配电网联络线规划规划模型

数学模型可分为经济性模型、可靠性模型、综合性模型和基于供电能力的联络线规划模型四大类，下面对这四种模型进行简要介绍。

（1）经济性模型。对配电网联络线优化的研究，往往以联络线的投资最小为目标函数，联络线的长度与投资成本成正比，因此通过寻找最短路径来达到目的，目标函数只考虑经济性，将可靠性作为约束条件或作为 N-1 校验。在配电网辐射状网络的基础上以投资费用最小为目标进行联络线的优化；对于两联络接线方式进行联络线优化，联络线由新建和支路改造两个途径得到，投资总费用包括：新增联络线的费用和改造分支为联络线的费用，以总费用最小作为联络线优化的目标函数；将曲折系数加入目标函数，曲折系数是线路的实际长度与理论计算长度的比值，使其更贴近工程实际 。

（2）可靠性模型。配电网联络线优化的可靠性模型以停电损失费用最小为目标，为了便于定量计算，系统的可靠性可以看成是与投资费用一样的费用因子，通常用因系统发生故障而对用户造成的停电损失来衡量，停电损失越小可靠性越高，用户的停电费用受停电时间和停电负荷损失的直接影响，在进行可靠性计算时要考虑这些因素。

（3）综合性模型。综合性模型兼顾了可靠性与经济性，以用户停电损失和企业投资费用两者的和最小为联络线的最优方案，使可靠性成本与效益达到平衡，实现可靠性水平的最高。以联络线投资和事故负荷损失（CLLI）最小为目标，寻找分布式电源与联络线的最佳位置，其中事故负荷损失（CLLI）反映因系统故障造成的负荷损失的大小，受联络线的位置的影响，系统发生故障后进行潮流计算，如果电压或容量发生越限则削负荷，所削负荷越小，系统的可靠性越高；以投资最小、网损最小与可靠性最高为目标，对联络线与分布式风电源进行规划。

（4）基于供电能力的联络线优化模型。系统的最大供电能力受联络线的影响[以最大供电能力为目标进行联络线优化是联络线规划的一种新的思路，以最大供电能力作为联络线优化的目标，从供电能力的角度研究联络线的建设顺序和位置，联络线影响网络的供电能力，联络线分布越均衡，最大供电能力越大，通过加权联络均衡度来衡量联络线的均衡程度，加权联络均衡度越大，联络越均衡，则最大供电能力越大；以联络有效度来衡量联络线的重要程度并对联络线进行评价，联络线影响系统的供电能力，但并不是联络线数目越多系统的供电能力越大，有些时候增加或减少一些联络线对供电能力没有影响，联络线对供电能力的影响体现在网络转移能力上，用NTC 大小表示。

配电网联络线规划的目标既有经济性的考虑，也有可靠性的要求，配电网联络线规划中，在算法上以经济性和可靠性的协调为目标，应用一种模糊的方法来综合两者的关系，最终最大化系统的经济性和可靠性指标的公共满意度，协调好两者之间的矛盾 。

配电网联络线的优化算法常用的有最短路算法、启发式算法和遗传算法，下面对其简要介绍。对配电网联络线优化的研究，不论是对“手拉手”接线还是对分段联络接线，往往以联络线的投资最小为目标函数，联络线的长度与投资成本成正比，因此通过寻找最短路径来达到目的。最短路径问题旨在寻找图中由一个结点到达另一个结点的最短路线，具体形式有以下几种：起点确定求最短路径；终点已经确定的情况下求取最短路径；起点和终点都确定的情况下求取最短路径；全局最短问题。联络线优化的最短路径算法常用的有两种：Dijkstra 算法[和 Ford 算法 。

启发式算法是一种基于经验构造的算法，能够在允许的花费下给出一个最优解或与最优解有所偏离的次优解。启发式算法在手拉手接线方式联络线优化中得到广泛应用，这种方法一般提前设置一些联络线进行接线的优先级，然后建立最小费用矩阵或集合，根据优先级选择费用最小的进行联络。

