（电气工程专业论文）息烽县城区电网规划（2005年——2010年）.pdf

序言 电力系统经过多年的发展，己经逐步改变了以前“重发、轻供、不管用”的 现象，电力已经开始走入市场竞争机制，社会效益和经济效益显得越来越重要， 为在市场竞争中取胜，各供电单位逐年开始重视供电规划问题，加强市场占有份 额，减少损耗，提高供电可靠率。搞好电网规划工作，从长远来讲是最大的效益， 要搞好电网规划工作，要从加强规划的编制和落实规划两个方面来抓。通过电力 工程多年的工程实践总结出，规划要以科学的负荷预测为依据，以提高可靠性为 目标。 本人在多年的电力工作中，了解到虽然不少单位搞过一些电网改造计划， 但在电网的规划和建设上，由于各种历史原因以及受资金、技术等条件的制 约，规划存在或多或少的人为因素和行政干预。致使电网规划不尽合理、可 靠，负荷预测没有根据科学理论进行预测，实际供电质量与大城市及发达地 区相比存在很大差距等问题，不能很好地适应目前电力市场对电网的要求。 特别是在对息烽县城网进行调研的过程中，发现该网存在的一些问题，而且 息烽供电分局近年来没有开展这方面的理论研究工作，鉴于以上原因，为了 更好地使息烽县配电网更加坚强、合理、可靠，达到更好地为息烽县用电客 户搞好电力供应的目的，决定研究课题就针对息烽城区l o k v 电网进行，研 究课题来源于实际。本规划包括电网规划理论概述、概况、息烽县电网现状、 负荷预测及电力电量平衡、网架结构分析、系统潮流分析、系统可靠性分析、 投资估算八个章节和一些相关图表。 在进行本规划的过程中，本人系统学习了有关电网规划的相关理论知识， 对电网规划中可能出现的问题进行了了解，息烽供电分局前期提供了很多基 础数据，给予了积极的配合，使本规划得以顺利进行。 本规划参照息烽县发展规划，息烽供电分局负荷预测方案，根据息烽城 区电网的现状和存在的问题，在大量数据整理和计算分析研究的基础上，经 过与导师的精心研究，反复讨论，编制出本规划，希望对息烽供电分局今后 的电网改造具有指导意义。 摘要 随着贵州城乡电力市场的不断发展，对配电网规划提出了更高的要求， 针对目前贵州电网在规划上存在的一些受技术、行政等原因制约的情况，为 使配电网建设改造更加合理、可靠，经济、供电质量达到要求，本规划选取 了贵阳市北供电局息烽分局l o k v 县城配电网络作为设计对象。 本课题分电网规划理论概述、负荷预测、潮流分析、可靠性分析、投资 估算等几个部分，提出了比较合理的规划方案。 在进行息烽t o k v 县城配电网负荷预测的过程中，采取了非线性回归方法 进行预测研究，并突破了传统的手工规划方法，利用已有的计算机规划软件 系统对网络进行了全面分析计算，对规划的决策起到了科学的辅助作用，为 本规划的编制提供了科学的手段。 通过规划研究，2 0 0 5 - - 2 0 1 0 年息烽分局l o k v 县城配网需增加一个电源 点：阳朗变。通过新增加的电源点完善了网络结构，并对规划网络的潮流分 析进行了计算机分析，结果表明：规划网络的电压、有功、无功、网损等指 标全部达到规定范围的要求；设计中对规划网络进行了可靠性分析计算，分 析结果表明；规划网络的可靠性完全满足规程要求；通过投资估算分析，在 规划期息烽分局l o k v 县城配网需投资9 0 0 万元， 关键词：息烽城网规划方案 4 a b s tr a c t w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n t so ft h ee l e c t r i cm a r k e ti nu r b a na n d r u r a la r e a so f6 u i z h o up r o v i n c e ，h i g h e rd e m a n d sa r ep u tf o r w a r dt o t h ed i s t r i h u t i o nn e t w o r kp l a n i no r d e rt oc h a n g es o m es i t u a t i o n s l i m i t e db ys u c hr e a s o n sa st h et e c h n o l o g y ，a d m i n i s t r a t i o no f g u i z h o u e l e c t r i cw i r en e tt h a te x i s t si np r o s e n tp l a n n i n g ，m a k ed i s t r i b u t i o n n e t w o r kc o n s t r u c t i o nt r a n s f o r mm o r er e a s o n a b l e ，r e li a b l e ，e c o n o m i c a l a n dp r a c t i c a l ，t h ep l a nh a sc h o s e nx i f e n gc o u n t yl o k vd i s t r i b u t i o n n e t w o r kab r a n c