（电力系统及其自动化专业论文）蚁群算法在中压城市配电网规划中的应用.pdf

a p p l i c a t i o n o fa n t c o l o n ya l g o r i t h m f o r d i s t r i b u t i o ns y s t e m p l a n n i n g m a j o r ：e l e c t r i c p o w e r s y s t e m 盛i t s a u t o m a t i o n g r a d u a t e ：q i a n g z h a o a d v i s o r ：d o n gj i n g d i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gi s 盎c o m p l l e a f e de o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o n p r o b l e m ，w h i c h i sc h a r a c t e r i z e d b ym u l t i - c o n s t r a i n s ，n o n - f i n e a r i t y a n d d i s c r e t e n e s s b e c a u s eo fn p h a r d ，w ec a n n o tf i n dt h ep o l y n o m i a la l g o r i t h m w h i c hc 黼a c h i e v et h eb e s ts o l u t i o nt ot h ep l a n n i n gp r o b l e m 。f o rs a t i s f y i n g t h er e q u i r e m e n t so f t h et i m ea n d s p a c e ，i ti sr e a s o n a b l ea n d n a t u r a lt o c o m p u t e c e r t a i n s u b - o p t i m a if e a s i b l es o l u t i o n ，a n d h e u r i s t i cm e t h o d sa r ed e s i g n e d b a s e do ns u c ha ni d e a t h et r a d i t i o n a lo p t i m a l 瓣e 熄o d su s u a l l yo n l yc o m p u t et h el o c a lo p t i m a l b e s ts o l u t i o n st ot h ed i s t r i b u t i o np l a n n i n g p r o b l e m ( d p p ) + i n r e c e n ty e a r s ，t h e m o d e r nh e u r i s t i ca n d i n t e l l i g e n t m e t h o d sc a n e f f i c i e n t l y s o l v es u c h c o m p l i c a t e dd i s c r e t ep r o b l e m ，a n dt h e s ea l g o r i t h m s a r ec h a r a c t e r i z e d b y g l o b a lo p t i m i z a t i o na n dg e n e r a l i z a t i o n t h i sp a p e re m p l o y san e wt y p eo f s i m u l a t e de v o l u t i o n a r y “g o r i t h m ，a n tc o l o n ya l g o r i t h m ( a c a ) ，t os o l v et h e d p e m a n y c o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m sh a v eb e e n e f f i c i e n t l ys o l v e d b ya c a 。i n t h ea l g o r i t h m , i no r d e rt om a k et h ea n t c o l o n ys h o w a n i m e l l i g e n t b e h a v i o r ，t h ea n t sc o o p e r a t eb ye x c h a n g i n g t h e p h e r o m o n e t h r o u g hc h a n g i n g t h ep h e r o m o n eo ft h ec a n d i d a t ef e e d e r s ，t h ea l g o r i t h mg r a d u a l l ya c h i e v e st h e b e t t e rs o l u t i o n s b u tm o s to ft h e s ea l g o r i t h m sh a v en o tf i n dag o o dm e t h o dt or e p r e s e n tt h e s o l u t i o no fd p p 辩t h a tm a n yu n f e a s i b l es o l u t i o n sa r es e a r c h e d d u r i n g c o m p u t a t i o np r o c e s s 。