基于最优化理论的配电网规划综合评价方法研究.pdf

第 卷湖北师范大学学报(自然科学版)第 期 ()基于最优化理论的配电网规划综合评价方法研究胡 非詹习生涂 建高红亮(湖北师范大学 电气工程与自动化学院湖北 黄石)摘要:配电网电压等级较低重视程度不够长期以来忽视配电网的规划配电网规划过程中相关技术问题逐渐显露出来 为了解决配电网规划中出现的技术问题亟需建立科学的综合评价方法这具有极其重要的前瞻性和现实意义 主要研究了评估指标体系、权重体系和评估标准体系提出了具有实践可行性的指标体系将这种指标体系应用于规划前后的配电网当中取得了良好的效果关键词:最优化理论指标体系配电网综合评价中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.引言目前对配电网进行系统地分析与评价主要采用两种方法:一是配电网分析与评价的指标体系二是自主开发的评价方法指标体系 配电网的评价指标和评价体系是在对配电网目前状态的分析和配电网在未来发展的规划基础上而产生的 规划者只是简单地列出电网的一些数据根据实际生产经验分析问题评估电网的故障并提出相应的解决措施 这种配电网评估方法侧重于对单一指标的分析如可靠性、成本效益、性能质量等鉴于传统配电网规划评价方法的不足本文从众多指标体系中选取供电安全性、供电可靠性、经济性、适应性和协调性五类指标对电网进行综合评价并考虑城市特点以及负荷特性对各个指标权重的影响大小并对其进行指标权重的赋值同时简要说明了构建指标体系和指标权重的方法以及如何对电网进行综合研究方法的研究 最后以某一社区的实际配电网情况为案例对目前的电网和规划以后重新建构的电网进行了综合全面的评价打分从而全面地检验了该评价指标体系合理性和正确性 配电网综合评价的基本理论.综合评价步骤综合评估的核心是指系统地、分层次地对单个指标进行分析 在合理评价和规划分类的基础上形成一套完整的评价体系和研究方法综合评价分为两个主要步骤即评价指标的设置阶段和评估的实施阶段.评价指标设置进行评价指标权重分析时需要研究城市特点和负荷对电网结构的影响 一个城市采用什么样的网络架构取决于地理位置和负载特性而如何进行城市配电网规划则需要考虑评价指标选择和指标权重的设定两方面问题收稿日期:基金项目:年度湖北省教育厅科学技术研究项目(号)年湖北省自然科学基金面上项目()作者简介:胡非()男湖北黄冈人高级工程师硕士研究方向为电力系统规划.)评价指标选择 选择合适的评价指标首先需要对电网规划的特点、评价目的有一个清晰的认识应该选择能够全面准确反映当地电网实际运行情况的指标 在通常情况下要选择合适、恰当的且与电网的特点相匹配的指标切不可不加分析地选择全部的指标)指标权重的设定 评价指标体系不但能够明确各个指标之间的上、下级关系还可以指出各个指标之间的重要程度 将指标的权重采用归一化向量进行表示通过权重的大小来衡量指标在某些方面的相对重要性 例如有两个指标参与比较若两者重要性相同权重相同则可用矢量.来表示若前者重要性高于后者前者的权重值比后者大则可用矢量.来表示当指标数量不同测量方法也不同前者权重往往由专家直接确定而后者则需要相互比较但同时还需要考虑城市发展水平、负荷特征和用户构成等“适应性”的比重在城市处于中期发展阶段时要比城市发展初期更大 配电网综合评价指标体系.理论基础配电网各评价指标的选取需要考虑两点因素:一方面要尽量符合实际情况另一方面要考虑指标体系的可用性、指标计算方法的科学性和适用范围 评价指标需要满足以下要求:)系统性:为了能够反映配电网的本质特征以及整体性能指标体系应力求全面、准确、客观且层次分明、结构合理)独立性:各指标涵义明确彼此互不重叠不存在因果关系)实用性:指标体系针对性强能够反映配电网的整体情况评价者可据此得到较为实用性的结论以便指导配电网的建设.指标分类该评价体系从供电安全性、供电可靠性、经济性、适应性以及协调性五个指标进行评价如图 所示对每一个指标进行了详细的阐述图 电网规划评价指标体系网络规划的优缺点可以通过图 中的供电安全性等五个一级指标来衡量 每个一级指标之下均包含数个二级指标对于供电安全性指标来说由于电网规划属于电网建设前期工作缺乏运行及其监测的相关数据不能使用电网运行参数来反映规划期间电网的安全性水平而需要参照电网的结构进行归类分析 类似的对于经济性指标需要充分考虑当地政策和投资收益.