ho f f i c eo fn o r t hg u i y a n gp o w e rs u p p l ya d m i n i s t r a t i o n a st h ed e s i g nt a r g e t t h es u b j e c ti sd i v i d e di n t os o m ep a r t so fe l e c t r i cw i r en e tp l a n t h e o r y ，l e a d i n gp r e d i c t i o n ，t r e n da n a l y s i s ，d e p e n d a h i l i t ya n a l y s i s ， i n v e s t m e n te s t i m a t e s ，a n ds o m em o r er a t i o n a lp l a np r o g r a m m e sa r ep u t f o r w a r d d u r i n gt h ep r o c e s so fl o a d i n gp r e d i c t i o ni nx i f e n gc o u n t yl o k v d i s t r i b u t i o nn e t w o r k w eh a v et a k e nt h en o n l i n e a rr e t u r nm e t h o d a n d w eb r o k et h r o u g ht h et r a d i t i o n a lh a n dp l a n n i n gm e t h o d ，u t ili z e e x i s t i n gc o m p u t e rp l a ns o f t w a r es y s t e mt om a k ea 1 1 一r o u n da n a l y s i sa n d c a l c u l a t i o nt ot h en e t w o r k ，w h i c hh a v ep l a y e dt h er 0 1 e so fs c i e n c e d e c i s i o nt h a tc a n tb es u b s t i t u t e di nt h ea r t i f i c i a lp l a n n i n ga n d o f f e r e dt h es c i e n t i f i cm e a n sf o rt h i sp l a n n i n g t h r o u g hp l a n n i n ga n ds t u d y i n g ，t h ed o w n t o w nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k o fx i f e n gb r a n c ho f f i c e1 0 k vn e e d st oi n c r e a s ea ne l e c t r i cr e s o u r c e p o i n ti n2 0 0 5 2 0 l o ：y a n g l a n gs t a t i o n h c c o r d i n gt os o m ep o w e rt h a t i n c r e a s en e w l y ，w ep e r f e c tt h en e t w o r ks t r u c t u r ea n du s et h ec o m p u t e r t oa n a l y s et h et r e n do fr e s u l ti n p l a n n i n g t h er e s u l ts h o w st h e v 0 1 t a g e ，e i e c t r i cl o s ec a nr e a c ht h es t i p u l a t i n gr a n g e ：w ea l s om a k e d e p e n d a b i l i t ya n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o nt ot h ep l a n n i n gn e t w o r ki n d e s i g n ，w h i c hi n d i c a t e st h ed e p e n d a b i l i t yo fp l a n n i n gn e t w o r kt o t a l l y m e e t st h er u l e sd e m a n d s ：b ye s t i m a t i n ga n da n a l y s i n g ，9m i l li o n 跚b w i l lb ei n v e s t e di nt h ed o w n t o w nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ke fx i f e n gb r a n c h o f f i c el o k vi nt h ep l a n n e dp e r i o d k e y w o r d ：x i f e n ge l e c t r i cw i r en e tp l a ns c h e m e 5 第一章电网规划理论概述 一、前言 合理的电力系统规划不仅可以获得巨大的社会效益和经济效益，相反，规划 失误也会给国家和企业带来巨大的损失，所以，电力规划技术的研究和进行，具 有重要的现实意义。