中壓配電網規劃評估分析系統設計

摘要：目前配電網評估分析工作主要由人工完成，效率低下，容易出錯。本文針對配電網規劃評估過程現有的問題設計了地區中壓配電網規劃評估分析系統。評估分析系統采用層級結構，從網絡結構水平、負荷供應能力、裝備技術水平3個方面將配電網評估過程分解為基本統計指標層、網架分析指標層和現狀網評估結果3個層級，能有效地評估分析出配電網的現狀特征。實現基礎統計數據在數值與拓撲等方面的相關校驗，改進了配電網接線模式識別算法和專供能力計算算法。最后，通過實驗結果表明，評估分析系統能取得良好的效果。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/277714.htm

關鍵詞：中壓配電網；規劃；評估分析

引言

配電網具有結構復雜、設備數量龐大、改造建設頻繁等特點，在進行配電網規劃時，準確的現狀網評估與分析是必不可少的基礎環節，通過詳細的分析與評估計算，能有效發現配電網現存的問題，以便在規劃中有的放矢，合理高效地提出解決方案。我國目前的現狀網評估分析工作主要是人工完成，這一現象在中低壓配電網的建設改造中尤為突出，不僅耗時長且準確率低，造成了資金的巨大浪費。再加上缺乏對統計錯誤的校驗機制，使得配電網的評估與分析存在諸多問題，因此計算機規劃輔助決策系統是現代城市電網規劃必不可少的工具。雖然已經有了諸如PSASP、EDSA Technical等相關配電網規劃輔助軟件，能夠在提高電網規劃設計水平，減輕規劃人員勞動強度方面發揮作用，但這些軟件并不是針對配電網統計評估的專用軟件，對于現狀網評估分析部分的設計較為粗糙，難以反映基層網架結構的實際情況，并且使用起來較為復雜，難以調動基層工作人員參與到配電現狀網評估分析的工作中來。

隨著計算機技術以及城市電網規劃理論的逐步發展，很多研究者己經對城市電網規劃輔助決策系統進行了嘗試性的研發工作，并取得了很多好的成果，但采用的數據庫技術缺乏針對配電網相關規劃指標的評估功能，尤其是諸如接線模式分析，轉供率計算等拓撲相關的分析功能，并不能直接應用于配電網規劃的評估與分析工作。同時由于缺乏系統、科學的電網分析評估軟件，對電網現存和即將出現的問題不能定量給出問題的嚴重程度與問題出現的具體位置，這將直接影響配電網規劃改造工作的順利進行。

本文針對傳統條件下配電網評估中存在的諸多問題，分析對配電網規劃的評估、分析系統的相關需求，開發相應的配電網統計與評估系統。實現數據庫錄入數據的數值與拓撲校驗，盡可能保證原始統計信息的正確性，實現基于數據庫的網架拓撲分析和接線模式識別，完成現狀網評價中相關指標的計算，并生成標準化的分析報表，方便配電網規劃人員的使用。

1 中壓配電網評估分析過程及方法

1.1中壓配電網評估分析過程

中壓配電網評估與分析過程包括前期數據收集、數據校驗與糾錯、評估與分析共3個步驟。

（1）數據收集：數據收集可以分為統計數據收集和運行數據收集。其中統計數據的收集主要來源于生產管理信息系統（PMS系統）和企業資源管理系統（ERP系統），主要包括負荷信息、線路信息、設備信息、用電信息等。運行數據主要來源于調度系統，包括電流、電壓、功率、開關位置、設備運行情況等信息。

（2）數據校驗與糾錯：首先，對每個數據字段建立數據完整性規則；其次，建立數據字段間的關聯和依存規則：再次，對導入到數據庫中的數據依據規則進行校驗和糾錯，使數據庫完整可靠。

（3）評估與分析：根據建立的評估指標體系，對中壓配電網分層級進行單項評估、綜合分析，得出中壓配電網的網架特征和問題所在，從而形成對配電網規劃具有指導意義的評估結果。

1.2區域中壓配電網評估分析體系

從圖1中可知，本文將中壓配電網統計評價體系分為A網絡結構水平、B負荷供應能力、C裝備技術水平三個大類，其中，每個大類下又分為許多具體的指標。A網絡結構水平可分為：Al長度不合格線路比例、A2環網化率、A3分段數合格線路比例：Bl到B5共5個指標構成B負荷供應能力大類；c1到C4共4個指標構成C裝備技術水平大類。

2 配電網規劃分析系統

2.1配電網規劃分析系統層次結構

從圖2中可以看出配電網分析系統包括基本統計指標、網架分析指標和現狀網評估結果三個層次。基本統計指標包括類別判斷型統計和數值求解型統計，類別判斷型統計主要是判斷線路是主干或分支以及網架是電纜或架空；數值求解型統計主要是統計線路的長度、截面積、公變、專變重載過載數目以及聯絡開關和分段開關與饋線連接的位置和數目等。

合理的指標體系對于提高評價效率和評價效果會產生直接的影響，本文提出的指標體系為三層結構，聚合度高、結構簡單，能夠全面刻畫配電網建設發展過程中的特征，具有較好的整體性和適應性。各項底層指標意義明確，計算所需的指標值通過數據搜集后統計獲取，數據來源方便且計算方法簡單。

網架分析指標包括拓撲類分析指標和數值類分析指標，拓撲類分析指標主要是識別接線模式，以便規劃人員進行修改、分析線路可否轉供，衡量供電可靠性：數值類分析指標主要是統計各分區主干線路長度、線路負載率、絕緣線長度等。