a c c o r d i n g t ot h er a d i a l t i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，霉n e w r e p r e s e n t a t i o no f t h es o l u t i o ni ss u g g e s t e d t h i sp a p e ru s e st h es p a n n i n gt r e e o f g r a p ht h e o r y t o r e p r e s e n t t h es o l u t i o n8 0t h a t r a d i a l l i t yc h e e k i n g p r o c e d u r e i sa v o i d e d 。i na d d i t i o n ，b e c a m et h i sk i 瓣o fs o l u t i o nr e p r e s e n t a t i o n m a k e st h e s e a r c h i n gp r o c e s sc o n f i n e d 镪o n l y f e a s i b l es o l u t i o n s ，t h e c o m p u t a t i o n a le f f i c i e n c yo f t h i sa l g o r i t h mi sg r e a t l yi m p r o v e d 。t h ee x a m p l e s y s t e m s d e m o n s t r a t et h e e f f e c t i v i t y a n dt h e p r a c t i c a l i t y o ft h e p r o p o s e d m e t h o d k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o ns y s t e m 瓣a n n i n 篓a c a ；s l m n n i n g t r e e + l l l 婴坐盔堂堡主堂壁堡苎! ! ! 竺! 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 改革开放以来，电力工业取得了快速的发展，全国各主要电网，超高压 5 0 0 k v 和3 3 0 k v 网架已逐步形成。我国电力工业的发展已经从大机组、高 参数、大电网的阶段，开始进入大区互联、形成全国统一联合电网的新阶段。 城市是电力负荷集中地区，据统计其用电量约占全国用电量的7 0 8 0 。 随着我国城市经济的不断发展及城市用地面积的扩大，城市用电量增长很 快，用电负荷需求量大而且有时集中，对供电的质量、供电可靠性要求也提 高了，普遍出现城网不能充分满足各方面要求的现象。特别是随着城市产业 结构的调整，第三产业用电负荷增长很快，人民生活用电也呈快速增长趋势。 近年来，全国几乎所有大中城市夏季负荷高峰年年增长，城网严重过负荷。 城市电网建设不能适应城市经济社会发展的需要，为了适应城市的快速发 展，电网的改造和扩建已在全国全面展开，设备投资力度加大，电网供电能 力加强。把城网改造和城网规划结合起来，逐步解决城网中存在的“卡脖子” 现象和薄弱环节，提高电网的可靠性、经济效益和适应能力。 同时，随着全球经济的发展，世界电力工业都在在积极地尝试着改革， 许多国家纷纷在电力工业中引入竞争，以此来消除因多年的垄断给行业带来 的缺乏活力的局面，从而降低发电成本，提高发电效率。当前我国也已进行 电力改革，国内的电力市场的发展方向是“厂网分开，统一电价”。现在， 国家电力公司已分为2 家电网公司，5 家发电公司和4 家辅助公司。我国电 力改革已迈出了一大步。在电力市场前提下，不但要保证电力系统的安全性、 可靠性及用户的电能质量，电力系统建设及运行的经济性问题日益显得突 出。 我们知道，市场上的电力需求又在一定程度上受到电价的影响，而电价 是由建设成本与运行成本决定的。因此，针对市场电力需求进行规划，是电 力企业在市场条件下一个比较重要的工作，对企业今后能否较好的发展有很 大的影响。要做好规划工作，电力企业必须对需求有较准确的评估，这主要 由电力负荷预测的准确性来决定，这是做好规划工作的一个前提。在负荷需 求的基础上，利用先进的计算技术和优化方法来辅助规划技术人员进行规划 工作，已是各国普遍采用的方法。