220kv降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)275

220kv降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)275,kv,降壓,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 華 北 電 力 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）附 件 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 學(xué) 號(hào)： 081901090217 姓 名： 龐斌 所在系別： 電力工程系 專業(yè)班級(jí)： 農(nóng)電08k2 指導(dǎo)教師： 蘇海鋒 原文標(biāo)題：A new optimization model for distribution substation siting, sizing, and timing 2012年 6 月 20 日 一個(gè)新的配電變電站選址，容量和定時(shí)的優(yōu)化模型 一﹑ 摘要 本文提出了一種新的配電變電站選址，定容和定時(shí)規(guī)劃的優(yōu)化模型。該模型使用線性函數(shù)來表達(dá)總成本函數(shù)。該模型包括不同的電氣約束，像電壓降落，變電站和變壓器容??量，潮流和徑向流的限制.這種規(guī)劃問題，被作為一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃問題來進(jìn)行制定，從而避免使用非線性規(guī)劃，也同時(shí)避免了可能被困 地的解決方案。一個(gè)數(shù)值例子來驗(yàn)證模型的有效性。 關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)規(guī)劃;配電變電站;優(yōu)化;徑向分布系統(tǒng) 二、主要內(nèi)容 1 .介紹 配電變電站規(guī)劃被認(rèn)為是在電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中邁出的重要一步。這是因?yàn)樗黼娏鬏敽团潆娋W(wǎng)之間的主要聯(lián)系?？梢赃x擇的變電站選址和變電站的容量都會(huì)對(duì)變電站在傳輸和配電系統(tǒng)的規(guī)劃過程都明確的限制，因此，變電所設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)饋線路有很大的影響。雖然變電站的成本對(duì)于配電系統(tǒng)規(guī)劃總成本相對(duì)較小，但是其對(duì)配電系統(tǒng)規(guī)劃的整體經(jīng)濟(jì)有一定的限制。，變電站是最復(fù)雜的，尤其是當(dāng)它涉及到配電系統(tǒng)的規(guī)劃時(shí)。60％實(shí)用規(guī)劃者認(rèn)為這個(gè)一階段發(fā)生在在傳輸階段系統(tǒng)規(guī)劃的過程中，20％認(rèn)為這是在配電系統(tǒng)規(guī)劃中，而其余的（20％）認(rèn)為是一個(gè)單獨(dú)的進(jìn)程[1,2]。 變電站規(guī)劃涉及變電站選址，變電站的規(guī)模和服務(wù)領(lǐng)域的決心，和變電站'設(shè)備安裝的時(shí)間。變電站的選址不完全是基于對(duì)電力的考慮。通常，城市規(guī)劃和環(huán)境的限制在這個(gè)過程中的是主要決定因素。在最好的情況下，該市將提供一套規(guī)劃可用的地址以供選擇。然而這些地址很有可能都不是最佳的選擇方案。這時(shí)，規(guī)劃選址就不得不選擇第二個(gè)好的方案。在一般情況下，變電站選址過程中被視為作為一個(gè)篩選過程，通過這個(gè)過程所有可能的地點(diǎn)被調(diào)查分為不合適，候選的，或者是將來需要評(píng)價(jià)的。通常，變電站的規(guī)模和生活區(qū)決定于電氣因素和制約因素，如：設(shè)備容量和饋線的電壓下降等制約因素[1,2]。 