使得在配网接方面缺乏能足上述要求的一些指性方法，而且在城市网划中采用的方法也不是很完善。因此，城市网化划方法的研究具有大的意义。
1.3 配网化划述
1.3.1 配网化划的特点
城市配网划是在分析城网状和荷的基上，并在城市境保的束下行的，最得到不但足划期内的力供，要保高的供量以及小的用的配网划方案。城市配网[2]依等分高配网(包括 35-110kV 的路和所)，中配网(包括 3-10kV 的路，配所站和器)，低配网(包括380/220V路)。本文主要的研究象是城市10kV配网，属于中配网划，以下的配网划均指城市中配网划。
配网划具有如下特点: 1). 路合多：方案多配网是将能从高所直接分配到用的力网。其性与低用的多少、分布、密集程度有在荷点比多的配网中，路也比多路的合有成千上万就找最解来了困难。
2). 束条件：在城市配网中用多而密集，而由于受到架条件限制，路走廊少束多同由于要考虑路城市境的影响城市配网要求占地面小境染少。
3).多段性：在划中了避免短期行和盲目性从的角度整体合考网的布局。由于配网荷增速度快，分布常化配网划的适用期相网要短一些其性明就要求在当前段的划中及各待站和路以后各段的影响。
4).整数非性：配网路的建与投运是0-1性的要架要不架设不存在一个渡程不性分析和理来了度，无法用数概念来推某状点周的状同，由于路容量耗站容比等参数均需要非性的配网潮流算得到所以配网划具有整数非性特点。
5).数据模糊性：由于配电网直接与用户相连与用户相关的各个因素，如用户的多少位置负荷等直接影响配电网的结构但这些因素随时间的推移变化很大，尤其对新型城市和经济开发区发展速度很快负荷的波动也很大，这就使得本来就不精确的负荷预测的基础上进行的，所以参与中长期配电网规划的各原始参数也带有很大的模糊性。
6).多目标性既要满足社会发展对电力的要求又要具有高度的经济性。
1.3.2配电网网架结构优化的基本准则
进行网架结构规划时应满足电力系统经济性可靠性与灵活性等各方面 的基本要求:
1).具有高度经济性
经济性是进行电网建设的最基本的要求但在评估经济性时不能仅把电网建设的初期投资作为唯一考核指标，要以电网发展建设的总体效益来衡量这点目前已达成共识。
2).提高配电网整体供电能力
配电网直接联系着广大用户覆盖面很广供电面积大，因此应具有充足的供电能力以满足用户需求不断增长的要求，尤其是经济发展迅速的城市和地区对电网供电能力要予以特别重视。
3).提高电能质量及供电可靠性保证电网安全运行这是适应电力市场发展的要求保证在灵活机制下的高竞争力
4).要有较大的灵活性和适应性
在电网规划设计中配电网的灵活性和适应性观念尤为重要,因此经济发展既是一个系统工程又是一个动态工程包含着许多相互制约的不确定因素,远期发展目标不可能全部预见且在蓝图上全部确定下来,因此要求配电网网架结构具有足够的弹性,包括有足够的设备容量在各种可能出现的运行方式下具有相应的应变能力,在制定各阶段网架方案时要考虑前后阶段之间的相关性即发展过程中的过渡方案.
１．３．３我国配电网存在的问题
配电网位于电力系统的末端直接与用户相连整个电力系统,对用户的供电能力和供电质量最终都必须通过它来实现和保障，这就确保了配电网在电力系统中的重要地位。随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，用户对配电系统的经济性和可靠性提出了新的要求，这一切都要求在进行配电网规划和建设时必须把提高配电网的经济效益及供电可靠性摆在十分重要的地位。我国大部分城市十几年前规划建设的配电网早已不符合现在日新月异的发展形势满足不了人们对电能质量的要求，这就迫切需要对电网进行重新规划投资建设和改造国内多数配电网，在近几年内已有很大发展新的高压变电站增加老的变电站升压增容电网中引入超高压输电线电网结构趋向合理安全性有一定提高，但是在普遍进行的配电网改造中都会面临以下几个方面的问题:
1).配电网供电能力不足不能适应电力市场流通及消费的需要
据统计约占全国发电量的80%的是经城市电网分配给用户，这充分说明了城网在国民经济和社会发展中的作用及地位随着改革开放的深入第三产业迅速发展人民生活水平不断提高城市用电负荷迅猛增加，而配电网的发展不及负荷增展快而配电网建设虽然有了一定的发展但依旧存在容量不足的问题，有些城市负荷密度高短路容量高而城区内变电所较少变电容载比偏低一般在1.54-1.67而<<城市电力网规划设计导则>>要求220kV电网容载比应为
1.6-1.9110kV电网容载比应为1.8-2.1而多数城市配电网的主干线导线截面偏小每年用电高峰期各地配电网主设备严重过载不得不采取高峰限负荷或者拉闸限电措施
