基于最优系统能效的配电网规划

论文总字数：29505字

摘 要

随着经济不断发展，节能减排的也逐渐得到了重视。在用电量大幅增长的今天，电力系统成为了提高能效的入手点，而配电网作为直接与用户侧接触的部分，存在着很多不合理的规划，这样就造成了大量额外的能源消耗。因此，对配电网进行合理的优化规划，对于提高系统能效，提高电网运行的可靠性都有着很大的意义。本文以提高系统能效为目标，综合了配电网网架规划和分布式电源规划，建立了基于最优系统能效的配电网规划模型，并给出了模型的求解方法。下面是本文的主要工作和研究成果：

首先，系统地总结了配电网网架规划以及分布式电源的基本理论，并分析了分布式电源接入对电力系统的影响。

第二，本文对粒子群算法的基本原理及其改进形式进行了详细总结。

第三，通过对配电网功率分配情况的分析，确立了本文配电网规划模型的目标函数为配电网向上级电网取用功率最小，并最终建立了基于最优系统能效的配电网规划模型。

第四，针对基于最优系统能效的配电网模型，使用配电网潮流算法、粒子群算法、边界变异策略、非辐射网判断算法等方法，给出了模型的求解方法。

最后，对33节点配电网算例进行计算，计算结果表明，算法具有较好的稳定性以及收敛性，规划结果稳定且合理，可以成功地提高系统的能效。模型和算法的有效性得到了验证，对提高系统能效具有一定的意义。

关键词： 配电网规划，分布式电源，网架优化规划，粒子群算法，系统能效

Distribution Network Planning Based on Optimal System Efficiency

Abstract

With the continuous economic development, energy conservation has gradually gained in importance. Substantial growth in electricity consumption has been occurred, so that power system has become a starting point for improving energy efficiency. As part of the direct contact with the user side, there are many irrational planning in distribution network, this causing a lot of extra energy consumption. Therefore, a reasonable distribution network optimization plan have a great significance to improve system efficiency and to improve the reliability of grid operation. In this paper, to improve system efficiency as the goal and complex distribution network planning and distributed power grid planning to establish a distribution network planning model based on the optimal system efficiency, and gives a solution to the model. Here are the main results of this work and research:

First, summarizes the basic theory of distribution network and distributed power grid planning, and the effects of distributed power sources to power system.

Second, summarizes the basic principles of particle swarm algorithm and its improved form.

Third, through the distribution network of power distribution analysis of the situation, this paper established distribution network planning model objective function to minimize the power distribution network access to higher grid, and the eventual establishment of a system based on the optimal energy efficiency of the distribution network planning Model.

Fourth, the optimal system for distribution network model based on energy efficiency, the use of distribution power flow algorithm, PSO, border mutation strategy, non-radiation network algorithms and other methods judgment given solution to the model.

Finally, the 33-bus distribution network study calculated results show that the algorithm has good stability and convergence program outcomes stable and reasonable, can successfully improve the system's energy efficiency. Effectiveness of the model and algorithm has been verified, to improve the energy efficiency of the system has a certain significance.

Key words: Distribution Network Planning; Distributed Power; Grid Optimization Plan; PSO; System Efficiency

目录

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景与研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 我国配电网发展状况 1

