湖南天易示范區全電壓等級電網規劃協調性評價

徐超，蘇黎，方昀暉，張樹永，何紅斌

（1.國網湖南省電力公司經濟技術研究院，長沙410000；2.國網湖南省電力公司，長沙410000；3.北京清軟創新科技有限公司，北京100085）

湖南天易示范區全電壓等級電網規劃協調性評價

徐超1，蘇黎2，方昀暉2，張樹永3，何紅斌2

（1.國網湖南省電力公司經濟技術研究院，長沙410000；2.國網湖南省電力公司，長沙410000；3.北京清軟創新科技有限公司，北京100085）

為了更有效地規劃電網，從協調性角度評價全電壓等級電網規劃，將供電可靠率、綜合電壓合格率、設備利用率與綜合線損率列為全電壓等級電網協調性評價的四大關注目標。通過18個實質性參數量化評價指標，并計算獲取各項指標的權重、理想值與評分標準，逐步建立全電壓等級電網協調性的評價體系?；谝呀ǔ傻脑u價體系評估湖南天易示范區的電網現狀，采取布設或改善變電站與線路的方式優化電網，將示范區全電壓等級電網的協調性評分從69.15提高至94.82，有效地保證了電網的安全性、可靠性、經濟性與可持續性。

全電壓等級；電網協調性；電網評價；評價體系；量化評價指標

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，整個社會對電的依賴程度日益提高。作為未來電網發展模式的智能電網，所提供的高質量電力產品在社會經濟發展中越來越重要。構建堅強的智能電網需要各電壓等級電網協調發展，以實現電網安全性、可靠性和經濟性的提升，確保電網可持續發展。

電網規劃的主要任務是解決現有電網存在的問題用以確保用戶獲取優質可靠的電力供應，同時滿足電源接入與負荷發展需要，這就要求對現狀電網進行整體評價。目前，在電網評價方面，國內外的研究主要集中于經濟評價和技術評價兩個方面［1-2］。經濟評價主要側重供電量與網損等方面；技術評價主要涉及可靠性，即電網的充裕度和安全度，通過優化電網結構的算法提高預測電網可靠性的準確度［3-5］。現有的研究較少考慮不同電壓等級間與不同區域間電網的協調性［6-7］。全電壓等級電網協調性可將電網運行和負荷增長緊密結合，能夠更全面地對電網進行整體評價，對電網的安全經濟運行與后續規劃優

化有重要的指導意義。

因此，從評價目標、評價指標與評價標準等方面建立全電壓等級電網協調性的評價體系，并以湖南湘潭天易示范區為例，評價其現狀電網的協調性，提出該地區電網的改善措施，逐步實現最適宜該區域發展的全電壓等級電網。

1 全電壓等級電網協調性評價體系

1.1 評價目標

從電力用戶角度出發，主要關注供電可靠率與綜合電壓合格率；對于供電企業而言，企業效益體現為設備利用率；在節能環保的社會大趨勢下，綜合線損率顯得尤為重要［8］。因此，供電可靠率、綜合電壓合格率、設備利用率與綜合線損率是全電壓等級電網協調性評價的四大關注目標，它們由電網結構和外部負荷的現狀與變化規律決定。

電網結構由電源、變電站與線路3部分組成，電網結構的設置影響不同等級電壓間的協調與不同區域電網間的協調。負荷分布呈現分地區、分階段、分時段的特點，負荷分布不均可能導致電網局部重過載。

供電可靠率主要體現在發生故障時能夠盡快將負荷轉出，并盡量縮小故障影響的范圍，主要受電網結構中電源數量、線路分段數、轉供能力、電網間聯絡方式與聯絡效率等影響。綜合電壓合格率即為用戶獲取優質可靠電力的比例，主要與線路長度和重載負荷有關。綜合線損率包含固定損耗率與可變損耗率，其中固定損耗由線路長度和截面決定，而可變損耗由電壓等級與重載負荷決定。設備利用率為供電企業的經濟效益，不僅與電網結構中電源數量、電容配比、轉供能力、電網間聯絡效率等有關，同時變電站、線路與主變的負荷對其產生重要影響。

