計及新負荷的配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)框架研究

周炳華 吳金榮 鄭麗娟 崔金棟 唐海燕 崔天贏

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟的迅猛式發(fā)展以及“電能替代”項目的大規(guī)模實施，新負荷也逐漸出現(xiàn)，新負荷的出現(xiàn)對配電網(wǎng)產(chǎn)生了極大的影響，為了更加有序化地建設(shè)配電網(wǎng)，對配電網(wǎng)規(guī)劃方案的合理性進行全面、科學(xué)地評價具有重要的意義。針對各種新負荷的出現(xiàn)，研究新負荷出現(xiàn)后對配電網(wǎng)的影響，提出新負荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化方法及建議。通過對出現(xiàn)的新負荷進行分析，并對新負荷背景下配電網(wǎng)規(guī)劃的各類新型影響因素進行研究，有助于確定新負荷對配網(wǎng)規(guī)劃的實際影響，為新負荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃提供理論支持，從而更好地應(yīng)對新形勢下配電網(wǎng)規(guī)劃工作所面對的困難與挑戰(zhàn)，更好地對配電網(wǎng)進行有序的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：新負荷;配電網(wǎng)規(guī)劃;電動汽車;電采暖;城市綜合體

中圖分類號：TM715? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0153-02

Abstract： With the rapid development of China's economy and the large-scale implementation of the "electric energy substitution" project， new loads are gradually emerging， and the emergence of new loads has a great impact on the distribution network. In order to build the distribution network in a more orderly manner， it is of great significance to comprehensively and scientifically evaluate the rationality of the distribution network planning scheme. In view of the emergence of various new loads， the influence of new loads on distribution network is studied， and the optimization methods and suggestions of distribution network planning in the context of new loads are put forward. Through the analysis of the new load and the study of all kinds of new influencing factors of distribution network planning in the context of new load， it is helpful to determine the actual influence of new load on distribution network planning and provide theoretical support for distribution network planning in the context of new load. Thus， we can better deal with the difficulties and challenges faced by the distribution network planning under the new situation， and better build the distribution network in an orderly manner.

Keywords： new load; distribution network planning; electric vehicle; electric heating; urban complex

引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，居民以及商戶對電能的需求也日益提升，能源消耗問題以及環(huán)境污染問題也被提上了日程，“電能替代”項目逐漸地大規(guī)模接入電網(wǎng)。在此背景下，電動汽車、電采暖、城市綜合體、電窯爐等新負荷逐漸出現(xiàn)，電動汽車以及電采暖也開始受到廣泛的關(guān)注。隨著新負荷的出現(xiàn)，配電網(wǎng)規(guī)劃的新型影響因素逐漸出現(xiàn)，由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃模型過于單一，對新負荷以及新負荷下的新型影響因素考慮較少，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前新負荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃，難以滿足當(dāng)前用戶的用能需求，因此如何科學(xué)的進行配電網(wǎng)規(guī)劃是當(dāng)前電網(wǎng)所要解決的問題。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于新負荷的出現(xiàn)，新負荷背景下的電網(wǎng)規(guī)劃將出現(xiàn)各種各樣的新型影響因素，在滿足電網(wǎng)可靠性的同時應(yīng)該結(jié)合多目標(biāo)規(guī)劃和風(fēng)險等理論深化開展電網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)工作[1]。在負荷預(yù)測過程中應(yīng)該考慮各類新型因素的融入[2]，明確負荷預(yù)測時段的長度，并結(jié)合實際在不同情況下進行負荷預(yù)測，來提高負荷預(yù)測的精確度[3]?；陔妱悠噷ε潆娋W(wǎng)側(cè)的影響，綜合分析電動車的影響因素，將充電站的布局與配電網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)同優(yōu)化，提出的配電網(wǎng)規(guī)劃方案必須要適應(yīng)電動汽車的大規(guī)模接入[4]?？傮w而言，新負荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃將體現(xiàn)出復(fù)雜性和不確定性，城市配電網(wǎng)規(guī)劃的自動化和智能化程度也將不斷提升，應(yīng)考慮新負荷出現(xiàn)對配電網(wǎng)的影響，并且結(jié)合具體的實際情況，制定出更加具有實際應(yīng)用性的電網(wǎng)規(guī)劃方案。

2 新負荷的出現(xiàn)對配電網(wǎng)的影響

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，能源問題以及環(huán)境污染問題被重視起來，而“電能替代”項目正是解決這一問題的關(guān)鍵舉措，新負荷也隨之逐漸出現(xiàn)，出現(xiàn)的具有代表性的新負荷有電動汽車、電采暖以及城市綜合體。

2.1 電動汽車對配電網(wǎng)的影響

隨著電動汽車的增多，電動汽車充電樁也會大規(guī)模接入，而充電樁的大規(guī)模接入會直接造成負荷的大規(guī)模增長，直接影響到配電網(wǎng)的運行。電動汽車大規(guī)模接入不僅會直接造成配電網(wǎng)負荷的大規(guī)模增長，還會帶來許多問題。例如：影響配電網(wǎng)的可靠性、電網(wǎng)運行優(yōu)化控制難度的增加、影響電能質(zhì)量等問題。隨著換電站的接入，電動汽車作為負荷的同時也能成為儲能設(shè)備和分布式電源，這樣就使其對負荷以及配電網(wǎng)的影響更加復(fù)雜。電動汽車的接入對配電網(wǎng)的影響如圖1所示。

