城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術(shù)評(píng)估方法研究

王冠男

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術(shù)評(píng)估方法研究

王冠男

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

城市配電網(wǎng)規(guī)劃的合理性是保證城市供電可靠，保障供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的前提與基礎(chǔ)。由于城市配電網(wǎng)涉及的建設(shè)工程數(shù)量多，投資金額大，整體投資大，因此，城市配電的規(guī)劃及其評(píng)估方法變得困難。文章通過對(duì)城市配電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的思路、過程及其內(nèi)容的分析，解析城市配電網(wǎng)技術(shù)評(píng)估方法。

城市配電網(wǎng)；規(guī)劃；技術(shù)評(píng)估

1 城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術(shù)評(píng)估方法

1.1 我國(guó)城市配電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r及其存在問題

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力負(fù)荷增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)比例發(fā)生變化，居民、商業(yè)用電增長(zhǎng)加重中低壓配電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，造成全國(guó)性的缺點(diǎn)現(xiàn)象。同時(shí)城市電網(wǎng)建設(shè)滯后，中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，容量不足，因?yàn)椴荒苓m應(yīng)負(fù)荷增長(zhǎng)的要求，導(dǎo)致用戶電壓不穩(wěn)、網(wǎng)絡(luò)損耗過大、故障發(fā)生頻繁等問題，中低壓配電網(wǎng)能力的不足，配電網(wǎng)主干導(dǎo)線截面偏小，各地配電網(wǎng)設(shè)備嚴(yán)重過載，不得不采取高限電負(fù)荷的限電措施。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)較低，設(shè)備落后且安全性差，中壓配電自動(dòng)化仍處于起步階段；配電網(wǎng)普遍存在線損較高的問題，電壓合格率較低，主要是與城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、原建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低及負(fù)荷發(fā)展的特點(diǎn)有關(guān)，早期建設(shè)的配網(wǎng)線路不再適合當(dāng)前城市發(fā)展需要和電力體制改革的要求。

1.2 城市配電網(wǎng)規(guī)劃

（1）城市配電網(wǎng)規(guī)劃的基本思路。配電網(wǎng)的規(guī)劃分為長(zhǎng)期規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和施工設(shè)計(jì)。長(zhǎng)期規(guī)劃主要是由于確定未來主要投資項(xiàng)目和主網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，是供電企業(yè)規(guī)劃活動(dòng)的基本環(huán)節(jié)，規(guī)劃的主要目的是確定最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)接線方式、投資水平及投資的時(shí)間安排，對(duì)供電質(zhì)量、安全、協(xié)調(diào)性進(jìn)行調(diào)整，盡可能地降低系統(tǒng)的壽命周期總費(fèi)用；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃用于處理近期的投資項(xiàng)目，施工設(shè)計(jì)主要考慮網(wǎng)絡(luò)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及后期的各種設(shè)備和材料的獲取。未來投資主要是應(yīng)對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)的問題解決和設(shè)備的更換，技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，新線的路徑占地費(fèi)對(duì)現(xiàn)有架空線路和某個(gè)廠站的升級(jí)通常比架設(shè)新線路更加經(jīng)濟(jì)，而設(shè)備的更新或新增需要考慮網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的長(zhǎng)期費(fèi)用、材料和能源的費(fèi)用等各種因素，根據(jù)規(guī)劃的研究結(jié)果制定一系列年度主要投資計(jì)劃，并與有關(guān)的財(cái)政預(yù)算進(jìn)行比較，根據(jù)假設(shè)條件進(jìn)行編制，達(dá)到收支平衡，在穩(wěn)定、可接受的售電價(jià)格前提下達(dá)到技術(shù)、資金各方面的目標(biāo)。

（2）城市配電規(guī)劃的主要內(nèi)容。城市配電網(wǎng)的規(guī)劃是由供電部門、城市規(guī)劃管理部門結(jié)合城市的各項(xiàng)發(fā)展規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃共同負(fù)責(zé)，在分析和研究未來負(fù)荷增長(zhǎng)情況及城市配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套系統(tǒng)擴(kuò)建和改造的計(jì)劃，對(duì)不用用戶的需求設(shè)計(jì)不用的線路數(shù)和導(dǎo)線截面，選擇最優(yōu)方案作為規(guī)劃改造方案，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、長(zhǎng)期配電規(guī)劃和短期配電規(guī)劃的相互協(xié)調(diào)。配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)主要預(yù)測(cè)負(fù)荷量及負(fù)荷增長(zhǎng)的位置；長(zhǎng)期配電規(guī)劃主要是從系統(tǒng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度出發(fā)對(duì)新站建設(shè)的位置、時(shí)間、容量及舊站的擴(kuò)容等問題對(duì)城市用電具體分析；配電網(wǎng)的短期規(guī)劃主要是對(duì)變電站的下游系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和決策。

（3）配電網(wǎng)規(guī)劃的主要流程。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對(duì)當(dāng)?shù)刈匀毁Y源和自然條件、規(guī)劃區(qū)內(nèi)大的用電負(fù)荷類型、數(shù)量、分布及在建或規(guī)劃的大型項(xiàng)目等發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行收集；其次，在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃進(jìn)行分析，通過收集的資料認(rèn)清電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)狀變電站的運(yùn)行狀況、電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備的運(yùn)行情況、負(fù)荷分布等情況存在的不足進(jìn)行分析；參考配電網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)導(dǎo)則技術(shù)指標(biāo)要求，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行狀況制定可操作規(guī)劃的相關(guān)技術(shù)原則，指導(dǎo)規(guī)劃工作的實(shí)施；利用收集到的資料，運(yùn)用各種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)負(fù)荷及負(fù)荷分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)變電站進(jìn)行規(guī)劃并確定供電范圍；結(jié)合

