基于混合整数非线性方法的配网可靠性规划

魏瑶

摘要：在整个电力系统中，配电网作为直接与电力客户相连的环节，直接影响电力客户的电力供应，因此配网供电可靠性成为了供电企业和电力客户关注的焦点。而在配网可靠性规划中，如何提高配网可靠性同时考虑相关投资经济性成为至关重要的问题。上述问题本身可以看成是一个多目标优化问题，因此配网的可靠性评估和其可靠性规划问题成为了保证配网供电可靠性和稳定性的关键所在。

关键词：配网；混合整数非线性规划；多目标优化

引言

2022年，国家相继印发《2022年新型城镇化和城乡融合发展重点任务》和《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》，将深入推进新型城镇化战略，这对配电网的规划、需求侧管理、发电侧与需求侧之间的互动等方面都提出了新的思路与挑战。一方面，新型城镇化对配电网提出智能化和协同化的新要求，强调城镇化发展向质量型转变，主要体现在现代供电服务体系上的公共服务的均等化，而供电服务是公共服务的重要内容。另一方面对配电网的智能化和数字化提出新要求，如加速配电自动化有效覆盖和实现配网自愈。

1城市配网规划存在的主要问题

某市低压配网主要负责区域居民生产生活用电，总容量960kVA，线路全长3520km。梳理近3年该配网的运行资料发现，低压配网规划建设过程中存在典型的不合理问题，其主要表现在：运行安全问题。低压配网线路老化情况较为严重，装置设备老旧，其绝缘安全性能和输配电能力无法满足现阶段运行需求。该市低压配网中约4/5的配电线路处于过载状态，近1/4的线路呈超负荷运行，很容易造成配电线路损毁，引起大面积断电。网架结构问题。低压配网规划设计时缺乏前瞻性，不同等级配网并行建设，未依照用电情况合理规划和安全防护，这加大了配网运行风险。如在新增配电线路时，随意设置线路接入点，使用户侧配电线路过于复杂，加大运行风险；低压配电线路规划，缺乏可靠的馈线自动化系统，配电系统脆弱，易出现短路、断线及接地造成的大面积停电事故。负荷分配问题。低压配网运行过程中未依照用电需求做好负荷分配，造成台区内用电需求与配电负荷不一致；未针对用户用电量变化情况，做好不同时期的负荷调节，造成用电峰谷平时期负荷分配不均衡，导致用电高峰期末端低电压、其他时段电量冗余。此外，部分电源点位置也须进行调整，其供电半径过长、供电损耗较高、环境较为恶劣等，也在一定程度上影响配网运行性能及经济效益。

2经济性评估指标

文中可靠性效益为缺电成本与网络损耗成本的减少值，可靠性成本主要为可靠性改造方案投资成本和电容配置成本，当可靠性效益大于投资成本时，净现值为正，即该投资是有利可图的。可靠性效益可通过资本回收系数(capitalrecoveryfactor，CRF)确定，资本回收系数是固定年金与给定项目周期内获得年金的现值之比，分别表示为：式中：dr是贴现率；T是项目周期。

3建设目标

结合上述电网基本情况、指标现状和存在的问题，提出以供电可靠性为总抓手，以数字技术推动传统配电网升级，全面分析并用好用活存量装备，结合实际及发展需要、做好增量数字配电装备规范管控，提升装备智能化水平。围绕“智能、安全、可靠、绿色、高效”目标，聚焦故障自愈和配电自动化实用化建设，优先打造感知层，优化完善网络层，承接布置平台层，深度开发应用层，以数据要素推进配网业务管理模式变革，力争实现配网运行透明、管理穿透、精准客服，提升该地区的“获得电力”水平，优化电力营商环境，推进现代供电服务体系建设，为南网西部地区数字配电建设提供“案例”。

4混合整数非线性方法的配网可靠性规划

4.1结构优化

某市低压配网中主要为单环网结构，系统性能较差。为增强网架强度，在规划设计时可增加分段开关，形成多联络的分层环网体系，确保故障后第一时间进行故障区域的隔离和非故障区域重新送电。按照用电负荷分层。按配电等级划分为两层配电体系。第一层为主干线及专线系统，负荷容量较高，用于远距离输配电；第二层为分支线及末端线路，负荷容量与用户侧用电需求匹配，保证平稳、持续、可靠供电。按照负载情况分段。按照运行情况划分为不同区间，通过分段开关、联络开关，设置成多段多联络模式，缩小故障区间，减少故障断电时间。其中，主线路须依照主站情况设置分段开关和联络开关，分支线中应保证其至少含有3～4个分段开关，并在分段处设置联络开关，便于配网故障后能够快速识别、定位和处理。

4.2设备选用

本文选用Phantom4RTK无人机作为执行航摄任务的平台，该设备搭载RTK定位模块及高分辨率云台相机，可采集具有POS信息的高分辨率图片，其由于集成度高、体积小等特点，适用于复杂环境下的采集作业，具体参数如表1所示。

表1Phantom4RTK详细参数

4.3基于模糊满意决策的多目标优化

利用加权优化算法所得pareto最优解不能使所有子目标都同时达到最优，对于所得大量的pareto最优解，需充分考虑决策者的主观因素，而主观因素存在着模糊性的特点，因此需要对目标函数进行模糊化处理，需要对各子目标设定一个期望达到的隶属度水平，以各子目标函数隶属度与期望隶属度的差异值最小作为优化目标，从而将多目标优化问题转化为单目标优化问题。此时原先多目标优化问题已转变为单目标优化问题，可采用传统寻优算法对其进行求解，决策者可根据目标满意度从中选取满意解，确定4个子目标的各自权重，同时可根据工程实际的不同需要，如高可靠性水平或网络损耗成本最小等灵活调整子目标权重，从而确定配网可靠性改造最佳方案。

4.4数字化提升

有序开展数字配网管理平台建设，实现数字化场景应用。依托南网公司电网管理平台、物联网平台，整合计量自动化、电压监测及生产、营销、调度系统等业务域数据，获取配电变压器状态数据，合理依托智能电能表数据扩大电压监测范围。结合低压台区拓扑结构完善以及故障信息的采集，实现故障的快速准确定位以及故障研判，建成网区配网监控指挥平台，实现全域配网线路、智能开关、台区运行状态可观可测及部分设备可控，宏观+微观实时智能展示负载、电压、故障点、停电情况、现场终端运行状态，并根据配网运行状态感知数据，完成配网运行方式优化、线损计算、运行临界预警等高级辅助决策。

4.5参数调整

一般应从环网参数、出力情况、负载设置三方应做好调查，合理增加供电范围，保证地区的整体供电水平。在供电线路出现故障时，需要进行长时间故障排查。此种处理方法较为耗时，对于用户的正常用电会造成不良影响，所以新建或改造供电线路时，应加大对两条以及多条线路的关联力度，保证故障影响能够被控制在最小。

结束语

城市配网规划设计过程中要从可靠性和经济性指标出发，对负荷情况、电源设置及配网架构进行调整，形成安全、高效的设计方案，做好配网的拓展和优化，形成系统化、层次化电网架构。全面把握城市配网容量现状，在自动化、智能化基础上实现城市配网的全面升级，最大限度降低线损，提升电能质量。

参考文献

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