地区经济的发展总是伴随着一个电网的发展，而且电网的发 展必须超前于地区经济的发展，才能推动国民经济的发展。电力系统规划分为电 源规划和电网规划，其中电网规划又分为主网规划和配电网规划，本规划主要是 进行配电网规划，所以在理论概述上主要偏重与阐述配电网规划理论。 二、我国电力网发展的历程特点 我国建国以来电网发展的历程，具有如下特点： 1 )电网的输电电压和配电电压等级越来越高。 2 )城市的高压架空外环网高压深入市区供电。 3 ) 更多地采用紧凑型电力设备。 4 ) 简化电压等级，减少电力设备规格，尽量考虑远期负荷发展需求。 5 )采用新技术，新设备，提高城市电网的自动化水平，减少工程造价和 运行费用。 三、电网规划理论 ( 一) 什么叫电网规划 电力系统是由各种不同功能的电力设备相互有机的联合起来的整体，因此， 按电力系统的构成，大致分为电源开发规划和输变电设备( 供电，变电设备的总 称) 规划。电网规划的内容非常广泛，包括从电能的发出规划、输送规划到配电 规划，从系统的扩展规划到系统的运行规划。规划一是确定电网未来安装设备规 格，二是确定电网中增加新设备是地点及时段。 ( 二) 电网规划的目的 1 、扩大电网。一是因为要进行电源点的开发，即电源开发地点、开发规模 的选择以及与之相应的送电新设备规划及有关系统的新增设备规划。二是因为负 荷的增加，对必要的变电站及变电线路的新增设备及与有关系统的新增设备进行 规划。 2 、改造电网。一是提高可靠性。随着信息社会的发展和社会的提高，供电可 靠性要求也日益提高，为限制故障范围、迅速消除故障恢复供电需要进行规划。 二是提高环境保护水平。随着城市建设规划的发展，郊区环境的城市化，农耕土 地的企业化，城市中电厂的搬迁，或设备的移位，都需要进行规划，而且要用发 展的眼光，要有长期性。三是对系统进行改善。为了防止因远距离输电、机组集 中大容量化及电力系统规模扩大化、复杂化对电力系统运行的限制，提高供电可 靠性，提高电压合格率，减少线损，需进行中长期规划。 3 、预留通道。由于城市越来越拥挤，变电站用地、输电通道、电缆通道日 益困难，要使电力系统有足够的空问进行发展，必须先进行规法，在市政建设中 统筹安排，合理先行投资。 ( 三) 电网规划的分类 l 、按时间划分为远景规划研究、短期规划研究和长期规划研究： 2 、按问题划分为负荷预测、网架规划、无功规划、稳定性分析和短路电 流分析； 3 、规划方法根据对规划期间处理的不同，可分为：单阶段扩展规划、多 阶段扩展规划。 4 、根据数学方法分类，可分为：优化方法和启发式方法，优化方法就是 将电网规划问题用数学优化模型进行描述，然后通过一定的算法求解，从而获得 满足系统要求的最优规划方案。启发式方法是以直观分析为依据的算法，通常基 于系统某一性能指标对可行路径上一些线路参数的灵敏度，根据一定的原则，逐 步迭代直到得到满足要求的方案为之。 ( 四) 确定电网规划方案的四个原则 l 、 满足负荷增长需求； 2 、 保证供电质量； 3 、 同环境协调一致； 7 4 、 满足经济性的要求。 ( 五) 电网规划的评价原则 l 、电网满足电源送出要求和稳定可靠的供电能力，适应电力市场流通及消 费的需要。 2 、电网要有应变能力和留有发展裕度和弹性。包括足够的设备容量和检验 各种可能出现运行方式时的应交能力。 3 、电网运行要灵活、经济，线损及成本应较低，这是电网运行的较为重要 的经济因素。 4 、电网层次清晰、接线简明。要求电网尽可能的采用简单接线方式，复杂 接线形式在一定条件下不仅不能提高而且反而降低了可靠性。 5 、避免网内环流，保证潮流的合理流向，才能保证经济运行减少电网线损。 ( 六) 电网规划的优化问题特性 1 、离散性：线路是按整数的回路架设的，所以规划决策的取值必须是离散 的，或整数的。 2 、动态性：网架规划不仅要满足规划年限内的经济、技术等性能指标要求。 而且要考虑到网络的今后发展以及今后的网络指标性能的实现问题。 3 、非线性：线路电气参数与线路功率及网损等费用的关系是非线性的。 4 、多目标性：规划方案不仅要满足经济、技术上的要求，还必须考虑社会、 政治及环境等因素。 5 、不确定性：负荷预测、设备有效度及水力条件等均存在显著的不确定性。 ( 七) 电网规划的主要技术原则 l 、城市电压等级原则：在确定电压等级的原则上，要尽量简化电网的变 压层次，有利于提高电网运行的经济效益和可靠性，同一电网电压等级要合理匹 配，相邻电压差不应太小，还要考虑变压器容量的大小协调，避免上一级变电站 因容量太大而使低压侧出线多而发生困难。 