基于路径描述模型的城市电网负载均衡方法

2020-08-17

本文提出一种基于路径描述模型的城市电网负载均衡方法，可以有效降低系统主变的平均负载率以及负载率差异波动性，降低系统损耗，提升系统可靠性。

问题源起

随着我国经济的迅速发展，城市用电负荷与日俱增，城市既有配网将面临承载新增负荷的压力。如何均衡不同主变搭载的负荷，降低主变运行风险，将成为未来城市电网规划的重点内容。

配网负载均衡问题的关键在于，如何既能完整考虑所有可能的配网重构结构，挖掘配网的供电潜能，同时可以确保解的最优性，最大程度均衡系统负荷分布。

本文在此基础上，提出基于路径描述的城市电网负载均衡方法，以开关操作次数最少为目标函数，综合考虑配网正常运行的各项约束条件，采用梯度扩张方式逐步控制负载率的上下限，直至系统负载率得到优化。

在正常工况下，由于配网的辐射状运行约束，任意负荷均有且仅有一个供电电源。所谓路径，即从某一电源出发到某一负荷终止经过的所有支路集合。在配网辐射状运行约束下，以任一负荷为终点的所有路径，有且仅有一条为通路。

在此基础上，配网拓扑可以利用路径方式来描述，即完整叙述任意负荷由何电源供电以及采取何种通电路径。此种建模方式下，配网的优化问题可归结为0-1型整数规划问题，便于问题建模和求解。

1）配网负载均衡模型：当配网中各主变负载率偏差的最大值大于设定的波动值上限时，则需要对各主变挂载负荷进行重分配。为降低配网重构过程的操作风险，提升开关使用寿命，选取开关操作次数最少为优化目标。约束条件包含：（a）主变容量约束；（b）支路容量约束；（c）网络辐射状约束.

2）增大负载率裕度范围的求解方法：若上述问题存在最优解，说明可以找到满足负载均衡要求的网络重构方案；反之，若问题无解，则遵循从优到劣的思想，逐渐放大负载率的裕度范围，直至均衡性问题得到优化。

3）算例分析：本文采用某实际电网算例对本文方法进行验证。

主变负载率变化如下图。

1.采用路径描述方式建立了城市电网的优化模型。

2.路径变量可以完整表达所有可能的拓扑结构，进而能充分挖掘既有配网的转供潜能，拓宽负载均衡可能的调控方式。

3.将负载率作为约束条件纳入模型中，可以根据系统的实际均衡需求，柔性调整约束的上下限，进而得到综合最优的负载均衡解。

本文所提方法，经算例验证，可以有效降低系统主变平均负载率，使重载主变负荷转移至轻载主变，同时使主变负载率的差异波动性降低，使得负荷分配更均匀、更合理。

本文方法能有效提升负载不均衡城市电网的运行质量，降低运行损耗和运行风险，提高系统可靠性。

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