转移；二是遴行馈线水平的相间熊荷交换。a o k i 等人1 8 1 在中提出一个混合熬数非线形优化模型，并把它分解成变压器负荷平衡和馈 线负穗乎衡两个子模型。艇这样分艇使锓馈线熬容量无法确定，不能褥至i 最优解。 文献 9 l 麓受綮平衡翔透稳毽一耱嬲络重稳耱线锻整数褒翔摸墅，褥阉繇煞嚣搽函数 和约束条件都精确地用数学解析表达式表示，试图用解析的方法寻找全局最优解。 文献f 1o 】中提出了新的负荷平衡指数，并应用它来评估网络的负荷平衡情况。w h e i - m i n “n 等【1 1 l 提出了一个针对三相不平衡配电网的负荷平衡算法。文献【1 2 l 使用支 3 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 路受祷平衡系数和系统总的负荷平衡系数来确定系统的负荷水平和系统的容量。 ( 4 ) 最小化系统有功功率损耗【1 3 , 1 4 , 1 5 , 1 6 。飙型的目标函数为 m i n ( 1 5 ) 瓣魏，大部分关予畿酝霹重棱戆文簸郝淤矮，l 、纯有功为嚣拣。毽实际懿配龟 系统串备节点熬受萄粒刻酃在发生交证，敬宥劝功率损耗最小荧嚣标的最t l 己结构 也不可能是固定的，它随时会发生改变，并替致频繁的开关揉作，这是不经济的 也是不现实的。因此，实用的最小化有功功率损耗的方案是选择特定时段内特定 时刻的负荷作为计算负荷，通常选用峰值负荷，然后就这一代袭状态下有功功率 损耗懿爱，l 、位提出舞关搡弦懿佐证方案，完成弼络重梅。因为袋用戆是近戗静方 案，农嚣峰值受萄嚣剽没露密瑷奏正静最小纯系统有功援耗，掰豁不麓褥到真正 的最优解。 ( 5 ) 某给定时间段上( 一日、一周或一攀度) 的系统能量损耗最b 1 7 , , s , , 9 , 2 0 l 。 典型的目标函数为 越善霉霉+ 雠东 专家系统 肖不少人尝试利用专家系统来进行配电网麓构1 3 2 - 3 6 1 。c h e n - c h i n gl i u 等人f 3 2 】 提出一种基于专家系统的散障恢复与配电网羹构簿法，规则是对配电网进行研究 和了解调度人员的经验后所得到的，这种方法可以降低网损但不能保证得到全局 最优解。t 。t a y l o r 等人1 3 3 l 秘g 。c h a n 9 1 3 4 1 等人掇蹬熬算法基本楣瓣，箕基标函数 秀避免变压嚣、续线遵受瑟驭及窀匿莲陵静发袋，毪枢认为满足这臻条 牛靖可以 降低配电网线损。 ( 4 ) 数学优化理论( m a t h e m a t i co p t i m a la l g o r i t h m ) s 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 逸必方法的特点是试图用解析的方法得到一个全局最优解。m e r l i n 、b a s k 3 6 1 等利用分支定界方法得出煅佳配电网结构。遗兴方法要么因为模测不够精确，要 么是求解的过程中采用一贱近似和简化的方法，致使一般情况下得不到全局最优 解。 巍葵宅豹配嚣撬亿算法孛，文藏1 3 7 l 在黠瓣终孛豹各联终秀关攀猿蠲合嚣形残 豹环路之闻的关系进行努炎，并确定目标函数的极小点与系统纂本邻域结构的对 应关系厢提出一种新的犬规模三相不平衡配电系统的网络重构算法。r j s a r f i 等 人【3 8 】将分裂理论应用到犬规模配电系统网络熏构中，即把一个犬规模的配电系统 分成几个子系统，分别对菇予系统应用以前的网络重构方法计算，并考虑整个系 统熬耱调。这样羲竞骚7 豢接霹大霾模系绞遴移溺络重稳嚣翔长懿游蓉。 1 3 研究配电网网络重构的意义 配电网络重构是优化酉己电系统运行的重瑟乎段，是配网自动化研究的重要内 容，农诞常的运行条件下，配电调度员根据运彳亍情况进行开关操作以调整网络结 橡，一方嚣平鬻受荧，滂狳_ 蓬载，提毫供惠惫凝矮量；灵一方甏降低隧揍，挺毫 系统鹣经济性。在发生效随辩隔离敌障，缩小箨电范溺，并在敬撩螽迅速恢复供 电，酉己电网络重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段。 