現(xiàn)代配電網(wǎng)分析9

現(xiàn)代配電系統(tǒng)分析

任課老師：劉道兵9.1概述配電系統(tǒng)通常存在的兩類開關(guān)聯(lián)絡(luò)開關(guān)——常開；分段開關(guān)——常閉；——所起的作用故障隔離和故障恢復；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)——配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個有效手段。

——通過切換聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)的分/合狀態(tài)來改變配電網(wǎng)絡(luò)拓撲，以在饋線或變電站之間轉(zhuǎn)移負荷，從而影響網(wǎng)絡(luò)中的功率流動，最終達到網(wǎng)絡(luò)運行優(yōu)化的目的?！潆娋W(wǎng)絡(luò)重組9.2配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題描述1.目標函數(shù)和約束1）目標

①有功（功率、能量）損耗的最小化；②系統(tǒng)負荷平衡化；③提高系統(tǒng)可靠性；④提高電壓水平（電能質(zhì)量），⑤綜合目標，等。①有功（功率、能量）損耗的最小化

9.2配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題描述1.目標函數(shù)和約束（續(xù)）

②系統(tǒng)負荷平衡化范數(shù)║·║可取兩種：①1-范數(shù)：

②2-范數(shù)：9.2配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題描述1.目標函數(shù)和約束（續(xù)）

③提高系統(tǒng)可靠性

minαrel

αrel為配電系統(tǒng)可靠性指標，如：SAIFI、SAIDI等。④提高系統(tǒng)電壓水平⑤綜合目標如網(wǎng)損和負荷平衡：

9.2配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題描述1.目標函數(shù)和約束（續(xù)）2）約束

①網(wǎng)絡(luò)拓撲約束

gk

G

gk為重構(gòu)后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，G為所有可行的輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的集合。②潮流約束Sk-1=Sk

+SLk③運行約束節(jié)點電壓約束：

Ukmin

Uk

Ukmax

支路電流約束：

Ik

Ikmax

9.2配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題描述2.配電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題的復雜性和難點1）復雜性

配電網(wǎng)絡(luò)拓撲對應于圖論中的支撐樹；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是尋找滿足系統(tǒng)約束（等式和不等式）的最小支撐（生成）樹——混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題；通過改變開關(guān)（分段和聯(lián)絡(luò)）的分合狀態(tài)來改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，而遍歷所有開關(guān)分合狀態(tài)空間是一個組合爆炸問題。2）難點①配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)一般用在故障恢復之后，有實時性要求。②能夠處理三相不平衡問題；③能夠處理信息的不確定性；④能兼顧計算速度和尋優(yōu)質(zhì)量。

9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法主要有：①解析類方法；②啟發(fā)式方法；③隨機優(yōu)化方法；④智能化方法；⑤綜合的方法，等。配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是在輸電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的基礎(chǔ)上（三相平衡條件下）考慮了配電系統(tǒng)的三相不平衡狀況和不確定信息，做相應的針對性處理。1.解析方法

思想：①采用分支–界定分析方法；②混合整數(shù)規(guī)劃連續(xù)變量的非線性規(guī)劃（忽略不等式約束）

評價：①計算模型誤差較大；②計算量過大。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法2.啟發(fā)式方法