2 、配电系统可靠性原则：可靠性是指对用户连续供电的可靠程度， 应从满足电网供电安全准则和满足用户用电要求两方面考虑。 城市电网配电网必须满足“n - i ”准则，即高压变电所中失去任一回线或 一组低压变压器时，必须保证向下一级配电网供电；高压配电网中一条架空线或 一一条电缆，变电所中一组降压变压器发生故障停运时，在正常情况下，除故障段 外部停电，不得发生电压过低，不允许设备过负荷。在计划停运情况下，又发生 故障时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电；低压电网中当一台变压器 或电网发生故障时，允许部分停电，但应尽快将完好的区段在规定时间内切换至 邻近电网恢复供电。 用户需求侧应满足：两回路供电的用户，失去一回路后，应不停电i 三 回路供电的用户、失去一回路后，应不停电，再失去一回后，应满足5 0 7 0 的用电；一回路和多回路供电的用户电源全停电时，恢复供电的目标时间为一回 路故障处理时问；开环网络中的用户，环网故障时需通过电网操作恢复供电的， 其目标时间为操作所需时间。 配电网的可靠性评估指标为：各负荷点、馈线、变电所及系统的缺电时 间期望值l o l e 、电量不足期望值e e n s ；与用户有关的系统平均断电频率 s a i f i 、 系统平均断电时间 s m d i 、用户平均断电频率 c a i f i 、平均供电可靠率 a s a i 和平均电量不足 a e n s 3 、配电变压器负荷率原则 变压器负荷率( t ) = 变压器实际最大负荷( k v a ) 变压器额定容量( k v a ) x 1 0 0 高负荷率的原则是根据变压器负荷能力中的绝缘老化理论，允许变压器短时 间过负荷而不会影响变压器的寿命，一般负荷率取为l _ 3 ，延续时间为2 小时。 这样可以提高电网设备的利用率，减少电网建设投资降低变压器损耗。 低负荷率的原则是当变电所有一台变压器因故停运时，剩余变压器全部承担 负荷且不过负荷，因此无须再相邻变电所低压侧建立联络线，负荷切换在本供电 所完成。 以上两种看法存在有争议的不同看法，各有不同的优缺点。 高负荷率的优点：电网建设相对投资少。 高负荷区适宜建设大容量变电所。 低负荷率的优点；比高负荷率网损减少5 1 5 ； q 供电可靠性比高负荷率方式高； 无需转移负荷、建设输电通道、规划用地相对简单； 电网有更强的适应性和灵活性； 简化网络接线，有利于城网自动化的发展。 4 、变电站容量及变压器台数确定： 高负荷密度区建设大容量变电所能节省投资，负荷密度越大，效果越明显。 大容量变压器比小容量变压器更能提高投资效率。 架空线电网的变电所最佳容量和变压器最佳台数比例不同，负荷密度的不 同，变压器最佳容量也不同。 ( 八) 走廊的选择 输电系统规划是由选择输电线路路径通过的走廊开始的，走廊起着支配电压 水平、功率水平以及线路的型式的左右。在高度城市化地区，走廊的选择越来越 困难，随着城市所需的输送能力要比以前大很多，为了增加地下输电系统的输送 能力，采用各种气体对电缆进行强迫冷却是一个正在研究的课题，即“超低温电 缆”。但目前在贵州大部分地区，地上输电系统仍是输电走廊的主流。 四、负荷预测 ( 一) 负荷预测的分类 从宏观分类来说，电力系统负荷预测可分为长期、中期与短期。一般长期预 测可长达3 0 年，中期预测通常为5 6 年，短期预测指几个月、几周、几天、几 小时甚至更短。 ( 二) 负荷预测的原则问题 1 、峰值负荷预报总是负荷预报中的一项重要内容，那么峰值负荷预报是应 用能量预报与负荷率来决定呢? 还是单独预报呢? 2 、总的负荷预报原则上有两种方法：一种是将各类负荷分别预报，然后再 综合；另一种办法是根据总的负荷的过去历史资料直接进行预测。那么应当采取 哪一神方法。 3 、是否应当考虑气候条件? 假如需要，又应当怎样考虑气候条件? 1 0 4 、应用一些简单的预报方法，还是开发某些更正规的数学程序? 对于以上这些负荷预测的原则问题，对于不同的供电单位，答案是不一样的， 要根据不同的负荷进行分析，采用最适用的预测办法。 ( 三) 负荷预测的途径及特点 1 、用电量预测与功率预测 电力网络负荷预测最终所要做出的是各节点有功功率的预计值。如果直接 对功率进行预测可以达到比较高的精度，当然最好直接对功率进行预测。 负荷预测可以采用电量与负荷率相结合的方法进行预测。该方法的难点在 于负荷率预测是比较困难的，因为它可能在一个时间间隔内有着显著变化。 2 、系统负荷预测与节点负荷预测 电网负荷预测既需要进行系统负荷预测，也需要进行节点负荷预测。由于 系统负荷数据变化随机性较小，预测可有较高精度。依据系统负荷预测值，可对 的节点负荷进行校正以避免误差。 3 、集中负荷预测与分类负荷预测 负荷预测时，可对负荷整个数值即集中负荷进行预测，也可以将其分解为 不同类型负荷分别预测，再合成总负荷。分类负荷预测优点在于：在某一类负荷 中，其增长趋势的不正常情况有可能被发现，并且由于各类负荷得到预测，因此 总的负荷结果是比较明确的。集中负荷预测优点在于比较容易作，数据也比较平 滑，且也更能表征负荷增长趋势。 