地區配網規劃與評估系統開發

王 慶 單來支 王發祥 榮 鵬

（國網山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安271000）

0 引言

近年來，隨著智能電網的發展，人們對電網經濟和安全運行的要求越來越高，因此對電網的合理規劃和各種安全指標的正確評估將直接影響到系統的安全經濟運行。地區電網規劃的目的在于以恰當的投資提高電網的供電能力與供電質量，滿足用電需求。科學的規劃對于指導城市電網建設與改造至關重要，對電網的經濟建設、合理布局以及提高供電可靠性具有重大指導意義。

供電可靠性評估、供電能力評估、供電質量評估、供電經濟性評估、短路電流評估、N－1評估等評估指標的建立為電網經濟安全運行提供了強有力的保障。完善的評估體系能夠及時發現電網中的安全隱患，做出預警，避免設備事故，將事故的損失降到最低。同時可根據評估指標優化電網經濟運行和調度，提升電網的整體運行水平。本項目充分利用電力公司的數據資源，建立高效的多部門協作的網絡規劃工作平臺，該平臺能在電網規劃、建設、運行等部門間實現合理高效的規劃編制、實施等的管理流程，大大提高規劃工作效率。規劃輔助評估決策工具將為建設堅強合理的電網、優化巨量電網、優化使用建設資金等提供科學依據與技術手段。

1 綜合量化評估

衡量配網規劃與評估軟件平臺的性能指標一般體現在以下5個方面：

（1）供電安全性。配電網的供電安全性是指在供電的任意一個時間斷面，針對一組預想故障電網能夠保持對負荷正常持續供電的能力。在規劃中一般只需考慮全年最大負荷時的安全性，對電網發生預想事故后能否保持以及在多大程度上保持持續供電的能力進行量化評價，由此設計的評價指標有“N－1校驗”和“抗大面積停電能力”。

（2）供電可靠性。供電可靠性指電網穩定運行時，在電網元件容量、母線電壓和系統頻率等的允許范圍內，考慮電網中元件的計劃停運以及合理的非計劃停運條件下，向用戶提供全部所需的電力和電量的能力。

（3）經濟性。電網規劃方案的經濟性評價是電網建設項目決策科學化、減少和避免決策失誤、提高項目經濟效益的重要手段。電網的“運行經濟性”主要是從網損率和設備利用率角度進行分析的。電網的“建設經濟性”主要從資金投入、供電收益以及售電收入等角度出發，詳細分析電網投資在資金流動過程中帶來的供電滿足程度和經濟效益。電網的“年費用”則是對電網的投資、運行維護費用和損耗費用進行折算，以便于方案之間的經濟比較。

（4）適應性。電網規劃以負荷預測為基礎，負荷預測的不確定性要求電網應該為后續發展留有余地，因此需要對電網適應負荷發展的能力進行評價。電網適應性指標包括資源裕度、供電能力裕度和電網擴展裕度3項。

（5）協調性。電網是一個密不可分的整體，局部負載過重或過輕，都會給電網的安全、可靠和經濟供電造成巨大影響。高中壓電網之間也需要良好配合，否則較弱的電網將會削弱較強電網的供電水平。這里所說的電網配合主要體現在高中壓配電網供電能力匹配、各等級電網變電站容量匹配和負荷均衡等方面。

2 配網規劃與評估系統的主要功能

地區配網規劃與評估系統通過解析GIS系統導出的DXF文件獲取地區電網的拓撲結構，解析SCADA系統導出的E文件獲取電網運行的數據，利用數據庫同步方式獲取系統的運行記錄數據，并用以上數據進行負荷預測、負荷密度分析、電網規劃、潮流計算、可靠性評估、電能質量評估、N－1評估。其主要功能拓撲圖如圖1所示。

