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1、 本文对配电网简化建模、分析和优化等问题做了较深入的研究，所做的工作主要有:为了减小配电系统节点规模，利用配电网有限的测量值实现配电网电压降落及线损的分析计算，本文提出了用于复杂配电网简化分析计算的等效负荷模型等效负荷密度模型和离散负荷密度模型。仿真计算结果表明，利用提出的方法可以得到较为满意的结果。 支路电流法是配电网潮流计算的有效算法之一，在配电网分析计算中得到了广泛应用。应用经验表明该方法具有线性收敛的特性，然而缺乏理论分析。本文对配电网潮流支路电流法的收敛性进行了理论分析，证明了其线性收敛特性，其收敛特性与线路电阻与电抗的比值无关，并得出了支路电流法在给定收敛精度和恒阻抗负荷条件下达到
2、收敛所需迭代次数的估算公式。计算结果验证了得到的结论。 启发式算法是求解配电网络重构问题的有效算法。本文首先发展了前人的工作，提出了改进支路交换算法，该算法极大的提高了传统支路交换算法的计算效率。然后提出了两种配电网络重构方法，即以提高供电电压质量为目标的配电网络重构方法和以负荷均衡化为目标的配电网络重构方法。提出的方法只需利用有限的量测信息，从而使缺少量测信息的配电系统实现配电网络重构成为可能。 现有基于遗传算法的配电网络重构方法，没有充分利用配电网的结构特点，在生成初始种群、交叉和变异等过程中，会产生大量不可行解，不仅严重影响遗传算法的计算效率，而且在进化过程容易造成种群规模收缩或出现退化
3、现象。对此，本文将配电网分解为一系列“环路”，建立了以环路分解为基础的采用独特的编码和遗传操作方法的改进遗传算法，避免了进化过程中的不可行解，从而极大的提高了算法的计算效率。1绪 论1.1配电网简化建模和分析的意义 近年来，随着通信手段和计算机技术的发展，配电自动化的水平己经取得了长足的进展，但是目前的配电自动化产品基本上停留在SCADA (SupervisoryControl And Data Acquisition)水平，虽然花费不少代价在户外柱上开关处安装FTU (Feeder Terminal Units)、并建设了密集的由FTU到配电自动化中心的通信网络，获得了大量反映配电网运行状况
4、的的实时数据，但是多数配电自动化SCADA系统仅仅将这些宝贵的数据以可视化的形式展示出来，并没有对这些数据进行处理，更没有运用人工智能的手段较好地为电力生产服务。 实际上多供电途径的网格状配电网的运行方式非常灵活，因此仅凭借值班员的经验调度和管理配电网越来越困难，迫切需要发展智能配电软件协助操作员甚至代替操作员，更科学、更及时地作出最佳的调度决策，从而确保配电网安全运行，降低运行费用和提高经济效益，更好地提高供电可靠性，最大限度地发掘配电网的潜力，也可以使配电自动化系统的效益更好地体现出来，并促进该行业长期稳定持续地发展111. 大规模网络的求解，总面临着计算量和占用存储空间大、速度慢、收敛困
5、难、“组合爆炸”等实际困难。复杂配电网不仅规模巨大，而且严重缺乏量测数据，因此求解更加困难。虽然电力系统建模和分析技术己经很成熟，比如可以采用集中参数模型建立电源点、传输线和变压器的等值电路，从而获得描述电力系统的导纳矩阵，采用N-R法、P-Q分解法和B-X法等迭代方法就可以得出电力系统的潮流。上述模型化方法在用来描述配电网时却不十分方便，主要存在下列问题:首先配电网的线路分支点和配电变压器接入点都应看作是节点，因此配电网的节点较输电网的节点要多得多，导致导纳矩阵非常庞大，占用存储空间和处理工作量也非常大。其次配电网上量测点少，通常配电线路上的柱上开关的量测是可以满足的，但是由于受到建设费用的
