（内蒙古电力（集团）有效责任公司乌兰察布电业局 内蒙古乌兰察布 012000）
摘要：近年来，配电网规划研究无论从模型还是算法方面都有了很大的发展，特别是新的技术经济条件对配电网规划研究影响显著。本文将对配电网规划的模型、规划方法、求解算法进行分析总结，并重点介绍了模块化的电网规划设计，旨在使读者全面了解配电网规划研究的进展情况，推动配电网规划研究的进一步深入。
关键词：配电网；规划研究；模块化；模型；
0 引言
近年来，配电网规划研究无论从模型还是算法方面都有了很大的发展，特别是新的技术经济条件对配电网规划研究影响显著。本文将对配电网规划的模型、规划方法、求解算法进行分析总结，旨在使读者全面了解配电网规划研究的进展情况，推动配电网规划研究的进一步深入。
1近期配电网规划模型的发展
1.1规划模型的复杂化
一种情况是优化目标的个数增多，例如将提高供电可靠性作为优化目标之一：文献[1]用“缺电成本”表示可靠性效益，与投资、运行成本相加作为配电网优化规划模型的目标函数。但由于量纲或数量级的差别，直接相加的方法并不合理。文献[2]采用模糊技术对经济性及可靠性指标进行模糊化以使其具有同等地位，在此基础上建立了城市中压配电网络规划的多目标模型。
另外一种情况是规划模型目标函数表达形式更复杂，从早期简单的线性函数发展为复杂的混合整数非线性函数。
约束条件由简单的电力平衡约束发展为各种复杂的技术性约束，例如潮流约束、电压降约束、短路电流约束、可靠性约束、地理信息约束等。
1.2基于地理信息系统的配电网规划
配电网规划特别是城市配电网规划中，变电站布点、线路走向在地理位置上有诸多限制，因此配电网规划需要紧密结合规划区域的地理信息。地理信息系统与配电网规划的结合是当前配电网规划的研究热点。文献[3]中将整个规划范围用 GIS 网络的坐标系统标识，将馈线可能经过的节点表示为 GIS 的坐标点。将动态规划的各阶段按照距离变电站远近的顺序表示为一系列 GIS 坐标点的集合，以此为基础使用动态规划方法规划馈线路径。
以上研究中所使用的 GIS 系统都属于传统 GIS系统，其缺点是与通用开发语言的结合很困难，难以进行二次开发，限制了 GIS 与规划算法的深入结合。近年来出现的组件式 GIS(ComGIS)平台可有效解决此问题。文献[4]使用 ComGIS 建立规划区域的网络数据集，使用 ComGIS 的网络分析功能自动形成两端供电中压配电网单环最优路径，并嵌入遗传算法整体优化过程中，为地理信息和规划算法的结合提供了一种有效的思路。
1.3分布式供电理念对配电网规划的影响
分布式电源(distributed generation，DG)被誉为21世纪电力发展的关键技术之一。分布式电源的发展对负荷预测、网络潮流、电源结构等带来了大量的不确定性因素，对配电网规划将会产生多方面的影响。
分布式供电系统是相对传统的集中式供电方式而言的，一般指为满足某些终端用户的需求，接在用户附近的小型发电机组或发电及储能的联合系统。它的规模不大，一般在几十kW至几十MW，被形象地描述为“建立在城市的电、热负荷中心，利用机组、管网和电缆向一定区域同时直供电力、蒸汽、热水和空调用冷冻水的综合加工厂”。DG或DPS的投资建设一方面是为了满足负荷增长要求，而更为重要的方面则是提高了重要用户的供电可靠性，避免了提高整体受端系统可靠性所需的巨额不必要投资，进一步完善了“提高最终用户供电可靠性”的城网规划理念。从这个角度研究分布式供电理念对配电网规划的影响是值得研究的方向。
1.4现代可靠性管理理念对配电网规划的影响
在垄断的电力体制条件下，供电公司对提高供电可靠性的投资可通过电价分摊到用户上，在确保投资回报的情况下，供电公司对提高供电可靠性投资的积极性很高。在市场条件下，供电公司为了增强其在电价等方面的竞争力，会尽量减少配电网增容、扩建和维护费用，随着时间推移，配电网的供电可靠性会迅速地全面恶化。因此，在一个健全的电力市场环境下，供电公司必须受到相关政府机构的监管和法律的制约。
