基于負荷特性的戶均配變容量分析

全少理，李應闖，張永斌，廖祖金，張醒獅，李　響（.國網河南省電力公司經濟技術研究院，鄭州　0000；.上海電力學院電氣工程學院，上海　00090；.國網河南省電力公司，鄭州　0000；.上海博英信息科技有限公司，上海　000；.國網河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽　7000）

Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics

QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）

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基于負荷特性的戶均配變容量分析

全少理1，李應闖2，張永斌3，廖祖金4，張醒獅5，李響4
（1.國網河南省電力公司經濟技術研究院，鄭州450000；2.上海電力學院電氣工程學院，上海200090；3.國網河南省電力公司，鄭州450000；4.上海博英信息科技有限公司，上海200240；5.國網河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽473000）

戶均配電變壓器容量的研究是地區配電系統規劃的重要內容，直接關系到該地區電力供應的可靠性以及改造的經濟性評價［1—4］，因此合理的選擇戶均配電變壓器容量，不僅可以有效地指導供用電部門進行合理經濟地投資，對配電變壓器的節能經濟運行也起著關鍵作用。

國家電網公司“十三五”規劃報告中明確了統計戶均配變容量指標，各地電力部門也開展了調查并采取改善措施，取得了良好的效果。“十一五”、“十二五”期間，浙江省海鹽縣加大居民生活用電設施的投資建設力度，至2012年末戶均配變容量達4.7 kVA；2013年山東蓬萊供電公司針對農村電網覆蓋面廣、供電人口多、部分農村供電能力不足等現象，組織開展農村居民戶均配變容量調查工作，并于2014年深入推進戶均配變容量提升工程；自2013年江蘇電網增加電力供應、加快配網基礎建設后，至2015年江蘇省農村戶均配變容量達到3.75 kVA；2015年河南省部分地區也開始進行中壓配電網目標網架規劃的編制，至2020年戶均配變容量將會得到很大提升。

在戶均配變容量指標得到重視、戶均配變容量得到提升、居民生活的改善的同時，也存在以下問題。

（1）戶均配變容量是體現一個區域配電網基礎建設、供電能力的關鍵指標，對其進行合理的配置是解決用電“卡脖子”、“大馬拉小車”現象的關鍵措施［5］，但事實表明，國內尚無戶均配變容量相應的技術原則。

（2）戶均配變容量的提高會滿足用戶的用電需求，但戶均配變容量過高會導致電力設備輕載甚至空載，造成電力部門及國家投資浪費，經濟效益差。

綜上所述，在各地開展戶均配變容量調查、推進戶均配變容量提升工程的背景下，為了避免配網建設中出現供電能力不足或電力資源浪費等現象的發生，對河南省部分典型地區開展了基于用戶行為的均配變容量研究。

1　配變容量的影響因素

1.1行政區位因素

行政區位是一個國家結構體系的安排，具有層次性和空間性，并承擔一部分行政管理職能［6］。國家根據相關的法律規定，遵循一定的原則，充分考慮經濟、政治、地理、文化、歷史、民族、風俗等客觀因素，在空間上將其領土劃分為若干層次，每一層次對應一級行政區域，并在每級行政區域設置對應的國家地方管理機關，進行政權建設、經濟建設和行政管理。不同的行政區位在人口、經濟發展水平、建筑面積等方面都不相同［7］。表1是對2014年全國5個不同行政區位的城市人口、GDP、人均住房面積、日最大負荷、總住房面積等的對比。

表1　全國不同城市人口、GDP、最大負荷、住房面積數據對比

從表1中可以看出，不同的行政區位，各項指標的差異比較明顯。東部沿海較發達地區的人口多，經濟發展水平較好，盡管在單位住房面積上不占優，但總住房面積非常大。相應的電力需求，東部沿海城市則要高于中西部城市。同時，地理位置、氣候對于電力的使用也是有影響的。例如：宿遷和信陽2個城市人口數量接近，經濟發展水平接近，住房面積信陽占優，但日最大負荷宿遷較高。不同的行政區位，需要實地調研才可以對戶均配變容量進行準確的規劃和制定。

1.2經濟因素

經濟的發展、生活水平的提高、城市化加速對居民的用電需求有很大的影響。表2是2005—2012年某市經濟發展水平和用電量水平的對比。

從表2中可以看出GDP的增長、人均用電量的增長、人均生活用電量增長三者之間呈正相關，三者總的漲幅有高有低但都保持著增長的態勢。近10年中，GDP增長幅度最大的年份在2007年，達到14.2%；相應的人均用電量及人均生活用電量也在該年達到極大的漲幅，分別為13.83%、20.62%。

因此，從戶均配變容量的角度來說，逐年增長的居民人均生活用電量的增加會影響到容量的規劃和配置。

1.3電力需求因素

一般而言，中長期電力負荷走向趨勢曲線往往是S型曲線［8—9］。初期增長較為緩慢，到一定階段后有個快速增長期；到趨于飽和后，增長再度變緩，總體呈現一個S型，如圖1所示。