4 、集中负荷预测与负荷地理分解预测 各节点负荷可直接对其进行预测，也可以将其供电区域划分成多个小区， 然后对每个小区分别进行预测，再合成节点负荷。地理小区可以是均一大小的正 方块网格，也可以是根据供电区域内的变电站和馈线供电半径划分的不规则区 域。 采用均一网格区域的优点是预测不受现存设备制约；允许采用比较复杂类 型的分析方法；增长曲线拟合比较方便。缺点是负荷数据常常难以收集；负荷没 有同设备相关联。 根据设备划分小区的优点是负荷数据容易收集、直接同系统设备相关联。 缺点是将预测同设备关联起来，难以对新设备作有效分析；不适合使用比较复杂 方法；难以提高规划所需要的未来负荷增长位置定位的信息，即规划需要与地理 分解不匹配。 小区负荷的预测方法可分为趋势外推法和多变量法两种。 5 、集中负荷预测与负荷分解预测 负荷预测除直接对总负荷进行预测外，也可将负荷分成若干部分分别预测。 负荷分解预测对提高预测精度及降低预测难度是有好处的。 常见的分解方法有： 1 ) 正常负荷与变动负荷 2 ) 长期分量、按日变化分量、按小时变化分量 3 ) 趋势分量、季节分量、循环分量及随机分量 4 ) 气候敏感负荷分量与非气候敏感负荷分量 6 、预测方法的选择 负荷预测方法是多种多样的，可以应用简单方法，也可采用更正规的数学 方法预测。 目前尚无一个固定方法可以适用于一切负荷预测问题，并保证优于其它一 切方法。事实上，某一种方法用于某一特定场合可能是比较好的，但不一定适用 于其它场合。预测人员只能根据他们面临的实际问题，判断采取哪一种方法更好 一些。最终所采用的预测模型可能是简单的，也可能是复杂的。尤其是建立一个 负荷预测模型常常不是一劳永逸的工作，在进行预测过程种，必须随时对已经建 立模型的有效性进行校正，以确保模型在较长预测时间中适用。 ( 四) 常用负荷预测方法 负荷预测方法和预测模型的选择完全根据预测目的而定，而且为了同一目的 预测宜用几种不同方法，以便相互校核。 1 、经济模型预测法 这种预测法的概念清楚、计算简单，因为电力负荷量是由经济发展程度说决 定的，而经济发展是政府按照城市的基础和条件在不同时段确定不同的发展目 标，因此可以根据经济发展趋势来预测相应的电力负荷。常用的经济预测模型有： 1 ) 线性趋势模型 y ，= a + b t 2 ) 对数线性趋势模型 y t 2e 。“ 对数形式为 i n ( y 。) = a + b t 3 ) 二次曲线趋势模型 y + = a 十b t + c t 。 上式中的t 为时间( 年) ，a 、b 和c 是根据历史数据，用最小二乘法来确定 的参数。 也可把城市的经济进行分类，分别建模预测，然后相加得到总负荷。需要 注意的是不能任意分类，最好参考当地统计局的分类，不然在收集资料时会产生 困难。 这种预测方法适用于各类城市的中长期规划。 2 、时问序列预测法 时间序列预测法把电力负荷看作一组随时间变化的数列，不考虑其大小变化 的因果关系，模型形式有： 1 ) 一阶自回归 x 。= 毋1 x 。一i + n 。1 4 4 2 1 ) 式中，t 时段( 时、月或年) ： x 。和x 。，分别为t 和t - 1 时段的负荷值； 曲。按最小二乘确定的系数； ot _ 一独立的干扰量( 噪声) ，即o 。与o 。，a 。，无关且服从正态分 布。 式( 4 4 2 1 ) 可记作a r ( 1 ) 2 ) n 阶自回归 x ，= 曲1 x 卜1 + 庐2 x 。 + + 西。x ；_ n + d ，( 4 4 2 2 ) 用一阶自回归建模是否合适，必须经过充分性检验，即计算n 。对a 。和 o 。一：，n 。，的自相关系数。如果相关系数较小，则认为用式( 4 4 2 1 ) 是充分的，否则要增加模型阶数。 式( 4 4 2 2 ) 记作a r ( n ) 。通过f 检验确定模型阶数，逐步升阶至a r ( 2 ) ，a r ( 3 ) ，。 3 ) x t = 妒1 x tl + 妒z x 。z + + 囊t 1 + dt 一 拶1 at _ 1 一一毋- 理h ( n m ，a 。n i d ( 0 ，o f ) ) ( 4 4 2 3 ) 式( 4 4 2 3 ) 记作a r v t a ( n ，m ) 。 时问序列预测法可用于短期和长期预测，这是基于统计数据的预测方法，它 要求有尽量多的历史数据，因此也限制了该方法的适用范围。因为小城市的负荷 不符合统计规律，某种大用户也可能会影响总负荷的变化规律。 3 、小区预测 1 ) 网格法 把被预测地区划分成网格，并按其地性质进行分类，同一类网格选用一条代 表性曲线，称为模板，这样可以减小建模工作量。 2 ) 按单位用地的电量预测 把城市用地分为工业、住宅、宾馆、商业和仓储等，按这些用地的单位面积 用电( w m 2 ) 进行预测。但必须注意，我国各城市间的用电标准相差甚大；必须 恰当的估计本城市用电的增长速度。在估计生活用电时，参考现每户用电实绩和 家电发展趋势，是现实可行的方法。 五、系统潮流分析 ( ) 潮流计算方法 在速度及仓储方面目前被认为最有效的方法是所谓的“牛顿法”。它是联立 求解大量非线性联立方程式的一个叠代步骤，即应用有优化顺序的消去方法，同 时并兼有占用存储地址较小的按行来进行工作的优点。