基于负荷最优分断点的工业园配电经济运行策略研究

周 勇， 杨 漾

（国网湖北省电力有限公司恩施供电公司， 湖北 恩施 445000）

0 引言

工业园区作为现代工业的重要组成部分，在推动经济发展和社会进步方面具有重要作用[1]。而配电网络作为工业园区不可或缺的基础设施，其经济运行的效率和稳定性直接影响到生产的正常进行以及资源的有效利用。随着负荷需求的不断增加和能源结构的变化，传统的配电策略已经难以满足经济和环保的双重要求。因此，如何在保障供电可靠性的前提下，优化配电网络的经济运行成为了一个亟待解决的问题。

1 工业园配电网络经济运行分析

1.1 工业园配电网络特点

通过对工业园配电网络的拓扑结构、组网方式，以及负荷特性和波动性的深入分析，能够为后续的经济运行策略设计提供基础和指导[2]。同时充分考虑这些特点，有助于优化电网的能源分配和电力供应，提升工业园区的能源利用效率和经济运行水平。

1.2 拓扑结构与组网方式

工业园配电网络的拓扑结构和组网方式对其能源分配、供电可靠性等方面产生深远影响。不同工业园区根据其规模和用电负荷特点，可能采用不同的拓扑结构，如环网、径路网、混合网络等。这些不同的组网方式将直接影响电力传输和故障恢复能力。在工业园区内，如何选择最适合的拓扑结构和组网方式，以满足高效能源传输和可靠供电的要求，成为经济运行的重要考虑因素[3]。

1.3 负荷特性与波动性分析

工业园配电网络的负荷特性与波动性直接影响到电力系统的负荷分配和运行策略。不同类型的工业园区可能具有不同的负荷特点，如稳定负荷、间歇负荷、季节性波动等。负荷的波动性对电网的电压稳定性、频率稳定性等产生影响，进而影响设备的寿命和电网的可靠性。理解工业园配电网络内负荷的特性，有助于合理设计经济运行策略，减少能源浪费，提高系统的适应性和可靠性。

1.4 经济运行指标体系构建

通过构建经济运行指标体系，能够综合考虑成本、效益、可靠性和稳定性等多个方面的因素，为工业园配电网络的经济运行提供量化的评价和指导，促进电力系统的优化和提升[4]。

1.4.1 成本与效益评价指标

在工业园配电网络的经济运行中，成本与效益是重要的考虑因素。成本包括电网的输电损耗、设备的维护成本等，而效益则涉及供电的可靠性、资源的有效利用等。构建成本与效益评价指标体系有助于综合考虑电网的运行成本和运行效益，从而实现经济运行的目标。评价指标可以包括供电成本、单位电量成本、资源利用效率等，以定量的方式衡量经济运行的效果，为后续策略设计提供数据支持。

1.4.2 可靠性与稳定性评价指标

工业园配电网络的可靠性和稳定性直接关系到生产活动的正常进行和电力供应的稳定性。可靠性包括供电的连续性、故障的恢复时间等，而稳定性则关注电压和频率的稳定性。构建可靠性和稳定性评价指标体系，有助于评估电力系统的可靠性水平，从而制定相应的经济运行策略。评价指标可以包括平均故障间隔时间、平均修复时间、电压稳定度、频率稳定度等，以衡量系统的可靠性和稳定性水平。

2 基于负荷最优分断点的工业园配电经济运行策略

2.1 负荷最优分断点理论解析

在工业园区的电力系统运营中，有效的负荷管理是一个关键因素，它直接影响到电力供应的稳定性和整个运营的经济性。负荷最优分断点理论提供了一个结合这两方面的方法，旨在找出能同时优化系统性能和经济效益的负荷分布方案[5]。

2.1.1 负荷最优分断点的概念与原理

负荷最优分断点是指在配电系统中，通过将负荷分布划分为不同的区间，使得在每个区间内采用最优的电能分配策略，以实现整个系统的最优经济运行。其基本原理基于电力系统的负荷分布特性和电网设备的优化配置，通过将负荷分布分段处理，可以更精细地适应不同负荷水平下的经济运行需求。

在负荷最优分断点策略中，首先利用负荷预测模型来预测未来一段时间内的负荷需求。然后，通过对预测结果进行分析，将负荷分布划分为多个区间，每个区间代表一个负荷水平范围。在每个区间内，选择最合适的配电策略，包括变压器的调整、电容器的投切、分布式电源的利用等，以最小化供电成本、降低能源浪费，并确保电力供应的可靠性和稳定性。