遗传算法是一种起源于进化论的算法，基于自然选择和适者生存的法则。遗传算法的操作过程包括编码、选择、交叉以及变异四个步骤，然后通过不断的循环迭代，再配以相应的适应度函数以及约束条件，使种群不断的进化，最终就可以得到最优解。在联络线优化中遗传算法得到广泛应用：应用遗传算法对单环网的联络线进行优化，目标函数为投资费用最小，在此过程中进行局部寻优来求得最优方案；文献[26]将遗传算法应用于站内与站间联络线的优化，基因为馈线树，染色体为基因的不同排序，因此一条染色体就代表一种馈线树排列顺序，对不同的染色体得到联络费用矩阵计算适应度，找到建设联络线所需费用最小的方案。

以上算法属于配电网联络线规划研究的主流，然而有许多研究者提出了许多其他的方法，从不同的角度研究配电网联络线优化问题。先应用遗传算法确定变电站的顺序，然后以联络线成本最低为目标，应用联络矩阵法进行联络线优化；将禁忌算法应用到联络线优化中，寻找联络成本最低方案；依据邻接矩阵形成路径矩阵，然后以联络线投资最小为目标，用遗传模拟退火算法求解

a.首先进行正常运行时的树状网络规划，然后由专家根据相关规划导则、经验以及简单的潮流和短路计算提出联络干线。这种方法在网络规模大、结构复杂时难以实现全局优化，并且规划人员的工作量很大 。

b.直接根据固定接线方式[[3.}]，如环式接线、仿垂型接线、网孔型接线或4X6网络接线等，进行闭环设计。这种方法虽然设计上比较简单，但是缺乏数学优化，所得方案通常很不经济。

c.放射状设计与建设，运行中根据需求逐步建成开环网。这种方法盲目成分较大，一般不可取，只可作为其他规划方法的补充。

上述各方法通常根据规划导则的要求以设置一定数目的专用联络干线来满足站间联络的要求。对专用联络干线数目的规定虽然简化了设计，但却造成以下问题:增加了对线路走廊的需求;联络干线备用容量过大，非联络线路由于有可能同时公用同一联络干线，为保证N一1可靠性准则的实现，每条非联络线路所带负荷也会较低;联络线路少，站间联络不紧密;通常没有利用所有相邻站提供备用，因此也增加了各站变压器的备用容量;缺乏数学上全局优化的依据。

总之，上述方法都不能或难以从全局观点考虑联络线优化的可靠性、经济性及其他运行约束，且过多依赖专家决策，规划人员负担较重。针对上述问题本文提出了下面的联络线优化方法及其算法实现 。

动态规划是解决多阶段决策最优化问题的一种有效方法 ，每一阶段的决策必须相对于前一阶段的状态和决策，产生当前状态。动态规划法的阶段数可以是确定的，也可以是不确定的。 联络线的规划建设有时由于资金限制或其他方面的考虑并不是一次性就完成的，要分阶段进行建设，将联络线的优化看成一个多阶段决策问题，从而建立了与动态规划的桥梁，以联络线的数目为阶段，联络线的位置为状态，以投资维护费用与停电损失加权和作为指标函数。根据最优化原理，能保证每个阶段联络线的位置都是最优的，具有很好的继承性。不论是对于已确定联络线数目，还是对不确定联络线数目的联络线优化问题，动态规划法都能很好的解决。本文应用动态规划法求解不确定联络线条数，通过目标函数最优确定联络线规划的阶段数，即联络线的条数。

分布式风电(DWG)和联络线对配电网的可靠性有重要的影响，为此提出考虑能量随机性的 DWG 和联络线协调规划的方法，首先分析功率输出不确定的 DWG 与联络线配合对可靠性的影响，研究了考虑能量随机性 DWG 和联络线位置影响的配电网可靠性评估算法。然后在此基础上，建立了考虑分布式电源独立投资商和配电公司综合投资、环境效益以及供电可靠性三方面影响的规划模型，以确定联络线位置和 DWG 位置容量。IEEE 33 算例结果表明，利用该方法能够得到合理的联络线布局和分布式风电选址定容方案 。

1）DG 规划以及 DG和联络线协调规划文献中均是利用孤岛分析 DG 接入电网带来的可靠性效益，而对于间歇式 DWG，只考虑孤岛产生的可靠性效益是不全面的，应考虑DWG 与联络线相互配合对可靠性产生的影响；

