高中壓配電線路供電能力的多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

陳永進(jìn)，吳杰康

(1.廣東電網(wǎng)公司韶關(guān)供電局，廣東 韶關(guān)市 512028;2.廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣州 510006)

隨著新能源、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)汽車在配電網(wǎng)的大量接入，將有助于新能源的分布和可持續(xù)高效利用，但是同時(shí)也給原有配電網(wǎng)帶來了電壓質(zhì)量嚴(yán)重偏高或偏低、供電阻塞等問題［1－6］。為了適應(yīng)新能源的大量接入，探尋規(guī)劃建設(shè)新配電網(wǎng)或計(jì)劃改造原有配電網(wǎng)的方法已經(jīng)成為一個(gè)迫切任務(wù)。

配電網(wǎng)規(guī)劃或原有配電網(wǎng)改造計(jì)劃首先應(yīng)考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、可靠性等問題［7］－［11］。傳統(tǒng)的配電線路供電能力評(píng)價(jià)方法主要側(cè)重于考慮技術(shù)因素的影響，比如考慮噪音［12］、接線模式［13］、線路容量［13］、容載比［14］;有的側(cè)重于資金投入，但往往忽略一些技術(shù)因素和供電可靠性的影響［12］以及供電可靠性的要求。本文在考慮傳統(tǒng)的配電線路供電能力評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，提出在高中壓配電網(wǎng)配電線路規(guī)劃或改造計(jì)劃時(shí)，要增加同時(shí)考慮電壓質(zhì)量、網(wǎng)損和供電可靠性的影響因素，即多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。

1 多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

正常供電是指在保證電能質(zhì)量及維持一定的供電可靠性和網(wǎng)損水平的情況下為用戶負(fù)荷提供功率。配電網(wǎng)中110 kV、35 kV、10 kV配電線路是常見的高中低電壓配電線路，評(píng)價(jià)其供電能力主要考慮電壓質(zhì)量、線損率、供電可靠性等指標(biāo)。

1.1 電壓質(zhì)量指標(biāo)

評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量就是比較節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)際值與額定值的大小，可采用其比值的方法來評(píng)價(jià)，若節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)際值與額定值的比值等于1，則說明節(jié)點(diǎn)電壓在額定值的水平上;若節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)際值與額定值的比值大于1，則說明節(jié)點(diǎn)電壓比額定值偏高;若節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)際值與額定值的比值小于1，則說明節(jié)點(diǎn)電壓比額定值偏低。對(duì)于單一節(jié)點(diǎn)電壓，構(gòu)建的考核指標(biāo)為

式中，Ui、Uni分別為節(jié)點(diǎn)i電壓的實(shí)際值和額定值。

評(píng)價(jià)變電站變壓器增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)單一節(jié)點(diǎn)電壓的影響，分別構(gòu)建的考核指標(biāo)為:

式中:NL0、NL分別為原有線路的數(shù)量、新增線路的數(shù)量，NT0、NT分別為原有變壓器的數(shù)量、新增變壓器的數(shù)量，ST0i、STi分別為原有和新增變壓器的容量，LT0i、LTi分別為原有和新增線路長(zhǎng)度，AT0i、ATi分別為原有和新增線路導(dǎo)線截面積;kUS、kUL、kUA分別稱為新增單位變電容量引起的電壓偏移量、新增單位線路長(zhǎng)度引起的電壓偏移量、新增單位線路截面積引起的電壓偏移量。電壓偏移量可以針對(duì)最大負(fù)荷和最大電源出力的情況下進(jìn)行計(jì)算，也可以針對(duì)各種運(yùn)行方式和條件進(jìn)行計(jì)算。

從全網(wǎng)整體來看，評(píng)價(jià)變電站變壓器增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的影響，分別構(gòu)建的考核指標(biāo)為:

式中:NN0、NN分別為原有和新建網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù);kVSA、kVLA、kVAA分別為是新增單位變電容量、新增單位線路長(zhǎng)度、新增單位線路截面積引起全網(wǎng)電壓平均偏移量。電壓偏移量取全網(wǎng)的平均值，反映的是全網(wǎng)電壓的平均變化。

1.2 網(wǎng)損指標(biāo)

以電網(wǎng)中每條支路功率損耗在線路技改和新建前后的比值來評(píng)價(jià)線損率，若比值等于1，則說明功率損耗無變化，若比值大于1，則說明功率損耗變大，若比值小于1，則說明功率損耗變小。對(duì)于某一線路功率損耗，構(gòu)建的考核指標(biāo)為

式中:PLoss0i、PLossi分別為電網(wǎng)進(jìn)行技改和新建線路之前和之后線路i在每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為最大負(fù)荷下的功率損耗。

電網(wǎng)建設(shè)不僅追求最好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效果，同時(shí)期望通過線路的技術(shù)改造和新建獲得全網(wǎng)線損率的降低。如果期望電網(wǎng)建設(shè)線損率為λLEi，那么線損率的考核指標(biāo)為