2).电网线路能损高电网的线损居高不下经济性差 3).电压质量不高
其主要原因是负荷增长快无功补偿不足或缺乏无功调节手段线路过长，导线截面小配电变压器布点不合理等等
4).城市电网技术落后设备陈旧供电能力不足特别是配电网设备普遍陈旧
落后小截面老线路老式油断路器老式柱上断路器等仍大量在线工作给系统的正常运行带来了很多的安全隐患
5).用户对供电可靠性和供电质量的要求日益提高配电自动化系统正逐渐兴起而原有的网络结构很难适应配电网自动化的要求
1.3.4 国内外配电网优化规划研究现状
配电网规划具有重要意义在电力系统研究领域中配电网规划一直是普遍关注的课题但是由于该问题的复杂性到目前为止并没有被很好的解决科研论文中提出的方法在实践中往往难以实现1997年<<国际供用电会议>>中一篇调查报告指出经过对世界上28个具有电网规划与分析功能并已经实际应用的商用电网信息系统调查得出的结论是大部分商用电网信息系统极少使用真正的数学规划方法或启发式方法虽然含有许多规划功能但其方法在答卷中很少阐述清楚大多数商用电网信息系统都提供简单的交互式模拟方法数学方法的缺乏很有
可能就是造成能提交完整报告的软件设计商数目很少的原因”这种状况出现的根本原因是配电网规划的复杂性
配电网规划问题具有非线性整数性运行方式多样性多阶段性的特点因此要对这样一个多阶段多约束条件非线性整数规划问题求解是相当复杂的工程的需要又要吸引广大电力规划工作者研究了各种各样的配电网规划方法建立了多种规划数学模型由于配电网规划问题的上述特点每一种方法都不可能建立最为精确的数学模型都采用了多种假设和近似这也是解决工程问题允许的从算法上来看迄今国内外配电网规划方法可分为以下几类：
1).近似优化算法(专家系统启发式算法): 这类方法以直观分析为依据接近工
程人员思路可以根据经验和计算给出比较好的设计方案但不是严格的优化方法在配电网规划中启发式方法直观灵活计算时间短便于人工参与给出符合工程实际的较优解这是其优点
现在常用的配电网络规划中的灵敏度分析法技术经济比较法支路交换法等都属于启发式算法支路交换法是Aoki等人于1990年提出的用以解决单阶段配电网优化规划问题
支路交换法的基本思想是:
(1).在一个可行方案中加入一条支路形成一个环路
(2).移去一条违反约束的或费用过高的支路如果支路交换后的方案更优保持该方案否则放弃交换
(3).重复以上过程直到目标函数不能再改善为止
1991年Nara将此单阶段近似算法扩展到多阶段并提出了一种称为
Backward/ForwardPath的多阶段模型求解方法这种方法在确定下一阶段方案的同时考虑前一阶段以确定该方案是否总体最优1997年S.K.Goswami将前面提到的支路交换法改进为:区内支路交换法(Intrazone)和区间支路交换(Interzone)Intrazone确定馈线的最优网络配置Interzone确定变电站的最优供电区域
2).传统的数学优化算法: 电网规划的数学优化法就是把电网规划设计要求归纳为运筹学中的数学模型然后通过一定的优化算法求解从而获得满足约束条件的最优规划方案
常用的配电网规划数学模型有线性规划模型整数规划模型混合整数规划模型动态规划模型以及网络流模型等求解上述模型的经典的数学优化算法[4]有:单纯形法动态规划法分支定界法网络流规划法以及Bender分解法等
数学优化方法与电网规划启发式方法相比考虑了各变量之间的互相影响因而理论上更为严格些但由于电网规划的变量数很多约束条件复杂因此数学优化方法虽然从数学角度上看具有严格的优越性但由于求解困难实际并不能得到最优解在建立模型时不得不对具体问题做一些简化给予近似的描述另外数学上最优的方案有可能与实际情况发生矛盾因此难以得到实施这是它的主要缺点例如 忽略电网的放射状约束和电压约束将离散变量连续化忽略线路均匀性约束等
传统的数学优化算法[6]应用于电力系统的研究集中在20世纪70年代和80
年代1974年Masud提出采用0-1线性模型表示变电站规划问题用运输模型表示馈线规划问题1983年Fawzi和EI-Sobki对其作了改进改进后的模型包括非线性费用和电压降约束1981年Thompson和Wall提出用分支定界法求解上述建立的0-1规划模型1996年Yifan Tang提出一种非常复杂的非线性规划配电网规划模型该模型考虑了Kirchhoff电流定律设备容量限制电压降限制辐射运行约束和可靠性等约束条件对于这样复杂的模型作者采用分解方法首先将多阶段模型分解成若干各单阶段模型再将每个单阶段问题分解成可靠性优化模型费用优化模型最后采用折中的方法对各个子模型进行协调从而找到问题的最优解