应用牛顿法的加速措施， 是在消去运算的过程里，要求应用l u 因子分解法。 1 、牛顿法 牛顿法是应用逐步更新状态矢量的种算法，最初由某一初始矢量值x o 开 始，通过有限数目的迭代次数进行计算，直到最后使f ( x o ，u o ，d o ) o 为止恕一 个母线上的矢配量一定要小于或者等于某一个较小的希望矢配量。为了发展出来 这基本算法，我们必须把矢配量在初始x o ，u 0 ，d 0 附近处加以展开，使它成为泰 劳级数； f ( x ，u o ，d 0 ) - f f x 。，u o ，d o ) + _ 竺一ix 。a x + 高次项( 5 1 1 1 ) 1 4 去掉有关x 的非线性各项，并且再对x 求解，我们得 4 x 。：一! ? ) 一， f ( x o ，u o ，d 。) - f ( x 。，u 。，妒) a x 因为我们所求的解答是： f ( x 8 ，u 0 ，d o ) = o 所以方程式( 5 。ll 。2 ) 就变为： 。一( a 了fx o ) - 1 f a x ( x o ，u 0 ，d 。) 。= 一( 五f x o( x o ，u 0 ，d 。) 新的状态变量x 1 是： x l = x o + 么x 0 2 矩阵叫做雅可比矩阵，而且x 则叫做更新修改用的状态矢量。对于一 般的迭代次数v 来说，方程式5 ，1 。1 3 及5 + 1 1 。4 变为： i x 7 = 一( ! l i ，o ) - 1 f ( x o ，u 0 ，d o )( 5 1 1 5 ) 积 x v + 1 - - x 十么r ( 5 1 - 1 6 ) 这最后两个方程式是用最简单的形式定义了牛顿法。当我们企图试用上述算 法，求解大规模的潮流问题时，我们应当认识到： l 、在失配量方程式未加简化以前，竺一是一个( 2 n s + a ) 阶的次偏导数的 矩限。对于一个中等程度大小的互联地区问题来说，我们有可能要面对一个含有 一兆元素的1 0 0 0 1 0 0 0 矩阵求逆的运算。显然，实现这样一个巨大的计算工作 是会有问题的。 2 、因u o 里含有电压的控制参数，同时又必须使这一参数满足前面已经讨论 过电压侧视图约束条件，所以要想求解含有随时都可能改变条件因素潮流问题， 虽然它本身颇有趣味，但是它的计算代价则是昂贵的。 2 、加速牛顿法 几乎所有的迭代求解方法，因此牛顿法也不例外。加速原理的基础是雅可比 矩阵的数值，在经过几次迭代以后，仍旧能保持恒定不变，在这种情况下我们不 必执行消去的步骤。更新的状态矢量方程式在这种情况下变为： 导i ；”爿x v ：一f ( r ，u 。，d 0 ) ( 5 1 - 2 1 ) 上式中，迭代次数符号v p ，表示在p = o ，1 v 各值的各种情况下，该雅可 比的数值都是相同的。举例来说，假如雅可比矩阵不会偏离它的初始值出现很 大的改变，即不会偏离p = v 时的雅可比的数值而有很大的改变( 不改变是不大可 能的) ，因此就可以应用这同一个初始的雅可比矩阵，去计算此后每次的更新状 态矢量。在另一个极端的情况下，如果假定在p = 0 以后，每次的迭代出来的雅可 比值可以用来比较z j x ”1 及x 两个矢量，此后才需再重新计算新的雅可比的值。 虽然在每一个求解循环开始的时候，我们可以事先使p 固定不变，并且再假定这 同一个雅可比可以应用在第二次、第三次或更多次的依次相邻的迭代之中，但是 最好还是在每次迭完毕以后，检查一下，看看雅可比到底是否已经有了某些改变， 则将更为有效。若它已有改变之时，对p 就应当给以相应的改变的才好。 ( 二) 灵敏度分析 在进行电网规划的时候，有时会碰到不易求解的潮流问题，因此，需要对 某些独立的输入参数，做出某些变化，掌握当控制变量或扰动变量发生多大程度 的改变时，才能对系统状态发生影响。不论在哪种情况下，实际都不必真正改变 潮流或不必在重新算出潮流就能很容易地求得所需要的信息。通过求解所谓的线 形扰动潮流方程式，当全部的控制量变量及全部的扰动变量发生改变时，也都能 够求得系统状态的灵敏度。下面对灵敏度方程式进行简述。 把有关的失配矢量在基本情况下所对应的答案点上，( f ，i j o ，d o ) ，加以展 开成为泰肋级数，即可求得某一地区或互联地区线形的任意扰动方程式，其中的 x 是当控制矢量及扰动矢量分别为u 。及d 0 时所对应的状态答案。 f ( ) c s + 爿x ，n u ，爿d ) = o ：f ( ，u o ，d o l ! ! _ l x 5 ，u 0 ，d 0 4 x a ) ( + 兰4x s ，u 。，4 u + 2 4 # ，u o ，o 么d + a xa x 。 ( 5 2 1 ) 舍去非线性各项后，并且对d x 求解，我们得到： 衅一( 旦) 。巴) 1 么u - 卫) 。当z i ) ( 5 2 2 ) 2 s x u u + i u 同理把方程式5 2 0 展开后，我们可得： 刀砰 协蚴1 昔l x s 。u u 彳u删f lx 4 ，u il 刎 = 旦( s “+ s x d 。) + 导d u a x ” iw = s x u 4 u + s ) 【d 4 d 1 6 ( 5 2 。3 ) ( 5 2 4 ) ( 5 2 。