基于模糊粒子群的高压配网目标网架自适应规划方法

陈 旭，马维康，吕梦雪

（国网巴楚县供电公司，新疆 喀什 843800）

0 引 言

在对输电网进行规划的过程中，主要包括2 部分内容，分别是对输电网网架结构的规划设计和对输电线路容量的规划设计[1]。分析输电网规划的根本目的，其主要是确保输电网的性能能够达到相应时期输电能力要求，确保供电的安全性、稳定性[2]。除此之外，最大限度兼顾可靠性运行要求以及输电网运行阶段的经济性要求，也是电力系统规划过程中需要重点考虑的因素之一[3]。在此基础上，为保障电力系统实现健康发展，对于配网目标网架规划的相关研究加大了力度[4]。

在此基础上，本文充分考虑了电力系统网架的灵活性和适应性需求，对配电网网架规划方法进行研究，提出了一种基于模糊粒子群的高压配网目标网架自适应规划方法，并通过对比测试的方式，分析验证了设计方法的应用效果。

1 高压配网目标网架自适应规划方法设计

1.1 配电网网架规划模型构建

配电网网架进行规划的核心目标是在满足配网运行环境对应特定约束条件的前提下，使得规划方案的目标函数为最优解[5]。在此基础上，本文构建了配电网网架规划模型，具体可以表示为

式中：f(x)表示配电网目标网架x对应的规划模型；a表示目标网架规划的投资回收率参数；b表示目标网架中节点的负荷参数；k表示目标网架规划的运行维护率参数；l表示配电网目标网架的覆盖范围；c0表示目标网架对应区域的电价参数；c1表示目标网架规划结果中支路过电流的惩罚系数；c2表示当目标网架负荷节点电压越过额定值时，对应的惩罚系数；τmax表示配电系统最大负荷损耗参数；p表示目标网架规划运行阶段的电能损耗参数；I表示目标网架规划运行阶段的电流参数；U表示目标网架规划运行阶段的电压参数。

按照式（1），实现对配电网网架规划模型的构建，为后续的网架自适应规划提供执行基础。但是需要注意的是，无论是受可再生能源并网的影响，还是受用电负荷曲线的客观规律影响，对于配电网网架的规划都会受到潮流的约束[6]。因此，在后续的规划过程中，需要充分考虑部分因素。

1.2 基于模糊粒子群的目标网架自适应规划

在对高压配网目标网架进行规划的过程中，考虑设计的节点一般数量较多，对应的负荷参数也不同，因此可以将高压配网目标网架的规划理解为是对多个节点的寻优问题[7]。在此基础上，本文引入了模糊粒子群算法，在具体的计算过程中，将目标网架中的节点作为粒子。模糊粒子群算法的核心是基于分工思想执行的。在具体的规划过程中，将粒子分为2 类，分别为搜索粒子和跟踪粒子，并为粒子引入了模糊分组机制。在利用算法对目标网架进行自适应规划的前期，搜索粒子的数量多，跟踪粒子数量少。通过这样的方式，最大限度保证解空间的多样性，避免出现局部最优问题。在利用算法对目标网架进行自适应规划的后期，搜索粒子减少，跟踪粒子增多，通过这样的方式实现加快算法导向型收敛的速率。模糊粒子群算法对目标网架节点的全局更新方式可以表示为

式中：xij表示第t次迭代跟踪粒子在配网节点i与节点j之间释放的信息素；λ表示信息素挥发因子。按照这样的方式，当第t+1 次迭代跟踪粒子的信息素与第t次迭代跟踪粒子信息素在式（1）构建的配电网网架规划模型中的输出结果不再发生变化后，则将此时的结果作为配电网网架规划结果。

通过这样的方式，实现对高压配网目标网架的自适应规划。

2 应用测试

2.1 测试环境设置

在对本文设计的基于模糊粒子群的高压配网目标网架自适应规划方法的实际应用效果进行分析阶段，本文以某实际的高压配网网架为基础开展了对比测试。其中，对照组分别为文献[5]提出的以低压侧直供潜力为基础的网架规划方法和文献[6]提出的以兼顾经济性和多阶段抗灾性能为基础的网架规划方法。在此基础上，对测试高压配网环境的节点分布情况进行分析，具体如图1 所示。

图1 测试高压配网环境节点分布示意

如图1 所示，在测试的高压配网环境中，共包含22 个节点，对节点的具体负荷参数进行统计，得到的数据结果如表1 所示。

结合表1 所示，在测试的高压配网环境中，节点负荷最大值为1 000 kVA，其中1 号节点为变电站。在此基础上，采用3 种不同的方法实施对其的规划设计，并对规划后的运行性能进行分析。

2.2 测试结果

在对3 种不同网架规划方法的应用效果进行分析的过程中，本文分别从可靠性、安全性以及供电质量3 个角度展开分析，具体的测试结果如表2 所示。

表2 不同方法测试结果统计表

结合表2 所示的测试结果可以看出，在3 种不同网架规划方法的测试结果中，对应的可靠性、安全性以及供电质量均表现出了较为明显的差异。其中，在文献[6]方法的测试结果中，年户均停电次数得到了有效控制，由原来的2.12 次/户下降至1.06 次/户，其他评价指标虽然与原始值相比均实现了不同程度的提升，但是与现阶段的供电需求相比，仍存在较为明显的不足。在文献[7]方法的测试结果中，对于年户均停电次数的控制效果并不理想，具体的数值为1.77 次/户，与原始值相比仅下降了0.35 次/户，对其与评价指标参数的具体情况进行比较，虽然部分参数的提升空间与文献[6]方法相比表现出了一定的优势，但是中压线路负载率平均值为53.02%，处于较高水平，表明此时的网架运行负担较大，这对于安全供电管理要求十分不利。在此基础上，分析本文设计网架规划方法的测试结果，其中，年户均停电次数仅为1.02 次/户，分别低于文献[6]方法和文献[7]方法0.04 次/户和0.75 次/户，不仅如此，中压线路负载率平均值仅为42.35%，分别低于文献[6]方法和文献[7]方法7.98 个百分点和10.67 个百分点缓解了供电阶段的传输压力。对其余指标的状态进行分析，也均稳定在90.0%以上，具有明显优势。结合上述测试结果可以看出，本文设计的基于模糊粒子群的高压配网目标网架自适应规划方法可以实现对目标网架的合理规划，在提高网架可靠性、安全性以及供电质量方面具有良好的实际应用效果。

3 结 论

在对高压配网目标网架进行规划的过程中，不仅要考虑电网柔性不确定因素对于输电网状态的影响，也需要从灵活性和适应性角度对其进行综合研究。为了更好地对规划方案进行优化调整，本文提出基于模糊粒子群的高压配网目标网架自适应规划方法研究，利用模糊粒子群实现对高压配网目标网架规划阶段的多目标寻优，对应的规划结果在极大程度上提高了网架的可靠性、安全性以及供电质量，对于实际的供电网络配置具有良好的实际应用价值。借助本文对高压配网目标网架规划方法的设计与研究，希望能够为最大限度提高配网供电效果提供帮助。