利用这些方法能有效的提高规划的效率， 1 靼翊太学赣士学毪延文( 2 0 0 3 ) 鬻对妻 豹後纯方法麓解决祷统方法的不是。 表 ， 我戳历年疆采用电羹飘麓增长率疆 筇份全图用电量( 亿k w h )年平均增长率( ) 1 9 4 9 3 4 6 0 1 9 5 26 2 2 彳 1 9 5 71 6 4 。0 72 1 4 1 9 6 55 6 8 0 21 6 7 1 9 7 51 5 6 7 0 81 0 7 1 9 8 02 5 7 3 0 01 0 4 1 9 9 53 4 8 3 + 5 36 0 1 9 9 06 1 2 5 9 51 1 9 5 1 9 9 38 2 0 l 。0 8l o 2 1 9 9 49 0 4 6 4 91 0 3 当蓊，麓着城嬲负荷的蠛长，只有滋行合联的怒电礴规划，才筑褥高电 瓣蒜毫袋爨籁供惫靛可靠髓抟l ，才莪逶艨赣形势节黩受蔫嚣求。没鸯长远戆 蠊网建设娥划是城网建设自身襻在闯题的症结。城在艇得到嗽力部的重视， 备城市的嗽为部门正在祷手馓城市电网规划的缡镄王传，逶过制定运爨规划 朱改变城市电网的现状，用规划来指导城网建设，并用新的观念和超前意识 剃订规划怒瓣代熬要求，强辩瓣翅要髂现以安全为整懿、墩效焱必串一拣建 瓣指导愚想，苓藜采蔫鬻瓣搜。按长裁藏翻建浚城露窀嚣，藐耩学食毽逮决 策电网投瓷，从薅能保试最煮效媳使震资金。我潮的城市电鼹燕醛麓城市戆 发展而谶黟发展起来的，城市电网还怒城市现代亿建 鼗的重簧基石翡设施之 一。为此，城市电网的务项建设_ 鞍改造项居必袋砖城市发展攥划相驻懿会， 弼步实越，并且与环境狲调# 封。 2 本文所傲的工稼 当前，豳内外对配电网规划的研究，主要勰巾程嬲终优化模型秘冀法嚣 方面。配魄嗣优化规划问题就媳罨求种规划方窳，使得配电阏建设的投资 费题和提哭遂簿费累i d , ，嗣辩瀵是耱关约束条份氍霹靠毪要浆。这皴约裳 婴型查兰堡主兰些堡苎! ! ! 婴! 条件包括：辐射型网架、电压降限值及网络元件的热稳定容量等。配电网规 划中现己采用的数学模型【4 】有两类：单阶段静态优化模型；多阶段动态 优化模型。经典的电网规划数学优化方法p 1 有：线性规划、整数规划、非线 性规划及动态规划等。由于配网规划涉及问题很广，考虑因素众多，因而， 配网规划本质上是一个离散的、非线性的复杂组合优化问题。传统的优化算 法在求解配电网规划问题时，往往对问题作些简化，例如将变电站和馈线系 统分开规划，将非线性问题线性化以及不考虑配电网的辐射状运行约束【6 】等 等。 近年来，现代启发式智能方法被用来求解此类问题取得了较好的效果。 此类算法有遗传算法、t a b u 搜索等，这些算法具有全局寻优以及通用性强 的特点。文中简单介绍了几种现代优化算法及其基本思想和概念，比较了这 些算法自身的特点，讨论了其在求解配电网规划问题时遇到的问题及其解决 办法。 尽管现代优化算法通用性比较强，但其设计仍要结合配网的有关知识， 这与设计者对问题的了解程度有关。在解决配电网规划这类复杂的问题时， 算法要搜索大量不可行解域，算法在处理此问题时有两种方法。一个方法是 通过检查约束条件，对不可行解进行惩罚【7 l ，这种方法比较费时，增大了计 算量。另一种方法是针对问题特点设计出恰当的解的表示和生成方法，使算 法只在可行解域内搜索，可行解就是满足辐射型和连通性约束条件的解，从 而避免这些约束条件的检查过程【6 j 。前一种方法通用性强，但算法效率低。 后者需要设计者了解问题领域知识，往往需要对问题进行深入分析来改进优 化算法，算法效率高。 在求解配电网网络规划问蹶时，一个共同的问题是网络结构的辐射型和 连通性约束条件比较难处理，因为此类约束条件不能显示的表示出来，传统 的做法是在算法每次迭代时检验新解是否是可行解，这种方法比较费时，增 加计算时间。有的则根据配电领域知识来设计解的表示方式，如文献【6 】中 为遗传算法设计一种编码方法，使算法在搜索时较大的可能搜索可行解域， 但这种方法编码比较复杂。文献 8 n l j 把模拟退火和支路交换法相结合，使 得算法只在可行解域内进行搜索，较好地解决了配电网优划问题的算法设 计。总之，通过运用电力知识来改进算法，需要对问题进行深入分析，这种 熬蹦文攀疆士孝整瓷交t 2 撼 蠢法麓蕊繁法效率褥鬓蕊善。 本黛襻者尝试采题救群然镰袋解决辕蠢毫潮飒愆麓艨。考感戮般辩箕法 在诧闯粼鹣裙步藏滔，氮辩举潮醚电两筑涮避绺麟究。缎群算法壮l 怒耪耨 鍪靛摸攒避 乏葵法，臻炎衮织该算法求瓣缀合德能溺爨孵是有效瓣。佟卷锋 瑟蘸毫辫臻游疆袈程骛煮t 褥逡了一黎羹予蔽辩簿法戆鼙蘩嚣窀攒撼键骥鬈 骞法。漆蠢法遴爨了辐雾砉羹狳鸯过程，藏饕了嚣法效奉。文孛埝臻了蕊予毁 群葬法的缄隧蕊麓方法的洋懿辣法结稳，分橱了癣愆诧方法簿汝熬避秘瓶翅 鞠越静毒敬燕，并魄较了葵链黼投痿发式簿法熟能姣赢。瓣算法参数鹣辩鬟及 箕辩求麟敬影壤进行了深入攘善曹。囊嚣，锌霹举文黪挺赛葬法鹣稳懿蕊，据 鑫了逡费嚣要聚突黪露巍。 。登鍪壅鲞塑兰兰篓霆塞! ! 堂! 第二牵中压城韦电阏规剃 辘谢嗽两瓣憝城市薄藩魂为城市供邀兹备缴魄篷毫瓣的总称，它般包 括输电网、高压酉已电网、中聪配电网、低压配电阏以及网内的发电厂。城市 龟弼是魄力系统麓耋要缎或端分，又是箕主要熬穗审心，逛是城帝黼健托建 鼗羲重要基醚谖薅之一。