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面向供电质量提高的城市电网专项规划研究

刘洪  
【摘要】: 配电系统是发输电系统与用户之间连接的纽带,无论对发输电系统的安全稳定运行,还是对用户的高质量供电,均具有非常重要的意义。以往我国对配电系统重视程度不高,导致了配电系统在供电的诸多环节都相当薄弱,严重影响了系统的供电质量。据美国电力科学研究院预测,未来电网中有超过60%用户的可靠性需求将高于99.9999%,而可靠性需求为99.9999999%的用户也将达到10%。由此可见,高质量供电是电网发展的必然目标。近年来,我国广泛开展了配电网络规划,相关规划理论和方法也已得到深入研究,但全面满足各类用户的供电需求,不仅需要开展传统的以优化网架结构为目标的配电网络规划研究,更应该开展面向供电质量提高的无功、可靠性等专项规划研究。因此,本文根据国内电力行业的实际需要,将配电网无功优化规划、有载调压配置优化、配电网可靠性规划作为研究重点,并应用粒子群算法、遗传算法、模糊均值聚类和灵敏度等理论,提出了一系列优化规划方法。 (1)根据目前无功优化中解决不等式约束时所采用惩罚函数的软约束方法不能完全满足电压和功率因数要求的问题,提出了一种将边界约束与可调节变量进行“九宫”调节的硬约束调节策略,并在粒子群算法中引入离散化和混沌序列两项常规改进措施,使得新形成的改进粒子群优化算法能够适应电压和无功调节的阶跃性并有效避免陷入局部最优。通过IEEE标准节点系统和某地区实际电网的计算分析,表明该算法在寻优速度、寻优质量等方面均具有很好的效果,可以满足电网工作人员的实际应用。 (2)针对无功规划工作缺乏完备的理论指导,致使当前城市配电网无功补偿设备配置普遍存在着分组不合理、投入效率低等情况,提出了一套系统的配电网无功规划方法。其中,面对配电网规模庞大、逐站逐线计算可行性低的问题,制定了“整体-部分-整体”的解决思路,并应用模糊C均值聚类将规模庞大的配电网按负荷特性等因素分解为若干区域;在利用灵敏度矩阵确定最佳线路无功补偿点位置的基础上,结合最优网损模型和最小年费用模型,建立了配电网无功规划的数学模型;采用改进粒子群优化算法将各类无功补偿设备进行整体优化,并将配置结果推广至整个区域。算例表明,利用该方法规划的配电网无功配置方案能够在满足电网运行的基础上尽量减少投资,并且所形成的配置结论具有很强的实用性。 (3)沿用配电网无功规划的解决思路,结合某区域电网的实际情况,提出了一套有载调压优化研究方法。该方法利用灵敏度理论求解无功薄弱点,并将其与变电站所处位置等因素相结合,确定有载调压优化分析的典型变电站,进而利用上述改进粒子群优化算法,对各220kV和110(35)kV典型变电站的主变压器进行有载调压和无载调压的技术经济比较,通过对典型站的综合分析形成可用于各电压等级变电站有载调压优化配置的若干实用结论。 (4)针对配电网供电可靠性影响因素众多、难以进行分析和规划的问题,制定了可靠性规划思路,并定义了供电可靠性影响因素体系作为现状薄弱点分析的依据;为保证规划方案的科学性和合理性,提出了结合项目间复杂关系、以可能的最大投资额度为约束、所能达到的可靠率为目标的项目组合优选算法。算例分析表明,该方法能在我国目前现状薄弱点较多、建设改造资金有限的客观条件下得到良好的规划方案,从而为供电可靠性的提升提供实际支持。


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