2.1.2 分断点策略与经济性的关系

分断点策略作为负荷最优分断点策略的核心组成部分，在经济性方面扮演着关键的角色。该策略的设计与选择直接关系到电力系统的成本效益，需要在考虑负荷特性、设备运行和电能供应等多方面因素的基础上进行。

在分断点策略中，合理地设置分断点可以使不同负荷区间内的电力分配方式更加精细和有效。通过根据负荷特性，将负荷分布划分为适当的区间，可以更好地应对不同负荷水平下的经济运行需求。例如，对于稳定负荷区间，可以采取优化供电策略以降低供电成本；对于高峰负荷区间，可以调整电力分配以应对峰值需求。

分断点的选择应综合考虑经济性和系统稳定性。较低的分断点可能会导致电网设备过度配置，增加成本，而较高的分断点可能会降低电力供应的可靠性。因此，在设置分断点时，需要在经济成本与电力供应的可靠性之间找到一个平衡点。这种平衡可以通过优化算法、数学模型等方法来实现，以确保分断点策略在经济性和效益方面的双重目标得到充分满足。

2.2 策略设计与优化模型

通过合理设计和应用负荷预测模型、分断点判定算法和最优负荷分配算法，可以实现负荷最优分断点策略的有效实施，为工业园配电网络的经济运行提供科学依据，优化电力系统的能源分配，降低成本，提高效率和可靠性[6]。

2.2.1 负荷预测模型

负荷预测模型可以预测未来一段时间内工业园区的负荷需求。不同负荷类型和季节性波动要求使用不同的负荷预测方法，例如：基于时间序列分析的ARIMA 模型、基于机器学习的神经网络模型等。通过建立合适的负荷预测模型，为分断点的选择和最优负荷分配提供准确的负荷数据支持。

2.2.2 分断点判定算法

分断点判定算法决定了如何将负荷分布划分为不同的区间，从而实现负荷最优分断点策略。这需要综合考虑负荷预测数据、电力设备状态和经济性要求。基于统计分析、优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）等方法，确定合适的分断点。判定算法还需要考虑供电的连续性，以确保在分断点切换时不会影响电力供应的稳定性。

2.2.3 最优负荷分配算法

最优负荷分配算法是根据划分后的负荷区间，选择最优的电力分配策略。这包括变压器的调整、电容器的投切、分布式电源的应用等。线性规划、遗传算法、蚁群算法等方法可以用来寻找最优的负荷分配方案，以最小化供电成本和能源浪费。

3 典型案例分析

以A 工业园为案例，对基于负荷最优分断点的配电经济运行策略进行实际应用与分析。A 工业园是一个大型、多元化的工业区，拥有从高能耗的生产线到低负荷的研发实验室等多种类型的电力需求。该园区的电力系统由于复杂的负荷分布和不规则的负荷波动，导致电力成本高昂并对系统稳定性构成威胁。

该园区2022 年7 月份应用基于负荷最优分断点的工业园配电经济运行策略进行配电优化。这种数据驱动的分析能够为决策者提供具体的信息，帮助他们更好地制定经济运行策略，实现能源利用的最大化和成本的最小化。本研究的模型和算法被应用于该园区，并得出了显著的结果：通过合理设置分断点和优化负荷分配，电力成本降低了约10%，单位电量成本降低0.075 元/kW·h，同时系统负荷波动性降低，电压稳定性改善，经济性和可靠性均得到提升。具体见表1。

4 结语

本研究旨在通过引入负荷最优分断点策略，将负荷分布合理划分，以实现配电网络的经济运行。在工业园配电网络的特点和经济运行指标体系分析的基础上，通过负荷最优分断点理论的解析，构建了相应的策略设计与优化模型。基于负荷最优分断点的工业园配电经济运行策略，不仅推动了工业园区配电系统经济运行的理论研究，还提供了一种高效、可行的运营方案，有助于实现电力系统的长期稳定和经济效益的最大化。未来，随着工业自动化、物联网和大数据技术的不断发展，如何更精准地实施负荷最优分断点策略，以及如何将这些先进技术融入到传统的电力系统运营中，将是值得进一步探索的问题。