已開發(fā)幾個(gè)布局規(guī)劃模型可以劃分為四個(gè)主要類別[3,4]： ?靜態(tài)負(fù)載的總系統(tǒng)模型：確定最佳變電站的位置和規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)路由，負(fù)載和饋線大小之間的負(fù)荷傳輸。 ?動(dòng)態(tài)負(fù)載子系統(tǒng)模型：確定規(guī)模，變電站的位置，安裝變電站其設(shè)備和“最佳饋線路線的時(shí)間。 ?動(dòng)態(tài)負(fù)載的總系統(tǒng)模型：確定規(guī)模，位置和安裝配電變電站設(shè)別和主饋線的時(shí)間。 [5]中提出了確定變電站規(guī)模和時(shí)間的方案。在這個(gè)方案中通過使用偽動(dòng)態(tài)的方法變電站的規(guī)模和時(shí)間確定會(huì)分開確定。這種方法需要連續(xù)應(yīng)用單時(shí)間周期靜態(tài)規(guī)劃模型。此外，在這個(gè)算法中，是否興建變電站是完全基于電壓下降的考慮。大家都知道電壓預(yù)測(cè)決定變電站的建設(shè)因素，然而這種方法的主要缺點(diǎn)是電壓的預(yù)測(cè)主要基于在變電站的服務(wù)區(qū)內(nèi)負(fù)荷密度均勻的假設(shè)，對(duì)于實(shí)際情況這不是可行的。此外，該模型沒有考慮到設(shè)備的位置。在 [6]中，為解決變電站的位置，規(guī)模的確定交通運(yùn)輸方式方面的問題得到了發(fā)展。這種方法假定總需求等于總供給，它的目標(biāo)是確定一個(gè)可行性模式，這種模式最大限度地減少了運(yùn)輸成本，同時(shí)滿足所有的需求。這種方法不包括設(shè)備在目標(biāo)函數(shù)方面的費(fèi)用，而且將現(xiàn)有的和可能有的變電站作為藍(lán)本，這種方法對(duì)正在運(yùn)行的所有變電站，盡管他們中只承擔(dān)一些小負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最佳的解決方案。然而，這種方法沒有考慮任何約束，如電壓的限制。此外，也不包括電壓下降方面的計(jì)算。 在[7]中，為了最優(yōu)的變電站選址，提出了一種固定費(fèi)用的中轉(zhuǎn)模型。該模型的目標(biāo)函數(shù)包括固定和可變成本的構(gòu)成，通過使用一個(gè)整數(shù)的分支定界技術(shù)來進(jìn)行解開。然而，這個(gè)模型是靜態(tài)模型，不考慮任何隨著時(shí)間的要求的變化因素。此外，它不包括任何限制例如電壓限制。為了解決了多期的配電系統(tǒng)規(guī)劃的問題，固定費(fèi)用中轉(zhuǎn)模型網(wǎng)絡(luò)程序問題的建議在[8]中被提出來。這種技術(shù)被用于優(yōu)化配電變電站和主饋線規(guī)劃。然而，這種技術(shù)不包括任何限制如電壓限制。 [9][10]的啟發(fā)式組合優(yōu)化算法來確定變電站的最佳容量，同時(shí)通過損失最小化降低在饋線損失，一種多源定位算法用于變電站的容量分配。這程序不需要選擇候選變電站位置。 在[11]中為了解決最佳變電站的位置和規(guī)模一個(gè)自適應(yīng)變異粒子群優(yōu)化算法的被提出。這種方法不需要候選變電站的位置同時(shí)考慮到變電站建設(shè)的投資和地理信息系統(tǒng)（GIS）。一種基于最低饋線損耗的變電站綜合服務(wù)區(qū)和饋線路方法在 [12]提出來。在此方法中，與分布數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，地理信息系統(tǒng)最小的路徑和負(fù)荷開關(guān)模式算法綜合起來解決規(guī)劃問題。最小路徑算法被用來重新分配負(fù)載點(diǎn)。在遠(yuǎn)離主變的末端，開關(guān)的負(fù)荷進(jìn)行集中和分配。負(fù)荷開關(guān)模式用于連接變電站饋線路徑和分發(fā)加載點(diǎn)。