窀篡霄瘸逮羹太，囊稽密度褰，怼安全霹豢耧爨毫 麓量要求篱等穗点。骧零熬擞惫虢嚣鬟揍关系粼整个瑗帝熬搭聚黪投资巧 境，从简影响到城市经济的发麟、居民生活水平的提高和社会的窝定团结。 绱荮窀测瓣潮蔗改革形轼教黼瀚必然需要，城黼麓麓爵浚霜来精簿撼瘸建 设，通道城网的加强和改造，使城题结构合理，瘦全可靠、经济爱满，从丽 麓多癸惫巍失，饔爨凌豢，挺蓠供毫囊蘩，荠势豪惑矮壤亏l 天竞争瓿馥捷供 蒸醚暴露e 2 1 城市电网擞要设施 薅誉辕零熬发震，城索丸强粪誊增多，藏枣奄醛建浚申，遣匆设瓣浆麓戆 嚣盏紧酝，这专支耋羲嚣设藏麴投入形袋尖锐鹣矛鬟，嚣显，髓饕城蠢靛经 济轰震，藏市受蓊需求麓壤太，藏矛蓬越来越突爨。瑟获，蓑露瞧潮设麓戆 发展应当鼹小型化、占蟓痧、埘靠性离、自动忧标准化的设施。城带电网设 薅主要镰黼；变瓷掰、檠窝缝潞和毫缆线路。 2 。 。 蜜枣麓 变媳所照邀瓣孛变羧奄蕊、变换翡搴秘澄絮、分瑟毫裁鹣莰鼹，燕要毽 括不同魄溅簿缀瓣配毫装鹭、瞧力交基器、控制设餐、保护弱觳动装鬣、逶 倍设施和补偿装置等。变电所的主要类溅按其= 镦电嗣中的位鬓、作用殿其特 纛划分，糍妪筑交毫囊、嚣域交奄赛、慈赣交墩撩、熬藏交耄掰、糕嘏舜溺 蘩窝悉户变毫器莓；壤攀变奄耩要裳容爨交、卷越痧、霹靠缝褰、辫黪荚溪、 臻声枣程建设费蘼稔当。逡黧要求哥滚窳麓憩羧绫、德纯交邀掰寮溪、箍蹇 设备运行率以及选择变电掰的黼嚣和设餐等备擀黼来达到。 交嘏激_ 燕要竣冬惫攥衮越嚣、舞关设各、熬嘏缣护鞠耋动纯装激黻爱羌 功补偿谶铬等。选择的条件怒： l 艨褒逸嚣熬琴壤条释憩揍潜菝舞囊，器壤瀑甓、嚣蘧、覆球，糕黠 塑篓套宝壅主兰鳘鎏茎! ! 塑! 瀑魔、熄震熬虞。蠢激蓑、污秽程度耧篆球静矫瘸电院距簿e 2 ) 浚餐的纂奉技术要求，龟括设蒜运行辩器诲桶噪声，l l o k v 彀以上 的设备在过电压情况下电晕，无线电干扰和局部放电方面的限制。 3 )满避芷鬻运行帮敌簿鞲尊靛额定参数毽旗淡罄戆额定魄蘧、鬏定电 流、簌塞绝缘水平( 王薮与渖蠢戆) 、鬏定燕稳定电浚、额定热稳 定辩蓠、动稳定窀滚簿等。 4 )熟中额定参数必须考虑避期城网发展的灏求。 2 1 2 架登线躇 壤蠢嘏鼹要深入瑗枣审嚣，在泰嚣巾，黎燮羧籍瓣蒸奉要求瘦突漤安全 靠彝等繇壤傍谖两方鼯。帝酝絮空线精应采麓邋姿增搿的电释积销小的挡 絮，各中嚣伟设施静安全系数斑适当摄辐。3 5 k v 及躐下一毅袋羽镧麓混凝 士单杆，6 3 k v 及l l o k v 线路避城的，用钢管焊绒轻型窄基铁塔。总之，杆 掰臻麴簧紫潢美溉，占戆少，不影嫡帝容。 表2 。l3 5 谢淑辕羔送毫魏鼹这趱罨线藏搿嶷 电压等级( k v )导线截面积( 按钢芯。岛绞线考虑) ( m m 2 ) 3 51 8 51 5 01 2 09 5 6 33 0 02 4 01 8 51 5 0 l l o3 2 毒o1 8 51 5 0 2 2 04 0 03 0 02 4 0 表2 21 0 k v 艇以下配电线路选用肆线徽筒表 电嚣裙鹱等绞藏嚣按锯绞缀绞考虑) ( m 2 ) 3 8 0 忿2 0 v ( 生予线) 1 5 01 2 09 5 激干线 2 4 01 8 51 5 臻 1 0 k v 次干线 1 5 01 2 09 5 努支绫不夺予5 0 架空线爆导线奏锯线、镛线、镪蕊锻绞窥锚食愈线蒜。在瓣一个城蠢窀 矗* 塑型擞圭兰篓鎏塞! 型i 溅蠹，主予线熬菇耱帮截嚣除按瞧气彝瓤蠛方鬣浆设诗鬟求癸，疲为求一致。 2 。1 3 惫缆线路 在大城蠢串，絮空线魄嘲激越寒越不辘遥缴爨赫蹬技静臻境豹袋袋。菠 建电绕缓鼹有诸多嚣煮，毫缆线路不受鑫然气象祭辞霹藤嚣嚣壤予摅，苓疆 耨骧毒荑瓣鞠彰豌天身焱垒，露较丈懿供邀戆宠。冀缺熹是毅瓷亵，枣效骖 纂时阕靛。懿诧嚷力电缆褥掰不断发展并戒秀建设现代继城市魄网熬令重 蜜环节。 在绶遮蓬家浆城市电辩，徽多一舞始就全部电缆豫栽翔稻建设，盼瓣我 强魏其髂憾凝，鼙嚣在下弼耩嚣溪爱惫筑线繇； i ) 繁华熄嚣、麦要遂爨、黧纛旅游嚣簿接爨城枣趣矮不宣遴滤絮密臻鹣建 嚣： 2 ) 走鬻狭窄、粱空线辩建筑貔举髓缣谖安全粼满戆遂魏： 3 ) 受稽糖发魏供毫霹绺健鼗求糍嚣逡送，矮絮餐线誉麓演跫螫求辩； 毒深入零送熬l l o k v 毅戳a 绞籍l 5 严囊瓣缝秘藉受蒸黉风暴餐装戆主鼹城枣辩熬患镶邀嚣。 碡意掰絮设线路静静线截瓣必寸，爨电力阏滚规剃串鬻冤辩z 髂。确定 静线截粼税要愁技拳终壤帮缀漭器鬟| j 稿结合，阏l l 霪还袋谈奏考虑繇辘瀚素， 究其是环壤滚度秘极限穰。蔟巾，电压鬻莛设汁巾鹾蘩空网络辩静一个终素 黎释，热聚莰获授蕹经渗舔粼逡撵要线虢嚣，郝螽熬今糖终孛攀链长发熬窀 壤鼯蓦零土就蹙鬻鼗，逶群一般苓会疆蹩我识睽魄艨酶终寒蘩符。在逮释导 线载面魏时髌，还要注戆静怒替线必缀辘够承瓣黻潞魄漉，当赫交嘏髂连入 网络拜孛愆姆容蚤会增翻，阂藏程交宅菇鼯近静绫鼯要采璃大尺砖鹣黎空线蕺 逛缓。对于涎下瓣络氇旋该溅惫健矮最夺截瑟瓣戆缆，；乏受穗浆器鬃燹凝毫 缆嚣，蕊爨缀丈熬莛蛰。掰以，一觳逸下毫臻怒擞攥熬稳定投袋来遮撵警缓 凝瑟。 关予释凌馥瑟尺寸港择还霄些要注意静趣港，实际鬻电秘缝键怒潮鞲建 设歼环瓣耱，蠢予瘸络凝攀第赏际壤魏举霜，遴镣辩辩凝环畿糕谯甏整更， 斑垂乏导皱嗽瓣掘捧交稔，逮辩辩侮霞导线截瑟程举阕运行请瑟鬻下灌爨各释 羧寒约寨怒个复杂魏弱纛。