基于配電網現狀網的相關評價標準，以及網架分析指標層的統計和分析結果，從網絡結構水平，負荷供應能力，裝備技術水平三大項指標進行評價指標計算，并根據需求按照供電分區或所屬變電站進行評價結果的分類整理與規范化輸出。

2.2關鍵算法實現

2.2.1配電接線模式識別算法

基于計算機算法的配電網接線模式識別一直是配電網統計評估軟件面臨的技術難題，尤其是對于開關站型或兩個獨立單環網型的雙環網接線模式識別，已有配網統計評估軟件都未能正確辨識。由于配電網接線模式識別流程龐大，此處僅對識別架空線的主要流程進行說明，電纜線接線模式識別流程圖以附錄形式給出。

（1）主干接線判斷：以饋線出口為起始點，搜索聯絡開關或平均線徑最粗的供電支路作為該條饋線的主干線。

（2）網架類型判斷：分別統計線路主干中架空線與電纜線的段數，段數較多的線路類型作為網架類型：若二者段數相同，則歸入非典型接線。

（3）電源個數計算：統計與主干線相連的聯絡開關個數，再加上本回線路自身電源，求得該回線路所連接的電源個數。

（4）單輻射接線判別：若電源個數為1，則該回饋線被判定為單輻射接線。

（5）N分段n聯絡接線判別：統計該回主干線上所連接的聯絡開關個數N與分段開關個數n，若N≤6且n≤3則該回線路的接線模式為N分段n聯絡：若不滿足上述條件則為非典型接線。

（6）有效的分段開關：在統計主干線上分段開關個數時，只統計開關兩側的網架分段都接有負荷的開關。分段開關統計個數n為有效分段開關個數加變電站母線出口分段開關。

2.2.2線路轉供能力計算算法

設如圖4所示線路為待轉供線路，其當前的負荷電流為I_dd，所有聯絡電源如圖4用橢圓形圓圈所圖示，各聯絡電源都有部分剩余容量可用于轉供，剩余容量I_res為：

I_res=I_max（l-ρ）

（1）

試（1）中，QI_r為剩余容量，I_max為最大安全電流，ρ為負載率。

取剩余容量最大的兩回線路的剩余容量求和，得到可轉供電流I_sum2max，若II_dd小于I_sum2max，則該線路為可轉供線路，具體的計算流程如圖5所示。

（1）主干接線判斷：以饋線出口為起始點，搜索聯絡開關或平均線徑最粗的供電支路作為該條饋線的主干線。

（2）待轉供線路判斷：對于某一主干線，若主干線的末尾有聯絡開關與之相連，則該主干線路為待轉供線路，否則是無法轉供線路。

（3）待轉供線路接線模式識別：根據接線模式識別算法的結果，可以得到待轉供線路所屬的接線模式。

（4）待轉供線路負荷電流計算：從1節點搜索，碰到的第一個線路為參考線路，待轉供線路負荷電流I_dd為：

I_dd=I_maxρ（2）

式（2）中，I_max為正常運行方式最大電流（參考線路），ρ為負載率（參考線路）。

（5）對側電源隊列：若線路非N供一備接線模式，則計算對側電源剩余負荷電流隊列。

（6）求電流和：計算對側電源隊列中最大的兩個電流之和I_sum2max。

（7）比較I_dd與I_sum2max的大小，若I_sum2maxI_dd，則可以轉供，否則，不可以轉供。

（8）備用接線電源：若線路是N供一備接線模式，則搜索出備用接線電源。

（9）備用負荷電流計算：對第8）步中搜索到的備用電源進行剩余負荷電流I_res按照公式（1）進行計算。

（10）比較I_dd與I_res的大小，若I_res> I_dd，則可以轉供，否則，不可以轉供。

3 算例分析

本章節將應用“地區中壓配電網規劃評估分析系統”對浙江省某地區的中壓配電網進行評價分析，基于軟件對現狀網的分析評價結果以及近年來新建項目的規劃報告，分別計算得到現狀年和2013年配電網網絡結構水平、負荷供應能力和裝備技術水平三個方面的各項評價指標，并對現狀年和規劃年的配電網性能進行對比分析。

3.1評估結果分析

針對某地區中壓配電網，規劃評估分析系統可以基于錄入的數據完成網絡結構水平分析，負荷供應能力分析，裝備技術水平分析，并分別形成相應的統計評估結果報表。由于收集到的地區范圍數據受限，現分別對該地區2011年和2013年同樣范圍的數據進行評估分析，得到評估分析結果。

由表1可以看出，經過2012年及2013年的配電網規劃項目，使浙江省的評估指標得到不同程度的優化，電網性能得以提升。其中，多項評估指標均較現狀年有明顯的改善。同時，證明本文提出的地區中壓配電網規劃評估分析系統是有效的。

4 結論

本文設計地區中壓配電網規劃統計與評估分析系統，首先制定了良好的軟件定位，即專門為配電網規劃統計評估分析而服務。并且詳細調研配電網規劃需求，制定了完善而有效的數據校驗與糾錯規則，實現基礎統計數據在數值與拓撲等方面的相關校驗，為軟件功能實現與擴展開發奠定了堅實的基礎。設計并完成了現狀網統計三大類指標的統計與評估算法，并且在配電網接線模式識別算法和線路轉供能力算法方面有了較大的創新。