3).随机优化算法: 这类方法包括人工神经网络模拟退火算法Tabu搜索法以及算法等方法
人工神经网络法具有天生并行处理的优势但其训练非常复杂耗时并容易陷于局部最优解模拟退火算法的全局寻优能力较强然而为了保证解的最优性必须以足够慢的速度降温这样将涉及大量的计算Tabu搜索算法计算速度快但很容易陷于局部最优解从计算速度和全局寻优能力上来看遗传算法比其它随机优化算法要好一些但算法的控制比较困难计算时间也不好控制当然这和具体问题有关到20世纪90年代人们发现不管是传统的数学优化算法还是近似优化算法都不能很好的解决配电网规划问题这时随机优化算法已经发展起来了因此人们就将这种新兴的优化算法引入到了电力系统中随机优化算法对问题性质几乎没有限制并且有可能避免陷于局部最优解1991年K.Nara用遗传算法求解损失最小的配电网重构问题1994年V.Miranda将遗传算法应用于对阶段配电网规划问题发现遗传算法具有传统优化算法不可比拟的优点
(1).遗传算法对配电网规划模型的复杂性没有限制 (2).遗传算法可以提供多个优化解供规划人员选择 (3).遗传算法可以防止陷于局部最优解
总之求解配电网规划的优化算法很多但并没有一种算法合理理想好控制又能得到满意的解实际配电网规划问题仍期待更有效的求解方法
１．４ 本文所做的主要工作
本文在总结国内外配电网优化规划研究经验的基础之上对启发式算法应用于１０ｋＶ配电网优化规划进行了分析和研究主要研究内容如下
１）．建立了变电站规划优化的数学模型详细的介绍了遗传算法寻优的原理和实现步骤并把遗传算法引入到变电站规划优化问题的解决中
２）．详细介绍了网络拓扑算法寻优的原理和实现步骤利用该算法具有正反馈分布式计算和富于建设性的贪婪启发式搜索的特点把网络算法引入到配电网规划优化问题的解决中针对配电网的辐射型特点提出一种新的解的表示方法本文使用图论中的支撑树来表示问题的解该方法避免了配电网的辐射型检查使得算法的搜索域限定在可行解域该方法避免了配电网的辐射型检查使得算法的搜索域限定在可行解域从而改善算法的搜索效率
３）．详细介绍了目前电缆网络的各种主要接线模式以及箱式变压器配电站环网箱和开关站的参数及其使用条件
４）．在采用网络拓扑算法进行配电网规划优化时采用一种新的搜索策略来满足形成环网的要求并分别进行了采用环网箱配电站和箱式变压器与只采用配电站和箱式变压器的网架优化
第二章 城市中压配电网电缆网络接线模式
２．１ 城市中压配电网规划的主要内容
配电网规划在数学上是一个离散的非线性多阶段多目标的组合优化问题其目标函数一般是投资网损或用户停电损失最小等约束函数一般包括用户与系统的电力平衡各种电力运行约束等其中部分电力运行约束为非线性部分决策变量为整数配电网规划包括负荷预测高压网络规划等负荷预测采用多种预测方法在GIS平台上完成规划区域内的总量负荷预测和分区空间负荷预测高中压负荷预测分别进行采用不同的负荷预测方法进行分年度负荷预测完成规划区域内的总量负荷预测和分区负荷预测乃至具体地块的负荷预测
高压网络规划主要包含以下内容:变电站选址主变容量规划网络结构优化潮流计算短路计算N-1安全校验和无功优化计算等中压网络规划主要包含一下内容:架空线分段点规划环网(网络)开环点的优化负荷最优分配(网络重构)各变电站的10kV网络的基本走向和互联方案的开发规划等
２．２ 中压配电网电缆网架主要接线模式
2.2.1 10kV电缆网络接线准则
1).10kV电缆网络应构成正常方式下开环运行的单环网双环网达到手拉手和N1的准则 2).10kV环网的电源线应来自不同变电站或同一变电站的不同段母线 3).由变电站引出的10kV电缆环网每环供应的配变容量包括用户
8000kVA由开关站引出的10kV电缆环网每环供应的配变容量包括用户4000kVA
4).可视用户需要采用10kV专线及非专线供电严格控制不带负荷的备用10kV用户专线以节约走廊和提高线路负载率
5).作为110kV/35kV变电站10kV出线的第一级配电站原则上采用开关站或带所变的开关站的形式使变电站的10kV母线得到延伸解决110kV/35kV变电站10kV出线仓位不足及出线通道困难的问题
2.2.2 10kV电缆网络主要接线
电缆线路的特征是故障难于寻找及发现故障修复时间长但外界干扰少外力破坏少故障少不影响环境美观由于其特征一般除用户专线距离短故障概率极小可以适当停电的地点外不宜用放射形线路主干线路应用环网等接线电缆网络基本上分四种模式放射形环网接线(单环网1/3及1/4环网双环网等)公共备用线开关站并可派生出多种方案分述如下
1).放射形网络