5 ) 或者 为了求出及s 。两个矩阵，我们必须对下列线性方程式组求解： 矗农 s x u 2 一i fi ( 5 2 6 ) i a fs 埘= 寺 ( 5 2 7 ) 尽管如此，这些方程式的形式并不具有象更新状态方程式所具有的同样的 形式，因为s w 及s ；。是矩阵而不是矢量。但在消去步骤并不能直接得到应用。为 了补救这一缺点，以便能够应用求解更新状态矢量时所用的同样步骤去进行计 算，我们只要把方程式5 9 5 乘以u ，再把方程式5 2 7 乘以a d ，然后对未知 向量“及s ”“求解，并把结果用u 及么d 表示出来，再使相同的系数互等， 以便将s ；。及s 。识别出来即可。为了便于此后的应用，方程式5 9 5 及5 2 7 即 变为： 詈一寺u ( 5 2 8 ) 导s x u a l 3 x u = 一d i f 一d a fa f a f棚 百ii 百 的计算 计算如下： 厂a f la f l ia d l a i ) a a fi 生兰l - i = f 幽 a d a a l aa f a a d la d a a l aa l a 、a d la d “ 十分清楚这是一个特别简单的矩阵，因为： 1 7 ( 5 2 8 ) ( 5 2 1 2 ) 1 、? 生：0 ( 对于所有的- k ) a d k 2 0 ：一个元素为一l 及。的矩阵； 2 、_ 暮5 一个元素为一1 及。的矩阵； 3 当：0 ( 对于所有的。及x ) a l x 如果我们要想求出及，恰如前边业已说过， 现在把它们给出如下： a l l a x a h ，型生 a x 2a x a 型l a x a 生 a x a 因为h ；只是地区ta 的潮流矢量，故有： 象- o ，； 8 x 一 献t a fa h 我们需要；及菊一， 矾矾矾矾矾矾砒矾矾动a j l l w 二一 a ta 尸g ，a q g ：a 磁：o 暖a q g 6o 如刮+ “a 既。斟 o 如 堕砚 8 q 。，两 j 堕执。 2 q 。两 l 卺2 薏o ( 对于所有的慨删，2 2 鲥= i ，2 以) ( 5 6 8 ) 五勒一o ( 女果线路耕未接到母缘夕 3 勒2 南 吖彤抄一】 1 8 ( 5 。2 1 3 ) 、iillfjilji-、 批一；吾粕一幽 机豳 ，。，l 瓤嘉由下式给出 胡 a u ( & 2 1 6 ) ( 三) 优化潮流 优化潮流的方法基本上是静态最优化所用的步骤，也就是要求出满足潮流 方程式的优化发电供电计划表，同时使它的生产成本c ( u ，x ) 为最小。可以对共 有a 个地区的互联系统提出如下的问题： 对m 于i n 。c ( x ，u ) 2 荟c k ( x k ，u d 上式必须满足的约束条件是： ( 5 3 1 ) f ( x ，u ，d 。) = 0 一x x 玉x 选定授库恩一一u u u 塔克尔方法来求解优化潮流的问题，而把下降最 大梯度法留待以后再讲。照这种，方式进行时，能够把两种求解的方法非常有 效地都被讲述出来。 库恩一塔克尔方法就是把约束条件利用对偶变量并入到成本函数里去，如： c = c + 五f ( x ，u ，d 。) + ( 一u ) + i t 。( 型一u ) + ( j 一工) + 卢( 墨一x ) ( 5 3 2 ) 上式中，c + 现在就是非约束条件的、增广成本函数，而丑，卢则都是对 偶变量。u 的优化值，u ，需要满足的必要条件是： l 箬= 。箜o x + 五筌o x + 矿r 或一1 旦- ，砑 。 一7 z筹=。嘉删丽ofuuu 协或鲫 a aa 。7 ( 5 3 3 ) 一 一 胡一触 汨一阳 一 一 一 塑胡 嘲一嘲；峨一姒 3 箕：o ：f ( x ，u ，d 。) 4 , 一t ( u 一万) = o 或1 世一u ) = 0 万忸i ) = o 或万区一工) = o 5 。i 域g o 万或0 前三个必要条件是标准的条件；就是说，当对u 的优化值，以及与其有关 的x 的优化值给以扰动量u 及x 以后，不会使成本c + 有所改变，但同时又能 够使它们满足潮流方程式。方程式5 3 3 里第四个约束条件将强追使x 及u 的解 答，或许满足它们自己的约束条件( 在这一情况之下相对应的对偶变量就都等于 零) ，或许至少也应该使它们处在它们约束面的边界之上 在这一情况下， p 一百) 或e 一6 以及p i 产哔一量 就都等于零 。最后的这一条件就保证了当x 及 u 偏离它闪的极限什而发生变动时，决不会得到一个更小的成本。关于对偶变量 条件的解释，通过示范，就可以容易得到证实。如果我们认识到在优化点上必须 有： d c * = 0 = d c + d f + u d ( u - u - ) + u 7 d ( u 。= u ) + b d ( x x ) + d 、d ( x - x )( 5 ，3 4 ) a cd c 因此有：“、一i 丽u 面产一而uu )al uj口t-j 或d c = 百、爿( u 二d 因为u 是一个常数，所以么u = 0 ，因此有： a c = 一旦、a u ( 5 3 5 b ) 如果u 降低了，则z ：l u o 时，成本的变动i u 0 ，这就表胆 成本在增加。