降損思想：通過負荷分配，實現(xiàn)功率在線路上的均勻化；

啟發(fā)規(guī)則：①負荷從打開開關(guān)的低壓側(cè)轉(zhuǎn)移到高壓側(cè)；②開關(guān)打開后有較大壓降，降損才有可能。

啟發(fā)方法：①支路交換法；②最優(yōu)流模式法。1）支路交換法（又名：開關(guān)交換法）：

思想基礎(chǔ)：配電網(wǎng)保持輻射結(jié)構(gòu)使得：閉合一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)后須打開一個分段開關(guān)，這兩個開關(guān)組成開關(guān)選擇對；開關(guān)交換操作，相當于交換支撐數(shù)中的一條樹支和連支，從而形成新的最小支撐樹；候選開關(guān)對（對應于可行的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）的數(shù)量龐大，通常采用啟發(fā)式規(guī)則并對目標函數(shù)近似計算。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法1）支路交換法（續(xù)）啟發(fā)式規(guī)則：只有聯(lián)絡(luò)開關(guān)的兩端明顯存在電壓差，且負荷從聯(lián)絡(luò)開關(guān)的低壓側(cè)向高壓側(cè)轉(zhuǎn)移時才可能導致網(wǎng)損減小。搜尋技術(shù)：中心距離技術(shù)網(wǎng)損變化的計算方法①精確潮流求解；②近似求解。選擇拉開的開關(guān)應使得電流分布：9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法2）最優(yōu)流模式法最優(yōu)流模式——能夠使系統(tǒng)有功功率損耗最小的支路電流的集合；寫成拉格朗日乘子形式：9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法2）最優(yōu)流模式法(續(xù))對Ib偏微分，得：系統(tǒng)上的所有支路相加，有：顯然式子含義：KVL對環(huán)網(wǎng)中的支路阻抗僅以電阻代替時的應用。結(jié)論：最優(yōu)流模式的支路電流可以通過利用KCL和KVL求解一個各條支路的阻抗僅以其電阻代替的純電阻網(wǎng)絡(luò)來得到。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法2）最優(yōu)流模式法(續(xù))

實現(xiàn)過程①閉合所有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，對形成的弱環(huán)網(wǎng)進行潮流計算，并將負荷轉(zhuǎn)換成節(jié)點注入電流；②以網(wǎng)絡(luò)支路電阻代替支路阻抗，計算配電網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)流模式；③在最優(yōu)模式中選擇支路電流最小的開關(guān)予以打開；④重新計算網(wǎng)絡(luò)潮流，并根據(jù)電壓將負荷轉(zhuǎn)換成節(jié)點注入電流，計算最優(yōu)流模式，選擇最優(yōu)流模式中最小電流支路開關(guān)打開，重復這一個過程直到配電網(wǎng)絡(luò)恢復輻射狀結(jié)構(gòu)。算法流程：P155。

后續(xù)研究①一次閉合一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)后就進行最優(yōu)模式計算和開關(guān)選擇；②一次閉合一個聯(lián)絡(luò)開關(guān)后預估打開環(huán)路上各個開關(guān)所對應的網(wǎng)損，選擇網(wǎng)損最小所對應的開關(guān)。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法3.隨機優(yōu)化方法隨機優(yōu)化方法很多，如：退火算法，遺傳算法等。1）模擬退火算法——求解大規(guī)模組合優(yōu)化的方法，模擬柜體退火過程：在冷卻過程中，固體內(nèi)部粒子從無序到有序，直至常溫下的基態(tài)。

參數(shù):（t,t,L,S）——L為t所對應的迭代次數(shù)；S為終止準則。

接受準則：

ifP(C,T)>randon[0,1)，接受；

else放棄。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法3.隨機優(yōu)化方法（續(xù)）模擬退火算法在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中的應用

（1）解空間——配電網(wǎng)絡(luò)中所有開關(guān)的開合組合所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的集合；（2）目標函數(shù)——有功損耗、負荷均衡、供電可靠性等。（3）約束——拓撲約束+負荷約束+運行約束；（4）新解的產(chǎn)生——在聯(lián)絡(luò)開關(guān)中隨機產(chǎn)生一個開關(guān)合閘；在新形成的環(huán)路中隨機產(chǎn)生一個分段開關(guān)分閘；（5）終止準則——①解若干次未改變；②t下降到一定到小于；

記憶的模擬退火算法——增加一個記憶器，記錄整個搜索過程的最優(yōu)解，以提高解的質(zhì)量和搜索速度。9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法3.隨機優(yōu)化方法（續(xù)）

2）遺傳算法——借鑒生物界自然選擇和遺傳機制的并行、隨機、自適應搜索方法；（1）染色體編碼和初始種群目標函數(shù)

編碼：聯(lián)絡(luò)-分段開關(guān)對，如（T1,S1）,,（Tn,Sn）；

初始種群：隨機產(chǎn)生。（2）適應度評價——目標函數(shù)；（3）遺傳操作①選擇與復制（輪盤賭）；②交叉（交叉概率）；③變異；（4）終止準則——①解若干次未改變；②最大代數(shù)M

；

9.3配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法3.人工智能方法

人工智能方法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等