淺析配電網規(guī)劃理論與方法

王悅

（四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300）

前言

配電網作為電力系統(tǒng)規(guī)劃中的核心組成部分，同時又是其最主要負荷中心，具有用電量大、負荷密度高、安全可靠和供電質量要求高等特點。同時，電力工業(yè)的發(fā)展水平不僅會對國民經濟產生巨大影響，而且還涉及到能源消耗、巨額資金投入及其可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性問題。因此，合理地進行有效電力系統(tǒng)規(guī)劃，結合實際進行系統(tǒng)的可靠性研究，充分掌握配電網規(guī)劃中的基本理論和方法成為當今的熱點。

1.我國配電網的發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國配電規(guī)劃起步較晚，其水平和建設相對落后，尤其是老城區(qū)的配電網，在一定程度上滯后于城市的經濟發(fā)展，成為約束城市發(fā)展的明顯瓶頸。同時，由于負荷發(fā)展過快、網架結構薄弱、電力設備更新不及時、事故發(fā)生率高、線路嚴重過載、可靠性較差、電壓質量低等問題同樣是我國城市配電網發(fā)展存在的普遍性問題。

2.配電網規(guī)劃的基本思路及內容

2.1.規(guī)劃的基本思路

配電網的規(guī)劃和設計主要包括長期規(guī)劃、網絡規(guī)劃和施工設計三項內容。長期規(guī)劃用于明確將來的主要投資項目和主網架的結構；網絡規(guī)劃用于處理近期的各種投資項目；而施工設計多用在考慮各個網絡元件的結構設計，以及考慮能否獲得各種所需的設備和材料。

2.2.規(guī)劃內容

所謂的配電網規(guī)劃是指在結合分析和研究未來負荷增長情況以及城市配電網現(xiàn)狀的基礎上，設計規(guī)劃出一套系統(tǒng)性擴建和改造的計劃。以實現(xiàn)在盡可能滿足未來用戶容量和電能質量的前提下，對可能存在的各種接線方法方式，不同的線路數(shù)和不同的傳輸導線截面，以運行經濟性為指標，選擇最好或較好的方案作為改造規(guī)劃方案，最大程度的提高供電可靠性保障和降低線損，確保電力公司及其相關部門獲得最大利益的過程。為了達到這個目標要求，需要實現(xiàn)三個互相協(xié)調的功能：負荷預測、長期配電規(guī)劃和短期配電規(guī)劃。這也是配電網規(guī)劃的基本功能和主要研究內容。

3.配電網規(guī)劃的基本方法與過程

3.1.配電網規(guī)劃的基本方法

3.1.1.配電網規(guī)劃的基本條件

配電網規(guī)劃的最后結果關鍵取決于對原始資料的收集及最好的規(guī)劃方法。沒有足夠的和可靠的原始資料，任何一個優(yōu)秀的規(guī)劃方法也不可能取得很實際的規(guī)劃方案。任何一個好的電網規(guī)劃必須以堅實的準備工作為基礎，包括搜集整理系統(tǒng)的電力負荷資料，區(qū)域性的社會經濟發(fā)展情況，電源點和配電線路方面的原始資料等。

3.1.2.配電網規(guī)劃的基本方法

當前主要的配電網規(guī)劃方法還處在傳統(tǒng)的數(shù)學方法和規(guī)劃方法并用的狀態(tài)。通常傳統(tǒng)的配電網規(guī)劃方法以設計方案為基礎。此類方法是根據(jù)線路的允許傳輸容量，確定出滿足電力輸送要求，而且投資及運行費用較小的一個或幾個方案，然后通過技術經濟對比擇優(yōu)選用好的方案。通常情況下，參加對比的方案是根據(jù)規(guī)劃人員的豐富經驗提出的，并不一定代表客觀上的最佳方案，因此主觀的因素占據(jù)十分重要的因素。根據(jù)對規(guī)劃期間處理的不同，規(guī)劃方法可分為單階段擴展規(guī)劃和多階段擴展規(guī)劃。