圖1 系統主要功能拓撲圖

2.1 配電網數據管理

系統以GIS為配網數字化模型管理與展示手段，提供對電網各電壓等級變電站、配電室、架空線路、電纜線路的綜合管理功能。其能夠進行變、配電站址編輯，對不同類型站所的地理分布位置進行編輯，可以方便地將變電線路、電站進線、電站出線、母線以及站內開關、流變、避雷器、站內刀閘等設備圖形繪制出來，并考慮電網的連接關系、電站出線與中壓電網的連接和拓撲關系、站內設備的定位方式等因素。系統采用坐標錄入、手工調整以及數據文件導入等多種方式對線路進行編輯維護，實現在地理圖上添加配電站、架空導線、發電站并顯示出用戶指定的文字標注信息，同時提供便捷的工具處理設備的連接關系及電纜進站。系統在繪制線路時提供設置設備屬性、設計設備內部性能等功能，并提供配網線路設備包括公用變壓器、用戶變壓器、開關、刀閘、避雷器、電容器、故障指示器等的編輯功能，同時可建立設備同線路間的連接關系。

2.2 配電網評估

配電網評估是電網后規劃時期的重要指標，是保證電網經濟、安全、可靠運行的重要評估指標，通過對各項電網運行指標的智能優化和計算，達到實時監控電網運行狀態和自動調整電網運行方式的目的。其主要目的是找出供電區的用電特征，影響供電可靠性、電壓質量的主要原因以及各電壓等級電網網架、供電設施主要存在的問題。采用圖模一體化接線模式解析生成拓撲數據、潮流計算、短路電流計算、N－1計算等多種分析手段，對電網規模、電網結構、電源比例、安全性和可靠性（包括容載比、負載率、線損率等）、技術合理性、運行經濟性進行定性和定量分析，能夠得出全面反映電網現狀特點的實用指標。該系統配電網評估的主要功能有供電可靠性、供電能力、供電質量、經濟性、短路電流、N－1、綜合評估等。

通過以上7種評估系數的測試評估和實時監控計算，全面考慮電網規劃和運行階段的經濟安全運行要求，從而達到合理規劃建設和可靠運行的目的。評估系統的功能實現結構圖如圖2所示。

圖2 配電網評估功能

2.3 配電網評估專題圖管理

配電網專題圖的生成與數字電網模型的完整性、正確性密切關聯。各種專題圖的數據都來自電網的運行數據，但有別于電網運行數據的顯示，專題圖側重顯示電網設備之間的相對關系，根據需要確定是否精確地表示地理位置，并將重要的設備屬性信息以文本的方式標注在專題圖上。系統完成電網建模后，可通過專題圖生成功能，根據一定的業務規則，自動生成專題圖。系統為每種專題圖的數據放置建立了相應的圖層，圖層結構與電網結構同樣，都建立幾何網絡結構，當電網數據修改后，系統提供更新功能來更新變化的部分，保證專題圖同電網數據的一致。系統實現的專題圖包括負荷分布專題圖、負荷預測專題圖、可靠性專題圖等。

2.4 配電網規劃

（1）規劃基礎數據采集。配電網規劃的基礎是數據，基礎數據的準確性與及時性是科學規劃、正確決策的前提條件。基礎數據采集整理模塊的作用是通過自動采集與整理保證數據的準確性與及時性。根據電力公司關于規劃的管理規定，規劃部門是規劃管理的歸口單位，各相關單位按職責收集整理的規劃基礎數據需要上報到規劃部門，再由規劃部門對其進行匯總、統計、比較與分析處理，形成全公司的完整規劃數據。系統設計的數據上報的主要途徑是數據接口自動采集，上報單位需要備份規定時間斷面的數據，再通過數據接口傳輸到規劃部門；暫不具備接口自動采集的數據采用電子文檔上報，相關單位按規劃管理規定的要求定期將自行統計、整理的電子文檔傳送到規劃部門。基礎數據采集整理模塊包含數據接口和電子文檔上報2部分。

（2）負荷分析與預測。負荷分析與預測應實現總電量、總負荷分析與預測，分行業電量、負荷分析與預測，分行業最大負荷利用小時數、負荷同時率、負荷曲線分析。繪制負荷分布圖，并實現任意劃定區域內的負荷統計等功能。分析各分區的負荷密度、增長率、各級變電容載比、電網密度與負荷的匹配情況，實現負荷預測結果數據的自動匯總功能，可以通過圖形、表格等形式對各區域、各年份的負荷預測結果進行比較，為電網建設改造項目的安排和電網規劃的滾動修訂提供定量的依據。按年度分區、分電壓等級收集和積累最大負荷數據。