6、限制，一般只有少数重要的配电变压器得到量测。因此，针对配电网的特点，建立简化建模方法，对复杂配电网进行简化分析，充分利用现实中可以获得的有限量测数据反映配电网的主要运行指标，是解决上述问题的有效途径。1.2配电网分析和优化研究现状近年来，配电网络分析和优化已经成为研究热点之一，主要研究内容有:配电网潮流计算、不良数据辩识和状态估计、网络重构和优化等。1.2.1配电网潮流计算及状态估计 潮流计算是电力系统分析的基础，配电网潮流计算的研究一直得到学者们的重视。Tsai-Hsiang Chen等将基于ZBu，的高斯迭代方法用于配网潮流计算中，该方法收敛性好，但 z矩阵是满阵，占用内存多。文献3-7等
7、将快速分解算法用于配电网潮流计算中。其中，Hsiao-Dong Chiang6】和A. Monticelli71还分别对快速分解算法的收敛性进行了研究，Monticelli的研究表明由于在快速分解算法迭代公式推导过程中无需线路电阻与电抗之比小于 1的条件，因此在线路电阻大于电抗时该方法仍能收敛。Mesut E. Baran等采用支路法，将支路功率和节点电压作为状态变量，使潮流方程中只有代数运算，从而避免了通常潮流计算中的三角函数运算，使得配电网潮流方程具有一种简化的形式8o G.X.Luo等提出了以支路功率为迭代变量的前推回代方法91 a S.Ghosh等和D.Das等分别给出与文献8的方法类
8、似的配电网潮流计算法10111. P.Aravindhababu等提出一种可以将负荷表示为恒功率、阻抗、恒导纳、恒电流或四者组合的支路法121. E.Bompard等研究了支路电流法在不同负荷条件下的收敛特性，研究表明支路电流法的收敛特性与负荷的功率因数和线路电阻与电抗之比无关131。孙宏宾等的研究则论证了前推回代法用于恒功率负荷的辐射状配电网潮流计算中具有与严格的牛顿法相似的收敛速度141u D.Shirmohammadi等提出一种母线法，将节点注入电流作为状态量，利用Kirchhoff电压定理求得母线上的电压分布1. S.K.Goswami等也采用了与文献151相同的母线法，但在解线性方程
9、时给出了一种改进的分解方式，从而提高了收敛性161。张学松等在考虑配电网分支特点的基础上，将 “三带宽法”运用于配电网潮计算中，取得了良好的效果17l，不足是用于复杂配电网需要将其划分为若千子潮流问题。Samuel. Mok等则提出一种将配网简化为梯形网络，然后用由Kirchhoff定理得到的迭代公式求解潮流的方法。s1 考虑到配电系统中量测点严重不足，有学者提出了区间潮流算法，使潮流计算结果在一定的范围以内更符合实际情况，但是模糊潮流计算时间长，其计算时间一般为前推回代法法的8倍19112011211。杨明皓等则提出一种配电网潮流计算的功率分布系数法，对实测配变支路按准确度加权的实测功率进行
10、分配，而对非量测变压器支路则按功率分布系数进行功率分配计算221 配电网不良数据辩识和状态估计的主要方法有母线型算法123-241和支路型算法125-261o C.Nlu等把量侧变换成复电流或复电压量测，实现了量测雅可比阵的常数化231，但该方法的法方程相间有祸合，P和Q之间也有祸合，计算量大。卫志农等提出了一种基于改进牛顿法的极坐标形式的三相配电网状态估计算法，该方法利用辐射配电网的特点，能够适用于线路电阻与电抗之比变化较大时的情况，且计及了三相不平衡，适用于由功率的实时量测和伪量测建立起的基本可观的系统1241. Mesut E.Baran等提出基于支路电流的配电状态估计算法，该方法以支路
11、电流为状态变量，通过量测变换将各种量测量变换成等值的复电流量测，使法方程三相解祸，使信息矩阵与支路阻抗无关1251。但存在以下缺点:要求 Pfo Q w jhAXILHfk Jz在买际n电系统中有时较难满足;要求 PQ对的量测权系数相同，而实际电网中无功量测精度远低于有功测量精度;量测变换后等值复电流量测在迭代过程中变化大，影响了算法的收敛性。孙宏斌等提出了基于支路功率的配电系统状态估计方法，该方法克服了基于支路电流的配电状态估计算法的不足，提高了配电系统状态估计的计算效率2611.2.2配电网络重构 如图 1-1所示，配电网的运行状态可以分为正常运行、故障前、故障和故障恢复四个状态1271。
