配电网联络线与分段开关的协调优化配置

本科毕业设计（论文）题目：配电网分段开关和联络线的协调优化配置学生姓名：刘力宁学号：12053610专业班级：电气工程及其自动化12-6班指导教师：王艳松2016年 6月20日配电网分段开关和联络线的协调优化配置摘要分段开关和联络线的优化配置可以缩小配电网故障时的停电范围，实现非故障区域负荷的转供，减小停电损失，提高供电可靠性。

以配电网的停电损失、开关设备等值年投资、维护费用之和为目标函数，采用遗传算法对分段开关进行优化配置，得到分段开关优化方案。

在此基础上，以配电网减少的停电损失为目标函数，采用遗传算法对联络线架设位置进行优化规划，得到几种候选联络线优化规划方案，结合工程实际情况，选择最终联络线优化配置方案。

本文以工程实际配电网为算例，给出了不同故障率下的分段开关和联络线优化配置结果，比较了遗传算法中参数取值对结果的影响，并对其做了详细分析。

关键词：配电网规划；分段开关；联络线；遗传算法Optimal allocation of sectionalizing switches and tie linesin distribution networksAbstractThe optimal allocation of the sectional switches and tie lines can reduce the outage cost of distribution network fault, realize the non fault area load transfer, reduce the outage cost,and improve the reliability of power supply. Taking the outage loss of distribution network, the equivalents annual investment and maintenance costs of switching equipments as objective function, using genetic algorithm to optimize the configuration of the sectional switches, and can get the optimization scheme of sectional switches. Based on, reducing the distribution network power loss as the objective function by genetic algorithm on tie lines to set up location optimization planning, several candidate optimizations of the tie lines planning, combined with the actual situation of the project and eventually tie lines configuration optimization scheme selection. This paper according to the engineering practice of distribution network as an illustration, gives the results under different fault rate, comparing the effect of the parameters of the genetic algorithm, and makes a detailed analysis.Keywords：Distribution network planning；Sectionalizing switches；Tie lines；Genetic algorithm目录第1章引言 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题的研究现状 (2)第2章配电网数学模型的建立 (3)2.1 分段开关优化配置数学模型 (3)2.1.1 开关设备投资与运行费用 (3)2.1.2 停电损失计算 (3)2.2 联络线优化配置数学模型 (5)第3章遗传算法 (7)3.1 编码 (7)3.2 适应度的计算 (9)3.3 遗传操作 (9)3.3.1 选择 (10)3.3.2 交叉 (10)3.3.2 变异 (11)3.4 遗传算法基本参数 (11)3.5 遗传算法流程图 (11)第4章算例结果分析与讨论 (13)4.1 算例要求及参数 (13)4.2 分段开关优化结果分析 (15)4.2.1 遗传算法不同参数对结果影响分析 (15)4.2.2 不同故障率结果分析 (18)4.3 联络线优化结果分析 (21)4.4 综合结果分析 (21)第5章结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)附录A 算例系统拓扑结构图 (26)附录B 算例停电损失计算流程图 (28)第1章引言配电网是由架空线、杆塔、电缆、隔离开关、配电变压器、无功补偿器及一些附属设施组成的，在电力网中起分配电能的网络[1]。