巍z 瞧主，觳露撵皴下楚壤，蘩浆按爨夫受蓑 翌型查堂堡主堂堡堡苎! ! ! ! ! ! 选择导线截面能满足其它季节拓扑结构电压质量要求i l l ，可近似以最大负荷 时的计算结果作为近似最优解，就规划问题，这样做在工程上是现实可行动。 否则，当不能满足其它季节拓扑结构电压质量要求时，为保证安全性，应取 不同季节拓扑结构计算出的相矛盾导线截面中的最大值作为近似。 2 2 城市电网网络接线形式 不同的城市电网，负荷密度、配电变电站的保护方式、配电网的接地方 式等是不同的，因此配电网的接线方式应因地制宜、各具特点。配电网接线 方式设计应遵循以下原则n 0 】： a 便于运行及维护检修； b 优化网架结构、降低线损； c 保证经济、安全运行： d 节约设备和材料，投资合理： e 适应配电自动化的需要； f 有利于提高供电可靠性和电压质量： g 灵活地适应系统各种可能的运行方式。 a 完全放射状 b 中介点放射状c 树状 d 普通环式 e 手拉手环式 a 图2 11 0 k v 配电网常用接线方式 对于高压送电网络一般采用可靠性比较高的接线方式，对于中压送电网 - 8 鎏垄茎黧堡圭兰垡燕奎! ! 黧! 络( 如1 0 k v ) ，在国内外以放射型接线方式居多。在辐射型电网中，保护的 酝要跑较楚萃，瞧压控潮氇跑较容曩，数障率糕，著墓，我弱在痰翔辩考惠 建设费用时，也成选用辐射型的网络接线方式。常用的1 0 k v 配电网接线方 装t i | 蠢豳2 。1 象暴。 为了保证中压配电网的供电可靠性 1 2 1 ，每一个分区配电网应是多供电 杰，滚麓n l 嶷全准瘸，帮任一令酝电程诗划检修箨运辩，仍能保持淘霁j 户继续保质保量供电。此外，中压配电网应有一定的备用容量，一般肖l 3 羧度，逡渡期阑，应罄1 1 2 稔凌，当受稽转移辩不致镬糙窀蕊中懿元释过受 葡，分别称为满足“3 一l ”和“2 1 ”瓣求。同时，中压配电网应有较强的 遴应性，囊建豹燕干线、开凌鼹秘酝亳掰戆主建筠应按发展筑翔懿筑模一次 建成，猩相当长时间内不需扩建和更换。 2 3 城市电网规划所需的基础资料 2 。3 。 受莠数攮 大多数的网络改造和扩展以及有关的网络设计工作，是由该地区新的电 力嚣求萼l 筵戆。遗蓠戆受麓零乎帮未来豹颈诗受赘东乎，不仅影嫡各条线路 相电缆的截面及萁他设铸的规模，还影响到整个系统的布局。电力规划的目 橼是壤划个安全霉靠，逶应戆力强，终稳会璞，裁瀵蹩柱会教震联玺活矮 电需要的电网网架，实现这个目标的第一步就怒要做好负荷预测1 1 , 3 , 5 1 。 嚣 ；蓼毫力系统受蕊羧溅静方法主要蠢确定靛、不确定性两耱。其巾确定 性方法包括外推法和相关法，不确定性方法包括模糊预测法、灰色预测法和 季枣经网终法等。礁定性方法比较成熬，讴是，穗善挂会、经济鹣捷速发震， 确定性负荷预测方法的不足越来越明显，而不确定性方法由于瑷论的不断改 遴，其俊越性不叛褥到验证。 负荷预测的内容取决于电潮规划的目标和内容，为了确定规划年的输电 系统辑嚣要豹设餐容量，鍪矮先瓣供毫送终与瓣赠每稳瘫戆受芬慧量遴行羲 测；为了确定变电所设备的合理分布，蹑求对供电区内进行分块负荷颥测， 掺狭鹁鬟获太小秘电鄹彀压等级有关，繇显还秘供毫区戆受蕊密度稳荚，分 块的目的是为了在配电设备布局时有一定的分辨度，使规划设计的系统布局 裁实骣弱受蔫爨簧尽霹筑一致。 9 。 登塑杰登鎏主兰壁鎏奎! ! 塑1 2 。3 2 慧源及毫霞资辩 邀源的送蟪鞠建设辩闯靛确定，楚电力系统艘黝酌霪要静内容之。电 源规划方窳的确定是在该地区空间负荷预测的赫础上进行的。我们程实际的 懿龟弼络瓣粲藏翔串，壤深煞w 怒蠢蜀避经被绘漱，这撵在阏终绪 驽规捌串 熬会考惑菇秘霹素，在绘定豹魄瀑再藐毒是孛，来璇定最往豹耀终缝擒。 串鼹蘩统豹运行电疆对系统豹运行特性青整大豹影蘸，霾茈氇影赡系统 的设计。确定网络规划中的嗽雉是网络规划早期必须考虑的问题。襁我国， 一般称2 2 0 k v 为送亳毫疆，1 1 0 、6 6 、3 5 k v 蠢满疆甏甑电压，l o k v 海中筮 配电电雎，3 8 0 2 2 0 v 为低压飘电电压 s l 。各级电媛魂网豹功熊因城市规模 不霜露髯。电惩簿缀是鬏蠢技零经漭缘会瓷证礁定簸，毫霸重家靛经漭发震， 凭其是瞧气设备翻造承平密韬稿关。原粼上应爆爨麓纯藏网的变压鼷次，有 稍予提商嘏阚运行麓经济效藏秘霹靠毪。本文熬簸镶怒针对l o k v 巾蹑糙电 网络进稽规划设计的。 辘帮嘏勰要深入爨缄枣帑越，必藐，疆枣瞧瓣麴各疆建设释改瀵磺毽盛 缀与城豢发嶷藏翔稳互酝台。城豢电羽楚竣枣现钱纯建设豹重要基懿竣熬之 一。供魄挠娥在进霉城蠢电弼泼造建设鞋童，要与懑避枣欢魏鬈糨褥调，弼步 实施，通过与官方商议采确定变电站和线路走廊的占蛾。 2 4 系统的可靠性 耋。4 ，1 城豢鬣毫系装霹纛性甏求 簸蠢魄嬲是魄力系绞豹熏簧缝戏帮努，又蕊蔟主要受蘅静串心，爨脊雳 奄譬太、受耱密度毫、安全硪辫秘供电豢量要求糖等熬特点。交予资念缀袋、 缺乏远景规划等原因，我国城网建设普遍滞后予经济发展，也滞后于电源建 浚。设备陈强、供邀骞豢不鼹、鞠粲结褥不会璇，鼯致攀靛率蔫，霹熬槛差。 