（3）DXF文件的解析。該系統開發出DXF文件的接口，能夠對DXF文件和配電網的組成部分做出正確的解析。同時可以進行解析數據的導出和導入，為進一步生成拓撲、拓撲轉化和潮流計算、短路電流計算等評估功能提供可靠的數據來源。

（4）變電站選址定容。按綜合區塊容量、負荷密度和經濟實用等條件確定變電站的容量，同時進行優化選址，使確定后的變電站不僅能夠滿足區塊的負荷需求，且建設投資成本降至最低，同時保證安全可靠運行。

（5）高中低壓網絡規劃。變電站選址和定容以后，通過3種優化模式計算如何進行網絡規劃使得網絡布線美觀而且節省投資資金。網絡可以沿道路規劃也可直線規劃，應綜合各方面考慮，最終選擇一種安全可靠經濟的規劃結構。

2.5 查詢功能

該配網規劃與評估系統平臺提供了強大的查詢功能，極大程度上方便了使用者的各種操作和學習應用。查詢功能如下：設備的定位和查找；設備的信息查詢和數據導入、導出；設備基本參數設置，如電壓等級設置、設備型號設置、區域劃分設置、負荷同時率設置等。詳細的查詢功能，不論是在初期軟件學習階段，還是在后期熟練使用階段，都是從使用者的使用習慣出發進行合理的開發，如圖3所示。

圖3 供查詢全網設備信息

3 山東泰安地區電網的配網規劃及評估

結合山東泰安地區電網現有的設備容量和歷史運行數據，對泰安地區配電網進行規劃，需滿足具體的相關規劃和建設要求。綜合規劃評估要求開發軟件平臺，從以下4個方面進行分析預測：

3.1 負荷密度分析

通過分析負荷密度可以很好地掌控電網規劃的預期計劃，為正式規劃做好一切準備工作。檢測某一地區變壓器容量是否是當前所需，是否滿足預測所需，從而保證電網經濟可靠地長期運行下去。負荷密度公式為：負荷密度＝分塊地區總負荷容量／分塊地區總面積。不同的分塊地區負荷密度不一樣，在分配電能的同時要綜合考慮這些信息，使電能合理分布，經濟合理調度，安全可靠運行。

3.2 負荷預測

負荷預測在電網規劃中處于首要位置，精確地預測才能保證電網正常跟隨時代的發展，才能促進社會的進步。進行預測的方法很多，但都是根據以往每年的負荷實時數據來分析預測未來N年的負荷需求，并作為規劃建設初期的指導性指標。

3.3 站點規劃及配網規劃

變電站的選址建設（圖4）和合理的容量分配，不僅關系到電網的經濟運行，還關系到整個城市建設的發展和整個電網的可靠運行。合理的配網規劃包括高中壓配網規劃（圖5）和低壓配網規劃（圖6）。優化的配網規劃不論從選址建設還是線路長度損耗上都能達到經濟最優化和城市美觀化的效果，也能從根本上降低電網事故率。

圖4 站點規劃圖

圖5 高中壓配網規劃布線（未沿實際路線布線）

圖6 低壓配網規劃布線（沿實際路線布線）

3.4 規劃評估

結合泰安地區的經濟發展狀況和近幾年的負荷增長數據以及現實的規劃需求，應用規劃評估軟件平臺進行規劃合理性和可靠性驗證，形成最終的規劃方案，保證電網正常運行后的經濟效益，長期發展的目的得以實現。

4 結語

配網規劃與評估軟件平臺的成功應用，為泰安地區電網經濟安全可靠運行提供了有力的保障。該平臺可實現負荷預測、負荷密度計算、變電站選址、線路規劃等功能，并通過綜合指標評估為規劃方案進行量化評估。實踐證明，該平臺可減少規劃人員的工作量，為智能電網快速發展提供有力的規劃工具。

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