配置方法在充分了解并考虑到社会经济发展程度、产业结构、气候等客观因素之后恰当地设置城市电网的评价指标 以此为基础对电网规划的具体环节进行优化 对于真实的配电网系统来说社会经济水平、气候变化等会对系统负荷带来影响因此必须加以考虑 电网规划评价指标的设定就是指:针对配电网系统的实际负荷特性提出一套合适的评价指标标准且对于不同的指标在不同规划阶段赋予的权重不同 合理设置电网规划评估指标标准有利于提高电网规划水平 各项指标在不同阶段所占比例大小如表 所示表 各项指标分类因素城市发展阶段 初期中期 饱和期负荷变化特征 平缓一般 剧烈气候与气温 良好一般 较差区域级别 一级二级 三级供电安全性供电可靠性经济性适应性协调性)表示权重较小表示权重一般表示权重较大)在负荷变化特征中“平缓”表示负荷变化不明显“剧烈”主要是指当年全年的负荷增长非常明显 根据调查的结果显示在夏季或冬季的某个日期最大负荷高于整个全年的平均数“一般”指负荷的变动特性处于“平缓”与“剧烈”之间)对于气候与气温因素来说年平均温度波动小则称之为“良好”全年气候变化较大则称为“一般”更严重恶劣的天气成为“剧烈”)区域层面是指一个区域的重要性“一级”是指一个非常重要的级别“二级”是指一个地区的重要性意思层次一般“三级”意思层次级别很低 算例分析.社区简介已知某区域加入规划的土地总面积为 公顷其中居民房的面积为 公顷商业金融建筑用地的面积为 公顷、行政事务处的面积为 公顷、办公区的面积为 公顷、教育和科学技术用地的面积分别为 公顷和 公顷 住宅区域内现有 变电站编号为 变电站编号为 变电站编号为.以电缆供电为主架空网络为辅其次电缆网络采用“”连接架空线路采用多分段多联络的方式.该地区负荷增长情况 年该地区国民经济年均增长速度达到 负荷增长情况见表 从表中可以看出该地区居民用电量从.万 涨到.万 每年大约增加.非生活用电量从.万 涨到到.万 每年增加.商业用电量从.万 涨到到.万 每年增长速度为.非普通工业从.万 涨到到.万 而工业用电量从 万 涨长到 万.表 年该地区负荷增长情况(万)类型居民生活.非居民生活.商业.非普通工业.工业该地区工业制造中的用电总量占比排名第一并保持了稳步的发展(表)非常规居民和商业的用电数目虽少但是这一年的经济发展速度迅猛表 总用电负荷(万)类型总用电负荷.社会用电量可以用弹性预测法其计算方法指:假定国民生产总值用 来表示用电量为函数 ()可求导在此种情况下弹性系数 可以表示为:()依据已知信息当 时则可以反映得出我国电力系统在全球范围内的发展速度远远高于国民经济的增长速度反之若 则可以直接反映我们的电力系统在全球范围内的发展速度远远低于国民经济经实践中的验证分析当 .时电力系统的建设和发展基本上已经能够完全满足我们人民日常生活的基本要求因此当在.之间最合适结合负荷增长特性可得出如下结论:)计算出该地区 年该地区用电量平均增长速度为.)根据公式()计算出电力弹性指数为 ./.)若 年国民经济年均增长速度预测达到 则可得到 年用电量预测结果为.得到更加准确的负荷水平预测结果以指导规划体系的顺利推进.优化方案优化方案是指以现有网络为基础与已知网络扩展的实际情况相结合对现有电网进行优化的方式 维持先前规模的有 变电站 变电站现有规模为 .变电站改造规模为 变电站改造规模为 .具体项目情况见表 具体投资金额视实际情况而定表 配电网规划方案评估设备单价(万元/座)数量(座、)费用(万元)型站改加强型 型站改 型站 .总计.指标权重设置已知该地区的规划条件社区处于城市发展建设的中期阶段以教育科研、商业办公、生活居住为主 上述的指标权重可以来衡量评估体系中的评估权重由于“适应性”要求最高、“经济性”要求其次、“协调性”要求相对较低 故“适应性”的权重最大设为.“经济性”的权重设为.“安全性”“可靠性”“协调性”的权重相对较小均设为.指标权重设置情况如表 所示表 指标权重设置评价层一级指标二级指标配电网综合指标体系供电安全性(.)