配电网规划问题与优化设计

吕文杰

国网江西上饶市广丰区供电有限责任公司 江西上饶 334600

摘要：本文精简介绍了我国配电网规划现状，以及目前普遍认可的一些配电规划的一些模型分类，提出了一些配电网规划工作中以后可能会出现的一些研究方向，已经一些建议措施。

关键词：配网规划；电力市场；地理信息

1 配电网规划的模型分类

1. 1 从时间和物理结构角度

物理结构上配电网可以被当作一个整体进行规划，也可以分成变电站和配电线路两个子系统分别规划。从时间的角度配电网规划又可建立静态和动态模型：静态模型假设规划水平年内负荷需求不变；而动态模型在长期配电网规划中，动态地考虑不同时间段的负荷变动情况，常分成若干阶段进行规划。

因此，从时间和物理结构角度，

将规划模型分为4类：

1 静态负荷子系统规划模型

2 静态负荷整体系统规划模型

3 动态负荷子系统规划模型

4 动态负荷整体系统规划模型

动态模型与静态模型相比，不仅可以解决配电变电站的位置、容量问题或配电线路路径和导线截面问题，还可以解决变电站或配电线路的新建（改建）时间问题。动态规划关键在于如何协调各时段方案，使其整体最优。上述模型一般都需考虑如下几种约束：① 电压约束；② 设备容量约束；③ 可靠性约束（若规划之后进行校验，规划时可暂不考虑）；配电网辐

射状运行约束等。

1. 2 从经济性和可靠性角度

根据对经济性和可靠性指标的不同处理方法，电网规划的数学模型可分为经济性、可靠性和综合性3类。

1 经济性模型

2 可靠性模型

3 综合性模型

上述三种模型中，经济性模型可以获得具有一定经济性价值的电网规划方案，但没有考虑可靠性成本和可靠性效益的关系。可靠性模型能够体现可靠性指标的改善与资金投入之间的关系，但其实用性较差，一般只应用于网架的局部扩展设计。综合性模型中在可靠性成本和可靠性效益取得平衡处配电网规划达到最优，提高了规划方案的综合社会效益；使电网规划的成本计算更准确，为今后在市场机制下合理地制定电价奠定了基础。但综合性模型若要准确计算缺电成本很困难。

1. 3 从单目标与多目标角度

电网规划的数学模型根据目标函数个数又可分成：单目标模型和多目标模型。

目前多目标电网规划已经取得了较大的进展，但也存在着一些问题，主要表现为：① 未能提出一个完善的多目标电网规划的数学模型；② 规划方案各目标之间关系的处理并不理想；③ 大规模、多阶段电网规划很大程度上仍存在容易产生维数灾难、局部最优、约束条件和目标函数不易处理等问题。而这些恰恰又是多目标电网规划的重点和核心所在。

1. 4 从确定性角度

传统的配电网优化规划方法是采用某环境下已“确定” 的参数，求得满足该环境约束的、相对经济指标最优的确定性方案[17 ]。但事實上由于配电网规划涉及大量的不确定性因素，如：未来负荷增长大小和位置的不确定、配电网的扩展费用的不确定等，使得现在的最优方案往往由于未来的不确定性而失去了其“最优” 的意义。如此，根据规划中是否考虑不确定性因素对结果的影响，配电网优化规划模型又可以分为确定性和不确定性两类。

2 配电网规划面对的新课题

2. 1 基于接线模式的配电网规划

通常配电网的优化规划都很注重网架辐射性约束条件[48 ]。辐射性约束其实是一种对配电网接线模式约束的简单表达。事实上配电网的接线模式种类繁多，包括：完全放射状、中介点放射状、树枝状、普通环式、手拉手环式、T 接线、4× 6接线、多网孔复杂网等多种模式。更有文献总结提出了中压配电网接线模式的系列化分类方法[49 ]。而配电网接线模式的选择不仅关系到电网建设的经济性、供电的可靠性[50 ]，还对整个电力工业和用户的发展具有重要意义。以地理信息系统（geog ra phicinforma tion sy stem，GIS）为平台，实现了辐射接线模式、多分段多联络接线模式、带开闭所接线模式的配电网架自动布局，获得了较好的效果。但配网接线模式的选择及形成是一个动态变化的过程。某一接线模式演变为另一种接线模式，如何确定边界条件，怎样进行各种动态步骤，这是一个有待研究的优化问题。

2. 2 中压配电网电压等级过渡

我国一些地区由于电力需求旺盛、负荷增长迅速且分布相对集中，导致区域负荷密度很高，在这些地区10 kV 配电电压已越来越不适应电力负荷增长的要求，甚至成为电网功率传送的瓶颈电压层；另外，配变电设备急速增长与城市用地紧张之间的矛盾也日益加剧，给配网建设带来巨大困难。20 kV相比10 kV电压等级，在输送容量、线损、电压质量、站点数目、线路通道等方面都具有明显的优点。我国目前存在一些20 kV 配电网试点区。可以预见，在不久后20 kV等级配电网将会有长足的发展。对于一个地区，从原有10 kV配电网升压过渡到20 kV配电网会是一个长期的过程，如何比较系统地、有步骤地规划变电站、开关站及相关线路的建设、割接、动态过渡，并规划新老用户的用电。使得在过渡期间及过渡完成后，配电网在经济性、可靠性、供电能力、联络强度及稳定性等各方面都能获得最好的保证，这也是一个急待研究解决的问题。

2. 3 电力市场条件下的配电网规划

随着电力市场的发展，在条件成熟时配电领域

的零售业务中也将引入自由竞争。从而传统的配电

网规划思路和方法将会有所改变。

2. 4 含分布式电源的配电网规划

分布式电源（dist ributed g eneration，DG）一般直接连接于配电系统，若大量上网，将会深刻影响配电系统的设计、运行及安全可靠性等。目前在包含DG的配电网规划中主要存在一些问题例如

（1）若大量用户采用DG提供电能，将使规划人员更难准确预测负荷的增长情况，从而影响配电网的后续规划；甚至对整个电力系统的负荷增长模式，进而电源的扩建规模及进度都会有影响。

（2）有些DG（如太阳能、风能等）的输出受自

然条件影响，具有明显的随机特性，且难以进行有效调节。有必要研究这类分布式能源随气象条件变化的规律和统计特性，建立相应的模型。

（3）DG的位置和规模对配电网的节点电压、线路潮流、短路电流、网络可靠性等会产生直接的影响。有必要对配电网中DG的位置和规模进行优化；并研究DG对配电系统可靠性的影响。

3 结语

尽管目前对配电网规划的研究已比较深入，用于求解的各种优化方法也得到了很大的发展，但由于配电网规划本身是一个非常复杂的离散、非线性、多阶段、多目标、不确定的组合优化问题，求解方法仍然存在计算速度和收敛性等问题，求解模型也还需要不断地改进，而且又面临着很多新情况的出现。所有这些在一定程度上制约了配电网规划的实用化。今后有必要结合出现的各种新情况继续从模型定义、数据表达、编码机制和寻优策略等多方面展开进一步的研究工作。

参考文献：

[1]乔大雁，秦晓辉，冯庆东.特高压交流输电线路的保护与控制[J].电力设备，2006（04）.

[2]周远翔，关志成.特、超高压输变电技术发展动态[J].高电压术，2001（02）.

[3]中国电工技术学会特高压输变电技术考察团.俄罗斯、乌克兰超、特高压输变电技术发展近况[J].电力设备，2003（02）.