当前配电网规划中对可靠性建模的主要方法是将供电可靠性最大化与配电网投资运行费用最小化一起作为规划的目标函数，相当于最大化配、用电的整体社会效益。在保证投资回报的前提下，供电公司是可以接受这样的规划目标的。但电力市场条件下，供电公司作为配电网的投资主体，规划目标将是自身利益的最大化而不是社会效益的最大化。面对PBR奖惩机制和用户赔偿机制，供电公司面临的奖励最大化及赔偿风险最小化则成为配电网规划的目标，当前对这方面的研究还很缺乏。研究PBR可靠性管理对配电网规划的影响，可以提高城网对未来市场环境下可靠性管理的适应能力，是值得深入研究的方向。
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2规划方法
2.1多目标规划方法
传统的多目标规划方法为将各目标加权相加，然后采用单目标的优化技术。此方法存在几大缺点：1）不同性质的目标之间单位不一致，不易做比较；2）各目标加权值的分配带有较大的主观性；3）优化过程中各目标的优度进展不可操作；4）各优化目标相互制约或矛盾，难以直接相加。基于 Pareto 的多目标优化方法可以有效克服以上几个方面的问题，且与并行计算方法有天然的兼容性，因此可以很方便地与遗传算法结合，广泛应用于电力网络的规划研究中。
2.2不确定性规划方法
配电网规划中的规划参数(如负荷预测值)，有明显的模糊性或随机性，对规划结果会产生很大的影响。因此，如何对不确定性信息建模并有效求解成为当前电网规划研究的一个重点，配电网在这方面的研究滞后于输电网，下面列举了配电网规划中研究中有代表性的几篇相关文献，与输电网相比，这方面的文献明显较少。主要原因是当前电力市场化进程对输电网的影响更大，对市场环境下输电网所面临的不确定因素的研究也更系统，相应的规划中不确定信息的建模和求解方法的研究也更深入。
3 模式化的电网规划设计
3.1模块化简介
模式化的电网规划设计方法基于区域供电思想，从区域供电需求出发，选择相适应的供电模式制定电网规划方案。该方法采用由下至上的规划设计顺序，制定各供电区域的电网规划方案，进而优化组合确定全供电区的电网规划方案。
3.2模块化制定
选择若干个具有代表性的供电区域，制定出该类供电区域的规划设计方案，并作为同类型供电区域的供电模式。
供电模式的制定主要考虑3个方面：
1）适用条件和范围。该方面主要考虑供电模式适用的经济水平、负荷水平、负荷性质、地理环境等。
2）典型供电区域的电压等级。根据供电区域负荷水平，按需要的最高电压等级对区域进行分类，并制定该区域最高电压等级电网的规划方案，该规划方案即为此类区域的典型供电模式。
3）供电模式的深度。电网规划方案可包括电网布局/结构、接线方式、供电单元以及装备等各方面，也可只包括其中一个或几个方面，可根据实际需要确定，较简单的供电模式可以只包括电网接线方式。为提高供电模式对具体规划方案的指导性，供电模式的深度宜适当向初步设计深度靠拢。
3.3模块化选择
根据划分后的各供电区域的相关指标(如经济水平、负荷水平、负荷性质、需要的电压等级等)选择相适应的供电模式。供电模式选择时，需要考虑以下几个方面：
1）电压等级。根据区域负荷水平确定该区域需要的电压等级，并在相应电压等级的供电模式中选取该区域供电模式。如某工业园区需要的最高电压等级为110kV，如果只需制定110kV电压等级电网规划方案，则直接在110kV供电模式中选取；如果需要制定110、10kV电压等级的电网规划方案，则需要对供电区域进行划分，并选择合适的110、10kV电压等级供电模式。