配电网重构是配电网特有的功能，在我国所进行的研究较少。随着d m s 的建 设和党游，配电网重构有黧得到实际应用，从而提高配电网的可熬性、安全性和 经济馕。毽憩，加快对配激阚重橡离题的磺究爨毒重要懿现实意义。 1 4 本文的主要工作 本文从网络重构的角度出发，对配电网经济运行进行了以下几个方面的探索 和研究： ( 1 ) 提出了一静基鼍：溉剐综合方法鲍耄力聚电鼹重构( 渊r c ) 箨法。掰建立 臻黟模黧考虑了线路臻奉约寒，其嚣标是镘系绞戆功率撰耗最少。璃寒选雾酝电 网最优结构的规则是基予运行经验，并考虑了灾际系统的运行状况。 ( 2 ) 针对牛顿一拉弗森法对初值反应敏感的固有缺陷，利用配电网的辐射 状结构特点，在配电网重构中采用了一种配电网潮流计算混合算法，使用逆流一 顺流法的第一次迭代结袋俸为牛顿一拉弗淼法的计算初值，黢解决了牛顿一 拉弗淼滚瓣初毽敏感程蠲糕，又提裹了浚敛速发。 ( 3 ) 为证疆本文配电嘲重构方法的可行髋和有效性，本文对两个配电网络系 统( 1 4 节点系统和3 8 节点系统) 进行了计算和分析。 ( 4 ) 对以本文提出的煎构算法为核心算法的配电网经济运行优化决策系统 9 重庆大学丁稃硕士学位论文 1 绪论 ( y i c o m - - 2 1 0 0 ) 的特点进行了简单的介绍，并对贵阳市南供电局的实际网路进行 了计算分析，取得了满意的结果。 本文共分七章：第一章绪论，叙述了配电网经济运行有关理论，综述了国内 外配电网络重构的目标函数以及各种重构算法的研究现状，分析了研究配电网经 济运行的意义，说明了本文的主要工作；第二章，说明了配电网经济运行的意义， 初步引入了基于规则综合方法网络重构的配电网经济运行方案；第三章，对本文 应用的潮流计算方法，即一种配电网的混合潮流算法的计算原理、初值计算以及 总的流程进行了说明；第四章，对本文提出的基于规则的综合方法的配电网重构 算法的数学模型和实施方法进行了说明；第五章，本章在前几章的基础上，用本 文提出的方法，分别在1 4 点和i e e e 3 8 点的网络中进行了测试，并取得了比较满 意的结果；第六章，介绍了本文提出的基于规则综合方法的电力配电网重构( d n r c ) 算法的实际应用，即配电网经济运行优化决策系统的特点，并以本文提出的重构 算法对贵阳市南供电局实际的配电网络进行了分析计算；第七章得出论文结论， 并提出研究展望。 1 0 重庆大学工穗硕士学位论文 2 配电网经济运行方案 2 配电网络经济运行方案 2 1 引言 配电网经济运行是在保证配电网安全运行，满足供电量及供电质量的基础上， 通过技术措施最大限度降低变压器与供电线路有功损耗和无功消耗。一方面可通 过对负荷进行无功补偿达到降低网损，提高电能质量的目的：另一方面，可对配 电网进行网络重构，改变网络的结构，实现负荷转移，从而平衡负荷，改善电能 质量，降低网损。配电网络重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段。 2 2 配电网络实时经济运行方案提出的背景 2 2 1 配电自动化的发展 在国内电力系统的发、输、配几个环节中，配电环节一直未得到应有的重视， 电力网的损耗大部分是在配电网中，对供电部门而言，在确保配电网的供电可靠 性和电压检测合格率的前提下，配电网的网损率是企业达标的一个重要的经济指 标，是国家对企业的验收标准之一。因此，供电企业如何提高经济效益，提高供 电质量，是一个重要的研究课题。配电网的优化经济运行与配电网自动化实现的 程度密切相关，配电网大多数为环网接线，开环运行，近几年国内经过城网、农 网改造，配电设备的自动化程度得到提高，为实现配电系统自动化提供了前提条 件。 配电系统自动化是利用现代电子技术、计算机、通信及网络技术，将配电网 在线数据和离线数据、配电网和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成， 构成完整的自动化系统，实现正常情况下及事故情况下的监测、保护、控制、用 电和配电管理的现代化。