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摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。近年来，在能源资源紧张、环保压力增大的环境下，分布式可再生能源高渗透率接入配电网成为必然趋势，种类多样的分布式电源因其出力的间歇性、随机性给配电网运行环境带来了极大影响。高渗透率分布式能源促使配电网由单向无源电网向双向有源电网转变。同时，随着先进的自动化、通讯以及现代电力电子新技术大量应用于配电网运行调控中，主动配电网成为配电网发展必然形态。本文就考虑网架重构的主动配电网运行优化展开探讨。
关键词：主动配电网；网架扩展规划；分布式电源
引言
为提升配电网运行的灵活性，配电网的通用设计中通常包含一些联络开关和一定数量相对较大的分段开关，针对这些开关运行状态的组合决策即为配电网重构，其目的是使得配电系统的一些运行指标（如电压水平、网络损耗或负载均衡率）处于正常的运行状态。配电网络重构技术常用于负载模式改变情况下的配电网络降损优化、节点电压质量提升以及改善网络支路负载率，对此国内外电力科技工作者开展了大量的研究。网络重构技术实现的目的在于满足源荷多元化实时功率平衡的网架电气支撑性能。因此，在电网运行中，若电网网架结构跟源荷功率平衡方式不匹配，电压越限、支路阻塞等问题将不可避免；为了满足限定的电网运行质量，放弃可再生能源发电或切除指定位置一定比例的负载将在所难免。
1配电网动态重构模型
DG分为可控DG和不可控DG,本文中的DG特指风电/光伏发电机组,未考虑可控DG。针对配电网重构的特点,考虑到DG与负荷的随机性和时变性,本文提出了一种多目标动态重构模型。
1.1目标函数
（1）DG出力最大。
式中:M为时段划分前的时段总数,本文为24;NDG为系统接入的DG数目;PDG,h,t为t时段第h个DG的发电功率。
（2）平均线路负载率波动值最小。
式中:Nline为系统线路总数;βl,t为第l条线路t时段的负载率,当t=0时,βl,t表示第l条线路在前一天24:00的负载率;Pl,t和Al,t分别为第l条线路t时段的线路传输功率值及容量裕度。线路潮流越重,裕度越小,其负载率波动值对电网运行影响越大。
（3）重载线路占比最小。
式中:nu,t为t时段重载的线路条数。
1.2基点功率下的约束条件
可调度同步机组（小水电机组、燃气轮机）有功基点功率上下限约束计算公式为
式中，Pg为可调度同步机组调度的基点功率。基点功率平衡约束计算公式为
式中，Pw为风电机组调度的有功出力；Pv为光伏发电系统调度的有功出力。基点模式下风电机组有功出力约束计算公式为
式中，PEw为风电机组期望的有功出力。基点模式下光伏发电系统有功出力约束计算公式为
式中，PEv为光伏发电系统期望的有功出力。网络拓扑结构约束要求配电网络在任意时段拓扑重构后网络拓扑不能出现孤岛割裂运行或者环网运行情况，计算公式为
2规划层编码方法及编码初始化
规划层优化模型中，需要生成满足配电网接线模式的网络结构，以往的规划方法中将待建线路以0-1状态表征其在方案中是否建设，但这样会再寻优过程中产生大量不可行解，影响寻优效率。本文借鉴图论中的“避圈法”思想，采用改进后的随机树生成法初始化生成相应的配电网网络结构，保证了每次产生的解是可行的，提高求解效率。主要步骤简述如下：将所有n条可建设线路编号随机排列，得到长度为n的可建设线路序列编码。（2）将所有已有线路和节点依据网架拓扑结构是否存在联络关系划分为若干子集S1,…,Sn，子集元素为该子集线路的两端节点编号。对子集进行分级，将含有以上级电网为电源的节点的子集等级设为1，不含以上级电网为电源的节点的子集等级设为0。初始子集由原始网络生成故均含有电源节点，等级为1，不含电源节点的子集会出现在网络生成过程中。（3）依照待建设线路序列编码顺序，依次判断当前序列编码代表的线路两端节点Ni、Nj与当前已存在子集的关系，对子集及当前线路进行处理。①Ni、Nj不在已有子集中，则建设该线路，并开辟新的子集Si={Ni+Nj}，新子集等级为0。②Ni、Nj只有一个存在于现有子集Si中，则建设该线路并将另一个节点加入Si，子集等级不变。③Ni、Nj存在于同一个子集Si中，则不建设该线路，避免同一馈线上形成环网。④Ni、Nj存在于不同的子集Si、Sj中，则建设该线路，并将两个子集合并成一个，合并后的子集等级为两个原有子集之和。配电网架生成过程终止判断，当所有子集中的节点数为节点总数，结束忘记生成过程，得到当前编码中需要建设的线路编号。否则，重复步骤（3）处理待建设线路序列的下一位编码。本文出于简化算例的目的，将网络接线模式设定为单联络，体现在生成配电网络时，节点子集的等级限定在小于等于2。若当前编码代表的线路建设后会导致高等级子集产生时，则不建设该线路。
3动态重构步骤
动态重构问题是一个非线性、多约束、大规模的优化组合问题,因此,本文采用先将连续过程离散化,再将其连续化的方法降低求解难度。动态重构示意图如图1所示,具体步骤如下。步骤1:构建时段内以DG出力最大为目标的静态重构模型,通过基于趋化步长自适应调整的IBFA求解,得到M个时段的DG出力及网架结构,对网架结构相同的相邻时段进行初步合并。步骤2:依据开关相似度和改进节点相似度对异构网络的网架相似性进行评价,以确定下一步要合并的时段。步骤3:提取合并时段内的所有网架作为网架优化的搜索空间,根据网架运行适应性指标对网架的优劣进行量化,选择最优网络结构作为时段合并后的网架,以保证合并时段内电网保持唯一运行方式。步骤4:重复步骤2和3,逐步确定合并时段及时段内网架结构,直到重构结果满足上述所有约束为止。
结语
传统确定性的配电网优化方法是基于可再生能源发电功率的期望值进行决策，并未考虑配电系统中可调节电源参与备用的响应机制，在上级输电网提供的备用支撑能力有限的情况下，弃风、弃光等现象在所难免。随着分布式能源大规模接入配电网络，配电网重构目前成为了实现配电网经济、优化运行的主要技术手段。
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论文作者:邵杰,李璐
论文发表刊物:《中国电业》2019年第9期
论文发表时间:2019/9/20
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