高中壓配電線路供電能力的多指標評價方法

陳永進，吳杰康

(1.廣東電網公司韶關供電局，廣東 韶關市 512028;2.廣東工業大學自動化學院，廣州 510006)

隨著新能源、儲能裝置和電動汽車在配電網的大量接入，將有助于新能源的分布和可持續高效利用，但是同時也給原有配電網帶來了電壓質量嚴重偏高或偏低、供電阻塞等問題［1－6］。為了適應新能源的大量接入，探尋規劃建設新配電網或計劃改造原有配電網的方法已經成為一個迫切任務。

配電網規劃或原有配電網改造計劃首先應考慮技術、經濟、可靠性等問題［7］－［11］。傳統的配電線路供電能力評價方法主要側重于考慮技術因素的影響，比如考慮噪音［12］、接線模式［13］、線路容量［13］、容載比［14］;有的側重于資金投入，但往往忽略一些技術因素和供電可靠性的影響［12］以及供電可靠性的要求。本文在考慮傳統的配電線路供電能力評價方法基礎上，提出在高中壓配電網配電線路規劃或改造計劃時，要增加同時考慮電壓質量、網損和供電可靠性的影響因素，即多指標評價方法。

1 多指標評價方法

正常供電是指在保證電能質量及維持一定的供電可靠性和網損水平的情況下為用戶負荷提供功率。配電網中110 kV、35 kV、10 kV配電線路是常見的高中低電壓配電線路，評價其供電能力主要考慮電壓質量、線損率、供電可靠性等指標。

1.1 電壓質量指標

評價節點電壓質量就是比較節點電壓實際值與額定值的大小，可采用其比值的方法來評價，若節點電壓實際值與額定值的比值等于1，則說明節點電壓在額定值的水平上;若節點電壓實際值與額定值的比值大于1，則說明節點電壓比額定值偏高;若節點電壓實際值與額定值的比值小于1，則說明節點電壓比額定值偏低。對于單一節點電壓，構建的考核指標為

式中，Ui、Uni分別為節點i電壓的實際值和額定值。

評價變電站變壓器增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對單一節點電壓的影響，分別構建的考核指標為:

式中:NL0、NL分別為原有線路的數量、新增線路的數量，NT0、NT分別為原有變壓器的數量、新增變壓器的數量，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度，AT0i、ATi分別為原有和新增線路導線截面積;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最大負荷和最大電源出力的情況下進行計算，也可以針對各種運行方式和條件進行計算。

從全網整體來看，評價變電站變壓器增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對節點電壓的影響，分別構建的考核指標為:

式中:NN0、NN分別為原有和新建網絡的節點數;kVSA、kVLA、kVAA分別為是新增單位變電容量、新增單位線路長度、新增單位線路截面積引起全網電壓平均偏移量。電壓偏移量取全網的平均值，反映的是全網電壓的平均變化。

1.2 網損指標

以電網中每條支路功率損耗在線路技改和新建前后的比值來評價線損率，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。對于某一線路功率損耗，構建的考核指標為

式中:PLoss0i、PLossi分別為電網進行技改和新建線路之前和之后線路i在每個節點均為最大負荷下的功率損耗。

電網建設不僅追求最好的經濟和技術效果，同時期望通過線路的技術改造和新建獲得全網線損率的降低。如果期望電網建設線損率為λLEi，那么線損率的考核指標為

變電站變壓器增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對支路功率損耗均有影響，而且單位容量、單位線路長度、電網線路導線截面積的影響對其程度也不相同。針對這種情況，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，并可分別構建如下的考核指標來評價:

評價變電站變壓器增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對整個電網功率損耗的影響，可用的指標為:

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

1.3 供電可靠性指標

每個負荷點供電可靠性在線路技改和新建前后都會有變化，每個負荷點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價電網供電可靠性的變化。當比值等于1時，則說明線路技改和新建對負荷點供電可靠性無影響，當比值大于1時，則說明線路技改和新建對負荷點供電可靠性增大了負荷點供電可靠性，當比值小于1時，則說明線路技改和新建降低了負荷點供電可靠性。對于某一負荷點供電可靠性，構建的考核指標為

式中，λD0i、λDi分別為電網技改和新建前后負荷點i供電可靠性的實際值。

如果對供電可靠性有一種期望值λDEi，那么供電可靠性的考核指標為

考核變電站增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對負荷點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指標，即

評價變電站變壓器增容、線路長度變化、線路導線截面積變化對整個電網功率損耗的影響，分別用的三個指標為:

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

1.4 電壓質量、網損、供電可靠性綜合評價指標

從全網的角度考慮所有節點電壓水平、所有支路功率損耗以及所有負荷點供電可靠性相對應技改和新建前的計算值，分別構建的考核指標為:

式中ND0、ND分別為技改和新建前后負荷點數。

考慮經濟和技術效益的要求以及考核指標的約束，構造電壓質量、網損、供電可靠性綜合評價模型:

VEiλEikLossEi分別為期望達到的節點電壓考核指標、期望達到的負荷點供電可靠性考核指標、期望達到的線路功率損耗考核指標，i為區域的指引。

2 實例計算與分析

假設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 線路單位長度投資值為10萬元/km、20萬元/km、50萬元/km。在區域負荷40 MVA且導線截面積為120 mm2、300 mm2下10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評價如表1、表2所示;在區域負荷200 MVA且導線截面積為120 mm2、300 mm2下 10 kV、35 kV、110 kV 線路供電能力綜合評價如表3、表4所示。

從表1至表4可以看出，在30 km至60 km的線路長度范圍內，35 kV線路供電能力綜合評價值均高于10 kV和110 kV線路;在一定的線路長度范圍內，10 kV線路供電能力綜合評價值會高于35 kV和110 kV線路，而35 kV線路供電能力綜合評價值均高于110 kV線路。

表1 負荷為40 MVA且導線截面積為120 mm2時10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評價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 負荷為40 MVA且導線截面積為300 mm2時10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評價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，在確保電壓質量并實現期望的供電可靠性水平、最低網損率的情況下，需要的110 kV線路數量小于35 kV、10 kV線路，比如:導線截面積為300 mm2的110 kV線路在供電半徑為20 km時并輸送功率200M VA功率時，110 kV線路需要4條，35 kV線路需要12條，10 kV線路需要135條，可見在節省占地方面110 kV線路優勢非常明顯。

表3 負荷為200 MVA且導線截面積為120 mm2時10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評價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 負荷為200 MVA且導線截面積為300 mm2時10 kV、35 kV、110 kV線路供電能力綜合評價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 結論

1)單純從電壓質量、供電可靠性和網損率的綜合評價指標看，在30 km至60 km的線路長度范圍內35 kV線路好于10 kV、110 kV線路。

2)從節省占地來看，110 kV線路優于10 kV、35 kV線路。

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