配电自动化是提高供电可靠性、供电质量、服务质量、 企业经济效益以及提高企业管理水平的一种有效手段。配电网自动化首先表现为 一种集成化自动化系统，它在在线( 实时) 状态下，能够监控、协调、管理配电 网各环节设备与整个配电网优化运行。 配电系统自动化也是社会发展的必然要求，是电力系统的发展趋势。随着电 力用户用电的增长，电网的电压在不断提高，地域配置在不断扩大，相应的运行 及管理工作日趋复杂，要求运行人员能够随时掌握系统中有关的实时信息，保证 供电质量，提高供电可靠性程度，推行运行的经济化，维护的省力化政策。 配电网自动化是以实时方式就地或远方对配电网进行数据收集、控制、调节 和事故处理的技术，其目的在于保证配电网安全经济运行、降低电能损耗、快速 处理故障、提高供电可靠性。它应当满足以下几方面的要求： 重庆大学工稃硕士学位论文2 配电网经济运行方案 ( 1 ) 通过实时监控系统，监测每条线路上的负荷运行情况，及时发现不安全 因素，消除事故隐患，使配电网安全运行。 ( 2 ) 通过系统监测功能及时发现用户计量表故障，防止窃电，避免用电量损 失。 ( 3 ) 具备可靠的、高速率的通讯。 ( 4 ) 具备完善的、能识别故障电流的、满足室外恶劣环境的故障控制器，以 及实现断路器远方操作。 ( 5 ) 能通过系统监测功能及时计算线路线损，使线路能在最佳的经济状态下 运行。 ( 6 ) 系统的电量控制和功率控制可促进电费回收。 通过配电自动化的有效投运，可以缩小停电范围和停电时间，提高供电可靠 性。但是，配电自动化系统要真正在运行中取得经济效益，除了提高供电可靠性， 还要优化电网结构与运行方式，降低线路损耗，提高供电质量。 2 2 2 经济性的要求 随着我国电力工业的迅速发展，网络结构将逐渐复杂，环网、“手拉手”供电 方式将增加。输、配、供电负荷的变化，供电方式的变化，都向我们提出了一个 以安全、可靠供电为基础，以经济供电为中心的要求。 电力工业既是重要的能源生产部门，同时又是耗能大户。电力系统在发、供、 用电过程中，其自身电能损耗是相当大的。据有关资料的估算：从发电、供电、 用电全过程中，广义电力系统中的各种电气设备总的电能损耗约占发电量的 2 8 一3 3 ，我国发电机、变压器、电力线路、电动机等电气设备，电能损耗总量 每年高达3 0 0 0 3 7 0 0 亿k w h ，这相当于一个较大电力系统的发电量。所以，挖掘节 电潜力，实施电网经济调度，降低电力系统的损耗，提高供电的经济效益是电力 调度部门的中心工作。过去由于供电负荷紧张，人们只注重安全可靠供电，而不 太注重电网的经济运行和经济效益。现在随着电力工业的发展，国家电力体制的 改革，电力市场的逐步形成，人们逐渐认识到电网降损节电、提高经济效益的重 要意义。过去那种只注重电力系统的安全性，可靠性的观念将逐渐转变到安全性、 可靠性与经济性并重上来。 电网经济调度是在保证电网安全、可靠的基础上，充分利用电网中现有的输 ( 配) 、变电设备，通过科学的定量计算，优选变压器及电力线路经济运行方式， 负载的经济调配，以及变压器与供电线路运行位置的优化组合等技术措施，最大 限度地降低变压器和线路的有功损耗和无功损耗。 1 2 2 3 配电网络实时经济运行方案的提出 配电系统具有环状结构、开环运行的特点。贵阳市南供电局的配电网络也不 例外，通过对其配电网络结构的分析，我们可以知道其中不仅存在l l o k v 线路构 成的环网、3 5 k v 线路构成的环网，而且还有由1 i o k v 线路与3 5 k v 线路共同构成的 环网，图2 卜图2 3 就是这些环网的简单结构示意图。 目前，配电网的运行方案是以历史负荷为基础，综合考虑气温、节假日等因 素，根据经验数据进行修正后制定的。由于负荷的波动情况具有随机性，修正后 的负荷并不能精确反映实际的负荷变化情况，以这样制定的运行方式运行时，线 路损耗大小的问题不会得到直接的解决，而且很有可能会存在环网运行，这样并 不能很好的满足经济性的要求。以贵阳市南供电局清镇分局为例，2 0 0 6 年1 0 月份 l i o k v 线路当月损失电量为8 2 5 8 4 3 5 万k w h ，3 5 k v 线路当月损失电量为8 9 4 1 0 8 万k w h 。