2）DWG 规划利用机会约束等随机方法处理分布式风电和负荷的不确定性问题，而 DG 和联络线协调规划的重点是如何利用配网可靠性来协调 DG 和联络线的布局，在优化联络线时不用考虑负荷的不确定性问题，所以直接将 DWG 规划处理不确定性的方式用到 DG 与联络线协调规划中是不合时宜的；

3）DG 规划建模主要从单方面考虑(配电公司或独立发电商)，而随着 DG 成本下降以及政策的完善会有很多投资主体参与到 DG 投资中，由此 DG 和联络线协调规划应全面考虑独立发电商和配电公司两者的利益。本文首先从分析功率输出不确定的 DWG 与联络线配合对可靠性影响角度出发，建立了考虑能量随机性 DWG 和联络线位置影响的配电网可靠性评估算法，然后，在此基础上，以配电公司和 DG 独立发电商为投资对象，建立了考虑分布式电源独立投资商和配电公司综合投资最小、环境效益以及供电可靠性最佳的多目标规划模型，通过非劣排序遗传算法(NSGA2)，实现分布式风电源位置容量和联络线位置的同时优化，并利用 IEEE 33 节点系统进行仿真分析。2100433B

为充分发挥配电自动化的快速复电能力，减少用户故障停电时间，对配电网联络开关自动合闸整定策略进行分析。针对就地控制型馈线自动化的配电线路，研究联络开关单侧失压自动合闸功能，分析线路发生瞬时性故障和永久性故障时联络开关的失压时间，提出了可靠合闸延时和快速合闸延时两种整定策略。快速合闸延时的可靠性分析表明，该方法能有效减少非故障区段的停电时间。

联络开关联络开关的可靠合闸延时

为分析联络开关延时合闸的合理时间，以某个多分段单联络并具有分支线路的配电网为例进行说明。

从各分段开关得电合闸的延时时间（X 时限）。可以看出，电源端CB1断路器合闸后，各分段开关的合闸顺序为：A—D—E—B—C，时间间隔均为7s。若线路发生瞬时性故障，CB1跳闸后重合，各分段开关按照设定的顺序延时合闸，整条线路恢复供电，则联络开关从左侧失压到重新恢复得电的时间间隔为：T_L1=t_gt₁ ∑X_n ，式中：t_g为故障发生后保护跳闸的动作时间，s；t₁ 为CB1第1次重合时间，s；∑X_n为沿线各分段开关得电合闸时间之和，∑X_n=7 21 7=35s 。假设t_g=2s，t₁=5s，则T_L1=42s。

若联络开关左侧失压经过T_L1时间（42s）后还未重新得电，说明线路的某处可能发生永久性故障，此时无需立即合上联络开关。因为并不是任意地方发生永久性故障都需通过联络开关合闸来恢复非故障区段的供电。比如，当支线E开关负荷侧发生永久性故障时，CB1跳闸后经过两次线路重合闸就能恢复供电。假设第2次重合闸时间t₂=30s，该故障处理过程及LS联络开关的失压时间统计如下：

（1）E开关负荷侧发生永久性故障，线路电压跌落，LS联络开关开始左侧失压计时，2s后保护跳闸，LS失压时间t=2s；

（2）5s后CB1第1次重合，t=2 5=7s；

（3）A、D、E开关依次合闸，28s后E开关合闸于永久性故障，2s后CB1再次保护跳闸，此时E开关失压分闸且闭锁合闸，t=7 28 2=37s；

（4）30s后CB1第2次重合，t=37 30=67s；

（5）A、D、B、C开关依次合闸，35s后C开关准备合闸，此时LS 失压时间 t=67 35=102s，当C开关合闸后，LS左侧得电而停止计时。

LS联络开关单侧失压自动合闸时间不仅要大于瞬时故障时的重新得电时间TL1 ，还应躲过联络开关沿线以外其他支线故障后线路恢复供电的处理时间，即LS联络开关单侧失压自动合闸时间需要大于102s。因此，为提高合闸可靠性，联络开关的失压合闸时间（XL时限）应考虑CB1经过两次重合恢复电源点侧的非故障区段供电及合上联络开关恢复另一侧非故障区段的供电。

