以客戶為導(dǎo)向的配網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃新方法

盧佳敏，歐陽武，陳 凱，周丹丹

（國網(wǎng)江西省電力有限公司南昌供電分公司，江西南昌 330006）

0 引言

近年來，配電網(wǎng)建設(shè)投入不斷加大，配電網(wǎng)發(fā)展取得顯著成效，規(guī)模日益龐大、網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜；隨著城鄉(xiāng)建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，對配電網(wǎng)的供電能力和供電可靠性提出了更高要求。而傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法已經(jīng)難以適應(yīng)規(guī)模日益龐大、網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜的中壓配電網(wǎng)，配電網(wǎng)規(guī)劃容易受業(yè)擴(kuò)、居配、遷改等工程的影響而偏離規(guī)劃目標(biāo)，難以落實(shí)到具體項(xiàng)目，配電網(wǎng)規(guī)劃往往滯后，協(xié)調(diào)發(fā)展難度較大。

在已出臺(tái)的配電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則基礎(chǔ)上[1-3]，國內(nèi)一些發(fā)達(dá)城市已逐漸開始研究并應(yīng)用網(wǎng)格化規(guī)劃方法[4-7]，在配電網(wǎng)規(guī)劃中引入網(wǎng)格化規(guī)劃的新理念，將復(fù)雜龐大的配電網(wǎng)“大而化小”、“小而治之”，劃分為多個(gè)相對獨(dú)立的局部區(qū)域，針對劃分網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)架制定及過渡方案安排，從而解決城市配電網(wǎng)規(guī)模龐大與精細(xì)化規(guī)劃需求的矛盾。通過調(diào)研，國家電網(wǎng)北京、蘇州和南方電網(wǎng)深圳供電局較早地開展了網(wǎng)格化規(guī)劃工作。總結(jié)以上城市網(wǎng)格化規(guī)劃實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以得到以下網(wǎng)格化規(guī)劃原則：一是按行政地理分布劃分網(wǎng)格，同時(shí)以道路、河流等地理屏障作為網(wǎng)格邊界，有利于合理劃分供區(qū)；二是按照營銷運(yùn)維管理界面劃分網(wǎng)格，有利于進(jìn)行網(wǎng)格化管理及配網(wǎng)運(yùn)維精細(xì)化水平的提升；三是根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)年為依據(jù)，由于現(xiàn)狀年或水平年規(guī)劃區(qū)建設(shè)開發(fā)并不完善，區(qū)域功能布局、電網(wǎng)建設(shè)等都在調(diào)整過程中，今后還將發(fā)生一定變化，從整體性和長遠(yuǎn)性考慮，供電網(wǎng)格劃分應(yīng)依據(jù)規(guī)劃目標(biāo)年相關(guān)條件開展。

文中以供電網(wǎng)格為基本單元開展電網(wǎng)規(guī)劃，改變配網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架不清晰、規(guī)劃與業(yè)擴(kuò)銜接不緊的局面，提升公司配網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)水平。構(gòu)建以用戶供電可靠性及安全性為導(dǎo)向的，結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的現(xiàn)代配電網(wǎng)，全面提高配電網(wǎng)供電能力，優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提升裝備水平，增強(qiáng)對分多樣化負(fù)荷的接納能力，全面適應(yīng)售電主體多元化和客戶用電需求多樣化的要求。

1 配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃

1.1 網(wǎng)格化規(guī)劃方法

1）總體原則

如圖1 所示，供電網(wǎng)格劃分主要考慮供電區(qū)相對獨(dú)立性、網(wǎng)架完整性、管理便利性等需求，按照目標(biāo)網(wǎng)架清晰、電網(wǎng)規(guī)模適度、管理責(zé)任明確的原則，構(gòu)建“供電區(qū)域、供電網(wǎng)格、供電單元”三級網(wǎng)絡(luò)[8-10]。

圖1 三級網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖

供電網(wǎng)格劃分是以飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果為依據(jù)，并充分考慮現(xiàn)狀電網(wǎng)改造難度、街道河流等因素，劃分應(yīng)相對穩(wěn)定，具有一定的近遠(yuǎn)期適應(yīng)性；供電網(wǎng)格劃分應(yīng)保證網(wǎng)格之間或單元之間不重不漏；供電網(wǎng)格劃分應(yīng)兼顧規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修、客戶服務(wù)等全過程業(yè)務(wù)的管理需要。