許多約束，如潮流約束，功率流動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)輻射都考慮其中。另一個(gè)變電站擴(kuò)建規(guī)劃程序被開發(fā)出來[13]。為了確定可行的候選地址，它提出了一個(gè)數(shù)學(xué)的聚類技術(shù)，同時(shí)考慮到變電站容量，饋線容量和電壓限制。然后，為了解決現(xiàn)有的變電站和新的變電站分配和容量的擴(kuò)展的最優(yōu)解決方案問題一種遺傳算法被提出來。這些上述程序[9-13]不包括電壓范圍內(nèi)的任何約束。然而，問題的解決方案沒有考慮隨時(shí)間變化的需求。 在[14]中，配電變電所通過概率方法來選址。這種方法考慮到了每小時(shí)（或每天）負(fù)載周期。對(duì)于不同的逐時(shí)負(fù)載的情況，根據(jù)其負(fù)載大小，來進(jìn)行負(fù)荷中心位置的確定和加權(quán)。然后用這些地點(diǎn)建立一個(gè)概率分布，來確定應(yīng)位于變電站的概率的最大周長(zhǎng)，過程中還考慮到，如土地供應(yīng)和土地成本等因素。在15 中提出了一種非離散函數(shù)，這種模型考慮到變電站成本和各種約束條件等關(guān)于變電站選址，規(guī)模和時(shí)間的因素。此外，該模型考慮到隨時(shí)間變化的需求。然而，在這個(gè)模型中的主要缺點(diǎn)是，每個(gè)規(guī)劃間隔獨(dú)立于以前的時(shí)間間隔所取得的成果。這導(dǎo)致了在被安裝在較早時(shí)期的一些饋線，然后移除后與新的饋線安裝在以后時(shí)期，這實(shí)際上是不可行的。此外，這個(gè)問題導(dǎo)致了一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP），由于非線性，這可能影響最佳解決方案。 本文組織如下：第二節(jié)介紹了正在研究的系統(tǒng)。在第3節(jié)提出了對(duì)配 變電站選址，容量，和時(shí)序的選擇的優(yōu)化模型.使用建模和解決提出的題制定,通用代數(shù)建模軟件（GAMS）求解。在第4節(jié)，從提出的優(yōu)化模型產(chǎn)生出結(jié)果。一個(gè)修改的擬定，來避免低效的電力傳輸?shù)膯栴}在第5節(jié)討論. 本節(jié)還提出了修改制定生成的結(jié)果。 2.研究制度 根據(jù)調(diào)查的服務(wù)區(qū)由9個(gè)部門構(gòu)成如圖2。每個(gè)部門的面積為0.44平方公里，假設(shè)變電站安裝部門，由城市部門2，4和6構(gòu)成。規(guī)劃期被設(shè)定為10年， 每2年的時(shí)間間隔共5次。表1[15]給出的行業(yè)需求的增長(zhǎng)超過10年的規(guī)劃期內(nèi)（每隔5）的增長(zhǎng)。 每個(gè)變電站的額定功率為40兆伏安，可配備了兩個(gè)變壓器，每個(gè)最高額定為20兆伏安。每個(gè)變壓器的效率，地點(diǎn)，并分配給變量在表2中的細(xì)節(jié)被提出來。 變電站固定成本假設(shè)是$ 200,000，而變壓器的單位安裝成本假定為150美元，能源成本假定為0.17元/千瓦時(shí)。利息，稅收，通貨膨脹，保險(xiǎn)費(fèi)率被認(rèn)為是10％，10％，6％和1％。變壓器允許被加載到其額定值的75％。它也被認(rèn)為沿著每條饋線的最大允許壓降為275 V（下被設(shè)定為11千伏系統(tǒng)的額定電壓的2.5％）。在額定功率的變壓器銅損假設(shè)是127千瓦[15]。每個(gè)變電站九饋線（總可用饋線27饋線），并假定每個(gè)饋線直接供應(yīng)相應(yīng)部門的需求的（表3）。此表還介紹了為每個(gè)可用饋線和現(xiàn)有的路線分配的變量。 3．問題制定 當(dāng)規(guī)劃安裝配電系統(tǒng)變電站及其部件，其主要目標(biāo)是盡量減少設(shè)備的安裝和能量損失的整體成本。