圖1　S型電力負荷發展曲線

表2　2005—2012年經濟發展水平和用電量水平的對比

不同發展階段，對戶均配變容量要求也不相同。處于高速發展期的負荷，配變建設要跟上負荷增長，否則會造成戶均配變容量偏低；電力需求接近飽和時，隨著負荷漸漸趨于飽和后，配變容量需要增長不宜太快，否則會造成戶均配變容量過剩，造成資源浪費。

2　負荷特性分析

2.1居民負荷特性分析

以M市小區一、N市小區一為例，對這2個小區2013年、2014年負荷曲線（如圖2—圖5）分析負荷特性。

對比2個小區2013年與2014年負荷曲線可以發現，負荷曲線的走勢大致相同，都表現為“兩峰兩谷”，波峰時間段一般處于12：00～13：00、20：00左右。波谷一般處在4：00、17：00左右。0：00～7：00負荷較低，7：00～9：00是一天工作的開始，負荷曲線開始緩慢上升，負荷增長較快，到中午時間，由于氣溫升高，以及電炊具的使用，至12：00左右，負荷曲線達到第一個波峰，之后負荷開始緩慢下降，到17：00左右達到第二個波谷，之后由于大量的家用電器投入使用，負荷曲線開始上升，至晚間20：00左右，負荷上升到最高點，出現第二個波峰，之后負荷開始下降。

M市小區一和N市小區一2013年、2014年的負荷特性指標如表3所示。

圖2　2013年M市小區一典型日負荷特性曲線

圖3　2014年M市小區一典型日負荷特性曲線

圖4　2013年N市小區一典型日負荷特性曲線

表3　2小區負荷特性指標

從上表3指標可以看出，戶均最大負荷、日平均負荷、日最小負荷率、日峰谷差、日峰谷差、日峰谷差率呈逐年上升趨勢，最大負荷利用小時基本是下降趨勢，說明居民最大負荷逐年上升，波谷與波峰差增大，這樣會導致設備利用率降低，如果不能夠合理配置配變容量，配變在最大負荷時就可能發生過載現象，而在最小負荷時設備利用率比較低。

2.2居民負荷預測

以L市小區一為例，以2030年為遠期飽和年，由于其在A類區域，用電指標選取為70 W/m2，需要系數選取0.35。

2030年負荷預測值=2 864戶×77.91 m2/戶× 70 W/m2×0.35/1 000=5 467 kW。

根據L市小區一2014年最大負荷為2 835 kW，2014年至2030年自然增長率為1.046，則

2020年負荷預測值=2 835 kW×1.0466≈3 587 kW。

對各類典型小區2020年及2030年負荷進行預測結果如表4所示。

表4　不同地區典型小區最大負荷預測表

2.3配變經濟運行區間的確定

根據統計的居民小區常用配變的型號、參數，計算出綜合空載損耗、綜合短路損耗、最佳負載率及經濟運行下限負載率等參數。

根據這些參數可以確定變壓器最佳經濟運行區間和經濟運行區間（如表5）。由于一個區域電網由各種型號容量配變組成，若考慮所有配變的公共區間，則經濟運行區間太小，對負荷的穩定性要求高；若考慮所有配變的最大區間，則在此區間內運行可能會導致非最佳經濟運行區間，所以在考慮一個區域電網的配變經濟運行區間可以取平均值。

表5　配變最佳經濟運行區間和經濟運行區間%

取SCB10和SCB11常用型號變壓器的最佳運行區間下限的平均值，為26%；取S9、S10、S11常用型號變壓器的最佳經濟運行區間的平均值，為19%。

根據不同供電區域的劃分標準，配變經濟運行區間的選取分別應考慮以下因素：

（1）A類區域

鄭州及洛陽市區中心區。居民小區里可能會出現中型商業，所以盡量滿足安全性（考慮允許配變過載20%），但也避免出現大馬拉小車的現象。

（2）B、C類區域

B類區域為18個省轄市市區（鄭州、洛陽A類地區除外），C類區域為108縣城城區。在運行中要避免輕載，在最大負荷時滿足應急照明、電梯等的安全運行，在負荷逐年上升的過程中處于最佳經濟運行區間。

（3）D類區域

全省縣域4.3萬個行政村。考慮農村負荷特性曲線的峰谷比較大，相較于波峰，農村負荷處于波谷時間較長，所以變壓器的經濟負載率應該避免變壓器的長期低于臨界負荷率運行，同時又應該滿足農忙需求以及未來負荷增長需求，D類區域配變容量在結合農村負荷曲線特性、考慮未來負荷發展需求的前提下，以經濟區間下限為依據，盡可能提高變壓器的負載率。