變電站變壓器增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)支路功率損耗均有影響，而且單位容量、單位線路長(zhǎng)度、電網(wǎng)線路導(dǎo)線截面積的影響對(duì)其程度也不相同。針對(duì)這種情況，可以分別稱為新增單位變電容量引起的線損率、新增單位線路長(zhǎng)度引起的線損率、新增單位線路截面積引起的線損率，并可分別構(gòu)建如下的考核指標(biāo)來評(píng)價(jià):

評(píng)價(jià)變電站變壓器增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)整個(gè)電網(wǎng)功率損耗的影響，可用的指標(biāo)為:

式中，kLossSA、kLossLA、kLossAA分別反映的是新增單位變電容量、新增單位線路長(zhǎng)度、新增單位線路截面積造成的全網(wǎng)總功率損耗。

1.3 供電可靠性指標(biāo)

每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性在線路技改和新建前后都會(huì)有變化，每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性在線路技改和新建前后比值的大小可以用來評(píng)價(jià)電網(wǎng)供電可靠性的變化。當(dāng)比值等于1時(shí)，則說明線路技改和新建對(duì)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性無影響，當(dāng)比值大于1時(shí)，則說明線路技改和新建對(duì)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性增大了負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性，當(dāng)比值小于1時(shí)，則說明線路技改和新建降低了負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性。對(duì)于某一負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性，構(gòu)建的考核指標(biāo)為

式中，λD0i、λDi分別為電網(wǎng)技改和新建前后負(fù)荷點(diǎn)i供電可靠性的實(shí)際值。

如果對(duì)供電可靠性有一種期望值λDEi，那么供電可靠性的考核指標(biāo)為

考核變電站增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性影響程度，可以分別用新增單位變電容量增大的供電可靠性、新增單位線路長(zhǎng)度增大的供電可靠性、新增單位線路截面積增大的供電可靠性三個(gè)指標(biāo)，即

評(píng)價(jià)變電站變壓器增容、線路長(zhǎng)度變化、線路導(dǎo)線截面積變化對(duì)整個(gè)電網(wǎng)功率損耗的影響，分別用的三個(gè)指標(biāo)為:

式中:kλSA、kλLA、kλAA分別反映的是新增單位變電容量、新增單位線路長(zhǎng)度、新增單位線路截面積形成的所有負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性平均變化量。

1.4 電壓質(zhì)量、網(wǎng)損、供電可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

從全網(wǎng)的角度考慮所有節(jié)點(diǎn)電壓水平、所有支路功率損耗以及所有負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性相對(duì)應(yīng)技改和新建前的計(jì)算值，分別構(gòu)建的考核指標(biāo)為:

式中ND0、ND分別為技改和新建前后負(fù)荷點(diǎn)數(shù)。

考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益的要求以及考核指標(biāo)的約束，構(gòu)造電壓質(zhì)量、網(wǎng)損、供電可靠性綜合評(píng)價(jià)模型:

VEiλEikLossEi分別為期望達(dá)到的節(jié)點(diǎn)電壓考核指標(biāo)、期望達(dá)到的負(fù)荷點(diǎn)供電可靠性考核指標(biāo)、期望達(dá)到的線路功率損耗考核指標(biāo)，i為區(qū)域的指引。

2 實(shí)例計(jì)算與分析

假設(shè)10 kV、35 kV、110 kV變電站單位容量投資值為 15萬元/MVA、25萬元/MVA、40萬元/MVA，10 kV、35 kV、110 kV 線路單位長(zhǎng)度投資值為10萬元/km、20萬元/km、50萬元/km。在區(qū)域負(fù)荷40 MVA且導(dǎo)線截面積為120 mm2、300 mm2下10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)如表1、表2所示;在區(qū)域負(fù)荷200 MVA且導(dǎo)線截面積為120 mm2、300 mm2下 10 kV、35 kV、110 kV 線路供電能力綜合評(píng)價(jià)如表3、表4所示。

從表1至表4可以看出，在30 km至60 km的線路長(zhǎng)度范圍內(nèi)，35 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)值均高于10 kV和110 kV線路;在一定的線路長(zhǎng)度范圍內(nèi)，10 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)值會(huì)高于35 kV和110 kV線路，而35 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)值均高于110 kV線路。

表1 負(fù)荷為40 MVA且導(dǎo)線截面積為120 mm2時(shí)10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)Tab.1 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 120 mm2and the load power being 40 MVA

表2 負(fù)荷為40 MVA且導(dǎo)線截面積為300 mm2時(shí)10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)Tab.2 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 300 mm2and the load power being 40 MVA

如果輸送功率相同，在確保電壓質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)期望的供電可靠性水平、最低網(wǎng)損率的情況下，需要的110 kV線路數(shù)量小于35 kV、10 kV線路，比如:導(dǎo)線截面積為300 mm2的110 kV線路在供電半徑為20 km時(shí)并輸送功率200M VA功率時(shí)，110 kV線路需要4條，35 kV線路需要12條，10 kV線路需要135條，可見在節(jié)省占地方面110 kV線路優(yōu)勢(shì)非常明顯。