這個(gè)費(fèi)用取決于一些因素，如變電站選址，設(shè)備安裝時(shí)間，設(shè)備（變壓器）負(fù)荷。對(duì)于變電站的選址，增加安裝變電站或不當(dāng)?shù)倪x址，會(huì)大大增加整個(gè)系統(tǒng)的成本。利率，通貨膨脹率，稅款，保險(xiǎn)費(fèi)率的影響設(shè)備安裝的時(shí)間，從而整體成本也受到影響。由于能量損失的大小是取決于設(shè)備的負(fù)荷，負(fù)荷水平的增加將導(dǎo)致整體成本增加。此外，以一個(gè)間隔期為基礎(chǔ)的以往的規(guī)劃模型上，可能會(huì)導(dǎo)致不切實(shí)際的解決方案，如安裝在同期饋線，然后在后期消除[15]。在這種情況下，就需要人們用專業(yè)知識(shí)來消除這些不切實(shí)際的解決方法?？紤]到所有這些因素，提出了一個(gè)新的方案來最大限度地減少整體成本。為了避免人類專業(yè)知識(shí)的必要性，以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： 1確定設(shè)備安裝的最佳時(shí)機(jī)。 2充分確定變電站的選址和容量。 在整個(gè)規(guī)劃地平線的主要目標(biāo) 寫成如下： 其中q是在10年的規(guī)劃期內(nèi)，設(shè)計(jì)間隔數(shù)等于設(shè)置等于5。因此，兩年內(nèi)選擇每個(gè)設(shè)計(jì)間隔提供足夠的時(shí)間進(jìn)行設(shè)備安裝。CS1，CS2和CS3是分別為固定成本變電站1，2，3,，CT11，CT12是變壓器的兩個(gè)單位的成本將安裝在變電站1. CT21，CT22是變壓器的兩個(gè)單位的成本將安裝在變電站2. CT31，CT32是變壓器的兩個(gè)單位的成本將安裝在變電站3. C是能源成本（元/千瓦時(shí)），Htr是變壓器單元（MVA）的評(píng)級(jí)，Xin是從單位交付的電力.I在給定的周期n安裝單元（變壓器）。如果未安裝單元（變壓器）它設(shè)置為零。Rn和BN是固定的收費(fèi)率和現(xiàn)值因素，對(duì)于一個(gè)給定的時(shí)間間隔n分別計(jì)算. 如下： 其中，R，T，F(xiàn)，分別為利潤(rùn)，稅收，通貨膨脹和保險(xiǎn)費(fèi)率。 在此方案中，變壓器的功率損耗依據(jù)變壓器負(fù)載的百分比來進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)這一比例相當(dāng)于在額定功率（PCU）時(shí)變壓器的銅損變壓器單元評(píng)級(jí)（HTR）的比率。 3.1 額外的限制，以克服非線性 決策變數(shù)yin是用來確定是否變壓器提供電力。通過乘以變量xxin（由變壓器提供電源）二進(jìn)制變量yin。然而，這將強(qiáng)制非線性問題。為了避免這種情況，變量xin被推出來取代雙方的產(chǎn)品 一些變量和約束被添加如下： 其中M是一個(gè)大數(shù)，并選擇是等于10000，以保證約束式顯示。 （4）和（5）將表明是否使用或變壓器，XXin是從單元（變壓器）i在一定時(shí)期內(nèi)N（MVA）的電力功率，Yin是一個(gè)二進(jìn)制變量表示在給定的周期n的功率耗散。一個(gè)它的價(jià)值等于1表示電流通過變壓器傳輸，而零表示沒有電流傳出。 3.2 固定成本約束 如前所述，Sij表示二進(jìn)制的決策變量，決定了一個(gè)單位的安裝. 一個(gè)單位的成本取決于今年由于安裝引起的變化。二進(jìn)制變量F增加，其中影響的發(fā)電量為在連續(xù)兩年的單位提供決策變量。 3.3 容量限制 每個(gè)變電站，每個(gè)變壓器容量分別40兆伏安和20兆伏安。然而，他們被允許加載到其額定容量的75％從而最高效率運(yùn)作。這個(gè)導(dǎo)致了對(duì)于每個(gè)變電站，每個(gè)變壓器有30兆伏安和15兆伏安容量的限制. 此外，變電站和變壓器負(fù)荷的下限設(shè)置為0.