3　戶均配變容量及效益分析

3.1戶均配變容量的確定

在負荷預測的基礎上，對配變容量進行選取，選取公式為

配變容量=負荷預測值/（負載率×功率因數）

根據A、B、C、D類的配變容量選取原則分別計算配變容量，以A類地區為例，如表6所示。

表6　A類地區典型小區優化配變容量

根據2020年、2030年負荷預測值和配變運行的要求，對比2014年A類區域各個典型小區配備的配變容量，如圖6所示。

圖6　A類區域典型小區的配變容量比較

A類供區的3個典型小區2020年的配備基本能滿足用電需求，但至2030年時，3個小區的配變雖然能夠在不超載的條件下滿足用戶需求，但最大負載率均達到87%、69%、89%，不能滿足配變經濟運行要求及大中型商業的供電安全性要求。

根據配變容量及用戶數，計算各類供電分區的戶均配變容量優化值及現有配置如表7。

根據不同的戶均面積和用電指標，可得出戶均配變容量優化值如表8所示。

表7　A類區域典型小區戶均配變容量優化值

表8　A類供電區域的戶均配變容量優化值

3.2經濟效益分析

暫不計居民小區的商業停電損失，A、B、C、D類供電區域的效益主要體現在售電效益，假定4類供電區域的最大負荷利用小時數分別為2 200 h、2 100 h、2 000 h、1 600 h，則線路所帶負荷與最大負荷利用小時數即可得到年售電量，收益年值如表9所示。

利用投資年值、效益年值，求得投資效益比，如表10所示。

表9　不同地區收益年值

表10　投資效益比

3.3敏感性分析

對4類供電區域的配變容量進行投資敏感性分析，如表11所示。

表11　配變投資敏感性分析

由表11可以看出，A、B、C、D類地區每千伏安的配變所需投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元，依次增大，即如果對用戶每提升1 kVA的配變容量，A、B、C、D類供電區域的投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元。

D類區域每提升1 kVA投資遠高于其他區域的主要原因是供電距離長，架設線路成本高。

4　結束語

本文從配變的經濟運行區間考慮，計算居民常用配變的最佳負載率、經濟運行區下限、最佳經濟運行下限，結合A、B、C、D類供電分區的供電要求及城鄉居民不同負荷特性，合理選取的配變經濟運行區間，分別建立適應于各個供電分區的配變經濟運行區間。考慮各個區域經濟發展不平衡、同一區域城鄉發展不平衡等因素影響，各地負荷密度指標的不相同，針對國家電網對負荷密度進行的供電區域劃分，選取不同的配變經濟運行區間，建立基于供電區域的戶均配變容量的差異化標準。

從河南4類供電區域選取典型居民小區，分析河南各個供電區域的歷年負荷數據、配變容量、用戶數等指標，對比現狀數據與戶均配變容量進行優化，建立A、B、C、D 4類供電分區的戶均配變容量的配置原則。針對不同供電分區分別提出電網建設方案與戶均配變容量配置，對各個供電分區的電網建設進行投資效益分析和敏感性分析，得出每提升居民1 kVA的配變容量所需投資。

本文基于用戶行為的均配電容量的研究主要有以下幾點作用：

（1）可以保障電網安全運行、降低電網損耗、提高供電可靠性和電能質量。

（2）使得配電網能夠最大限度地滿足社會經濟的發展和人民生活水平的提高對用電的需求。

（3）能夠有效地縮小配變容量要求，減少施工投入，提高電力公司人力、物力資源的利用率，達到節電和降低電網運行成本的目的。

參考文獻：

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Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics

QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4
（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）

摘要：結合河南省部分地區典型小區配電變壓器的特點，首先對戶均配變容量的影響因素進行分析，在充分調研不同典型小區居民負荷特性的基礎上，對居民負荷及用戶數進行預測；之后確定了典型居民小區的配變容量的選取，并對配電變壓器的經濟運行區間進行分析；最后對典型居民小區現有的配變容量進行了優化，并對配電變壓器的投資進行了經濟效益分析、敏感性分析等。提出了配變容量優化方案。

關鍵詞：配電變壓器；居民小區；負荷特性；戶均配變容量；效益分析

Abstract：This paper considers with the characteristics of typical residential distribution transformers in some areas of Henan Province. Firstly，this paper analysises the influence factors of average capacity of the distribution transformers; based on the full investigation of the different typical residential load character?istics，the residents load and the number of consumers is predict?ed; Then it determines distribution transformers capacity selection of the typical residenteial area，and analyzes the economic opera?tion interval of the distribution transformers. Then the existing dis?tribution transformer capacity in typical residential area is opti?mized. Finally the the economic benefit and sensitivity of the in?vestment of distribution transformer is analysised. In this paper，the optimized scheme of distribution capacity is put forward.

Key words：distribution transformers; resident areas; load characteristics; average capacity of the distribution transformer; benefit analysis

DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.003

收稿日期：2016-01-08；修回日期：2016-02-23

作者簡介：全少理（1981），男，河南淅川人，本科，電力系統工程師，研究方向為配電網規劃；李應闖（1991），男，河南鄧州人，碩士研究生，研究方向為配電網可靠性及規劃；張永斌（1976），男，河南汝南人，碩士研究生，電力系統高級工程師，研究方向為配電網規劃。

中圖分類號：TM714

文獻標志碼：B