表3 負(fù)荷為200 MVA且導(dǎo)線截面積為120 mm2時(shí)10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)Tab.3 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 120 mm2and the load power being 200 MVA

表4 負(fù)荷為200 MVA且導(dǎo)線截面積為300 mm2時(shí)10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評(píng)價(jià)Tab.4 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 300 mm2and the load power being 200 MVA

3 結(jié)論

1)單純從電壓質(zhì)量、供電可靠性和網(wǎng)損率的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)看，在30 km至60 km的線路長(zhǎng)度范圍內(nèi)35 kV線路好于10 kV、110 kV線路。

2)從節(jié)省占地來看，110 kV線路優(yōu)于10 kV、35 kV線路。

［1］ KAREN N M，CHIANG H D.Electric distribution system load capability:problems formulation，solution algorithm，and numerical results［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，2000，15(1):436－442.

［2］ 肖峻，高海霞，葛少云，等.城市中壓配電網(wǎng)評(píng)估方法與實(shí)例研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(20):77 －81.XIAO Jun，GAO Haixia，GE Shaoyun，et al.Evaluation method and case study of urban medium voltage distribution network［J］.Power System Technology，2005，29(20):77 －81.

［3］ 孔濤，程浩忠，王建民，等.城市電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與分區(qū)方式的兩層多目標(biāo)聯(lián)合規(guī)劃［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(10):59－66.KONG Tao，CHENG Haozhong，WANG Jianmin，et al.United urban power grid planning for network structure and partition scheme based on bi－level multi－objective optimization with genetic algorithm［J］.Proceedings of the CSEE，2009，29(10):59－66.

［4］ 肖峻，李振生，張躍.基于最大供電能力的智能配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行新思路［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(13):8 －14.XIAO Jun，LI Zhensheng，ZHANG Yue.A novel planning and operation mode of smart distribution networks based on total supply capability［J］.Automation of Electric Power Systems，2012，36(13):8－14.

［5］ 韓震燾，黃志偉，葛少云，等.城市電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(8):95 －99.HAN Zhentao，HUANG Zhiwei，GE Shaoyun，et al.A comprehensive evaluation system of urban distribution network［J］.Power System Technology，2012，36(8):95 －99.

［6］ 邱麗萍，范明天.城市電網(wǎng)最大供電能力評(píng)價(jià)算法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(9):68 －71.QIU Liping，F(xiàn)AN Mingtian.A new algorithm to evaluate maximum power supply capability of urban distribution network［J］.Power System Technology，2006，30(9):68－71 .

［7］ 程林，焦崗，田浩.可靠性與經(jīng)濟(jì)性相協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，23(11):106 －110.CHENG Lin，JIAO Gang，TIAN Hao.A method of distribution network planning with coordination of reliability and economics［J］.Power System Technology，2010，23(11):106 －110.

［8］ 柳璐，王和杰，程浩忠，等.基于全壽命周期成本的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(15):45 －50.LIU Lu，WANG Hejie，CHENG Haozhong，et al.Economic evaluation of power system based on life circle cost［J］.Automation of Electric Power Systems，2012，36(15):45 －50.

［9］ 牛輝，程浩忠，張焰，等.電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的可靠性和經(jīng)濟(jì)性研究綜述［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24(1):51 －56.NIU Hui，CHENG Haozhong，ZHANG Yan，et al.Review of reliability and economy problems in transmission expansion planning［J］.Automation of Electric Power Systems，2000，24(1):51－56.

［10］ 王成山，王賽一，葛少云，等.中壓配電網(wǎng)不同接線模式經(jīng)濟(jì)性和可靠性分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26(24):34 －39.WANG Chengshan，WANG Saiyi，GE Shaoyun，et al.Economy and reliability analysis of different connection modes in MV distribution systems［J］.Automation of Electric Power Systems，2002，26(24):34－39.

［11］ 張文亮，陸家榆，鞠勇，等.±800 kV直流輸電線路的導(dǎo)線選型研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(27):1 －6.ZHANG Wenliang，LU Jiaju，JU Yong，et al.Design consideration of conductor bundles of ±800 kV DC transmission lines［J］.Proceedings of the CSEE，2007，27(27):1 －6.

［12］ 邵方殷.500 kV緊湊型線路導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的選型和有關(guān)特性［J］.中國(guó)電力，1996，29(10):3 －7.SHAO Fangyin.Conductor configuration and related characteristics of 500 kV compact transmission lines［J］.Electric Power，1996，29(10):3－7.

［13］ 沈瑜，徐逸清，陳龍翔.高壓配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(10):70 －75.SHEN Yu，XU Yiqing，CHEN Longxiang.Studies on optimal planning of high voltage distribution network［J］.Power System Technology，2011，35(10):70 －75.

［14］ 國(guó)家電網(wǎng)公司.城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則［Z］.2006.