联络开关联络开关的快速合闸延时

根据联络开关延时合闸分析，在配电线路完成两次重合复电过程后，若单侧失压仍未得电则合上联络开关，从而恢复非故障区段的供电。采用该整定方法设置联络开关合闸延时安全可靠，对线路各分段开关的X时限设置无额外要求，但合闸延时较长，使非故障区段等待复电时间较长。

为缩短非故障区段的复电等待时间，考虑采取相关策略，使联络开关不必等待两次重合复电过程完成就能合闸恢复非故障区段的供电。为此，对各分段开关的合闸时间及配电线路的规划建设提出了相应的要求：

（1）合理设置分段开关的X时限，使线路重合复电过程中联络开关沿线的分段开关优先合闸，即考虑优先将电送至联络开关处。各分段开关的合闸顺序为：A—B—C—D—E，即LS 沿线的A、B、C3个分段开关优先合闸。

2）由于安装馈线终端后不便再次进行时间定值的修改与调试，这就要求配电线路规划建设时，应尽量规划好主干线及联络开关的终期配置方案。则各开关的合闸延时按照终期建设方案进行设置，以确保线路改造或扩建改接后联络开关沿线的分段开关仍优先合闸。

满足上述要求的配电线路，X_L时限可考虑躲过线路断路器第1次或第2次重合后将电送到联络开关的最长持续时间。此时，X_L时限可按以下公式进行整定：X_Lk=t_g max(t₁，t₂) ∑X_n Δt，式中：X_Lk称为联络开关快速合闸延时。值得注意的是，联络开关两侧连接了不同配电线路，其合闸延时需要考虑两侧的重合送电过程，计算后取二者的最大值。

配电规划一般是指长期规划,即未来5～10年甚至20年的规划。短期规划只是根据负荷的增长对原有系统作一些较小的调整。规划的主要内容是选择经济合理的变电所所址、规模、投建或扩建时间；确定配电网络电压等级、配电线路的导线规格、配电系统的网络结构等。同时，还必须满足供电可靠性及供电质量的要求。

配电规划的复杂性一方面表现在配电点的数量众多，配电网络结构复杂，因此可供选择的方案数量很大（可以有上百个甚至更多）；另一方面既要考虑投资和运行费用（包括维护费和在配电网络中的电能损耗），又要考虑供电的可靠性和电能质量(主要表现在电压水平上)。因此，配电规划是一个综合性很强的问题。

配电网规划是指在分析和研究未来负荷增长情况以及城市配电网现状的基础上，设计一套系统扩建和改造的计划。在尽可能满足未来用户容量和电能质量的情况下，对可能的各种接线形式、不同的线路数和不同的导线截面，以运行经济性为指标，选择最优或次优方案作为规划改造方案，使电力公司及其有关部门获得最大利益的过程。

配电网规划的主要内容如下：负荷预测、变电站优化、配电网网架优化、配电网潮流计算、正常和故障状态下的可靠性分析等。

配电网规划是配电网发展和改造的总体计划。包括近期（1～5年）、中期（6～15年）和远期（16～30年）规划。规划制定的顺序是从长期开始，依次为中期规划和近期规划。远期规划属于战略规划，它主要决策城市电网发展的重大问题和发展方向（如建立新的电压等级、确定新的城市电网电源点、论证规划末期的城市需电量以及城市可能发生的改造和扩展方向），为中期和近期规划制定目标。中期和近期规划属于战役规划，主要为远期规划的任务和目标如何实施确定时间表。远期规划要求中期和近期的城市电网建设和改造是远期电网发展目标的一部分，保证近期和远期投入的设备在规划期间不会发生拆除的现象。一般是以长期规划指导中期和近期规划，以中期、近期规划落实和调整长期规划。配电网规划的流程如下：

(1)原始资料的收集准备：配电设施从负荷密度大的大城市到负荷密度小的乡村，其对象广、数量多，而且是多样化的。因此，必须掌握各种配电地区的特性及将来经济结构的变化趋势。

(2)确定可能的配电规划方案：在整个电力系统中，按地区从满足长期供电需要出发，并考虑经济等因素。确定各可行方案。

(3)对可行方案进行评价，对各可行方案的供电能力、供电可靠性、供电电压的要求及对未来发展和对环境的适应性进行详细的积极性评价。

(4)确定最佳配电网规划方案。