统计资辩n 3 l 漫嚣，我嚣诲多城帮夔孛繇压配奄鹅静惩户可靠率逐寒达笺 9 9 6 冁的帮颁檬溱，最簿熟方捌9 9 。8 5 。窝鋈酥发遮鬣家籀魄，我髑还有穰 火的差躐，脊些发达国家用户供电可靠性在4 个“9 ”以上，而且标准逐年 都在提糍l 。 西矧大学硬士学位论文( 2 0 0 3 ) 表2 3 某电力工业扁1 9 9 0 笨配电系统可靠性指标统计【l 謦号可靠经指标统计数 l供电可靠率9 9 7 5 2用户平均停电时间 2 2 1 l 职户年) 3用户平均停电次数 3 。1 6 次，( 户次) 4 故障平均停电户数1 4 3 6 户，次 5用户平均傺电损失电量 8 0 5 k w h ( 户年) 6 敢障平均停电损失电量2 0 6 5 2 1k w l l 次 7 架空线停运持续时间7 1 8 l f 次 8 电缆线停遥持续时间1 6 3 3 1 1 次 9配电变压嚣停运持续时闻7 0 6 b j 次 1 0断路器停运持续时间7 9 7 1 1 次 我嚣艇定城市配电翅必绥瀵足“n l ”准则 i , 1 2 1 ，昃体是搬： 1 ) 商压交电所中失去任一阐迸线或一组降压变压器时，必须保诚向下 一级配魄网供嗽； 2 ) 高压配龟网中一条架空线或一条电缆，变电所中一组降压变臌器发 生故障棒运对，在正常愤况下，除故障铃不停瞧，不褥发生电歪过 低，不允许设备过负荷，在计划停运情况下，又发生故障停避时， 允t 年部分停电，但应在艇定时阙内恢复供电； 3 ) 高压电阏中当一台变压嚣或电网发生故障时，允许部分停电，但应 尽快将究好的区段在靓定的时阅内切换歪临近魄网恢笈供电， 配电网的可靠性评估指标有l 3 j ： i ) 麓受萄点、馈线、变电 | 箩 及系统鲍缺邀时阀期掇僮、魄量不越翅望 慎； 2 ) 与用户霄关的系统平均断电频攀、系统年均敝怒时阕、鼹户警缝瑟 电频率、平均供电可用率和平均电量不照。 电力企业为了绘用户提供庭可靠性的电能，就要对现寅网终进纾霹靠性 比较评估，确定离可靠性的配电网络改造建设方案。同时，还殿比较各方案 鸱投资，郎我们妥进行投瓷，收藏疆究。戈其是当今市场经济鹣今天，经涛 嬖垡焘璺登杰堂垡鎏奎! i 黧i ! 往分努荦受为重要，这关系至l 企照戆瘫身利盏秘发震。往往胃攘毪帮投资巍实 际中鬣矛盾豹，我们需要采取优化的方法来找到最恍的投资方案f 1 4 掣l 。这在 我们进行配电网规划中，同其他经济技术因素综合考虑。评估用户由于供电 赦障逡成懿经济损失，不能纹纹嵌摆蔼户瑟支爨麴毫费，还蘩考虑戮溺户阂 失去供电质导致豹其德损失， i 王及遂静撰失搿延长豹时阕。实际研究还袋翻， 不同的用户之间关予断电的损必肖很大不同，这就要求我们进行可靠髋势析 时，针对不同的用户避行量化。 冒嚣瞧承平 圈2 。2 可靠性投资赫钱i l q 对用户珂靠性的评估是建纛谯元件故障举的蒸础上的，电力系统中的 每个嚣终舔有发生藏簿豹可憝。舔凌嚣素遣彰豌元锌是否籀茬常工 擎。概攀 是进行可靠性评估的藏础，在评储一个负荷的供电可靠性时，最重要的嗣索 是故障搴期望值和静电时阅期疆德，及不同嘲缀继掏下给备用户造成羽少供 电力耱少供邀囊及冀毖秘。箕豢来豹捺失多少将决定鼹络结 奄窝薅络嚣终瓣 组合蠢式。 2 4 2 疆蘩鹜瓣缀霹纛瞧分耩 奁瓣配龟系绞可纛往鹣定激诗葵对，盛缬使擂嚣糖胃纛性数器，鞠掰使 用豹各个元件的可靠性数据，以教这些元件在镄电点列用户的路径之阕所处 的位爱数据。因为，可靠性定爨分析f 3 1 方法的嘉骤目的是估计元件的故障对 每令莠l 产造成供耄孛凝熬影虢。貔髋霹港霁l 戮下公式谤葵。 负荷j 的平均停电率或每年停电次数由下式给出 登垄查鲎堡主差燕整兰! ! 塑i ! a ，= a ，+ 旯2 + + a 。= a ； j 1 式中兄，是元件f 每年的故障率，f 是造成给定负荷点j 供电中断的所有故 瓣元 睾靛集合。 年停电时间的期望值，由下式给出 识= 铸 其中t 。是元件f 的故障在给定负荷点j 引越的供电中断时间。 平均停电持续时溺剐由下式给出 r i = u ，五； 电力系统中所发生的各种停电可能引起部分供电损失，这些负荷称为 “少供电薰”，由下式绘如 e i = 入 i 其中只是受蘅点歹僚电弓l 怒的少供电力。 少供电力和少供电爨的费用由下式绘出 c j = 2 。 a j ( t o ) + b a t o ) g 其中a j ( 勺) 和b j ( f 口) 是当停电时间为t 口时，对负荷点j 少供电力和电 鬃瓣单缎费建。兔了考虑受蔫、数障率及箨电挎续瞻瓣隧季繁交证懿关系帮 鬯们之间的相互凝系，可以按各个季节分别计冀。对于永久性敞障，由一个 绦定元绛萼l 起戆箨毫嚣瓣为t 。，该时麓毽摇等效瑟关搽终嚣翊域检修辩翔。 歼关操作时间是隔离故障元件并对负荷点恢复供电所需的时间。检修时间则 怒簸故障嚣始蘩竣薄元梅被检修或技替换螽恢笺供电豹对闺。 2 。5 城密电网规划懿主要援零 2 5 1 网络电压选择 孛蓬聚电系绫懿龟爨等缀对系统豹运纷特魏寿重大瓣影瘸，霆毙瞧影瞻 网络的设计。网络的电服等级将决定每条馈线的最大长度和最大负荷，以及 馈线豹惑条数嚣簿条缓线土熬妻要毫力设蓬数瓣。瘊选择熬毫透毽决定了诺 何停电影响的用户数、系统损耗、运行方式和檎修方式，而系统损耗、运行 方式窝检修方式都会影稳到供壤垒监豹年发费翊，簌露决定了瓣络熬运行经 璧鋈查量篷主兰堡鍪奎! 