2）網(wǎng)格劃分原則

供電網(wǎng)格一般結(jié)合道路、河流、山丘等明顯的地理形態(tài)進(jìn)行劃分，與城鄉(xiāng)控制性詳細(xì)規(guī)劃中的功能分區(qū)相對應(yīng)。

供電網(wǎng)格應(yīng)遵循電網(wǎng)規(guī)模適中且供電范圍相對獨(dú)立的原則，遠(yuǎn)期一般應(yīng)包含2~4 座具有10 kV 出線的上級公用變電站。供電網(wǎng)格不應(yīng)跨越供電區(qū)域（A+~E），不宜跨越220 kV 供電分區(qū)。滿足上述條件下，為便于建設(shè)、運(yùn)維、供電服務(wù)管理權(quán)限落實(shí)，可按照供電營業(yè)部（供電所）管轄地域范圍作為一個(gè)供電網(wǎng)格，當(dāng)管轄區(qū)域較大、供電區(qū)域類型不一致時(shí)，可拆分為多個(gè)供電網(wǎng)格。

1.2 網(wǎng)格化規(guī)劃流程

如圖2 所示，配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃流程分為原則目標(biāo)、目標(biāo)制定、近期方案與成效三個(gè)階段。

圖2 配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃流程示意圖

1.3 網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測

城市平均負(fù)荷密度是一個(gè)反映城市和人民生活水平的綜合指數(shù)。負(fù)荷密度法是根據(jù)對不同規(guī)模城市的調(diào)查，參照城市發(fā)展規(guī)劃、人口規(guī)劃、居民收入水平增長情況等，用每平方公里面積用電負(fù)荷，來測算城鎮(zhèn)負(fù)荷水平。因此采用空間負(fù)荷密度法預(yù)測遠(yuǎn)景飽和負(fù)荷。

空間分區(qū)模型與層次負(fù)荷之間存在負(fù)荷預(yù)測方面和電網(wǎng)規(guī)劃方面的對應(yīng)關(guān)系。如圖3所示。

圖3 空間劃分與層次負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系

由此分別得出街區(qū)負(fù)荷預(yù)測、功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測、規(guī)劃分區(qū)負(fù)荷預(yù)測公式。

1）街區(qū)負(fù)荷預(yù)測（配變層）

已有詳細(xì)控制性規(guī)劃，規(guī)劃用地和分類建筑面積均采用計(jì)算公式（1）：

式中：PLS為功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測值；

m為土地使用類的個(gè)數(shù)；

Di為第i類建筑面積負(fù)荷指標(biāo)；

Si為第i類建筑面積；

Wi為第i類需用系數(shù)。

2）功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測（饋線層）

功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測為街區(qū)負(fù)荷預(yù)測考慮同時(shí)率的累加，計(jì)算公式如式（2）：

式中：PLS為功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測值；

m為街區(qū)的個(gè)數(shù)；

PLSi為第i個(gè)街區(qū)的負(fù)荷預(yù)測值；

W為街區(qū)間同時(shí)率系數(shù)，典型取0.8。

規(guī)劃分區(qū)負(fù)荷預(yù)測為功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測考慮同時(shí)率的累加，計(jì)算公式如功能分區(qū)，功能分區(qū)間同時(shí)率系數(shù)典型值取0.9。

1.4 網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)建策略

城市區(qū)域目標(biāo)網(wǎng)架供電模式主要采用單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)接線，對于型號為YJV22-8.7/15 3×400 mm2的單回10 kV 線路，線路可供最大負(fù)荷為7.8 MW 左右?？紤]線路“N-1”校驗(yàn)的要求，單環(huán)式接線方式下，規(guī)格為YJV22-400 mm2的電纜供電最大負(fù)荷為3.9 MW左右。參考上述要求，構(gòu)建目標(biāo)網(wǎng)架時(shí)按照單回10 kV線路最大負(fù)荷3.9 MW進(jìn)行平衡。

