10kV中压配电网评估及目标网架建设初探
黄在勇
【摘 要】考虑到配电网的重要性，依据国内外电网规划技术的现有成果对配电网网架综合规划技术做了综述，分析了配电网规划的具体内容，重点介绍了当下主流的配电网网架规划模型，为电网规划人员提供一定的理论依据。
【关键词】配电网；网架规划；模型
1 配电网网架综合规划的基本内容
配电网是电力系统重要的组成部分，影响着整个电网的经济性与安全性。配电网靠近负荷中心，具有用电压等级低、负荷密度较高、用电量大与对电能质量要求高等特点。另外配电网也属于城市建设的重点之一，为城市的快速发展提供了有力的保障。
配电网规划是指根据规划期间（短期、中期或长期）负荷预测的结果与现有网络的基本情况，确定最优的规划方案，使得配电网建设与运维费用最小。配电网规划方案的优劣直接影响电网运行的经济性以及系统的可靠性等，受到供电部门的高度重视。
传统的配电网规划内容包括[1]：
1）调研规划区域的经济发展状况以及当地生活水平，详细阅读政府部门公布的土地规划，了解规划区域的电力系统现状，包括负荷分布、增长情况，供电可靠性等电网性能指标。
2）采用多种负荷预测方法进行负荷预测，同时制定高、中低不同增长率下的负荷预测方案。
3）确定规划区域内的规划年限、目标及其原则。
4）首先规划区域内的高中压变电站，包括变电站的选址定容，供电半径的确定，变电站接线模式的确定等。
5）然后基于辐射状运行的原则对区域内的网架进行规划，包括各电压等级网架结构的确定，线路半径的选择，馈线的布置等。
（6）最后对区域内开展无功电源规划、配电自动化规划以及电力通信规划等等。
从上面的内容可以看出，配电网规划是个非常重要且复杂的工作，具有动态、非线性及不确定性的特点。动态性表现为它是分阶段建设的，而每个阶段情况又是不同的；非线性表现为网架规划模型及变电站选址定容模型是非线性的，往往需要采用智能算法求解；不确定性表现为整个规划过程中负荷是不断变化的这造成了负荷预测的不确定性，另外配电网中发展迅速的DG也呈现一定的随机性。
配电网网架规划对系统经济性影响显著，是配电网规划中非常重要的一部分。网架规划是在各电压等级的变电站选址定容完成之后，选择合适的路径利用合适的输电线将变电站联结起来，构造一个辐射状拓扑网络的过程。其本质是通过搭建一个配电网网架规划模型，目标函数可以为一次投资、运行和维护费用最小，或者加入其它一些目标如可靠性，在潮流、电压波动、线路容量等约束条件下，选取合适的算法求解，最后输出一个最优的规划方案。
在配电网规划过程中，也需在某些节点上增设联络线。联络线的作用是在配电网发生某些故障时，首先通过远程操作调整联络開关以隔离故障，等故障隔离后再恢复原来的运行方式。配电网网架的联络线规划也是配电网网架规划的重要内容之一，同时主动配电网技术发展需要配电自动化提供支撑，而联络开关及联络线是配电自动化必不可少的一部分，联络线规划方案的优劣直接影响不同运行方式的经济性。因此，基于主动配电网技术的网架规划研究有必要进行联络线的规划。
2 配电网网架综合规划模型
近几年配电网规划发展非常迅速，特别是DG接入使得配电网变为有源网络后，涌现出了不少不确定规划内容。分析发现，网架规划模型可以分为以下几种：单指标模型与多指标模型；单阶段静态规划模型与多阶段动态规划模型；确定性网架规划模型与不确定性网架规划模型，现概括如下：
在配电网网架规划的的文献中，为了实现电网的安全可靠及经济运行，目标函数主要分为两大类，一类是以经济性为目标，一类是以可靠性为目标。经济性目标一般包含了网架的一次投资、网络的运行费用和维护费用，若考虑了DG接入则需要增加DG的运维费用以及DG的政府补贴等。可靠性目标反映的是则网络拓扑结构的可靠性，即配电网抵御外界破坏的能力。早期的配电网网架规划模型中一般从经济性的角度出发建立模型，这一种称为单一指标规划模型。如文献[2]以网络年费用最小为优化目标建立配电网网架规划的数学模型，年费用包括了新建线路的投资和运维费用，而已有线路仅计及运维费用，同时还将线路的电量年损耗加入函数中。
从规划的时间跨度来看，可以将配电网网架规划模型划分为单一阶段的静态和多阶段的动态两种模型。文献[3]将0-1混合整数规划加入配电网网架规划中，同时将投资总成本分段线性化处理，但严格意义上还不算多阶段规划模型。另外一种属于多阶段的动态两种模型，文献[4]也也属于动态规划模型范畴，动态调整各个阶段的网架个数，分阶段求解，最后综合各场景总费用最小。可以看出，多阶段动态规划模型更加符合生产实际，同时不可避免的增加了模型的求解难度。
从是否考虑不确定性因素的的角度可分为确定性规划模型与不确定性规划模型。确定性规划模型考虑的都是确定性因素，而电网是一个典型的大型动态系统，诸如负荷是实时变动的，发电厂也存在调节时差导致出力存在不确定性，分布式电源与气候变化相关联存在随机性。确定性规划考虑到建模与求解难度将不确定性因素转化为确定性，这样得到的规划方案虽然也能够满足工程需要但并不是最优解。不确定性规划模型很好的处理了负荷、发电机出力以及运行方式改变带来的不确定性。
3 结论
综上所述，配电网网架综合规划是一项非常复杂但又十分重要的工作，它直接影响着电网的各项关键运行指标如网损率、供电可靠率及电压合格率等。本文详细的概括了配电网网架规划的各类模型，需要根据现场实际情况选择合适的模型求解，进而获得最优化网架结果。
【参考文献】
[1]徐迅.含微网的配电网规划研究[D].上海交通大学，2013.
[2]周湶， 孙才新， 张晓星，等.基于多种群免疫遗传算法的配电网网架规划[J].重庆大学学报，自然科学版，2005（4）：36-41.
[3]Wall D L，Thompson G L，Northcote J E D.An optimization model for planning radial distribution networks[J].IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems， 1979，98（3）：1061-1068.
[4]杨文宇，刘健.配电网架的多阶段不确定性规划[J].电工技术学报，2006（6）：89-95.
[责任编辑：田吉捷]