單階段規(guī)劃是根據(jù)規(guī)劃期開始的數(shù)據(jù)尋求規(guī)劃末尾（即水平年）的最佳網絡結構方案。

多階段規(guī)劃中，前一階段的規(guī)劃結果對后一階段有明顯影響，因此，每一擴展方案既要考慮本階段的要求，又要考慮整個規(guī)劃期的要求。多階段規(guī)劃可采用動態(tài)規(guī)劃方法也可采用靜態(tài)規(guī)劃方法來實現(xiàn)。考慮整個規(guī)劃期最優(yōu)擴展方案的方法稱為動態(tài)規(guī)劃方法。把多階段中每一階段都作為單階段規(guī)劃來優(yōu)化，把上階段優(yōu)化結果作為下階段的輸入，這種處理叫做靜態(tài)規(guī)劃。動態(tài)規(guī)劃處理要比靜態(tài)規(guī)劃復雜的多，但靜態(tài)規(guī)劃不能給出整個規(guī)劃期的最優(yōu)解。

3.2.配電網規(guī)劃的基本過程

電網規(guī)劃是一項非常復雜的工作，按規(guī)劃期的時間長短，可分為近期規(guī)劃(1~5年)、中期規(guī)劃(6~15年)和遠期(16~30年)規(guī)劃。遠期規(guī)劃主要決策城市電網發(fā)展的重大問題和發(fā)展方向(如建立新的電壓等級、論證規(guī)劃末期的城市需電量以及城市可能發(fā)生的改造和擴展方向)，為中期和近期規(guī)劃制定目標。電網規(guī)劃一般是以長期規(guī)劃指導中期和近期規(guī)劃，以中期、近期規(guī)劃落實和調整長期規(guī)劃。配網規(guī)劃主要包括以下幾個方面的內容：

規(guī)劃區(qū)內的電量、負荷以及分布情況，收集相關資料，進行負荷預測；分區(qū)分片確定規(guī)劃區(qū)內目標年及中間年的配電網變電站的位置、容量以及供電范圍；確定規(guī)劃期內高壓變、配電站目標年以及中間年的站址及容量，計算各變電站的供電范圍；進行現(xiàn)狀年中壓配電網的分析，規(guī)劃目標年及中間年的中壓配電網絡；進行現(xiàn)狀年高壓配電網絡的分析，規(guī)劃目標年以及中間年的高壓配電網絡，完成目標年以及中間年的無功電源的規(guī)劃；其他方面的規(guī)劃工作，如配電自動化系統(tǒng)規(guī)劃等；規(guī)劃效益評估。對規(guī)劃電網投資與增加用電量所產生收益、電網供電可靠性、線損率、電壓合格率等指標進行評估。

4.配電網規(guī)劃的技術原則

配電網結構的確定是配電網規(guī)劃設計的主體，應根據(jù)規(guī)劃區(qū)的經濟狀況和負荷情況合理選擇和具體確定電壓等級、供電可靠性、接線方式、設備選型等技術原則。

4.1.城市配電網規(guī)劃的基本原則

城市配電網是城市重要的基礎設施，其規(guī)劃應與城市的總體規(guī)劃相結合，應反映時代特點，并與城市的環(huán)境相適應；同時應能滿足技術先進、結構合理、安全可靠和適度超前的原則。

城市配電網規(guī)劃應從分析電網現(xiàn)狀入手，充分研究城市電力負荷增長的規(guī)律，解決電網薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化電網結構，提高網絡供電的能力和適應性。

城市配電網規(guī)劃的年限應與國民經濟發(fā)展規(guī)劃和城市的總體規(guī)劃年限一致，一般近期為5年、中期10年、遠期為15年及以上。城市配電網的網架結構應力求簡化，并逐步向規(guī)范化、標準化的模式過渡。

4.2.電壓等級的選擇

當前，高壓配電網一般選用35~110kV，中壓配電網選用10kV，低壓配電網選用380/220V。電壓等級是根據(jù)技術經濟綜合論證確定的，它和國家經濟發(fā)展，尤其是電氣設備制造技術水平密切相關。由于城市經濟的迅速發(fā)展，電力負荷大幅度上升，有的城市負荷密度已達3~4萬kW/km2，個別小區(qū)高達幾十萬kW/km2。所以，增大配電網容量是目前城網的突出任務，其中提高城網配電電壓成為大家關注的問題。

根據(jù)簡化電壓等級、減少變壓層次、優(yōu)化網絡結構的原則，宜逐步取消市區(qū)及縣城范圍內的6kV、35kV供電電壓等級，在負荷密度大、供電范圍大的新區(qū)，當技術經濟合理時，可采用20kV電壓等級供電。