在利用10 kV 線路的同時(shí)，還應(yīng)考慮變電站的供電能力。遠(yuǎn)景年，南昌城區(qū)110 kV變電站容量大多數(shù)為2×63 MVA，10 kV間隔一般為24個(gè)及以上，按照變電站長期負(fù)載為65%測算，城區(qū)10 kV 線路平均負(fù)荷應(yīng)在3~3.5 MW 左右。因此，構(gòu)建完成后區(qū)域內(nèi)線路的平均負(fù)荷應(yīng)該在3~3.5 MW 之間，這樣才能有效地釋放變電站的供電能力，保證區(qū)域供電的經(jīng)濟(jì)可靠性。

1.5 用戶接入策略

1）總體原則

（1）用戶接入符合電網(wǎng)規(guī)劃，不影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行及電能質(zhì)量。

（2）用戶根據(jù)遠(yuǎn)景目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃的環(huán)網(wǎng)箱供電范圍進(jìn)行接入，不跨區(qū)接入。對于新建用戶，接入該用戶所在區(qū)域的環(huán)網(wǎng)箱即可。環(huán)網(wǎng)箱間隔不夠用的，通過新建電纜分支箱或者二級環(huán)網(wǎng)箱，整合上級環(huán)網(wǎng)箱間隔資源后再進(jìn)行接入。對于現(xiàn)有跨區(qū)接入的用戶，通過結(jié)合地塊改造，進(jìn)行改接。

2）各類用戶負(fù)荷特性調(diào)研

（1）居住用戶

對南昌現(xiàn)有居住用戶進(jìn)行調(diào)研，如表1 所示，在入住率接近飽和狀態(tài)下，樓盤小區(qū)戶均負(fù)荷整體范圍1~3 kW/戶，需用系數(shù)整體范圍0.2~0.35，中低檔樓盤小區(qū)戶均負(fù)荷為1~2 kW/戶，如玉河明珠、工人新村等；高檔樓盤小區(qū)戶均負(fù)荷為2~3 kW/戶，如恒茂國際都會(huì)、央央春天等；樓盤小區(qū)建筑面積負(fù)荷指標(biāo)在10~20 W/m2范圍；配變平均負(fù)載率在20~30%之間。

表1 居住性質(zhì)用戶調(diào)研結(jié)果

按照10 kV線路平均限額電流450 A，居住用戶配變負(fù)載率30%計(jì)算，線路可供最大負(fù)荷為7.4 MW，考慮N-1 情況下線路負(fù)載率50%，即一回線路可接待負(fù)荷3.7 MW，則可接待配變?nèi)萘?2 000 kVA；按照一回線路環(huán)入2~3個(gè)環(huán)網(wǎng)箱計(jì)算，環(huán)網(wǎng)箱可接入配變?nèi)萘繛? 000~6 000 kVA。因此一回10 kV 線路可接入居住性質(zhì)用戶配變?nèi)萘繛?2 000 kVA，一個(gè)環(huán)網(wǎng)箱可接入居住性質(zhì)用戶配變?nèi)萘繛? 000~6 000 kVA。

（2）公用設(shè)施用戶

通過對南昌現(xiàn)有公用設(shè)施用戶進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果顯示，考慮需用系數(shù)以后，商業(yè)金融建筑負(fù)荷指標(biāo)為40~55 W/m2，其中大型商場負(fù)荷指標(biāo)為50 W/m2左右，大型酒店負(fù)荷指標(biāo)為40 W/m2左右；行政辦公（商務(wù)）建筑負(fù)荷指標(biāo)為30 W/m2左右；醫(yī)療衛(wèi)生建筑負(fù)荷指標(biāo)為30~40 W/m2；教育科研建筑負(fù)荷指標(biāo)為15~25 W/m2。商業(yè)配變負(fù)載率分布在45%~60%左右，公用服務(wù)用戶配變負(fù)載率分布在30%~40%左右。如表2所示。

表2 公用設(shè)施用戶調(diào)研結(jié)果

按照商業(yè)用戶平均配變負(fù)載率50%計(jì)算，則一回線路可接待配變?nèi)萘? 000 kVA 左右。按一回線路環(huán)入2 個(gè)環(huán)網(wǎng)箱計(jì)算，環(huán)網(wǎng)箱可接入配變?nèi)萘繛? 000 kVA。因此一回10 kV 線路可接入商業(yè)性質(zhì)用戶配變?nèi)萘繛? 000 kVA，一個(gè)環(huán)網(wǎng)箱可接入商業(yè)性質(zhì)用戶配變?nèi)萘繛? 000 kVA。同理公共服務(wù)用戶依次類推，如表3所示。

