1.規(guī)劃的任務、目標和費用
配電網(wǎng)規(guī)劃包括以下幾類任務:戰(zhàn)略規(guī)劃、長期規(guī)劃、目標規(guī)劃(網(wǎng)絡設(shè)計)、現(xiàn)場規(guī)劃、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃以及工作計劃等。其中,網(wǎng)絡設(shè)計的時間跨度可達數(shù)十年,例如新建一條110kv線路,其建設(shè)區(qū)域在20~30年前就要規(guī)劃預留,而具體實施可能要到今年才開始執(zhí)行。
在所有的規(guī)劃階段,規(guī)劃目標就是找到技術(shù)上可行的解決方案,使得規(guī)劃期限內(nèi)總成本最小化。規(guī)劃目標可表征為現(xiàn)值的最小化,現(xiàn)值包括規(guī)劃期內(nèi)發(fā)生的投資費用、損耗費用、停電損失費用和運維費用,目標函數(shù)用式(1)表示,代表規(guī)劃期內(nèi)年成本現(xiàn)值的總和。
式中:kinv為規(guī)劃期年的投資費用;kloss為規(guī)劃期年的損耗費用;kout為規(guī)劃期t年的停電損失費用;kmain為規(guī)劃期年的維護費用;t為規(guī)劃期年限。
2.規(guī)劃的邊界條件
規(guī)劃就需要制定邊界條件,在此邊界條件內(nèi)使得規(guī)劃的總費用最小。典型的邊界條件為:
①電壓降不得超過允許的限制條件;
②導線溫度不得超過其承受能力;
③導線流過的故障電流不得超過一定的限值;
④必須滿足保護(如接地故障保護)規(guī)定的功能;
⑤必須滿足電氣安全法規(guī),如接地電壓的要求。
電網(wǎng)規(guī)劃方案需要解決以下問題:配電網(wǎng)投資的原因、具體實施地點、時間以及實施內(nèi)容。
電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)條件可分為4類:電網(wǎng)的容量需求、可靠性需求、電網(wǎng)設(shè)備的機械強度和設(shè)備的老化程度,具體內(nèi)容如下。
1)電網(wǎng)的容量需求。配電網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵內(nèi)容是負荷預測。負荷具備電量、功率和時間特性等特征,其中包括很多變量,如能效、分布式電源和需求側(cè)響應等。電網(wǎng)的容量需求主要由峰荷確定。通過主動的負荷控制,即對負荷進行直接控制或根據(jù)價格進行控制,會影響峰荷的大小。對負荷進行直接控制時,關(guān)鍵的問題在于是由dso、零售商、終端用戶或綜合系統(tǒng)信息服務商中的哪方來控制負荷,如果是由電力零售商控制負荷,則從電網(wǎng)的角度來看,可能存在負面影響。類似地,如果由dso控制負荷,對用戶負荷也可能產(chǎn)生一定的負面影響。
2)電網(wǎng)的可靠性需求。電網(wǎng)的可靠性由社會需求、電力用戶、發(fā)電商,以及分布式電源和儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢所決定。配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢之一是建設(shè)能夠抵御自然災害的配電網(wǎng),包括農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)。建設(shè)能夠抵御自然災害的電網(wǎng),其目的是在極惡劣的天氣條件(風暴、冰災、洪水等)下也能保證不間斷地供電。在未來,包括傳統(tǒng)的網(wǎng)絡技術(shù),以及本地發(fā)電、儲能和切斷非重要負荷等手段,將成為在確保不間斷供電中起著關(guān)鍵性作用的手段。
3)設(shè)備的機械強度與老化程度。設(shè)備的機械強度與老化程度,可能是多數(shù)電網(wǎng)啟動改造的關(guān)鍵因素。對電網(wǎng)進行改造,這既是一項挑戰(zhàn),也是一次對電網(wǎng)進行更新改造的機會。如果電網(wǎng)必須改造,這就為更新電網(wǎng)、實現(xiàn)電網(wǎng)新目標提供了一個經(jīng)濟有效的機會。在這種情況下,電力電子、直流技術(shù)和儲能的應用,可為滿足未來電網(wǎng)發(fā)展的需求而提供一種靈活的手段。
3.規(guī)劃過程各種任務的相互作用
電網(wǎng)發(fā)展和規(guī)劃之間的相互作用如圖所示。電網(wǎng)的發(fā)展存在諸多挑戰(zhàn),戰(zhàn)略規(guī)劃在其中發(fā)揮的重要性不容忽視。如果在電網(wǎng)不同的發(fā)展階段中增加很多新興技術(shù),則戰(zhàn)略規(guī)劃方案也會相應發(fā)生改變,如在電網(wǎng)規(guī)劃和運行模型中可行的電網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)以及參數(shù)配置等。在不同的規(guī)劃方案中,例如分布式電源的規(guī)模、電動汽車的數(shù)量,制熱方法的變化范圍(如熱泵等)和監(jiān)管方法的內(nèi)容等均有多種待選參數(shù)。通過戰(zhàn)略規(guī)劃,可得到適用于智能電網(wǎng)發(fā)展的各種待選規(guī)劃方案。在戰(zhàn)略規(guī)劃過程中,關(guān)鍵是要保證規(guī)劃方案的靈活性,即能快速地適應電網(wǎng)發(fā)展變化新情況的能力。
圖 電網(wǎng)發(fā)展過程中的規(guī)劃流程