2）对供电可靠性、环境等方面的要求。原则上供电模式选择时需要参考同类型区域的供电模式，但由于实际情况的复杂性，可以根据供电可靠性、环境等选择与之相适应的供电模式。
3）深度和适用性。
3.4模块化应用
采用模式化规划方法进行电网规划方案制定时，包括横向规划和纵向规划2方面，即组合和优化过程。
优化过程体现在2方面：1）同一供电区内同一电压等级规划方案的优化；2）各供电区规划方案制定后，不同供电区同一电压等级规划方案的优化。前者侧重于电网布局、设备选择，后者侧重于电网结构、局部布局和个别设备选型的调整。组合过程也体现在2方面：1）不同供电区的某电压等级规划方案组合为整个规划区该电压等级的初步规划方案；2）将不同电压等级的规划方案进行组合，得到包含各电压等级的电网规划方案。前者侧重于为某电压等级优化规划提供初始条件，后者侧重于各电压等级规划成果的有机结合。
以某具有高、中、低压供电区域的电网规划方案为例说明其方案制定步骤，具体内容如下：
1）将规划区域划分为若干个低压供电区(如村)、中压供电区和高压供电区(若只需1座变电站则无需划分高压供电区)。
2）对于低压供电区，根据经济、负荷等指标选择低压供电模式，并制定各低压供电区的电网规划方案。将同一中压供电区的低压电网规划方案进行组合，即可得到低压电网规划方案。由于低压电网通常不相互联络且互供电能力低、供电范围小，一般情况下不需要进行不同区域间的规划优化。
3）对于中压供电区，根据经济、负荷等指标选择中压供电模式，并制定各中压供电区的中压电网规划方案。将同一高压供电区的中压规划方案进行组合，然后结合高压变电站布局对中压电网规划方案进行优化，优化对象主要包括各回路供电范围、线路路径、形成某种接线方式的回路(即回路间联络)等，最后确定中压规划方案。
4）对于高压供电区，根据经济、负荷等指标选择高压供电模式，并制定各高压供电区的高压电网规划方案，然后结合上级电网规划方案对高压电网规划方案进行优化，优化对象主要包括各变电站供电范围、高压电网结构、高压线路路径等，确定高压电网规划方案。
5）根据高压电网规划方案对中压电网规划方案进行优化调整，确定中压电网最终规划方案，最后将低压网规划方案、中压网规划方案、高压网规划进行组合，即得到包含了各电压等级的电网规划方案。
3总结与展望
1）与早期规划模型相比，近期规划模型更加复杂，另外，新的技术经济条件对配电网规划模型影响显著。
2）模式化的电网规划设计方法能够提高规划效率，有利于标准化的电网建设，值得应用和推广。
参考文献
[1] Tang Y．Power distribution system planning with reliability modeling and optimization[J]．IEEE Trans on Power System，1996，11(1)：181-189．
[2]王赛一，王成山．基于多目标模型的城市中压配电网络规划[J]．中国电力，2006，39(11)：46-50．
[3]孔涛，程浩忠，许童羽．基于组件式 GIS 网络分析与多目标遗传算法的城市中压配电网规划[J]．中国电机工程学报，2008，28(19)：49-55．
[4]中国电力科学研究院．新农村典型供电模式方案研究报告[R]．北京：中国电力科学研究院，2008．
[5]孔涛，程浩忠，李钢，等．配电网规划研究综述[J]．电网技术，2009，33(19)：92-99．
作者简介：李少勤（1970年7—），男，高级工程师，研究生学历。工作单位：内蒙古电力（集团）有效责任公司乌兰察布电业局
论文作者:李少勤
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：电网论文; 方案论文; 配电网论文; 电压论文; 模式论文; 区域论文; 可靠性论文; 《电力设备》2016年第15期论文;