表3 10 kV線路可接入配變?nèi)萘?/p>

3）用戶報(bào)裝容量核定的原則及方法

（1）戶均負(fù)荷校核

用戶核定的負(fù)荷=用戶數(shù)×平均戶均負(fù)荷典型值

該方法適用于樓盤小區(qū)用戶。通過對南昌成熟小區(qū)進(jìn)行調(diào)研，一般樓盤小區(qū)平均戶均負(fù)荷典型區(qū)間在1.5~3.5 kW/戶。

（2）負(fù)荷校核

用戶核定的負(fù)荷=用戶建筑面積×建筑面積負(fù)荷指標(biāo)×需用系數(shù)

該方法適用于各類性質(zhì)用戶?？紤]到負(fù)荷發(fā)展及未來充電樁安裝，建筑面積負(fù)荷指標(biāo)取負(fù)荷指標(biāo)調(diào)研值的1.3 倍。對于樓盤用戶，該方法可以與戶均負(fù)荷校驗(yàn)結(jié)果相互校核。

(1)基于信任的溝通。在管理過程中，組織和員工需要通過不斷的溝通達(dá)成一致。通過溝通組織向員工傳達(dá)期望、反饋員工的工作狀態(tài)、了解員工的需求、發(fā)現(xiàn)管理的不足之處，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)和控制。通過溝通員工可以進(jìn)行情緒的表達(dá)，緩解自身的壓力和不滿情緒，也可以提出建議實(shí)現(xiàn)參與管理。

（3）用戶容量校核

用戶核定的受電容量=用戶負(fù)荷÷配變平均負(fù)載率

該方法適用于各類性質(zhì)用戶。

4）用戶接入方式

（1）不同性質(zhì)不同容量用戶接入

用戶的接入方式應(yīng)依據(jù)用戶類型和核定后的用戶容量綜合確定，以居住與商業(yè)用戶為例，給出用戶接入推薦方式如表4所示。

表4 不同性質(zhì)用戶接入方式推薦表

（2）雙電源用戶接入方式

圖4 為雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，雙電源用戶分別接入附近兩個(gè)環(huán)網(wǎng)箱。

圖4 雙電源用戶接入方式（雙環(huán)網(wǎng)）

圖5為單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，雙電源用戶其中一回接入附近一個(gè)環(huán)網(wǎng)箱，另一回從不同線路的環(huán)網(wǎng)箱中接入。

圖5 雙電源用戶接入方式（單環(huán)網(wǎng)）

（3）建網(wǎng)思路

以服務(wù)于用戶為導(dǎo)向制定網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)方案，以飽和預(yù)測分布為基礎(chǔ)，以地塊為單位，明確各地塊的供電電源，明確各環(huán)網(wǎng)箱的供電范圍，在環(huán)網(wǎng)箱供電范圍內(nèi)的用戶均在該環(huán)網(wǎng)箱接入，按一個(gè)環(huán)網(wǎng)箱4 000~6 000 kVA的容量劃分，如圖6所示。

圖6 環(huán)網(wǎng)箱供電范圍示意圖

（4）用戶接入步驟

第一步：容量校核，根據(jù)用戶報(bào)裝的容量及用戶提供的信息，采用用戶報(bào)裝容量核定的原則及方法對報(bào)裝容量進(jìn)行核定，得到核定后的用戶受電容量；

第二步：查預(yù)案表，根據(jù)核定后的用戶受電容量，查找相對應(yīng)的接入方式，明確用戶接入采用的模式；

第三步：查目標(biāo)網(wǎng)架，查找用戶所屬網(wǎng)格的目標(biāo)網(wǎng)架，明確走線；

第四步：查環(huán)網(wǎng)箱供電范圍，查找用戶所屬網(wǎng)格的環(huán)網(wǎng)箱供電范圍圖，明確用戶需要的站所設(shè)備；

第五步：根據(jù)以上步驟，形成最終的用戶接入方案，如圖7所示。

圖7 用戶接入步驟示意圖

2 案例分析

文中以南昌市CN 片區(qū)作為案例進(jìn)行介紹，CN片區(qū)位于南昌市區(qū)的南部，是連接南昌舊城中心區(qū)與外圍新城組團(tuán)的功能樞紐，供電面積25.03 km2。