所以随着配网自动化水平和通信技术的提高，根据负荷的实际情况调整 网络结构，进行实时的经济调度势在必行。 图2 13 5 k v 实际线路构成的环网示意图 f i 9 2 1lo o p e dn e t w o r k ss k e t c hf o r m e db y3 5 k vl i n e s 重庆大学工程硕士学位论文2 配电嘲经济运行方案 图2 23 5 k v 与1 1 0 k v 实际线路构成的环网示意图 f i g ? , 2l o o p e dn e t w o r k ss k e t c hf o r m e db y3 5 k va n d1 1 0 k vl i n e s 图2 31 1 0 k v 实际线路构成的环网示意图 f i 9 2 3l o o p e dn e t w o r k ss k e t c hf o r m e db y1 1 0 k vl i n e s 1 4 重庆大学工程硕士学位论文 2 配电网经济运行方案 如图2 1 的北门桥变，它的负荷既可以通过红镇北线供电，也可以通过北水 铁线供电，选择不同，整个网络的线路损耗也会相应的有所不同。同样的，图2 2 和图2 3 中的网络，也存在同样的问题。因此，运行方式的不同，直接影响着经 济效益。 通过以上的分析，针对贵阳市南供电局配电网经济运行的存在环网运行、线 路损耗大的问题，本文提出基于规则的综合方法来研究配电网的重构问题，从而 为供电局选择最优的经济运行方案提供可靠、可行的依据。本算法包括改进的启 发式算法和基本规则。通过支路交换方法决定开关的动作，以此来减少网络的损 耗，同时满足系统的负荷。 2 4 本章小结 网络重构是提高配电系统安全性和经济性的重要手段，是配电网络经济运行 方案的重要组成部分。本文提出了一种基于规则综合方法的电力配电网重构( d n r c ) 算法，来选择最优的经济运行方案。所建立d n r c 模型考虑了线路功率约束，其目 标是使系统的功率损耗最少。用来选择配电网最优结构的规则是基于运行经验， 并考虑了实际系统的运行状况。同时，为了得到精确的支路电流和系统的功率损 耗，文中应用了一种混合算法，来进行辐射型配电网络的潮流计算。 重庆大学工程硕士学位论文3 潮流计算 3 潮流计算 输电系统潮流计算方法髓前已较成熟两照获褥了广泛的实际墩愿。随着配电 系统熬不鞭发震积扩大懿及酝毫系统垂动亿承警豹不甄提毫，醚激餐理系统( 潮 豹开发研究受蜀了重税。酝电系统计算秘潮流谤算作为d m s 熬萋黉纂穑嚣强益被 电力界所重视。但对于配电系统，由于电压等级低、r x 比值较犬、环网设计开环 运行等使配电系统潮流计算有其特殊性，必须采用相适应的方法来求解。 针对配电网特殊的网络结构，本文采用了一种配电网潮流的溅合算法，以提 赢收敛静速度霸可靠性。 3 1 算法原理 3 1 1 逆流- j l l b j i 流法基本原理 在嶷际电力系统中，线路首端电压( 平衡节点电压) 和用户负荷功率是已知的。 据戴，魄力系统潮流计算霹以分以下两步进彳予； ( 1 ) 摄据己翔鹣受瑟秘攀帮毫弼鬏定电悉，逆着毫浚方蠹，麸寒薅接算至蓄 端，逐一计算各个支路元 牛的功率损耗，求如通过各支路的功率，得到系统的功 率分布； ( 2 ) 根据已知的首端电压和第1 步得出的功率分布，顺着电流方向，从首端推 算至寒溃，逐一诗算各个支路元件盼电压降落，求出各节点电压，褥到系统的电 压努角。 第l 疹只计算功率分布，第2 步只诗算电搓分布，因此，这是种近似的潮流 计算。判断计算结果是否满足收敛条件，若不满足，可以反复进彳亍上述步骤，形 成一种蜷代算法，每次迭代时，用前一次迭代所得节点电压重新计算劝率和电压 分布。本文称这神潮流计冀方法为逆流一顺流法，逆流一顺流法运用线性潮流方 程迭饩求薅，昊有一除浚敛速囊，蔻一秀次迭代毅敛褥覆捷，之矮瓣收敛邃疫囊 鹱显减慢。 