1.2 指標選取

利益相關者對全電壓等級電網的要求不同，可以選出關鍵的效果類指標；具體要求內容如圖1所示。效果類指標反映的是全電壓等級電網下相關利益者的關注點，是最終全電壓等級電網運行的結果。

通過圖1可知，電力用戶要求的是高質量電能，主要體現為供電可靠率以及綜合電壓合格率；對于社會，要求的是節能環保，可歸結為減少損耗（不考慮分布式能源接入），故選取綜合線損率作為指標；而對于電力企業而言，效益是它們所追求的，同時又要保證高質量的電能供應，故需要通過減少損耗，提高設備的使用效率來提高效益，因此選取綜合線損率和設備利用率作為指標。所以，效果類指標包括供電可靠率、綜合電壓合格率、綜合線損率和設備利用率4個指標。

圖1 效果類指標選取

1.3 評價指標

由前文分析得，供電可靠率、綜合電壓合格率、綜合線損率與設備利用率等為效果類指標，無法進行量化處理與數學計算。實際運行管理中需要考慮各項指標的可量化性，即實質性指標。四大關注目標與下列實質性指標具備顯著相關性，見表1。利用18個具體的實質性指標建立全電壓等級電網協調性的評價指標體系，依據每個區域電網的實際情況分別計算其實質性指標的數值，可用于比較分析，為不同區域的電網規劃提供借鑒指導。

全電壓等級電網協調性評價屬于多屬性綜合評價范疇，綜合評價方法的可信程度取決于評價指標權重選擇的合理性，這和權重的賦值方法密切相關。客觀賦值法基于單項指標在整體指標體系中的變異程度與對其他指標的影響程度選定該指標的權重值，忽略了指標的內在含義；主觀賦值法重點考慮各項指標的內在屬性以及對電網的意義，根據指標的重要程度獲取權重值，可有效指導城市電網的建設與規劃。通過主觀賦權法確定的權重大小可以反映該指標相對于其他指標重要性的高低。研究利用三角模糊數的理論來求取指標權重，首先綜合了多位電力專家對于配電網評價指標重要性的認識，再經過相應的數學計算。本研究結合德爾菲法、三角模糊評價法與層次分析法，對全電壓等級電網協調性評價中的18個實質性指標進行權重賦值，見表2。

表1 全電壓等級電網協調性的評價指標

表2 全電壓等級電網協調性評價中各項指標的權重值

從表2可知，在18個可量化的實質性指標中，主變與線路上的負載分布對全電壓等級電網協調性的影響最大，線路與線路站間的聯絡效率以及線變與上下級的容量配比的影響次之，相對而言權重較小的指標為變電容載比、中壓線路平均分段數、線路的最大與平均負載率、變電站平均負載率、單電源線率與單變率、變電站、主變與線路的“N-1”平均失電率。

項目研究中，將上述的18個實質性指標，根據影響電網規劃協調性因素，即①不同電壓等級互聯、②網架結構、③電網供電能力的增長速度、④電網的轉供能力、⑤負荷的不確定性、⑥負荷特性、⑦負荷分布；將各指標進行歸類分層和層次權重設置。

1）將線變容量配比、上下級變電容量配比歸納為全電壓等級電網內部供電容量配比協調性指標（權重占比為0.11，匹配影響因素為①）；

2）將變電站單電源線率、變電站單變率、線路聯絡率、線路站間聯絡率、中壓線路平均分段數歸納為全電壓等級電網網架結構相協調性指標（權重占比為0.24，匹配影響因素為②）；

