一种中压配电变压器位置优化规划方法

张学荣¹，王风萍²，陈志梅²

（1.大同供电局，山西 大同 037000；2.太原供电局，山西 太原 030012）

 　　摘　要：从工程的角度对中压配电变压器位置优化规划方法进行了研究，提出一种较为科学的配电变压器优化方法。通过在一个区域内分析多种可选的配电变压器配置方式，并对每一种方式计算相应的网络状态指标（包括由此产生的中压网压降与电能损耗等），利用状态指标参数作为惩罚因子并与相关的网络改造建设费用一起构成求解的网络目标函数，进而在各种可行方式中得出一种最佳的配电变压器配置方案。这一方法的目的是在众多配变可选配置方式中找到一个具有网络建设改造综合投资省并且线路运行压降小、网损低的特点的方案。这一思路不仅可用于配电变压器的优化规划，而且还可在配网优化中加以借鉴。此方法在一个样例系统中进行了使用，结果令人满意。
　　关键词：配电网规划；配电变压器；整数规划；惩罚因子

0 引言

　　通常来说，在配电系统规划过程中，无论是分别独立地对变电站及配电网络进行优化还是将二者结合起来统筹考虑，对于中压配电变压器常常由于其重要性程度相对较低而被忽视。常见的做法是参照区域负荷容量的大小将配电变压器人为置于负荷中心，并指定它们在网络中的接入形式，这样实际是忽略了配电变压器配置方式的不同对网络的影响。但是由于系统中配变的容量等级变化范围较大，一般从50~630 kVA不等，不同容量的配变对网络供电情况的影响是不同的，比如同一区域采用小容量配变的布置形式会使得布点个数增多，中压网络规模相对增大，综合线损一般相对降低；而采用大容量配变的形式结果则相反。在中、长期配网规划中，由于配变可能的配置方式较多，对于规划人员如何在若干可供选择的方式中考虑适当的配变安装容量和网络接入形式并不是一个易于解决的问题。
　　本文中提出的优化算法在一定程度上考虑了配变布置与配网间的相互关系，能够在若干配变可行配置方案中得到一个综合指标较优的结果。在进行计算之前，首先需要将整个规划区域依地理环境或供电状况划分为若干分区，在每个分区内部如果配网供电能力足够满足未来负荷发展的要求，则规划问题简化为对分区内配变位置与容量的优化（出于进一步化简的考虑，这里仅仅就配变及中压网络的情况进行分析，而忽略低压网的影响）；反之，若负荷发展超出已有网络供电能力，则规划问题转到下一步，进行对已有网络供电能力的扩充与在这基础上的配变位置及容量的优化。
　　本文算法主要针对在规划分区内有多种可行配变布置方式和网络联结形式的条件下，如何从中选择一种最优解决方案来进行网络扩建。这样，规划人员可依此对逐个分区加以分析决策，而得到整个网络的规划结果。这里各供电区域的划分一般依地理位置或习惯人为划定。

1　算法
　　整个计算流程包括3个步骤：① 优化准备； ② 计算方案的运行指标惩罚因子； ③ 构造目标函数进行优化计算。
　　其中在步骤①需要进行规划区域的划分、计算每个分区内的未来负荷需求以及给出可能的配变布置形式与网络联结形式，这是后面的两个步骤的基础。

1.1步骤①优化准备
　　将整个规划区域划分为若干分区，分别预测每个分区内的未来负荷发展水平，并考察分区内已有配变的供电能力是否能满足未来负荷的需求。对于那些现有配变无法满足负荷需求的分区，需要提供新加配变的可能安装位置（可以根据分区内的建筑情况指定，通常较实际所需为多）以及与网络的可行联结形式。注意由于一般每个分区由多条线路甚至多个变电站供电，因而这里的可行网络联结形式常常有多种。同样，对于每个配变的可能安装位置上，也会有多种可行的配变容量配置方式。这样，在一个分区内可行的配网建设方案数目一般是以乘积的形式迅速膨胀的。
　　上述分析可以描述为：对于每个可能的配变安装位置，存在若干种配变容量选择，对每种配变容量选择又存在若干种网络联结形式。例如，对于配变安装位置l，存在的可能网络接线数NMl为：
　
其中：NLl为 位置l处配变可能的安装容量个数；Ml为位置l处配变可能的网络联结形式个数；L为分区内配变可能的布置位置个数。
　　分区内总的网络建设方案数为：
　
　　确定是否在所计算分区内需要新加配变的过程如下:
　
其中：y为分区序号；e为分区现有配变序号；为第e台现有配变供电负荷上限；NE_y为y分区中现有配变总数；P_y为现状年y分区负荷；a_y为y分区负荷的年增长率；AN为规划年数；f_y为y分区配变负荷同时率。
　　对各规划分区根据式（3）可确定是否需要新上配变，以及需要新上多少容量的配变。如果由式（3）中计算出的未来负荷预测值超过现有分区内总配变供电能力上限，则需要考虑在分区中新加配变，否则即分区中现有配变已可满足未来负荷需求，无需新上配变。

1.2步骤②计算方案的运行指标惩罚因子
　　上述步骤①确定了在规划分区内的多种可行配变及网络布置形式，在步骤②中则对于每种形式分别进行潮流分析得到相应的状态惩罚因子，换句话说是得到各种布置方式对配网正常运行影响程度大小的度量。
　　对于方案进行潮流分析可以得到节点电压降与支路潮流的分布，将这一结果作为每种方案的状态指标。状态指标包括节点电压水平与设备负载水平，由此可以量化新加配变的各种配置方式对配网的影响。当然，首先将所有造成配网指标越限（如压降过大或设备过载）的方案剔除出去。在余下的方案中，每一个的惩罚因子KF_i计算如下，