這可以表示如下： 3.4 功率流的限制 這些約束代表的能量守恒定律，各變電站的總負(fù)載在一個(gè)給定的時(shí)間間隔n內(nèi)等價(jià)于個(gè)人變壓器單位的負(fù)荷總和，同時(shí)，在同一時(shí)間內(nèi)等于本部門要求提供的總變電站和子變電站單位的總銅損。這些約束先解釋如下： 3.5 徑向流約束 假定每條饋線提供每塊地區(qū)的電能需求，直接從某變電站提取。而且，假定每塊區(qū)域從一個(gè)變電站得到電能供給，主要是為了滿足徑向流動(dòng)的限制。這些限制可以表示如下： 3.6電壓限制 電壓的限制是為了確保在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓保持在允許的水平。這些約束以每條饋線壓降的最大值來表示。這些約束可以表示如下： 是在被給定時(shí)間N內(nèi)沿饋線j 的電壓降，Vnominalis表示系統(tǒng)的額定電壓（kV）。ZJ是饋線J的阻抗，XJ，n是一個(gè)二進(jìn)制的變量，表示在給定的一段時(shí)間內(nèi)存在饋線的存在。表示最大電壓降落。 4.優(yōu)化結(jié)果 在第2節(jié)提出的問題解決了，在GAMS很容易使用的方式解式。（1） - （22）的問題解決了而且最優(yōu)的系統(tǒng)配置如圖 3。這種配置造成在的10年規(guī)劃期內(nèi)，總成本為2,839,253.817美元。表4給出了饋線的變量的狀態(tài)，可以得出的結(jié)論是沒有必要安裝變電站3。然而，此表顯示，最佳的解決方案包括安裝饋線6來為區(qū)域6供電，這是一種低效饋線路由（2變電站已安裝）。盡管電力要輸送到較遠(yuǎn)的區(qū)域，但是所有涉及的限制，包括壓降限制，均已得到滿足，如表5和表6。這些制約因素還沒有顯示出來，因?yàn)閰^(qū)域6在研究期間的的需求最小。結(jié)果表明，所需的負(fù)荷變電站1和2分別為28.179兆伏安和25.16兆伏安。變電站1和2的服務(wù)區(qū)域在表3中顯示。調(diào)查結(jié)果顯示，在這個(gè)配置規(guī)劃中需要四臺(tái)變壓器同時(shí)兩臺(tái)變壓器要在第一規(guī)劃期內(nèi)安裝，另外兩臺(tái)在第二規(guī)劃期內(nèi)安裝。同時(shí)可以看出這個(gè)問題的制定是通過延時(shí)一些變壓器的安裝來考慮整體變壓器的時(shí)限問題的 。比先前15中提出的問題的主要優(yōu)點(diǎn)有： 1 這些問題不包含任何非線性問題 2 在整個(gè)規(guī)劃期內(nèi)這些問題得到了優(yōu)化，從而避免了任何不切合實(shí)際的方案，像在第一段時(shí)間內(nèi)安裝一條饋線，可是在第二個(gè)規(guī)劃時(shí)期就拆除了。 這種問題的制定包括了三個(gè)變電站可能的位置，而不僅僅是為了滿足負(fù)荷的需要，從而考慮用算式來確定在滿足負(fù)荷條件下變電站的數(shù)目。 三、 結(jié)論 本文提出了一種新的配電變電站選址，規(guī)模和時(shí)序規(guī)的劃優(yōu)化模型。這個(gè)模型使在這個(gè)規(guī)劃時(shí)期內(nèi)的總成本得到了優(yōu)化。通過最大限度地減少整個(gè)規(guī)劃期內(nèi)的成本，從而得到準(zhǔn)確，實(shí)際的成果。 根據(jù)研究，只考慮成本優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致一些問題，在規(guī)劃期內(nèi)特別低效，對(duì)未來負(fù)荷的增長(zhǎng)也是行不通的。所得的結(jié)果顯示，電壓降落不足以防止無效的功率傳輸，尤其是負(fù)荷水平在規(guī)劃期內(nèi)不那么高。所以，修改后的規(guī)劃方案，包括同時(shí)最大限度的降低成本和壓降，才能保證這種做法。在這種情況下得出的結(jié)論能夠提供一種更好的和高效的供電裝置，從而滿足將來負(fù)荷的增長(zhǎng)。 原文作者及出處：T.H.M. El-Fouly a,*, H.H. Zeineldin b, E.F. El-Saadany a, M.M.A. Salama a