3）將變電容載比、變電站平均負載率、線路最大負載率、線路平均負載率歸納為全電壓等級電網規模和負荷發展相協調性指標（權重占比為0.14，匹配影響因素為③⑤⑥）；

4）將主變重載率、主變輕載率、線路重載率、線路輕載率歸納為全電壓等級電網建設和負荷分布相協調性指標（權重占比為0.41，匹配影響因素為③⑦）；

5）將變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率、線路“N-1”平均失電率（0.33）歸納為全電壓等級電網轉供能力指標（權重占比為0.1，匹配影響因素為④⑤）。

其中，對協調性影響程度來說，全電壓等級電網建設和負荷分布協調性是電網協調性規劃的基石，最重要；網架結構是物質基礎，其先進與否直接決定了電網能否實現各種高效的控制與電能分配，影響程度性次之；全電壓等級電網規模和負荷發展的相協調，其與網絡結構水平有一定的聯系，影響程度再次之；電網內部供電容量配比與轉供電能力，相比前面三個，影響程度更次之。因此，一方面可以根據考慮的角度和重點不一樣，選取合理的權重值大指標進行分析；另一方面如果數據全面也可以選取全部指標，進行全面分析。

1.4 全電壓等級電網協調性評價標準

基于《城市電力網規劃設計導則》的要求，各項指標的類型和理想取值通過搭建模型或利用經驗等方法確定，進而制定全電壓等級電網協調性的評價

標準。通過一定的標度體系，將原始數據轉換成為統一規范的格式，多采用百分制、十分制和五分制。綜合多位電網專家的經驗，確定各項指標的類型與理想值，根據等差法進一步確定適用于全電壓等級電網協調性的百分制評價標準，結果如表3所示。

表3 全電壓等級電網協調性的評價標準（百分制）

《城市電力網規劃設計導則》中，對于變電容載比，其合理數值是隨著負荷增長速度的變化而變化的，分為三段，一般是負荷增長速度越快，相應變電容載比合理取值越大，負荷增長速度越慢，相應變電容載比合理取值越小。因此，在設置同一電壓等級變電容載比時，提供了不同段范圍值，如表3所示，比如110 kV下的變電容載比有［0，1.50）∪（2.20，∞），即兩個不同段范圍值，考慮以滿足不同負荷增長協調性問題。

評價體系中指標類型分為正指標、中間值指標和負指標。其中正指標為該指標取值越高，全電壓等級電網的協調性越好，中間值指標為該指標取值處于某個數值區間時電網協調性最優，負指標為該指標取值越低電網協調性越好。從表3可知，在18個可量化的實質性指標中，正指標2個，即線路聯絡率與線路站間聯絡率；負指標9個，分別為變電站單電源線率、變電站單變率、主變重載率與輕載率、線路重載率與輕載率、變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率與線路“N-1”平均失電率；中間值指標7個，包含線變容量配比、上下級電容量配比、變電容載比、中壓線路平均分段數、線路的最大負載率、線路平均負載率與變電站平均負載率。

2 天易示范區全電壓等級電網的協調評價

2.1 基本情況

天易示范區位于107國道、京珠高速公路與天易高等級公路的交會處，是湖南省湘潭縣的政治、經濟、文化中心，長株潭城市群“兩型社會”綜合配套改革的試驗區。天易示范區包含易俗河鎮全部及梅林橋鎮部分用地，總面積99 km2。

2.2 電網現狀

天易示范區內含有1座220 kV變電站、2座110 kV變電站和1039臺10 kV的配電變壓器；含有7條220 kV線路、7條110 kV線路與28條10 kV的電力線路?；谔煲资痉秴^的電網結構與外部負荷現狀，該區域全電壓等級電網協調性評價指標的數值、評分與評價總分如表4所示。

從表4可知，天易示范區的全電壓等級電網協調性的總評分為69.15，因此，該區域對不同等級電壓的協調性一般。從各項指標的單獨評分可知，在天易示范區的現狀電網中，110 kV的線變容量配比、線

路最大負載率等指標的數值達到最佳；220 kV與110 kV的變電容載比、10 kV線路的平均負載率等指標不合理，需要增加變電站與優化電網線路，可將相應的優化措施納入電網的近期或遠期規劃中。

