配电网最优切换模型与算法研究

本 文 受 国 家 自 然 基 金 项 目 “配 电 网 最 优 切 换 免 疫 模 型 和 算 法 研 究 （No.50307015）”等相关课题资助。论文对复杂中压配电网络可靠性评估、开关优 化配置以及网络重构等问题进行了较深入的研究。 配电网是电力系统中直接针对用户的环节，对用户供电质量和供电可靠性有 直接的影响。据国外电力公司统计，大约有 80%的停电事故缘于配电系统故障， 因此，如何准确快速地评估配电网可靠性水平、分析网络薄弱环节以实现优质、 可靠、经济地将电能输送给用户已成为研究的热点。论文以分块技术实现复杂中 压配电网络可靠性评估；以成本-效益分析理论为基础，在充分考虑可靠性和经济 性的情况下，提出了配电网开关优化配置模型及求解算法；以系统有功损耗最小 为目标，以电压、容量以及负荷均衡等为约束对配电网络进行重构。由于配电网 开关优化配置和网络重构均属非线性组合优化问题，论文应用动态规划方法求解。 论文主要成果如下： ①　提出复杂中压配电网络可靠性评估新算法——分块算法。该方法依据网络 结构特点及元件故障影响范围，提出块的定义。应用深度优先搜索方法形成网络 的若干分块。计算中，利用故障扩散方法以块为单位进行故障搜索，形成元件故 障的影响范围，进而确定故障节点类型。基于故障扩散的搜索方法不需要等值， 能一次形成节点和系统的可靠性指标。在故障模拟分析时，以块为单位代替单元 件进行解析分析，从而可大量节省故障分析及开关元件的重复搜索时间，减少了 计算量，降低了计算复杂性。与基于单元件故障分析的搜索算法相比较，本文算 法有较强的时间优越性，大量实例验证了算法的可行性、有效性以及工程实用性。 该算法为配电网开关优化配置中可靠性的计算和经济分析提供了有效的计算工 具。　 ②　给出配电网络开关优化配置的动态规划模型和算法。该模型基于等年值方 法，计及了停电损失、开关设备的投资、运行维护费用等，以其费用之和最小为 目标函数。动态规划模型中，以开关配置位置及其类型作为动态规划的状态，配 置开关设备台数为阶段数。在开关配置过程中，提出计算降维准则，即：基于状 态的最优函数值不小于上一阶段的最优目标函数值，则该状态在后续阶段不再考 虑。利用这一降维方法可大大减少计算量。通过 ＲＢＴＳ－ＢＵＳ６ 及其他系统的开关优 化配置及与免疫算法、遗传算法等的对比分析，验证了该算法的正确性、可行性， 显示了算法的优越性。　 ③　提出配电网重构模型的动态规划算法。计及电压、容量以及负荷均衡等约 I 重庆大学硕士学位论文中文摘要 束，给出了配电网重构的数学模型。动态规划是求解多阶段决策过程最优化的有 效数学方法，但其不是求解算法，基于此，文中诠释了动态规划基本概念如：状 态、决策、策略、阶段、指标函数等在配电网重构中的具体内涵，以常闭／常开开 关对为状态，以调整的开关对数为阶段数，在此基础上给出了配电网重构的动态 规划算法。利用定义的开关有效组合、增益以及降维方法等，可大大降低元件的 组合数，提高计算效率。应用所提算法对多个网络进行重构，结果显示了所提算 法的正确性、可行性。　 ④　将上述方法应用于实际工程系统，取得了较好的工程应用效果。应用提出 的配电网络可靠性评估分块算法对某一５１１节点的中压配电网络进行可靠性评估， 耗时 １．６ 秒，耗时仅为不用分块方法的 ５．３３％。同时，将开关优化配置的动态规 划方法应用于某一 １０ｋＶ 中压配电系统，取得了 １５．９ 万元／年的综合经济效益，提 高了资金的使用效率。另外，将配电网重构的动态规划算法应用于国内某一变电 站的重构分析，重构后为电力公司创造直接经济效益 １０８．６ 万元／年。　 ⑤　应用 ＶＣ＋＋６．０，基于 ＷＩＮＤＯＷＳ 编制了配电网络可靠性评估程序以及开关优 化切换的动态规划方法程序。利用 C++良好的移植性，已将这些程序嵌入一配电 网络优化软件包。