通过率(.)平均负荷损失率(.)最大负荷损失率(.)供电可靠性(.)系统平均停电持续时间(.)系统平均停电频率(.)用户平均停电持续时间(.)系统平均供电可用度(.)经济性(.)运行经济性(.)建设经济性(.)适应性(.)资源裕度(.)供电能力裕度(.)电网扩展裕度(.)协调性(.)配电网中压等级供电能力协调性(.)负载均衡度(.).规划方案评价电网建设的具体情况依据单项指标的评分得到了反映但我国电网建设的整体现实并不能依据这一评价结果而得到有效说明 逐层向上的方法可以有效地计算出整个电网的综合评价计算公式为:()()()()第 层某属性()的评分是()为属性()的 层子属性个数()为()的 层子属性 的评分()为子属性 的权重总体估计值与电网的整体情况成正比上层指标是由下层指标的得分情况与该指标权重之和得到例如:供电可靠性指标包含系统平均停电持续时间、停电频率、供电可用度以及用户平均停电持续时间指标分别为、权重分别为、.则供电可靠性指标为:.而最后的综合评价分数则由这个公式依次向上迭代得出现状电网及规划方案后数据对比如表 所示:表 规划前后数据对比分类数据名称清单单位现状网优化后供电安全性 通过率 最大负荷损失率 平均负荷损失率供电可靠性系统平均停电持续时间/.系统平均停电频率.用户平均停电持续时间(小时/年).系统平均供电可用度.经济性运行经济性.建设经济性适应性资源裕度.供电能力裕度.电网扩展裕度协调性 出线负载均衡度.配电网中压等级供电协调能力.规划前后得分情况对比如表 所示:表 规划前后打分对比分类数据名称清单现状网二级 一级 优化后二级 一级 供电安全性 通过率 最大负荷损失率 平均负荷损失率供电可靠性系统平均停电持续时间系统平均供电可用度用户平均停电持续时间系统平均供电可用度经济性运行经济性建设经济性适应性资源裕度供电能力裕度.电网扩展裕度协调性 出线负载均衡度配电网中压等级供电协调能力 计算各项指标得分情况:从二级指标计算出来得到一级指标的分数再乘以一级指标的对应权重加权得到综合得分如表 所示.)供电安全性:现状电网:.改造后:.)供电可靠性:现状电网:.改造后:.)经济性:现状电网:.改造后:.)适应性:现状电网:.改造后:.)协调性:现状电网:.改造后:.综合指标分数为:)现状电网:.)改造后电网:.由此可见经过合理的改造后近期规划方案已经有了明显改善用 软件仿真指标情况对比如图 所示:图 各个指标得分对比从柱状图可以得出如下结论:)改造前后“”的通过率指标为 根据上表此时得分也就均为 分)经济效益、适应性和协调性相对于安全性、可靠性有了比较显著的改进)供电安全性、供电可靠性、经济性指标现状电网有较不错的得分情况但对比下规划后电网有了显著的提高)最重要的适应性指标在以前得分情况 分以下改造后此项得分达到了 分这个突破对电网的适应性有不错的改进)协调性指标也从 分达到了 分从协调性的角度上对电网的改进也有重大突破根据公式()可算出现状电网综合得分为.而改进后电网的方案综合评价分数以上升到.这说明了指标规划具有一定的合理性同时适应性和协调性在原有基础上也有了明显的提高 结论本文以一个社区的配电网的实际情况针对该社区配电网现状提出了使用最优化理论进行配电网规划的方案给出了具体的规划步骤并对其进行评估和比较 最后对网络规划体系的正确性和合理性进行实践上的检验所得出的具体的结论和指标希望对今后的研究工作能起到一定的指导作用参考文献:肖 峻 罗凤章 王成山.电网规划综合评判决策系统的设计与应用.电网技术():.肖 白 郭 蓓.配电网规划研究综述与展望.电力自动化设备 ():.杨新法 苏 剑 吕志鹏等.微电网技术综述.中国电机工程学报 ():.国家电网公司./.城市配电网运行水平和供电能力评估导则.张文秀 王 林 宋人杰等.基于云模型的配电网综合评价方法.计算机工程与设计 ():.周小波 苏卫华.配电网供电能力评估系统的开发与研究.供用电 ():.邢海军 程浩忠 张沈习等.主动配电网规划研究综述.电网技术 ():.陈 健 刘玉田 张 文等.基于博弈论的配电网中多级微电网优化配置分析.电力系统自动化 ():.():.: