農網網架結構管理論文

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摘要：相對于城區電網來說，農網的拓撲結構要簡單、清晰，但由于負荷對電能可靠性要求等其他原因，一般都會有小型發電廠，且通常均為小容量機組，即系統除了通過若干220kV、110kV變電所接受區域大電網電力以外，往往包括多個110kV及以下并網發電的若干電源點，從而使得電網不是單純的放射型單方向模型，需要通過建立數學模型來確立電源點的建設和系統接線方式。

關鍵詞：農網網架結構優化

1農網高壓配電網結構特點

相對于城區電網來說，農網的拓撲結構要簡單、清晰，但由于負荷對電能可靠性要求等其他原因，一般都會有小型發電廠，且通常均為小容量機組，即系統除了通過若干220kV、110kV變電所接受區域大電網電力以外，往往包括多個110kV及以下并網發電的若干電源點，從而使得電網不是單純的放射型單方向模型，需要通過建立數學模型來確立電源點的建設和系統接線方式。

2農網網架結構優化方法的選擇

2.1網架結構優化的一般方法

負荷預測是電力系統規劃工作的基礎，在負荷預測的基礎上一般應結合區域規劃進行負荷分布分析，進而確定負荷平衡結果，即確定變電所的分布和容量規劃，在負荷預測和變電所布點確定的基礎上進行網絡優化規劃。一般來說，網絡規劃的目標是滿足系統有功負荷的最優網架設計，有靜態規劃和動態規劃之分。靜態規劃考慮的是針對某一負荷水平進行網架規劃，一般從基準年開始按年度進行，需考慮現有的網架，同時后一年的網架結構規劃需將前一年的網架設定為已有網架，因此，每規劃目標年的網架規劃既要瞻前也要顧后，做到從時間序列上的前后協調相互呼應，從而節約建設投資。但規劃設計方案的評價指標一般考慮整個規劃期的總的性能指標最優來評價方案，而且往往加入投資分析，甚至列入資金的時間價值，因而稱為動態規劃。網架規劃優化方法常用的有兩類，即啟發式方法和數學優化方法。數學最優方法是通過將電網規劃問題用數學化模型進行描述，然后采用一定的算法求解，從而獲得滿足系統要求的最優規劃方案。該類方法從理論上將可以保障方案的最優性，但一般要求得最優解需要很大的計算量。啟發式方法則是通過定義方案運行性能以及投資需求等綜合指標，根據一定規則對線路進行逐步迭代選擇直至得到滿意的最優解。該類方法難以保證方法的最優性，但計算量較數學優化方法要小，計算較為方便且便于與規劃設計人員的檢驗相結合，因而是一種更為經濟而實用的方法。

2.1.1啟發式網架優化方法

根據所確定的衡量安全性指標的不同，啟發式方法分為基于支路性能的啟發式方法和基于系統性能指標的啟發式方法。基于支路性能指標的啟發式分析方法中，線路的選擇是根據系統運行時線路功率傳輸情況來實現的，常選用的有線路是否能滿足負荷要求或者線路過負荷程度等指標；而基于系統性能指標的啟發式方法中，線路的選擇是根據線路對系統運行時整個系統的一個特定運行性能指標的影響程度來實現的，常選用的指標有系統缺負荷大小指標等對線路的逐步選擇。

基于線路指標的啟發式網架規劃方法分為逐步倒退法和逐步擴展法兩種。逐步倒退法是根據目標年數據構成一個虛擬網絡，該網絡除了已有線路以外，包括所有待選的線路，這樣，構成的就是一個冗余度很高但不經濟的網絡，然后采用潮流模型對該網絡進行分析，比較各待選線路在系統中的作用和有效性，逐步去掉有效性低的線路，直到網絡沒有冗余線路為止。而采用逐步擴展法是根據各待選線路對過負荷線路的過負荷量的消除的有效度，選擇適當的線路到現狀網絡上，直至網絡無過負荷為止。為計算各待選線路的有效度，需要進行變結構時的潮流計算。

基于支路性能指標的啟發式方法有計算簡單靈活等優點，但由于通常是獨立地考慮各待選線路的作用，無法直接體現系統充裕的大小等性能指標，而基于系統性能指標的啟發式方法則能體現系統性能指標，從而可以從整體上識別薄弱環節并充分考慮各待選線路對系統的整體影響來選擇最佳擴建線路。

2.1.2網架結構的數學優化方法

網絡優化的數學化方法可以分為確定性和不確定性兩種優化方法。傳統上采用的常常是確定的網絡優化方法，即將規劃問題表達成確定性的優化問題來進行求解。但隨著規劃的環境以及相關要求日益復雜，且負荷、設備費用、線路路徑等因素均具有不確定性，這些不確定性對電網規劃有較為顯著的影響，因而在規劃中考慮不確定性因素是必要的。按照考慮不確定性因素特征的不同，不確定網絡優化有分為隨機優化法和模糊優化法。隨機優化法常常用于事件是否發生以及發生的時刻存在不確定性的情形，而模糊優化法則常常用來處理有關事情表達不清晰的這種不確定性的情況。在通常情況下，在滿足對保障負荷電能供應的前提下，可能有多種架線方法和導線截面的選擇，要對多個方案進行比較選擇，則需要選擇目標函數，在電網規劃設計中常用到的目標函數有網架建設總投資、電能損失、維修運行費用為目標函數。由于電能的特殊性，需要考慮各種約束條件，如電壓范圍、線路的長期極限傳輸容量限制等。因此，網架優化過程實際上是目標函數與約束條件、狀態參數之間的協調處理過程。

網絡規劃法是針對網絡的拓撲特性所提出來的一種數學規劃方法，也是在線形規劃中專門處理網絡問題的一種特殊算法。數學上把圖看作節點和弧的集合，弧是連接在兩個節點之間的有向線段。在電力系統中，節點就是接受電力或者發送功率的發電廠、變電所或者負荷點，弧就是線路。這種優化網架方法在電力系統網絡優化中常用的數學模型有最少費用法、最短路徑法、費用最小最大流法等方法。

2.2農網網架結構優化方法的選擇

結合農網高壓配電網結構特點，選用支路交換法來進行這種輻射式結構的高壓配電網的優化計算較為適用。采用該方法是從一個既定的輻射式電網開始，增加一條閉合聯絡支路后使輻射型網絡變成一個閉合回路，然后將某一條支路斷開，恢復網絡的輻射型結構，并按照給定的目標函數對新構成的輻射型網絡進行計算。重復上述計算過程，直到目標函數值最好為止，對應的網絡即為所選用網絡接線。采用這種方法簡單實用，但只能達到局部最優解，對于農網來說，一般規劃年需要新建的高壓（110kV及以上）線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。一般地對于既定的系統接線，考慮到節約投資，其改建項目的實施相對于系統網損等指標來說往往是不經濟的，且由于受電壓、可靠性等電網分析計算的約束性條件的影響。在工程實際中，其高壓配電網往往是通過對新增支路，以及由于負荷的增長需要改建的線路的多個建設方案的比較，來確定規劃年內網絡結構的優化方案。在分析中，我認為需引入動態經濟比較的概念，而對于網絡優化設計方案來說，結合個人設計方案比較的經驗來看，最適用的經濟方案比較以年費用比較法較為適合。

3計算框圖設計

計算步驟一：目標函數的確定。

當新建或者改建線路對支路潮流僅是局部影響時，只需對所需考察的支路進行網損最小分析。采用最小網損作為目標函數，即函數為：

計算步驟二：先計算電網的潮流分布，再找出與本次計算相關的支路，即列出目標支路集合，交換支路前輻射型網絡網損計算。

計算步驟三：第一次支路交換后，重新進行潮流計算后，在潮流計算結果的基礎上進行支路交換后的輻射型網絡網損計算。

重復以上支路交換計算，直至得出最優結論為止。

4經濟比較方法引入網架結構優化

在電力系統規劃設計的實際應用中，單純采用以上支路交換法優化網絡接線是不夠的，應該結合經濟比較，即在對方案進行投資分析計算的基礎上進行比較，從而得出經濟的方案。常用的方案比較方法有最小費用法、凈現值法、內部收益率法、折返年限法，每種方法又可以演化成不同的表達式。最小費用法是電力系統規劃中較為普遍的方法，適用于比較效益相同或者效益基本相同，但難以具體估算的方案。最小費用法通常有以下三種不同的方案：費用現值比較法、計算期不同的現值費用比較法和年費用比較法。費用現值比較法是將各個方案基本建設期和生產運行期的全部支出費用均折算到計算期的第一年，現值低的方案是可取方案。對于不同建設期的方案則一般按照方案中計算期最短的進行計算，及計算期不同的現值費用比較法。

年費用比較法是將參加比較的諸方案計算期的全部支出折算成年費用后進行比較，費用低的方案為經濟上的優越方案。其表達式為：

在比較方案部分費用相同的情況下，可以采用只考慮有差別的費用的年費用比較法，即只考慮差別部分的費用的比較，這種方法將初始投資差額以及末期殘值差額折合為年費用或者年值，再綜合運行維護、改造等運行年需要投入的差別費用，比較即可以得出經濟最優方案。對于農網電力建設項目，筆者推薦使用這種簡化了的年費用比較法。

5總結

結合農網作為輻射型受端電網的特點，用支路交換法來進行這種輻射式結構的高壓配電網的優化計算，雖只能達到局部最優解。對于農網來說，一般規劃年需要新建的高壓線路是局部的，因而采用支路交換法可以滿足其要求。在工程實際中，其高壓配電網往往是通過對新增支路，以及由于負荷的增長需要改建的線路的多個建設方案的比較，來確定規劃年內網絡結構的優化方案。在分析中，文中引入了動態經濟比較，并提出對于農網采用有差別的年費用比較法最為適用。

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