220kv降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計275

220kv降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計275,kv,降壓,變電所,電氣,一次,系統(tǒng),設(shè)計 華 北 電 力 大 學(xué) 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）附 件 外 文 文 獻 翻 譯 學(xué) 號： 081901090217 姓 名： 龐斌 所在系別： 電力工程系 專業(yè)班級： 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 一個新的配電變電站選址，容量和定時的優(yōu)化模型 一﹑ 摘要 本文提出了一種新的配電變電站選址，定容和定時規(guī)劃的優(yōu)化模型。該模型使用線性函數(shù)來表達總成本函數(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，被作為一個混合整數(shù)線性規(guī)劃問題來進行制定，從而避免使用非線性規(guī)劃，也同時避免了可能被困 地的解決方案。一個數(shù)值例子來驗證模型的有效性。 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。這是因為它代表電力傳輸和配電網(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對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)計參數(shù)對饋線路有很大的影響。雖然變電站的成本對于配電系統(tǒng)規(guī)劃總成本相對較小，但是其對配電系統(tǒng)規(guī)劃的整體經(jīng)濟有一定的限制。，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。60％實用規(guī)劃者認(rèn)為這個一階段發(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)為是一個單獨的進程[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)備安裝的時間。變電站的選址不完全是基于對電力的考慮。通常，城市規(guī)劃和環(huán)境的限制在這個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，規(guī)劃選址就不得不選擇第二個好的方案。在一般情況下，變電站選址過程中被視為作為一個篩選過程，通過這個過程所有可能的地點被調(diào)查分為不合適，候選的，或者是將來需要評價的。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)幾個布局規(guī)劃模型可以劃分為四個主要類別[3,4]： ?靜態(tài)負載的總系統(tǒng)模型：確定最佳變電站的位置和規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)路由，負載和饋線大小之間的負荷傳輸。 ?動態(tài)負載子系統(tǒng)模型：確定規(guī)模，變電站的位置，安裝變電站其設(shè)備和“最佳饋線路線的時間。 ?動態(tài)負載的總系統(tǒng)模型：確定規(guī)模，位置和安裝配電變電站設(shè)別和主饋線的時間。 [5]中提出了確定變電站規(guī)模和時間的方案。在這個方案中通過使用偽動態(tài)的方法變電站的規(guī)模和時間確定會分開確定。這種方法需要連續(xù)應(yīng)用單時間周期靜態(tài)規(guī)劃模型。此外，在這個算法中，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)測決定變電站的建設(shè)因素，然而這種方法的主要缺點是電壓的預(yù)測主要基于在變電站的服務(wù)區(qū)內(nèi)負荷密度均勻的假設(shè)，對于實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)是確定一個可行性模式，這種模式最大限度地減少了運輸成本，同時滿足所有的需求。這種方法不包括設(shè)備在目標(biāo)函數(shù)方面的費用，而且將現(xiàn)有的和可能有的變電站作為藍本，這種方法對正在運行的所有變電站，盡管他們中只承擔(dān)一些小負荷，會產(chǎn)生一個最佳的解決方案。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算。 在[7]中，為了最優(yōu)的變電站選址，提出了一種固定費用的中轉(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，通過使用一個整數(shù)的分支定界技術(shù)來進行解開。然而，這個模型是靜態(tài)模型，不考慮任何隨著時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，計算機圖形學(xué)，地理信息系統(tǒng)最小的路徑和負荷開關(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載點。在遠離主變的末端，開關(guān)的負荷進行集中和分配。負荷開關(guān)模式用于連接變電站饋線路徑和分發(fā)加載點。許多約束，如潮流約束，功率流動和網(wǎng)絡(luò)輻射都考慮其中。另一個變電站擴建規(guī)劃程序被開發(fā)出來[13]。為了確定可行的候選地址，它提出了一個數(shù)學(xué)的聚類技術(shù)，同時考慮到變電站容量，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（或每天）負載周期。對于不同的逐時負載的情況，根據(jù)其負載大小，來進行負荷中心位置的確定和加權(quán)。然后用這些地點建立一個概率分布，來確定應(yīng)位于變電站的概率的最大周長，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)模和時間的因素。此外，該模型考慮到隨時間變化的需求。然而，在這個模型中的主要缺點是，每個規(guī)劃間隔獨立于以前的時間間隔所取得的成果。這導(dǎo)致了在被安裝在較早時期的一些饋線，然后移除后與新的饋線安裝在以后時期，這實際上是不可行的。此外，這個問題導(dǎo)致了一個混合整數(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)提出了對配 變電站選址，容量，和時序的選擇的優(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個部門構(gòu)成如圖2。