12、配电网络重构包括配电系统正常运行时的网络重构与故障情况下的网络重构。配电网络正常运行时通过改变联络开关和分段开关的分/合状态来改变网络拓扑，从而改变网络中的功率流，以达到降低网损、平衡负荷和提高供电电压质量的目的。故障时的配电网络重构主要为了快速恢复非故障区域供电，一般称为故障恢复。配电网络重构可以有效提高供电可靠性、降低网损、均衡负荷和改善供电电压质量，是现代配电网自动化的重要功能之一。运行在正常状态时的配电网络重构的目标一般为网损最小、负荷均衡化或提高供电电压质量等。文献28-34等将数学优化技术应用于配电网络重构中，虽然利用数学优化技术可以得到不依赖于配电网初始结构的全局最优解，但存在严
13、重的 “维数灾”问题，计算时间较长。为此，人们在配电网络重构中采用了各种近似技术和启发式算法，如支路交换方法35-47和最优流模式法4s-601，大大提高了优化效率，但是不能保证总能得到全局最优解。随机搜索方法，如模拟退火法61-651遗传算法66-691等被认为是寻求全局最优解或近似最优解的一种有效手段，近年来得到了较大的发展。另外还有人提出了基于神经网络的配电网络重构方法70-721和基于专家系统的配电网络重构方法173-741 配电网中发生故障以后，故障恢复系统要根据有关信 息、对配电网中发生的故障进行实时的分析和判断，提出正确有效的健全区域停电恢复策略，帮助调度员准确确定故障位置，隔离
14、故障区域，快速恢复非故障区域供电。由于要综合考虑开关操作次数、馈线裕度、负荷恢复量、网络约束、用户优先等级等因素，因此配电网故障恢复是一个多目标、多时段、多组合、多约束的非线性优化问题。该问题的复杂性决定了难以用单纯的数学方法得到完满的解决751。目前求解此类问题的主要思路是应用人工智能与数值计算相结合的方法，典型的方法有:应用启发式搜索方法寻找可能的恢复方案，并经数值计算确定可行的或优选的恢复方案(76-79;应用模糊数学原理进行模糊规划或模糊评价，确定恢复方案180-82;应用遗传算法并建立评价函数，寻求该评价函数下的最优解等83-841;应用专家系统技术，构建规则库并进行推理85-87;
15、利用模拟退火算法6111.2.3配电网的简化建模和分析 上述研究对配电自动化的发展起到了重要的推动作用，但是面临着计算量和占用存储空间大、速度慢、收敛困难、 “组合爆炸”等实际困难。复杂配电网不仅规模巨大，而且严重缺乏量测数据，因此求解更加困难881，这迫使人们进行配电网的简化建模和简化分析的研究。 文献8991等提出了一系列面向对象的配电元件模型并描述了可用于程序设计的数据结构，但是上述方法仍都需要依赖馈线上的所有配电变压器的量测数据。N.D.R.Sarma等提出了一种便于配电网络重构分析的配网简化方法，即将故障区域隔离后的各个连通系分别当作一个节点921，这个方法可以有效简化配电网，降低配
16、电网节点规模。文献9395等提出了利用主变电站出线负荷以及用户负荷类型、季节、日期、时段及负荷曲线等规律来确定负荷数据的方法，但是上述方法仅能根据统计的用户负荷分布情况获得极为粗糙的结果。文献96通过配电变压器的额定功率来摊分馈线出口负荷的方法来确定各个负荷的数据，结果也非常粗糙口 丁.P. Wanger等提出将负荷沿馈线按均匀分布来处理的配网简化和分析方法方法30J，该方法可以简化配电网，但是按均匀分布处理沿馈线的负荷与实际相差较大。N.Vempati等提出保证馈线两端电压降落相等的等效电压降落模型和保证线损相等的等效线损模型，从而将量测点之间的馈线和负荷表示为只接有一个等效负荷 (馈线上的负荷总和)的一条馈线 (馈线长度按其模型求出的等效长度)(971;文献98将等效电压降落模