配电网按电压等级来分类，可分为低压配电网、中压配电网和高压配电网；按供电区功能来分类，可分为工厂配电网，城市配电网和农村配电网[2]。

配电网在电力系统中起着分配电能的作用，与我们日常生活与工作息息相关。

据国外有关部门统计，80%的用户停电原因来自于配电系统。

过去，由于我国经济与技术的落后，辐射状网架结构是配电网的主要结构，而且分段开关极少或不安装分段开关，所以供电可靠性低。

近年来，我们国家开展了城乡配电网的改造工程，其中重要一项就是合理配置分段开关和架设联络线。

合理配置分段开关与联络线可以显著提高供电可靠性，大幅度降低停电损失。

因此，对分段开关安放位置的优化与联络线合理的架设，是配电网规划的一个重要课题。

分段开关的优化配置是一个非线性、离散-连续混合、不可微的组合优化问题[3]。

对于分段开关安放位置的优化以分段开关年投资费用、年运行维护费用和用户停电损失之和作为目标函数。

采用遗传算法，经过若干代之后，目标函数最低的作为分段开关安放位置。

再此基础上架设联络线，以减少的停电损失与联络线成本作为目标函数，也采用遗传算法，经过若干代之后，目标函数最高的作为联络线的架设方案。

最后，对结果进行分析。

1.1课题的研究背景改革开放以来随着中国经济的高速发展，人们的用电负荷也高速增长，然而有很多地区的配电网仍然存在供电能力不足的问题，供电可靠性也不高。

工厂由于网架故障停电时，对企业来说是巨大的经济损失，也是很大的安全隐患。

本文所述的配电网分段开关和联络线的协调优化配置是解决这一问题的有效方法之一。

因此，这一课题既有理论研究意义，又有很高的实用价值。

国家能源局近日发布了《配电网建设改造行动计划（2015—2020年）》，该计划的目的是为了加速配电网建设与改造，促进经济发展。

国家将会逐渐加大对配电网资金的投入，从2015年起的今后5年内，将拿出2万亿元用于配电网建设与改造。

进入21世纪后，石油、煤炭和木材等资源正逐渐枯竭，环境污染问题日趋严重，这导致人们对电能的依赖也越来越强。

同时，人们对电能质量的要求也越来越高。

我国地域广大，幅员辽阔，各地区经济发展不平衡，城乡发展不平衡，供电质量也千差万别。

我国想要继续高速发展那就必须加快对配电网的建设与改造，这不但能够发展国民经济，也能提高居民生活质量。

优化配置分段开关能够大幅度减少停电损失，提高供电可靠性，架设联络线也能提高系统可靠性，使停电损失进一步降低。

合理安放分布式电源也能起到联络线的作用，而且还可以利用风能、太阳能等环保可再生能源，这是未来配电网发展的重要方向。

《配电网建设改造行动计划（2015—2020年）》中提到，到2020年我国配电网将得到极大改善，中心城市供电可靠率将达到99.99%，用户年停电时间将不超过1小时，供电质量达到国际先进水平。

城镇地区供电可靠率也将达到99.88%，用户年停电时间将不超过10小时[4]。

合理配置分段开关与架设联络线是配电网改造的重要措施，也是当前研究的重要课题。

1.2 课题的研究现状优化配置配电网分段开关与联络线一直是国内外研究的热点。

分段开关优化配置属于连续、离散混合的非线性优化问题，用传统的数学优化方法常常难以实现。

同时配电网分段开关与联络线的优化是组合优化的难题，计算量也非常大。

目前的模型往往在算法的收敛速度和全局的最优性不能兼顾。

分段开关优化配置常用的求解方法主要有简单分段算法、Tabu搜索算法、随机搜索算法、动态规划算法、位置交换算法和其他一些方法[5]。

在解决实际问题时，首先应根据配置要求写出目标函数。

优化开关的不同算法各有特点，都有其适用的场合，想要兼顾运算速率与运算精度，可以综合几种不同的算法，取长补短，相互配合。

当前优化配置开关主要采用的是静态建模，即不考虑扰动，为了与实际更加相符，可考虑动态因素(如负荷变化等)对模型的影响，使模型更贴合实际。

对于配电网分段开关和联络线的协调优化配置可分两阶段对配电网进行规划，即主网架模型规划和联络线模型规划，这种规划方法的优点是更切合实际运行。

正常时联络线是不起作用的，网架开环运行，只有在停电时联络线才发挥转移负荷的作用。

考虑联络线的规划方法与传统规划方法相比能提高供电可靠性、减少停电损失。

第2章 配电网规划数学模型的建立2.1 分段开关优化配置数学模型配电网规划的最优方案就是投资收益率最高的方案，通常在已有配电网网架基础上进行改造与建设，可以不考虑新增配电线路的投入。

配置分段开关可以缩小故障区间，减少停电损失。

因此，本文讨论的对配电网分段开关优化配置的目标函数为开关设备年等值投入、年维护费用与停电损失之和。

即目标函数为：m i n ()s m Cg C C C =++ (2-1)式中：Cg 为目标函数值；C 为停电损失费用；C s 为分段开关投资的等年值费用；C m 为设备年运行维护费用。

2.1.1 开关设备投资与维护费用馈电线路安装分段开关的数目一定，投资维护费用折算到等年值费用。

分段开关对应投资的等年值费用C s 可表示为：+=+-(1)(1)1ps p q q C NC i (2-2) 式中：C s 分段开关总投资对应的等年值费用；N 为分段开关个数；C 为分段开关市场价格；q 为年贴现率；p 为设备运行寿命；i 为电力行业回收率。

设备运行维护费用C m 可表示为：=m s C C H (2-3)式中：C s 为公式(2-2)开关设备总投资；H 为运行费用占总投资的比例。