每個部門的面積為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年的時間間隔共5次。表1[15]給出的行業(yè)需求的增長超過10年的規(guī)劃期內(nèi)（每隔5）的增長。 每個變電站的額定功率為40兆伏安，可配備了兩個變壓器，每個最高額定為20兆伏安。每個變壓器的效率，地點，并分配給變量在表2中的細節(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。利息，稅收，通貨膨脹，保險費率被認(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]。每個變電站九饋線（總可用饋線27饋線），并假定每個饋線直接供應(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。這個費用取決于一些因素，如變電站選址，設(shè)備安裝時間，設(shè)備（變壓器）負荷。對于變電站的選址，增加安裝變電站或不當(dāng)?shù)倪x址，會大大增加整個系統(tǒng)的成本。利率，通貨膨脹率，稅款，保險費率的影響設(shè)備安裝的時間，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)備的負荷，負荷水平的增加將導(dǎo)致整體成本增加。此外，以一個間隔期為基礎(chǔ)的以往的規(guī)劃模型上，可能會導(dǎo)致不切實際的解決方案，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)知識來消除這些不切實際的解決方法?？紤]到所有這些因素，提出了一個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)知識的必要性，以實現(xiàn)以下目標(biāo)： 1確定設(shè)備安裝的最佳時機。 2充分確定變電站的選址和容量。 在整個規(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)計間隔數(shù)等于設(shè)置等于5。因此，兩年內(nèi)選擇每個設(shè)計間隔提供足夠的時間進行設(shè)備安裝。CS1，CS2和CS3是分別為固定成本變電站1，2，3,，CT11，CT12是變壓器的兩個單位的成本將安裝在變電站1. CT21，CT22是變壓器的兩個單位的成本將安裝在變電站2. CT31，CT32是變壓器的兩個單位的成本將安裝在變電站3. C是能源成本（元/千瓦時），Htr是變壓器單元（MVA）的評級，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是固定的收費率和現(xiàn)值因素，對于一個給定的時間間隔n分別計算. 如下： 其中，R，T，F(xiàn)，分別為利潤，稅收，通貨膨脹和保險費率。 在此方案中，變壓器的功率損耗依據(jù)變壓器負載的百分比來進行計算。假設(shè)這一比例相當(dāng)于在額定功率（PCU）時變壓器的銅損變壓器單元評級（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）二進制變量yin。然而，這將強制非線性問題。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在一定時期內(nèi)N（MVA）的電力功率，Yin是一個二進制變量表示在給定的周期n的功率耗散。一個它的價值等于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表示二進制的決策變量，決定了一個單位的安裝. 一個單位的成本取決于今年由于安裝引起的變化。二進制變量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 每個變電站，每個變壓器容量分別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％從而最高效率運作。這個導(dǎo)致了對于每個變電站，每個變壓器有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，各變電站的總負載在一個給定的時間間隔n內(nèi)等價于個人變壓器單位的負荷總和，同時，在同一時間內(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)域從一個變電站得到電能供給，主要是為了滿足徑向流動的限制。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節(jié)點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是一個二進制的變量，表示在給定的一段時間內(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，因為區(qū)域6在研究期間的的需求最小。結(jié)果表明，所需的負荷變電站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，在這個配置規(guī)劃中需要四臺變壓器同時兩臺變壓器要在第一規(guī)劃期內(nèi)安裝，另外兩臺在第二規(guī)劃期內(nèi)安裝。同時可以看出這個問題的制定是通過延時一些變壓器的安裝來考慮整體變壓器的時限問題的 。比先前15中提出的問題的主要優(yōu)點有： 1 這些問題不包含任何非線性問題 2 在整個規(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際的方案，像在第一段時間內(nèi)安裝一條饋線，可是在第二個規(guī)劃時期就拆除了。 這種問題的制定包括了三個變電站可能的位置，而不僅僅是為了滿足負荷的需要，從而考慮用算式來確定在滿足負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)模和時序規(guī)的劃優(yōu)化模型。這個模型使在這個規(guī)劃時期內(nèi)的總成本得到了優(yōu)化。通過最大限度地減少整個規(guī)劃期內(nèi)的成本，從而得到準(zhǔn)確，實際的成果。 根據(jù)研究，只考慮成本優(yōu)化可能會導(dǎo)致一些問題，在規(guī)劃期內(nèi)特別低效，對未來負荷的增長也是行不通的。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，從而滿足將來負荷的增長。 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