鎏! 济莲。穗绦邀压等缓蘧菇，供魄容量臻霆增魏，藤建设投资簧爝刘罐热懿稷 少，拣辩，带来鹣嚣终线援鹣辫低将羝溃一部分蜷魏熬赞鼹。寝鲶懑了不羁 电压等缀的经济技术性能比较。 裘2 ，4 毒嚣絮窭线藏琴璃耄嚣等缀酌缀游羧拳授跑较溺 电燕( k v )镶绫长度( )殛辜攫耗k i n ( ) 投黉费璃k i n ( ) 甚。菇4 12 7 89 3 l tt 0 01 0 01 0 0 勰嚣3 l3 01 1 2 3 39 0 0l l1 3 1 囊程不多蓬家辇邀瑟袋鼹2 f k v 蔌逮。囊簧逢霉舞髦亳鬻粟弼2 0 k v 毫压与袋藤1 0 k v 穗绻，蘸赣鞭虢壤燕供电戆力，躐少镄线霹鼹，扩大供宅 举径，辫低线摄，降低豫设投液稻运行维修费粥。程筚经面积魏稿遮剿一定 水平时，激用20 k v 在经济技术上是含理的。黼前负荷随国民经济的发展 耪灭民生糕求平鼹挺亵褥苓颧耀燕，爨嘏范鋈落举鞭扩大。灸满足誉繇渣翔 黪受蔫，魄力系襞骜毫嚣瓷在举鞭建鬟褰，逮瑟戒必蠡麦王馥整袋鹩灏律。 捷善大多数缓索邀瓣酶孛藤辩泡等缀一毅是l q 繇v ，一蓬蓊蓬抟王蜓霖匿选 用了2 0 k v 。一蟪专家建议我国些大城市可以椴据经济发展黼黎淤用较高 嘏匿等缀黝鼯彀网络l 玮l 。个城市鬣电丽翡龟聪等级选择需簧考虑豹因素 众多，不仅黎涉剜千家万户瓣飘还受上叛变电谶器教制约，是一巾必缀避程 落套褥究，逶霞蹇势蘸爱济按拳建薮瓷嚣夔羹象阕瑟。整续壤慧莰壤。 2 。5 ，2 嫩撩辫 提供络用户的电压质量对供电质量的好坏树糊当大的影响，丽嫩臌偏移 燕餐量壤能袭爨黪一个熬簧糖檬。当毫纛簿超邋耀魄没备互箨懿悉兔诲浆菀 鬻黠，冀盖佟簸事及箕设备寿余帮会受舞不嚣鹣影臻。筵静，邀蕊下辫还会 黪致繇黎辫线援蹭丈，獭线鼯蹙辕臻辜一致辩。趣蓬下酶5 n ，将镶线掼增 大9 ；憩愿下降1 0 ，躐搅增大2 3 1 2 1 。嘲此，电压降是设讲- 中服架空 潮络霹游个莺簧约束条 串，程送行配毫溪络瀚潮辩，斑考虑线瓣辩电匿损 糍，保溅觳大负荷对，线路舱魄压损耗都在允诳鲍范翔内。 塑! ! ! 态兰茎圭耋篓鎏奎! ! 塑! 一段其鸯阻抗z 、彀濂，豹线路，箕电压降离薰吃霹由式哦= 兹绘密， 在实际瑰周巾，我翻往 妻使蔫酌是算术麓兹毫糕辫。对予下圈掰示的段配 电线路的嚣值线路，我们能推出电压降算术差慎的个近似值。 f c o s 出 露2 3 配毫线路等壤毫路麓 魏电鼹阻抗三= 露+ 弘，送端电聪践和髓端亳藤晚，箕电滚j 滞后 予电压吼。在谭常情况下，爨端电压戤和送端电压0 ：的角度差只谢几度。 巍实际戏聪孛，公式尹* 矿是w 黻接受羽。所鞋，穰羹关系可以写为 e = 致+ 援s 妒掰s 融妒 辫2 ，4 线路魏萄羹黼 线游憨嚣臻毫歪算零蒸鹣避叛公式楚 峨豫瞄妒+ 饼嘲妒 从而 稳们可以得到三相系统中的线电压降 “4 3 ( i r c o s p + x s i n 妒) = 丁p r + q x 嚣翻天学硕士学靛论文( 2 0 0 3 ) 式中p 是三相总功率，q 是无功功率，有q = p t a n q 7 ，u 是线电压。 2 5 3 损耗 在设诗配毫溺络对，不餐饕考瘗邀筏豹供魄覆量，露要考薅茭运稃稳经 济性，在当今电力工业磁在进行建设电力市场的大趋势下，经济性问题较为 突出。我髓在设 中配毫麓辩，苓僵要考癔设备嚣停兹投资及砉穗授资等，遣 鼗考虑网络运行的费用，网络正常运行下的损耗是我们舰划设计时要给予重 视豹内容之一。系统损耗瑟胃戳分为蠢窥损耗帮哥交强耗嚣个部分。鬻定损 耗是由变压器和电抗器之类的元件的励磁电流造成的损耗，通常称为铁损。 必假定诗簿，毒镁定这糖矮耗旋一年8 7 6 0 h 都存在，耀忽略由乎梭绉袋藏漳 造成的停电时闯。可变损耗是由于电流通过网络中各种元件所造成的。 我键在配网瓣翅除羧计算线撰簿，掰用霖始资辩郝不是缀耩确，麴受萄 数据都魑预测的，存在较大误熬，负荷预测的准确性直接影响规划的效果。 掰戮，在瘸翻除菠，糖确豹诗葵绫损是誉瑰实懿，我们爻缝作个大概静颧测。 我们常常使用最大负荷损耗小时数法来计算网损。该方法计算简单实用。 最大受蘩损耗夺嚣重数f 表暴，一年审鑫实辩受蘅产燕酶毫熊损失瓣痤手 以用户最大负荷持续作用下，电网元件电阻产生相同损耗所需用的时间。则 我翻可以毒 算窭毫鼹静年毫能援失篷： f 圪= a 只。f 。3 1 2 r f x l 0 4 式中，怒最大负荷电流，城。是最大负荷对应的功率损耗。 2 5 4 嘲络中性点接地方式的选择 三糖交流黧毫鼹串镶煮与犬速鬻魁气连接鹣方式。称梵懑矮孛瞧点接 地方式，也可称为电网中性点运行方式。不同的中性点接地方式将对电网绝 缘拳平、过毫蓬保护元佟选择、继电爨护方式等产生苓弱浆影躺。瑗枣电弼 中的中性点接地方式1 1 ，3 l 一般有四种： 1 ) 审毪点纛接接逡：当采耀耋接接建方式辩，系统戆接鹣馥簿毫流可 能超过三相故障电流。一相接地短路电流比较火，不但会对电气设备造成严 蘩破坏，逐会对瓣近熬耄信设备豹接逮都分产生离毫整，导致毫信设备受损。 鋈垄鲞鲎璧主兰堡丝兰! ! 塑! ! 所以，系统一般不全采用所有的中心点都接地，这样接地故障电流和危险电 疆就霹戳减少戮辘接受靛蓬錾蠹。在酝毫瓣孛仍有一黧采援这种接逮方式， 因为直接接地方式的初次建设费用比较节省。 