1.2.2 配电网网架规划特点 2

1.2.3 配电网规划的主要方法 3

1.3 本文的主要工作 4

第二章 配电网网架规划及分布式发电基本理论 5

2.1 分布式发电 5

2.1.1分布式发电的概念 5

2.1.2 分布式发电的分类 5

2.1.3 分布式发电对电力系统的影响 7

2.2 配电网网架规划 8

2.2.1 配电网网架规划数学模型 8

2.2.2 配电网的接线模式 9

第三章 基于最优系统能效的配电网规划模型 10

3.1 规划模型目标函数推导 10

3.2 规划模型的约束条件 11

第四章 基于粒子群算法的配电网综合规划 12

4.1 粒子群算法 12

4.1.1 粒子群算法基本原理 12

4.1.2 改进粒子群算法 13

4.1.3 离散二进制粒子群算法 14

4.1.4 边界变异策略 14

4.1.5 算法编码方案 15

4.1.6 算法步骤 15

4.2 配电网潮流计算 16

4.2.1 配电网潮流计算方法 16

4.2.2 配电网前推回代潮流算法 16

4.3 辐射网判断 18

4.4 算法流程图 21

第五章 算例分析 22

5.1 33节点算例分析 22

5.1.1 参数设置 24

5.1.2 算法计算结果及性能分析 24

5.1.3 配电网规划结果分析 26

第六章 结论 29

致谢 31

参考文献（References） 32

第一章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

在经济快速发展的今天，煤炭、石油等主要化石能源的储量越来越少，环境污染问题也日益严重。因此节能减排以及大力发展可再生能源成为了当务之急的任务之一。电力工业作为我国的国民经济的非常重要的命脉之一，它不仅仅是其他的国民经济部门重要的支撑力量，而且还会产生大量的能源的消耗以及带来巨大的资金投入。因此，作为能源消耗大户的电力系统，就毫无争议地成为了节能减排的入手点之一。随着经济社会的发展，电力负荷也持续增长，这就使得原有的电力系统难以承受，所以需要对电力系统进行扩建、扩容，这一过程，就是电力系统规划。合理的规划不仅能够使得建设费用等投资的降低，而且可以降低网损，从而降低网络运行成本，提高效率，也可以提高网络的可靠性。

根据电压等级的不同，电力系统可以分为发电系统、输电系统以及配电系统这样三个子系统，相应的，电力系统的规划也可以划分为电源规划、输电系统规划以及配电系统规划三个主要部分^[1]。其中配电网是最靠近用户侧的部分，同时也是连接了发电系统、输电系统以及用户的重要的一环。配电网直接给用户供电，包含了非常多的电力设备，例如大量的变压器，这些设备大约占整个供电系统投资的60%以及运行成本的20%^[2]。据统计，大约有13%的电能损失都是在配电网中发生的，大约80%的停电事故也由于配电网中的故障而导致的^[3]。这些特点都使得电力系统的能效不高，可靠性也没有保障，所以对配电网进行优化，是非常必要的。对配电网的规划，主要就是线路上的规划，也就是网架规划。很显然，优化的配电网的网架规划可以降低配电网的网损，提高能效，并且可以减少线路投入从而降低投资，另外合理的接线方式也可以提高可靠性。另外，随着新能源的快速发展，分布式发电也得到了普及，主要是分布在负荷侧，也就是直接接入到了配电网中。这些分布式电源的定容、选址显然也会对配电网的能效以及投资产生一定的影响。分布式电源的接入不仅能够使得网损降低，从而提高能效，另外也可以在负荷较大时转移一定量的负荷，从而增加的电网的可靠性。

传统的配电网规划都是以投资、运营费用最小为目标，而本课题是基于最优系统能效进行配电网规划，采用我国能源占比最高的煤炭的耗量最小作为目标，对节能减排有着更加直接的意义。鉴于现在分布式发电的大力发展，本课题在进行传统的配电网网架规划的同时，将分布式电源的规划也考虑了进来，可以说是对配电网进行了一个完整的规划。这样的规划不仅能够提高电网的稳定性，减小建设、运营的费用，更重要的是提高了电网的能效，对节能减排有着很好的促进。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 我国配电网发展状况

与一些经济比较发达的国家相比较，我国的电力系统发展起步比较晚，配电网系统更是这样，发展水平比较低，设备比较老化。城市中的配电网，特别是一些老城市、城市老区的配电网，都是非常落后的，已经对城市经济的发展产生了不利的影响，成为了制约城市发展的瓶颈^[4]。目前，我国的城市中的配电网还存在着一些问题，例如线路过载，电压质量较低，事故率较高，网架结构比较薄弱，电力设备相对较为陈旧等等，具体来说可以归纳为一下几点：

（1）中压配电网中的网架结构相对较为薄弱

从城市中压配电网来看，很多时候是一种无须的状态，各个规划阶段一致性不强，网架结构较为不合理。具体来说，就是主网架与次网架不是非常清晰，网架结构相对比较薄弱，具有多分段、多互联特点的网络连接并没有形成。随着经济社会的发展，城市中的居民生活用电有着大幅的增长，这就使得配电网的负担大大加重，因此而带来的后果就是网络损耗大大增加，线路容易过载从而造成事故，电压不稳定，停电事故频发。

（2）城市中的网络自动化水平不高

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：29505字

相关图片展示：