这一结果除了可以用来解释为什么条件5 必须在优化点上得到满足 之外，同时我们又发现对偶变得变量的物理意义是：它定义了当控制变量在它的 极限什附近发生变动时，成本对控制量变化的灵敏度。就是说，因为控制矢量u 不可能超过u 放松，叫它取得一个较大的数值。在u 被放松以后，由它所造成成 本的改变量，可用方程式5 3 5 b 去计算出来。 对方程式5 3 3 进行求解，从而得出优化的控制矢量的过程，也不是直截了 当的工作，因为在一般情况下，我们尚不知道应当把哪一个不等工的约束条件包 含在必要的条件方程式里面。因为对我们优化的u 值，某些控制变量及某些状态 变量可能被迫取它们的上极条件方程式发生的变化，取决于哪个约束条件比较活 跃。并且因为在决定究竟哪一个约束条件最活跃，我们又需要使用优化的u 值， 因此这一问题在计算上就变为比较难于处理了。为了克服这些存在的问题，可以 应用下述的求解步骤。 1 、选定一个能以满足所有约束条件的可行的控制矢量，但同时又不必一定准 是优化的控制矢量。 2 、暂时令u 翘= u ，这一关系将强迫使u 必定成为优化的u ，因为只有这个u 才能满足全部的约束条件。在这种情况下，方程5 3 2 就变为： c + = c + 7f ( x ，u ，d o ) + ( u7 一u7 ) ( u - u ) u7 一u7 ，有： 设 c = = c + 九7f ( x ，u ，d o ) + u7 ( u u ) d c + = o = d c + 7d f + u 7 d ( u u ) 于是，u7 一a c a u ，它就是成本c 对u 的梯度，在定义控制矢量的更新算法时我 们就将需要这个量 3 、应用最后所得的结果，可把u 更新如下： u 7 一a ( 一u ) = u 7 au 7 ( 5 3 6 ) 其中的p7 用方程式5 3 3 来进行计算由方程5 3 6 里可得： a u = u ”1 一u = a ( u 7 )( 5 3 7 ) 控制量上的这一改变所产生的d x ，应当使x + z x 不会产生违犯态不等式约 束条件的结果才行；就是说： 2 i x 7 + a x x 上式中 a f a x ”一( _ = - ix v 。u ”) ( 5 3 8 ) 酞 对步长大小n 可以调整改变的情况来说，可以强迫使x 改变，以满足上列条件如果当不违犯不等式状态条件就不可能使u 有所改变时， 2 l 那么d = 0 ：这时优化值的u = u 7 ，并且到此之后这一过程即可停止 4 、当旦u ”1 ，劳且再回到步骤1 六、供电系统的可靠性 对城市供电配电网的改造与规划来说，保证可靠性与安全性应当是第一位 的，否则电网事故造成的损失是无法估量的。 ( 一) 电网规划应该遵循的规定 l 、2 2 0 k v 负荷变电站中，任何一回进线或一组降压变压器发生故障时，必 须保证向下一级配电网供电； 2 、1l o k v 负荷变电站中，任何一回进线或一组降压变压器发生故障时，不 损失负荷； 3 、高压负荷变电站采用扩大桥形接线的，应具备二个方向四个电源，当失 去同一方向的两个电源时，另一方向的两路电源具备供全站负荷的能力。 以上规定就是要满足“n 一1 ”的要求。但是随着情况的变化及负荷用户重要 性的不同，有必要在部分负荷或电网上按“n 一2 ”的准则考虑。 ( 二) 电网可靠性考核指标 在实际工作中，对供电配电系统可靠性的考核中，有如下一些主要指标( 虽 然以下指标是在电网运行维护方面考虑，但是对于城市供电配电网的规划与改造 也具有很大的参考价值) ，计算的可靠性指标包含： ( 1 ) 平均断电频率指标： 式中： ( 2 ) 式中： ( 3 ) s a i p i 用户断电次数 ，： 用户总数m 五，为故障率；v ，为负荷点i 的用户数。 平均断电持续时间： s a i d i = 型絮器堂= 哿 u f 为年停运时间；f 为负荷点f 的用户数。 用户平均断电持续时问： c a i d i = 写蹀筹= 丽e u f n , 式中：五，为故障率；u 为年停运时间：m 为负荷点的用户数n ( 4 ) 平均用电有效度指标： ， 用户用电小时数m 8 6 7 0 一f “ 用户需电小时数r 8 7 6 0 式中：8 7 6 0 为一年的小时数；q 为年停运时间；f 为负荷点j 的用户数。 ( 5 ) 平均用电无效度指标： 爿s u = i - a 鬻= 面e u 丽n , 式中：8 7 6 0 为一年的小时数；为年停运时间；i 为负荷点j 的用户数。 ( 三) 提高电网可靠性还需注意的问题 1 、在电网结构上采取分区网络结构。其优点有： 1 ) 证各用户间的相对独立性，可以使在一方发生故障时不会波及 其他方； 2 ) 减小了电网的短路水平，无论对于供电设备的短路容量要求， 还是简化继电保护的配置都有好处； 2 、对于重要用户是否采用双电源应具体分析。从理论上讲，双电源供电的 可靠往高被大多数用户认可，但另一方面，由于双电源的运行是短路水平增大， 继电保护配置更加复杂。实际上是冒着一回电源故障而双回线路全部停电的危 险。 3 、在电网规划中，要注意无功补偿设备的配置。用户无功补偿装置应按功 率因素就地自动补偿，不允许向