2.2 電采暖對配電網(wǎng)的影響

近些年，我國開始重視環(huán)境污染以及能源問題，而針對北方居民燒煤采暖這一問題，出現(xiàn)了電采暖項目。電采暖根據(jù)不同的供暖形勢，分為集中式接入和分散式接入兩種接入方式，而集中式與分散式電采暖對配電網(wǎng)的影響又有很大差別。電采暖還會給配電網(wǎng)帶來許多問題，例如：電采暖大規(guī)模接入配電網(wǎng)導(dǎo)致負荷激增、采用分散式電采暖使得負荷具有不確定性、電采暖的接入使得各地區(qū)冬夏季負荷差以及冬季最大負荷點變化、大規(guī)模電采暖設(shè)備的接入會影響電能質(zhì)量、對供電可靠性的要求更高等方面。電采暖的接入對配電網(wǎng)的影響如圖2所示。

2.3 城市綜合體對配電網(wǎng)的影響

城市綜合體對用電需求遠超于一般建筑的需求。城市綜合體的建成將會使這一片區(qū)域的負荷激增，還會使配電網(wǎng)的線路更加復(fù)雜，區(qū)域的負荷預(yù)測也變得更加困難。除此之外，城市綜合體還會給配電網(wǎng)帶來許多問題，例如：對電網(wǎng)可靠性要求較高、城市綜合體配電系統(tǒng)接入困難、負荷預(yù)測困難、用電負荷密度難以預(yù)測等方面，城市綜合體的對配電網(wǎng)的影響。

3 對新負荷下的配網(wǎng)規(guī)劃的對策和建議

3.1 考慮電動汽車影響下的配網(wǎng)規(guī)劃

在相關(guān)電動汽車負荷預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，充分考慮電動汽車的充電站布局優(yōu)化建立配網(wǎng)規(guī)劃模型，在進行優(yōu)化電動汽車的充電樁布局時，不僅要考慮充電樁的選址問題，還需考慮電動汽車的品牌、類型以及數(shù)量的因素，同時還要考慮充電方式、充電時長以及充電時段的因素，在建設(shè)電動汽車充電樁時，要合理規(guī)劃使總成本達到最小，即要以投資和運行成本之和的總成本最小化作為目標(biāo)函數(shù)，其構(gòu)成主要包括：線路成本、配電站成本、線損成本、實施成本和環(huán)境成本，計算公式如下：

minC=CL+CD+CS+CB+CE? ? （1）

式中minC為最小成本;CL為線路成本;CB為配電站建設(shè)成本;CD為線損成本;CS為實施成本;CE為環(huán)境治理成本。

3.2 考慮電采暖影響下的配網(wǎng)規(guī)劃

關(guān)于電采暖工程領(lǐng)域的方面，首先要從經(jīng)濟入手，結(jié)合實際情況的同時盡量降低成本，并且還要考慮電采暖設(shè)備的問題。要對電采暖設(shè)備的類型做好選擇，同時考慮居民的住宅因素以及用戶的實際需求，而且還要結(jié)合不同地區(qū)的地理位置、當(dāng)?shù)靥鞖庖约笆彝鉁囟?。根?jù)不同地區(qū)的不同需求做好負荷預(yù)測，考慮季節(jié)與天氣的因素，調(diào)整供暖時長才能夠更好地做好電采暖的負荷預(yù)測。在考慮不同地區(qū)負荷率、同時使用率、日間折算率等計算指標(biāo)的差異化的基礎(chǔ)上，確定“電采暖”工程新增負荷預(yù)測方法。計算公式為：

式中P為新增負荷，戶數(shù)為N（萬戶），Pa（kW）為新增戶均負荷，？茁用表示負載率，Mx表示同時使用率;m1、m2分別表示為日間折算率以及夏季增量折算率。

3.3 關(guān)于城市綜合體背景下的配網(wǎng)規(guī)劃

在構(gòu)建城市綜合體負荷模型時，不僅要研究經(jīng)濟、地區(qū)、天氣等因素，還要對城市綜合體中各類型建筑占比以及用電屬性進行調(diào)查。假設(shè)E（n）為城市綜合體所有的業(yè)態(tài)類型集合，n為業(yè)態(tài)的數(shù)量，則不同業(yè)態(tài)分別表示為e1、e2、en，也就是不同業(yè)態(tài)所擁有的建筑面積（m2）;為對問題進行簡化，對于某一建筑面積為S的城市綜合體，其不同業(yè)態(tài)（e1、e2、en）的面積占比分別為k1、k2、kn，則k1+k2+...+kn=1。P（kW）為城市綜合體的總用電負荷，所有業(yè)態(tài)的用電負荷密度集合為F（n），則不同業(yè)態(tài)的負荷密度分別表示為，f1、f2、fn即各種業(yè)態(tài)的單位面積負荷密度（W/m2）;且不同業(yè)態(tài)用電負荷的同時率集合為T（n）。簡單的城市綜合體的用電負荷模型如下：

4 結(jié)論

本文首先提出了新負荷的出現(xiàn)以及新負荷出現(xiàn)后對配電網(wǎng)的影響，研究了現(xiàn)階段配網(wǎng)規(guī)劃以及新負荷背景下配電網(wǎng)的規(guī)劃工作，對各種新型影響因素的融入進行了思考，提出新負荷背景下對配電網(wǎng)規(guī)劃的對策與建議?，F(xiàn)階段電能替代項目剛剛進入成熟階段，本文只是研究了各種新負荷的出現(xiàn)以及新負荷對配電網(wǎng)的影響，并提出了相應(yīng)的對策和建議，并未構(gòu)建實際的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，只是為未來新負荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃模型提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)框架，這就是今后需要研究的方向。

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