电力市场环境下基于交换法的配电网重构方法研究

高苏州，韦耀

（国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，江苏 宿迁 223800）

在电力市场环境下，配电网络重构不仅对平衡负荷、提高供电电压质量有显著作用，而且可以降低线路损耗、提高整个网络运行的经济性和可靠性。目前常用的配电网络重构算法主要包括：最优流算法、开关交换法、数学优化算法和AI算法等。

数学优化理论算法是最早被使用的重构算法之一，该方法是将数学优化原理运用在配电网中，将网络重构问题转化为网络优化问题，利用该方法可以得到与配电网初始运行状态无关的最优解，但是该方法随着配电网络的增大，计算时间将显著增加；最优流模式算法是把开关的组合问题等效为潮流计算问题，并以功率损耗最小为目标函数，使复杂问题得到简化，但也存在着和数学优化理论算法同样的不足；开关交换法以网络潮流为基础，通过联络开关和负荷开关的开合，形成不同的配电网拓扑，从而实现故障状态/计划停电下的负荷转移，达到配电网潮流的最优控制。人工智能算法通过仿效生物处理模式，通过对意识、思维的信息过程模拟，将复杂问题采用生物思维的方式进行简化，可以迅速有效的解决应用问题，主要包括：遗传算法、人工神经网络、专家系统等，但这些智能算法都存在结果收敛困难或收敛到局部最优的问题。因此，本文提出基于改进的开关交换法的配电网重构方法。

1 配电网网络重构

1.1 网络重构的理论

目前配电网均采用闭环设计，通过线路之间或站间设置联络开关构成闭环。在正常运行时，采用开环辐射式的运行方式，同时，通过控制联络开关的开断，可以调整网络的拓扑结构，实现不同的运行方式和潮流分布，也就重构了配电网络。

为维持系统的辐射性运行状态，联络开关在正常运行时处于断开状态，而通过闭合联络开关断开其他支路的方式，能够组成各种结构，不同的拓扑结构对应的潮流分布和线损存在差异，因此有经济运行方式的选择问题。在多种随机组合中，选择某一种运行方式，配电网的综合运行指标可以达到相对最优。

1.2 网络重构的约束条件

考虑配电网安全可靠和经济供电的情况下，配电网络重构的约束条件如下[3]：

本文以配电网络上线损最小作为目标函数进行配电网络重构，其数学表达式如下：

配网重构方法需要符合网络结构与电压水平等条件：

1.2.1 网络结构条件

网络重构之前与重构之后，网络都要符合辐射状条件，配电网中不能形成环网，用公式可以表示为：

1.2.2 负荷电压条件

网络重新组合之后，配电网各节点不出现低电压和过电压的现象，即：

其中，Ui、Uimin和Uimax分别表示节点i的电压有效值，以及电压上限与下限。

1.2.3 供电额定容量条件

网络重构之后，供电线路不超过额定容量限制，即：其中，支路i 实际的传输功率为Si，线路最大的传输容量为Simax。在现场计算时，不考虑无功输送限制，只要求有功功率Pi不超过线路额定功率Pimax。

1.3 改进的支路开关交换算法

传统的支路交换方法，每次迭代过程中，只能完成一个拓扑结构的转换。因此，需要多次进行配电网潮流计算，计算时间长、过程较为繁琐，因此采用改进的支路开关交换算法。

对于联络开关两边的2条支路可记为L 和R，则交换前支路L和R两边的近似损耗分别为：

简写为：

其中：

将式（11）和（12）带回式（7）中，得到：

又写为：

通过以上规则，可以快速确定交换之后满足网损降低的支路，同时确定最接近圆心的支路，即ΔDk最小的支路，该支路可被确定为最优交换支路。

基于改进开关交换法的配电网重构方法流程图如图1所示。

图1 算法流程图

2 算例分析

本文根据上述配电网络重构的改进开关交换算法，对IEEE标准系统实例，在Matlab上进行编程验证计算，其中IEEE标准系统实例如图2所示。

图2 IEEE标准33节点配电网络

图2 为IEEE标准配电网络，对上述算例系统进行网络重构计算，得出重构前后的联络开关的变化、有功网损如表1所示。可知，通过改进开关交换算法编程实现了配电网络重构，重构后网损降低显著，网损有重构前的360.39kW降低到238.1kW，节点电压质量也得到了一定程度的提高，重构前的最低电压标幺值为0.8585，重构后最低电压标幺值上升到了0.8965，由此可以看出，网络重构对降低系统运行网损和提高电压质量的作用明显。

表1 IEEE33节点系统重构前后的结果

3 结语

本文首先对现有的配电网络重构的几种方法进行研究，对各种算法的特性和优劣展开对比。在电力市场环境下，以线损最小为目标，对配网重构的开关交换算法进行分析，提出了基于改进开关交换法的配电网重构方法，最后采用Matlab编写了算法程序，对IEEE标准算例进行验证，得出结果与参考数据基本相同，证明了该算法的可行性。