3 1 2 牛顿一拉弗森法基本原理 电力系统潮流计算最錾本的方程式是节点功率方程： 乓一馥q 哆c o s + b , js i nf ) ；o ( 3 1 ) 产i q 一阢q 嘞s i n 6 ，一日c o s 6 f ) - 0 ( 3 2 ) - l 式中：熙、q 分别为节点i 的有功和无功注入功率：u i 、6 ，分别为节点i 的电压 1 6 重庆大学丁程硕士学位论文3 潮流计算 幅值和相角；6 。- 6 ，一6 ，为节点i 、j 的电压相角之差。 节点功率方程( 3 1 ) 是一组非线性方程，n r 法是求解非线性方程的有效法， 其特点是将非线性方程线性化。 图3 1 给出了n - - r 法的简单几何解释，曲线y 一爿由与x 轴的交点a 就是非线性 方程爿匐一0 的真实解。从初始值一0 ) 作盖轴的垂线，该垂线与曲线交于点 ( 一，爿) ) ，过该点作曲线的切线，与j 轴交于) 这样就得到的“曲；0 的一次 近似解一- ) 。j o ，一爿一o ) ，( 一o ) ，继续这样作切线，使少逐渐逼近真实解。 ， 图3 1n r 法的几何解释 fi 9 3 1g e o m e t r i ce x p l a n a t i o no f n - rm e t h o d n r 法采用梯度法求解非线性方程，具有二阶收敛速度，其收敛特性如图3 2 所示。( 刀为迭代次数，r 为功率偏移量) 在开始时收敛得比较慢，一两次迭代后， 随着所作切线越来越趋近于实际曲线，收敛速度也越来越快。 图3 2n r 法收敛特性 f 够2c o n v e r g e n c e c h a r a c t e r i s t i co fn - rm e t h o d 1 7 j 冒 重庆大学：翻哩硕士学位论文 3 潮流计算 3 1 3 混合算法原理分析 从圈t 可以看出，用n r 法计算潮流对节点电压初值反应敏感。当初值j 选 得合邋时，由) 到j ，) ，逐渐逼近真德；当初值选得不合适时，由) 到 一”，一拼，时丽远离，时藤遥近宾值。袭黼数性态不好，扔镳选取不当，则 绥经逶多次迭我诗算方筏浚敛，甚至最终不羧敛。露鬏瓣一 法采溪麓点毫篷乎莛 动( 珥一毛毋，to ) ，就有可能出现上述闯题；对于线路电压降落缀犬，实际电压离 平起动电压很远的配电网来说更是如此。因此，用常规n r 法计算羁己电网潮流时 经常黛现病态。 一般说来，如果有良好的初值，n r 法的求孵还是相当可靠黪。设置的初僵 越接邋予奏蓬，迭援熬次数越少，羧敛豹胃鼗投楚裹。本文采鼹煞懿电瓣灏滚混 舍算法。结合了逆流一颓流法的先发收敛优势帮n 一戳差静君发收敛优势，用对初 值不敏感的逆流一顺流法第一次迭代计算出来的节点电压代替平起动电压，作为 n r 法的计算初值，使之鬻先达到节点电压真实解的某一邻域。测试表明，逆流 一顺潇敞第一次迭代的计舞结果已经比较接邋予n r 法潮流最终结果，再经过少 数尼次这代就笈够瀵足鬻嶷骚求，大大热抉y 收敛速度，提离了浚敛戆霹靠蠖。 3 2 节点电压初值计算 节点电压初值计算就怒逆流一顺流法的第一次迭代计算。 3 2 1 辐射网节点电压初值计算 辩予疆射鼹，本文采髑馕线、支路和繁轰分级编号酶方法。饕强，对各级馈 线遴行编号，豳，l 】为囊馈线；【l ，l 】， 1 ，2 3 ， 1 ，互l3 为连接在主续线 上的一级子馈线； 2 ，1 ，c 2 ，2 ， 2 ，厶 为连接在一级予馈线上的二级子 馈线， 由，1 ， 五，2 ， 由，厶 为最高级子馈线。其中，厶为，级子 馈线的条数( f ；1 2 ，五，五为子馈线最高级数) 。然后，依次对主馈线和各级子馈 线上的嶷路秘节点进零亍编号。( 1 ) ，( 2 ) ，一1 ) 荛支路编号，1 ，2 ，免 苇赢编蟹。其孛，为辗瓣两节点数。痤该洼爨豹是，溺一镶线上鞠罄支路熬编 号必须紧邻。 完成图3 3 所示的辐射网编号后，可作如下分析和计算： ( 1 ) 计算各条二级子馈线的功率分布，将翻3 3 简化为图3 4 的形式。 圈3 3 中，连在节点，上的第鹭条二级予馈线 2 ，玛】起始支路的送端功率为 蛭，每一艺甄，鹅+ 艺鸥，墨 ( 3 。萄 式中：吒为子馈线 2 ， 除节点- ，外的所有节点负荷功率之和，鸥，岛 为子馈线 2 ，蜀 的所有支路功率损耗之和。 l