多因素背景下变电站布点模型构建与优化

多因素背景下变电站布点模型构建与优化

陈国平杨俊贺亚慧张宏明

（国网昌吉供电公司新疆昌吉831100）

摘要：影响变电站布点的因素较多，包括供电片区的划分、负荷的分布、电源空间的距离以及建设投资等。针对变电站布点中的多不确定性因素，国内外专家学者进行诸多的研究，但是大多研究成果仍停留在理论分析和数学模型阶段，在建设实践方面存在较大的欠缺。有鉴于此本文中将变电站布点的各类影响因素作为目标函数（即变电站布点结果函数）的多个变量因子，建立数学模型并按照不同角度进行公式定义，然后采用基于网格动态减少法的变电站布点理论开展初始变电站布点模型研究，最后通过方案优选，选出最适宜的变电站方案，最后通过实际算例分析说明了本算法的有效性和实用性。

关键词：变电站布点；布点模型；优化；多因素

变电站布点是城市电网规划中的重要内容，变电站的容量大小与数量的多寡，直接影响到城市电网的经济性与合理性。因此在变电站布点规划时，要充分的考虑影响因素，进行科学合理的规划。

一、影响变电站布点的多种因素

具体来说，影响变电站布点的因素是多元的，主要体现在以下几个方面。首先是供电片区划分的影响。各类供电区的类别对供电半径的要求，决定了变电站的空间距离关系。在国家电网公司《配电网规划设计技术导则》要求，A、B类供电区域的中压线路供电半径不超过3km，C类供电区域的中压线路供电半径不超过5km，因此供电片区划分对变电站布点的直接影响是变电站与变电站之间的空间距离约束。其次是负荷分布的影响。变电站存在的意义即满足负荷需求，通过充分考虑供区负荷性质、分布以及发展趋势，合理规划变电站位置，使各变电站位置总是靠近其对应的供电范围的负荷中心，从而有效地减小供电半径以及馈线长度，能够提高电压质量，降低馈线投资和运行损耗。第三是电源空间距离及系统接入的影响。原因变电站在整个电网中不是独立运行的，它不仅是部分用户的主供电源，同时也是另一部分用户的备用电源。因此，在进行变电站规划时，需充分考虑地区上级电源情况、现状电网网架结构，从电网运行安全性、可靠性出发，满足地区电网长期发展目标。第四是目标网架构建的影响。中压配电网以城市变电站为电源点，变电站的空间位置及布点方案决定了中压线路出线方向和供电范围，因此根据负荷计算中压线路出线规模，根据可靠性要求选择典型接线模式，多角度分析构建目标网架。除了以上几种主要的影响因素外，变电站布点时还要考虑建设投资因素、土地资源因素以及周围环境因素等。

二、多因素背景下变电站布点模型构建

在对影响变电站布点的多种因素分析之后，基于均匀冗余分布及其动态减少的初始聚类中心新思想，以及变电站就近供电的原则，自动考虑负荷分布情况，形成求解变电站初始站址的网格法。因此首先根据可能的最大变电站个数对规划区域进行冗余均等网格划分，并以各网格中心作为候选变电站初始站址；其次把负荷分配给邻近的候选变电站站址；然后舍弃带负荷最小的候选变电站后再进行负荷分配；逐步减少变电站个数；最后找出对应不同变电站个数规划方案的初始站址。

网格法具体步骤如下：

①根据最大变电站个数nmax，规划区均匀地划分为（nmax+1）2个区域，即形成（nmax+1）2个网格，并选取各网格的几何中心为新建变电站的初始站址候选位置，此变电站站址的个数n=（nmax+1）2。

②记录当前的n个初始站址候选位置。根据变电站就近供电的原则，把所有负荷分配给n个候选站址。

③计算各候选站址所带负荷，选出带负荷最少的候选站址，把该站址舍弃。

④则若n>=nmin，则返回步骤3，否则转到步骤5。

⑤最后得到的所有n∈[nmin，nmax]变电站的初始位置。

三、多因素背景下变电站布点模型的优化

应用网格动态减少法的初始站址算法进行变电站优化规划，具体流程为：

第一步：计算变电站个数范围｛nmin，nmax｝；

第二步：用站址优选网格法求解所有变电站所有可能个数下的初始站址，并存储结果；

第三步：令新建变电站个数为N=nmin，加上已有变电站个数；

第四步：已有变电站的位置不变，调出对应n的新建变电站初始站址，重新计算变电站的供电范围；

第五步：根据供电范围，重新计算新建变电站站址；

第六步：根据新建变电站站址及已有变电站站址，引入距离权重因子，重新确定供电范围；

第七步：判断变电站站址及容量是否在收敛判据内，如果是则进行第八步，如果否则返回第五步重新计算；

第八步：根据供电范围，确定变电站容量；

第九步：对规划方案进行校验，保留可行规划方案，去除其余方案，计算目标函数；

第十步：计算新建变电站个数n是否大于nmax，如果是则进行第十一步，如果否则返回至第四步，重新计算n值；

第十一步：比较规划结果，目标函数最小即为最优方案，并输出最优方案，流程结束。

四、小结

影响变电站布点规划的因素主要有供电片区的划分、负荷分布情况、电源空间距离及系统接入、目标网架构建、建设投资等几个方面。因此在本文的研究中提出基于网格动态减少法的变电站初始站址算法，最后完成变电站布点规划流程。

参考文献：

[1]葛少云.基于供电能力的主变站间联络结构优化[J].电网技术，2012，08：129-135.

[2]林韩.面向远景目标网架的中压配电网供电模型[J].电力系统及其自动化学报，2011，06：116-120.

[3]张忠静，党剑亮，张迅.配电网协调优化理论在贵阳电网中的应用[J].贵州电力技术，2015，01：27-30.