配电网主馈线分段开关优化配置的新方法

配电网主馈线分段开关优化配置的新方法

a new method to optimize the sectional switches on main

feeder of the distribution network

曹伟，姚建刚

Cao Wei, Yao Jiangang

(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410082)

(the college of Electric and Information Engineering of Hunan University, Hunan Changsha

410082)

摘要：配网分段开关的优化配置是一个要同时考虑技术性、可靠性和经济性的非线性整数规划问题。针对这个问题，提出一种在原有网架与开关的基础上，确定分段开关最佳新增数量和安装位置的规划方法。该方法的目标函数综合考虑了年分段开关投资费用、年运行维护费用和年停电损失费用；考虑投资约束对辖区指数区间加以修正，计算需新增的分段开关数量；再以期望供缺电量作为评价函数，用枚举法来对已知数量分段开关配置进行优化。通过对临湘电力局临城Ⅱ回配电系统的实例计算，证明了该方法的工程实用性。

关键词：配电网络；开关优化配置；辖区指数；期望供缺电量

中图分类号：TP391 文献标识码: A

文章编号：

ABSTRACT: The optimal configuration of sectioned switches is a non-linear integral programming problem, in which the technique and economy and reliability should be considered at the same time. To solve this problem, this paper proposes an programming method that based on the existed network and the switches to determine the optimal number of sectional switches and their installation position. In this method, the annual investment cost of switches, annual operating maintenance cost of sectioned switches as well as customer outage cost are comprehensively considered in objective function. This algorithm amends intervals of the juris dictional index by the limited capital and calculates the increasing quantities of sectioned switches. And then it regards the expected energy not supplied as the evaluating function. It optimizes the sectional switches by the enumerative method. The practicality of this algorithm are verified by the results of the calculation of LinCheng Ⅱ line.

KEY WORDS：Distribution network；The optimal configuration of sectioned switches；Juris dictional index；Expected energy not supplied

0 引言

据国外电力企业统计，大约80%的用户电力故障源于配电系统。在配电主馈线上增加分段开关，可以缩小停电范围，减少用户停电损失，提高系统供电可靠性，但同时也不可避免地带来设备投资和运行维护费用的增加，这样不一定能获得最大的经济效益。因此，如何对分段开关进行优化（合理的数量与安装位置），同时兼顾可靠性与经济性，是配电网规划中一个值得研究的课题。

分段开关优化配置是一个非线性整数规划问题。目前，对该问题已有了一些方面的研究，这些方法都是对分段开关重新进行了规划（拆除了原有的分段开关），若如此，伴随新增负荷点的出现，将来是否又要对已配置的分段开关重新进行配置呢？本文在原有配电网网架和已有分段开关的基础上，综合考虑技术性、可靠性和经济性三方面的因素，通过选取合理的辖区指数并考虑投资的约束，来确定需新增分段开关数量，以枚举法对开关配置进行优化，以最少的费用来满足预定的可靠性目标。

1 分段开关配置的数学模型

分段开关的优化配置的目标是在原有网架与开关的基础上，合理地选择新增分段开关的数量与安装位置，使在满足系统供电可靠性要求、技术上合理和不超过投资预算的前提下综合费用最小。综合费用由开关投资费用、运行维护费用和系统停电损失费三部分组成。

1.1 投资费用

新增分段开关总投资现值对应的等年值为

i

i i i NP S t t s −++=)1()1( （1） 式中，N 为新增分段开关数；s P 为单台分段开关现值；i 为年利率；t 是分段开关使用年限。

1.2 运行维护费用

新增分段开关每年的运行维护费用按其投资的百分比给出为

ηS M = （2）

式中，η为运行维护费用占投资的比例系数。

1.3 停电损失费

文中停电损失是指系统发生故障导致供电中断，从而对用户造成的经济和社会损失。平均电价折算倍数法是用现在的平均电价乘以折算倍数来估计因可靠性低而造成的系统停电损失费用，该方法简便，适用于规划计算。本文采用平均电价折算倍数法来计算停电损失费用，即

ENS av W kP C = （3）

式中，k 为折算倍数（取25）

；av P 为平均电价；ENS W 为系统期望缺供电量。 1.4 数学模型

目标函数：

)min(C M S f ++= （4）

约束条件：

a.可靠性约束

0R R ≥ （5）

式中，R 为某种分段开关配置模式下的系统可靠性指标；0R 为规划要求达到的可靠性水平。

b.投资约束

0S NC s ≤ （6）

式中，0S 为规划分段开关投资上限。

2 分段开关数量优化

2.1 辖区指数 辖区指数定义为：保护区末端最大短路电流与区域首端开关最小脱扣电流之比，即

p

k T k h I I I I R .max .max .min .max 2== （7） 式中，k I .max 为保护区末端最大短路电流；T I .min 为区域首端开关最小脱扣电流；p I .max 2为区域首端开关处最大负荷电流。

事例证明：在最小脱扣电流相同时，h R 取值越大，灵敏度越高，选择性越好，但需分段开关的数量越多，投资也会越大；h R 越小，情况刚好相反[1]。从技术上和经济上综合考虑h R 取2.5～3为宜。

2.2 分段开关数量的确定

（1）从靠近电源侧开始对副馈线与主馈线结点进行编号},,2,1{r ""。

（2）通过对配电网进行潮流计算和短路计算，求得结点1到结点k 流入的最大负荷电流