4.3.配電系統(tǒng)的可靠性

配電網絡規(guī)劃考慮的可靠性是指電網設備停運時，對用戶連續(xù)供電的可靠程度。在城市配電網規(guī)劃中，應從滿足電網供電安全準則和滿足用戶用電要求兩方面來考核，具體說明如下。

4.3.1.電網安全準則

對城市配電網必須滿足的"N-1"供電安全準則，我們分別從高壓、中壓及低壓配電網三方面給予介紹：

1)A.高壓配電網的設計應滿足"N-1"的供電安全準則，具體要求如下：

①高壓變電站中失去任何一回進線或一組降壓變壓器時，必須保證向下一級配電網供電。35kV及以上變電站的主變壓器、進線回路應按"N-1"準則進行，至少應配置兩臺及以上變壓器，達到雙電源要求。②高壓配電網中一條架空線或一條電纜、變電所中一組降壓變壓器發(fā)生故障停運時，要求做到：在正常情況下，除故障段外應不停電，并不得發(fā)生電壓過低情況，運行設備不得超過事故過負荷的規(guī)定；在計劃停運情況下，又發(fā)生故障停運時，允許部分停電，但應在規(guī)定時間內恢復供電。

2)中壓配電網應有一定的備用容量，其供電安全應滿足以下要求：

①當電源變電站一條10kV母線檢修或故障時，應能使其饋線所帶負荷通過配電網轉移，繼續(xù)向用戶供電。②中壓配電網中任何一回線路或一臺變壓器故障停運時，要求做到：在正常允許方式下，除故障段外經操作應在規(guī)定時間內恢復正常供電，其他設備不過負荷；在計劃停運情況下，又發(fā)生故障停運時，允許局部停電，但應在規(guī)定時間內恢復供電。

3)低壓線路發(fā)生故障時，允許局部停電，但應在規(guī)定時間內恢復供電。

4.3.2.滿足用戶用電程度

電網故障造成用戶停電時，允許停電的容量和恢復供電的目標時間要求如下：

①兩回路供電的用戶，失去一回路后，應不停電，滿足100%供電；②三回路供電的用戶，失去一回路后，應不停電，滿足100%供電，再失去一回路后，應滿足50%供電；③單回路和多回路供電的用戶，電源全停時，恢復供電的目標時間為一回路故障處理的時間；④開環(huán)網絡中的用戶，環(huán)網故障時需通過電網操作恢復供電的，其目標時間為操作所需的時間。

5.配電網絡接線方式選擇

根據(jù)各級電壓電網的接線應標準化、高壓配電網接線力求簡化、下一級電網應能支持上一級電網的要求來合理的確定配電網的接線方式。具體的配電網拓撲結構在2.3節(jié)已作了詳細的討論。此外，電網的可靠性、靈活性、建設投資、占用空間、環(huán)境保護和配網自動化技術推廣應用等等都是評價配電網接線方式的重要指標，因此，在選擇具體接線方式時，應綜合考慮這幾方面的影響。

6.配電系統(tǒng)的設備選型

配電網的設備主要有電纜線路、架空線路、柱上開關、負荷開關柜、配電變壓器、中低壓無功補償裝置等等。對于這些設備的選型原則我們應該根據(jù)不同地區(qū)的經濟狀況、城市的地形地貌特點、城市的道路規(guī)劃要求、負荷情況以及當?shù)氐囊?guī)劃技術指導原則等等因素綜合考慮。

結語

在對某個地區(qū)進行城市配電網規(guī)劃時，所需要完成的任務主要包括：對所需原始資料的收集、利用收集的資料進行現(xiàn)狀電網的分析、電力負荷預測、規(guī)劃技術原則的確定、規(guī)劃方案的制定等等。因此，我們必須掌握一定的配電網規(guī)劃基本理論與方法。

［1］劉健,畢鵬翔,楊文宇等.配電網理論及應用［M］.北京：中國水利水電出版社,2007.

［2］于德龍.高壓網規(guī)劃與中低壓網規(guī)劃結合的負荷預測方法和網架優(yōu)化研究[D］.廣州：華南理工大學，2007

［3］程浩忠.電力系統(tǒng)規(guī)劃［M］.北京:中國電力出版社,2008