研究背景

隨著規劃用地通道資源日益緊張，取得因新選站址和線路走廊而占用的土地資源越發困難，導致新建成本大幅提高。另一方面，配電網層面正大量接入以風電和光伏為代表的分布式電源，由于分布式電源出力具有明顯的間歇性和波動性，大大增加了其供電區域范圍的不確定性。

近年來，配電網已普遍由傳統單電源多支路的輻射狀結構擴展成為主變站間充分互聯的環狀結構。在此基礎之上，隨著配電自動化和配電管理技術在中壓配電網中的廣泛應用，饋線所帶負荷信息可通過饋線終端裝置快速獲得，遠程開關控制也將變得更加迅速，使得配電網具有了可隨外部環境的變化快速實現負荷轉供和故障恢復的能力。因此，快速網絡轉供能力的具備對配電網規劃問題提出了新的要求。

1研究存在的問題

1)受傳統規劃措施的限制，所得規劃方案未必能在保證安全可靠供電的前提下實現經濟上的最優。

2)現有模型僅包含了分布式電源出力、負荷波動、饋線故障等不確定因素，未考慮主變故障，不確定性的內涵亟待完善。

3)在應用N-1安全準則進行配電網規劃時，未能計及配電網主變站間互聯對故障負荷的轉供約束，對配電網供電能力的挖掘也不夠充分。

2基于安全距離的配電網N-1安全性分析

1)靜態安全距離

配電網安全域定義為所有滿足N-1安全準則的工作點的集合。其中，工作點是由饋線出口功率組成的n維向量。

配電網安全邊界是由所有恰好滿足N-1安全的臨界工作點所組成，具體可通過N-1仿真擬合算法得到。

工作點在配電網安全域中的位置可以反映系統N-1安全性，并利用靜態安全距離來量化反映這一數據。對于饋線Fk，靜態安全距離定義為工作點延軸向Fk到所有有效安全邊界的最短距離。

2)N-1安全裕度指標

最小安全距離VSSD：各條饋線安全距離的最小值。

安全距離均值VMSD：各條饋線安全距離的平均值。

安全距離均衡度VEDSD：各條饋線安全距離的標準差。

安全距離均衡比VERSD：安全距離均衡度和安全距離均值之比。

3配電網隨機擴展規劃模型

該優化問題描述為：綜合考慮系統故障和分布式電源出力及時變負荷帶來的不確定性，采用機會約束規劃方法，以總成本現值最小為目標函數，尋求滿足安全距離、節點電壓和輻射運行等約束條件的配電網規劃方案。

1)總成本現值

包括饋線改造成本、新建聯絡線成本、新建饋線成本、變電站擴容成本、新建變電站成本、分布式電源運行維護成本現值、配電網向上級電網購電成本現值和碳排放成本現值。

2)約束條件

包括潮流方程約束、安全距離約束、節點電壓機會約束和輻射狀結構約束。

3)優化模型求解

分析上述配電網規劃模型，其屬于含有多個決策變量的非線性混合整數規劃問題，具有數據量大、難以尋優的特點。為此，本文采用模糊C-means聚類法聯合動態小生境差分進化算法的混合算法對其進行求解，該算法克服了差分進化算法在初期搜索速度快，后期易陷入局部最優點的缺點。

4部分仿真結果分析

由圖1可以看出，饋線F2、F6和F13的安全距離在規劃前為負值，而經過本文所提方法規劃后，各條饋線安全距離均為正值，這表明在不新增線路或變電容量的前提下，僅通過改造饋線，就能借助網絡轉供能力滿足對負荷的安全可靠供電，從而在有效推遲電網建設的同時，實現對配電網供電能力的挖掘。此外，相比于規劃前，雖然規劃后的總成本現值大了68.4萬美元，漲幅達2.3%，但是安全距離均衡比小了0.18，降幅多達19.6%，因此，本文規劃方案有助于綜合改善配電網的經濟性和安全性。

圖1規劃前后的各饋線安全距離情況

本文規劃和設計導則規劃的結果如表1所示。由表1可以看出，本文規劃方案的容載比較導則規劃方案降低0.5，降幅達23.9%，說明本文規劃方法有助于提高資產設備利用率，充分發揮配電網的供電潛力。對比兩種規劃方案經濟性指標中的各部分成本，配電網的運維成本占總成本的比例均最大，說明對于本算例，上級電網依然是電力供應的主要來源。此外，相比于導則規劃，雖然本文規劃方案的運維成本略有增加，但是由于投資成本大幅下降，導致規劃總成本相對較小，經濟性更優。分析其原因是由于導則規劃方案需在現狀配電網的基礎上新增2臺主變和6條饋線，此舉將會投入新設備并征用規劃用地通道資源，使得規劃的投資成本大幅提高，相較之下，本文規劃方案僅需對饋線進行改造，通過優化網架結構和新增負荷接入方案就能實現對負荷的安全可靠供電，節約了大量投資。

表1本文規劃與導則規劃的結果對比

由圖1和表1可以看出，相比規劃前，導則規劃方案的安全距離均值增大，說明新建饋線和新增變電容量可以提高系統安全裕度的平均水平。對比兩種規劃方案的安全性指標，最小安全距離均為正值，說明兩種規劃方案均能實現故障負荷安全轉供。另外，相比導則規劃，本文規劃方案的安全距離均衡比減小0.078，降幅達9.4%，可見本文規劃方案安全性更好。

5總結

本文綜合考慮分布式電源出力、負荷波動和元件(如主變、饋線等)故障等不確定因素，基于機會約束規劃理論，以總成本現值最小為優化目標，建立了基于安全距離的配電網隨機規劃模型。算例仿真結果表明：

1)本文規劃模型可提升系統應對N-1故障的能力和實現故障后的零失負荷轉供，使得網絡具有了較強的自愈性特征，適用于對安全裕度和可靠性水平要求較高的配電網規劃。

2)相比于導則規劃法，本文規劃方法能在保證對新增負荷安全可靠供電的前提下，實現對規劃方案經濟性和安全性的全面優化。

需要指出的是，本文方法所需的快速網絡轉供能力必須建立在環網狀拓撲結構及中壓配電自動化普及的基礎上。所提方法更適用于負荷增長平緩的城市建成區配電網近期規劃(3～5年)。下一步還需研究與中長期規劃目標網架的結合;提出考慮網絡轉供能力的含儲能配電網擴展規劃方法;深入分析主動管理模式對配電網規劃方案的影響。(劉佳，程浩忠，徐謙，蘭洲，馬則良，張建平)