如圖8 所示，區(qū)內(nèi)共有1 座220 kV 變電站，容量300 MVA。4 座 110 kV 變電站，主變 8 臺(tái)，總?cè)萘?21.5 MVA，110 kV 容載比1.70，主變平均負(fù)載率為67.7%。

圖8 CN片區(qū)區(qū)域圖

1）網(wǎng)格劃分

南昌市政府將南昌CN 片區(qū)劃分為3 個(gè)管理單元，并對這3個(gè)管理單元編制了控制性詳細(xì)規(guī)劃。因CN 片區(qū)的營銷及運(yùn)維管理轄區(qū)已經(jīng)保持一致，該區(qū)域根據(jù)行政3個(gè)單元進(jìn)行供電網(wǎng)格區(qū)域劃分。將CN片區(qū)劃分為CN 一區(qū)、CN 二區(qū)及CN 三區(qū)三個(gè)供電網(wǎng)格，如圖9所示。

圖9 CN片區(qū)網(wǎng)格劃分圖

2）CN一區(qū)網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測計(jì)算

以CN 一區(qū)網(wǎng)格為例，依據(jù)CN 一區(qū)控制性詳規(guī)，參考城市定位類似發(fā)展程度相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)用地負(fù)荷密度指標(biāo)，采用負(fù)荷密度法進(jìn)行遠(yuǎn)景年負(fù)荷預(yù)測。地塊飽和負(fù)荷預(yù)測示意圖如圖10所示。

圖10 地塊飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果示意圖

根據(jù)各地塊飽和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，選取同時(shí)率加權(quán)，CN 一區(qū)網(wǎng)格遠(yuǎn)景年負(fù)荷為198 MW，負(fù)荷密度為19.4 MW/km2。

3）CN一區(qū)網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架制定

遠(yuǎn)景年規(guī)劃57 回線路為其供電，其中專線7 回，公用線路50 回，平均每回公用線路負(fù)荷約3.96 MW。區(qū)域公用線路共形成15 組環(huán)網(wǎng)接線。CN 一區(qū)目標(biāo)網(wǎng)架組網(wǎng)圖如圖11所示。

圖11 目標(biāo)網(wǎng)架組網(wǎng)圖

4）CN一區(qū)網(wǎng)格用戶接入案例

以一個(gè)新樓盤為例說明用戶接入方案，該樓盤用戶位于JS 南路南側(cè)，屬于二類住宅，建筑面積23 萬m2。根據(jù)負(fù)荷指標(biāo)方法校驗(yàn)，預(yù)測該樓盤飽和負(fù)荷約4.14 MW，預(yù)計(jì)報(bào)裝容量13 800 kVA。通過查找用戶接入預(yù)案表，接入預(yù)案需由變電站新出一回線路供電。如圖12、圖13所示。

圖12 目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃圖

圖13 現(xiàn)狀電網(wǎng)圖

制定用戶接入方案環(huán)節(jié)：通過查目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃圖可知，該用戶方案應(yīng)從迎賓變新出一回電纜線路；按照目標(biāo)網(wǎng)架該電纜線路向西沿JS 南路建設(shè)，結(jié)合現(xiàn)狀電網(wǎng)，利用新增管線將現(xiàn)狀京南Ⅰ線下地改造，這兩回線路沿SR 路向北分別與現(xiàn)狀象源Ⅰ、Ⅱ線形成聯(lián)絡(luò)，制定用戶接入方案如圖14所示。

圖14 用戶接入方案圖

該方案既滿足了用戶接入需求，又避免了以往用戶線路形成單輻射接線結(jié)構(gòu)的情況，提高了用戶供電可靠性。同時(shí)該方案完全符合目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)建思路，避免未來規(guī)劃建設(shè)中重復(fù)拆建，大大提高了投資效益。

3 結(jié)語

針對傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在的規(guī)模龐大繁雜、用戶接入無序問題，文中提出了以客戶為導(dǎo)向的配網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃新方法。從網(wǎng)格化規(guī)劃方法、網(wǎng)格化規(guī)劃流程、網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架制定、用戶接入策略等五部分進(jìn)行系統(tǒng)分析，最后以南昌市CN 片區(qū)為實(shí)例，給出網(wǎng)格化規(guī)劃如何滿足用戶接入快速響應(yīng)，證實(shí)了文中的科學(xué)性與實(shí)用性。