表4 天易示范區全電壓等級電網協調性的現狀與規劃評價

2.3 電網規劃

根據電網現狀，可進行相應的優化措施以調整天易示范區的全電壓等級電網的協調性，針對不同等級電壓電網規劃。

220 kV電壓電網的規劃。天易示范區在2030年可由周邊1座220 kV變電站供帶西北部的負荷，故園區內無需新增220kV的變電站。通過多回220 kV線路構建雙鏈結構。

110 kV電壓電網的規劃。天易示范區將規劃新建4座110 kV變電站，110 kV電網將采用鏈式與不完全雙鏈等形式。

10 kV電壓電網的規劃。示范區內負荷分布呈明顯的地域性，位置相對集中，需要新增線路且優化現有電網，2030年時，需要新增55條線路與114條線路走廊數。

規劃實施后，天易示范區電網協調性顯著提高，評價總分由現期的69.15提高至94.82，詳見表4。基于全電壓等級電網的協調性評價，可采取針對性的優化措施，提高天易示范區的供電可靠率、綜合電壓合格率與設備利用率，降低電網的綜合線損率，從而改善不同等級電壓間與不同區域內的協調性，保證電網的安全性、可靠性、經濟性與可持續性。

3 結語

全電壓等級電網協調性評價的關注目標為供電可靠率、綜合電壓合格率、設備利用率與綜合線損率。

全電壓等級電網協調性的評價指標為線變容量配比、上下級電容量配比、變電容載比、中壓線路平均分段數、線路的最大負載率、線路平均負載率、變電站平均負載率、變電站單電源線率、變電站單變率、線路聯絡率、線路站間聯絡率、主變重載率與輕載率、線路重載率與輕載率、變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率與線路“N-1”平均失電率。

全電壓等級電網協調性的評價指標中正指標2個，負指標9個，中間值指標7個，其中主變與線路上的負載分布對全電壓等級電網協調性的影響最大。

天易示范區全電壓等級電網協調性的現狀評分與規劃后評分分別為69.15與94.82，規劃后的電網可有效地保證電網的安全性、可靠性、經濟性與可持續性。

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Coordination Evaluation on the Full Voltage Level Power Grid Planning of Hunan Tianyi Demonstration Area

XU Chao1，SU Li2，FANG Yunhui2，ZHANG Shuyong3，HE Hongbin2
（1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Economical&Technical Research Institute，Changsha 410000，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410000，China；3.Beijing TsingSoft Technology Co.，Ltd.，Beijing 100085，China）

In order to plan the power grid more effectively，we evaluated the full level power grid planning is evaluated from the viewpoint of compatibility.Concerned target for full level power grid planning includes reliability rate of power supply，the synthetical voltage eligibility rate，the equipment utilization rate and the synthetical line loss rate，which could be quantitated with 18 specific parameters.Moreover，the weight，desired value and scoring standard for individual parameter were obtained，which formed the compatibility evaluation system of the power grid including all voltage levels.Based on the compatibility evaluation at Tianyi demonstration plot in Hunan province，the current power grid was optimized by building or improving transformer substations and power lines in local area.After adjustment，the compatibility evaluation score in Tianyi demonstration plot was increased from 69.15 to 94.82，and the safety，reliability，economy and sustainability of the power grid would be guaranteed under this circumstance.

full voltage level；power grid coordination；power grid evaluation；evaluation system；quantitative evaluation index

TM715

A

1007－9904（2016）09－0030－05

2016-04-14

徐超（1983），男，工程師，從事配電網規劃方面工作；

蘇黎（1981），男，工程師，從事配電網規劃方面工作；

方昀暉（1977），男，工程師，從事配電網規劃方面工作；

張樹永（1982），男，工程師，從事配電網規劃及配網可靠性研究方面工作；

何紅斌（1966），女，高級工程師，從事電網規劃、分布式能源接入方面工作。