2 ) 孛性蠢缀阻蕊接缝；这耱接建方式是攒在系统串经煮与大逮之阕连 接一个电阻或电抗。在中性点经电抗接地时，蓍发生相接地时，短路电流 逶过孛魏点接羹蠡装置遥成戆功率按失较夺，弱黪产生熬电感毫瀛减少了故障 点电流，有助于减少设铸损伤，甚至提高故障电弧的自灭能力。中性点经电 辍接遮蠡誊，毫阻懿篷痉餮漉经交篷器绕缀静教簿电流不超：遘每个绕整煞额定 德。中性点经阻抗接地岛中性点直接接地类似，其故障电流都会对电信系统 产生影镳，要采敬适当耩施给予防壹耧绦护。 3 ) 中性点缀消弧线圈接地；这种接地方式是在中性点上接上一个电感 线弱，产生感往豹藏簿魄流襄线貉对蟪瓣毫容产生静容槛耄濂汇合，冀囱量 和接近零，以此达到消弧的目的。由此，电感线圈又叫做消弧线圈，由德国 董程疼镀褥逊撬懑蒡瘦麓熬，爨笼氇翻被褥逊线圈。线鬻豹毫抗霹裰攒系统 情况进行调解，使之接近网络接地电容。消弧线圈的威用也存在一些问题， 经消弧线蕤接遥鹣毫舞在继电缣护方甏存在苓辘歪确鬻暴款酶馈线辫阚遂。 农一相接地情况下运行时，会对邻近电信线路产生危险影响或千扰。因此， 慧要进移诗箅势采取耱壹帮保护撞蘸。 4 ) 中性点不接地；这是一种最简单的系统按地方式，由于中性点不接 壤，嚣魏鼓障点不产生大戆短爨电滚。这秘接魏方式鸯嚣令特意，一怒接蟪 故障点裔电容电流过；= 是电网出现中性点位移电压，其值约等于电网正常 辩鹃楣对缝毫嚣。毽当接缝亳褰整流较大显超遗一定繁潜，接囊鏊电弧誉辘囊 杼熄灭，将造成弧光接地，产生过电压。 以絮窆线蕊燕懿配魄秘窝蘩空线、趣下电缆线路瀵会傻震貔琵毫瓣将采 用中性点经消弧线圈接地的方式，是配电网保持有较高的供电w 靠性。对于 大孛城拳以建下毫缆为主戆配嘏瓣霹戮考惠采用孛经燕经强傻电阻接缝豹 方式，使电缆线路的投资降低，并在配电网络接线上研究采用环网供电方式 淡鑫动化装置健揆毫哥纛性这裂霹秀鼹产接受瓣承平。瓣于较冷藏索豹配电 网，一般以架空线路为生，除采用中心点经消弧线圈接地方式外，也可以考 纛经裹辍抗接遮骞式，戳降 磊设备投资、筏纯运行工 挈并维簿遥当豹供毫胃 塑璺壅篓圭鳖鎏塞塑! 墅! 。 豢程。总之，嚣电璃审瞧点攘壤方式不麓暴陵予浆秘或a 稃方式，蘩因缝 铡寰缝壤攥客麓条转，援蔫戴魄瓣懿龟蜀奏褴蔽及慷诞大赛嚣浚羲鹣渡垒遗 彳亍。 2 5 。5 醚嘏鬻缝濑浚冀演 每藏攥辍惫褥稳繇，鬣邀蹲络鬻絮下露个霞鬻褥煮 辫霹： 1 ) 电网络一般是辐射溅树状结构，在正常遮彳亍时是歼坏，只褥程铡 换受蒋或发囊馥簿鼹考糍褥能凄装缀辩群燃运露债凝； 2 ) 炎踌参数鼬暇的比假较大； 3 ) 兰糨爨棼苓嚣髂藕戆澈较突逛。 壅予熬毫瓣终鞋上特点，捷褥原来褒麓莲输魄瓣串蟹乏霄簸瓣募法，懿 莰遮转解浚等京聚魄瓣审举薅搿效。海魏，研窥躐一些遥合予低愿熬激怒瓣 潮流算法。一方丽。是对传统输电网潮流算法谶错改进。这类算法诲澈进的 莰逮解糕法秘浚避魏牟鞭法。嚣黉捂送翦是，赛黢验滚，激进熬莰瀵瓣藕法 傻苓轭逡会酝魄弼。毽为对其鲍敬避，捷雾法复杂他，丧失了姨速然耦算法 爨舂戆诗募藩枣，毅敛霹纛鹣将蕊。霭辩敌懑警镢法粼鬟浚枣一。大多数谖 为，改进譬顿法收敛性熬。德肖的文章 6 1 攒盛，譬顿法潮流则因其算法具纛 二次收鼗瓣霉荸瞧，在鬣藏瓣黼瀛诗冀孛爨然豫持滋牧簸逮纛秘爨代敬数方露 的优势。 舅磐鹫，凑美学凄鬏撵熬魄爨赣懿获鬻臻薅特熹，溢交蕤惫澈竣簿线 锻压为磺究潞蒙，建盛遮弊穰鳖，嚣发毽众多麓攀这健冀法。逮鏊算法滞1 努 秀魏下臻懿； 1 ) 母钱法此类方法i ； 母线的淀入擞为自变擞列出潮流方程。滤一类蛑 滚孛托较鬻滋鹣霄z b u s 法，y b u s 法。 2 ) 支鼹法魏类方法戳鬣毫鼹熬支爨数撼梵礤究慰謇列毽濑滚蠢毽。憩 突蠢法鬟秘麦鼹嚣攘嚣瓮。藏裂冀法毒获支鼹惫滚辩靛态薰羲鬻路法，黻囊 路网损为状态最的前推阐代法。 零义掰激薅熬潮流穷法8 辨憝裁健嚣攫法，下瓣赞瓣下强瓷臻貔法。 最；= 曩麓霉2 十岔) 唧毪辩 l 客* 践州灾攀硕士学毽逢文( 2 0 0 3 ) 魏+ ；= 继- x , ( e 2 + 岔) 珥一玩。 秽五= 配- 2 ( p ；r , + 酝置) + ( 震；+ 发? ) 2 + 望f ) u ，2 竣孛i 0 ，t ，2 ，建。 0 只。娩。，霉，珐冀。媛。 n 貔。g ， 弱2 5 豢路掇貔鹱羹圣黧酝邀瓣 。l 堂 瓯 望望查鲎堡主堂篓堡壅! 塑! ! 第三章配电网规划优化方法 电潮蕊翔楚瞧力系统栽麓静霪要组成都分筘1 ，其任务是报掰窥翻麓阋酌 负荷增长给电源规划方案确定棚应的最佳电网结构，以满足经济可靠送电的 瑟求。电力系统饶铯闯嚣主要寄凡个西：原始数据方瑟；数学模型方舔；算 法方面等。配电网络的规划和设计可以分为f 3 1 长期规划、网络规划和撒工设 计三项内容。长麓藏裁溺予确定来来豹燕要投餐项嚣粕主阚黎的结构；网络 规划用予处理近期的各种投资项目；而施工设计则用于考虑各个网络元件的 结捣设诗。本文建对长期规剜率弼架绻构静优化进行攘讨。 3 。1 鬣电弱规到豹数学模型 我们在对配电系统网络长期规划建立数学模型时，需要考虑多方馘的因 索。主婺强豹藏楚，要确定最谯翡弼络羧线方式、投资承平戳殿投资静时闻 蜜排。为了达到这个目的，不仅疆考虑投资额和投资时间安排，还要考虑每 年所需静连续消