變電站的選址和分布改造不合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，規(guī)劃合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)并達(dá)到經(jīng)濟(jì)優(yōu)化；對(duì)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，改善電壓的分布、提高用戶端的電壓質(zhì)量、減少電力輸送；對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，產(chǎn)生最優(yōu)方案。

1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)評(píng)估方法

（1）配電網(wǎng)規(guī)劃帶的技術(shù)原則。配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主體是配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定，遵循供電可靠性、接線方式、設(shè)備選型符合規(guī)劃區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況和符合情況等技術(shù)原則。配電網(wǎng)規(guī)劃要從電網(wǎng)現(xiàn)狀出發(fā)，充分考慮城市電力負(fù)荷增長(zhǎng)的規(guī)律，解決電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)供電的能力和適應(yīng)性；城市配電網(wǎng)規(guī)劃的年限與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和城市的整體規(guī)劃年限一致；城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，逐步向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化模式過渡。目前，我國(guó)的配電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)一般是以一年為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，以分鐘或小時(shí)為時(shí)間指標(biāo)單位，主要考慮內(nèi)部電網(wǎng)的可靠性，不考慮電源不足的影響。

（2）電壓等級(jí)的技術(shù)選擇。電壓等級(jí)的選擇與國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電氣設(shè)備制造技術(shù)水平息息相關(guān)，主要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證確定，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，電力負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，城市負(fù)荷密度甚者達(dá)到3～4萬kW/km2，電壓等級(jí)的選擇要求簡(jiǎn)化電壓等級(jí)，減少變壓層次，優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，要逐步取消市級(jí)區(qū)及縣城范圍的6kV、35kV供電等級(jí)，高壓配電網(wǎng)一般采用35～110kV，在符合密度大，供電范圍大的新區(qū)，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的前提下采用20kV電壓等級(jí)供電。

（3）基于規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性評(píng)估。通過可靠性評(píng)估，檢驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)劃各方面性能是否滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，做出最優(yōu)化規(guī)劃方案的判斷，但電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷隨機(jī)性與不確定性使電網(wǎng)規(guī)劃的技術(shù)性評(píng)估難度加大，傳統(tǒng)電力規(guī)劃人員對(duì)配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)分析分析決策時(shí)主要是以定性分析為主，大多數(shù)憑借經(jīng)驗(yàn)，因此技術(shù)評(píng)估存在很大誤差，目前針對(duì)規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性研究方法較少，因此，從電網(wǎng)規(guī)劃的角度出發(fā)，采取適當(dāng)?shù)募僭O(shè)條件，推到一套適用于大規(guī)模網(wǎng)架可靠性評(píng)估的算法公式，以故障枚舉法為基礎(chǔ)，全面考慮配電網(wǎng)中斷路器、線路、開關(guān)、配電器等設(shè)備故障、轉(zhuǎn)供及轉(zhuǎn)供通道容量不足等因素對(duì)可靠性指標(biāo)的影響，使用架空網(wǎng)和電纜網(wǎng)不同規(guī)劃網(wǎng)架可靠性評(píng)估，對(duì)規(guī)劃人員最優(yōu)化方案的制定有很大的指導(dǎo)意義。

（4）基于故障枚舉法和最小電路配網(wǎng)可靠性評(píng)估。針對(duì)配電系統(tǒng)中每一個(gè)設(shè)備故障分貝獨(dú)立分析對(duì)每一個(gè)用戶供電連續(xù)性影響，對(duì)所有影響因素進(jìn)行匯總并得出用戶和系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)，但其只適用于較簡(jiǎn)單配電系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，不曾考慮大量用戶復(fù)雜配電系統(tǒng)及轉(zhuǎn)供等因素的影響。故障擴(kuò)散法利用前向搜索法確定斷路器動(dòng)作范圍影響，用雙向搜索確定故障范圍，后向搜索確定切換開關(guān)的有無，從而判斷供電的影響范圍，其突出優(yōu)勢(shì)是能夠方便處理故障轉(zhuǎn)供通道問題，但故障后負(fù)荷轉(zhuǎn)移方式、電壓——潮流越限時(shí)可靠性指標(biāo)計(jì)算等問題并沒有切實(shí)有效的計(jì)算方法。

2 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及其存在問題進(jìn)行分析，從城市配電規(guī)劃思路技術(shù)指標(biāo)出發(fā)，研究城市電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容及流程，并對(duì)技術(shù)評(píng)估方法進(jìn)行簡(jiǎn)述，基于規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性、基于故障枚舉法和最小電路配網(wǎng)可靠性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)規(guī)劃人員最優(yōu)化規(guī)劃方案的制定有一定的指導(dǎo)意義。

圖2 輸入電壓和輸出電流的波形（左）

圖3 回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形（左）

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在發(fā)電機(jī)狀態(tài)的時(shí)候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)、二極管回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動(dòng)，將直流逆變成交流，此時(shí)能量由電機(jī)通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變流器工作在二、四象限，輸入電抗器的主要功能是電流濾波，回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形如圖3所示。簡(jiǎn)單的電壓型四象限脈沖整流器的基本原理，儲(chǔ)能器與直流側(cè)負(fù)載并聯(lián)。

圖4 PWM整流器

如圖4所示，AC/DC變流器為PWM整流電路的主電路，輸入部分由電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)u和交流側(cè)電感L組成，輸出部分則是由負(fù)載電阻RL和負(fù)載電動(dòng)勢(shì)eL功組成（電動(dòng)勢(shì)是由負(fù)載電感產(chǎn)生）。做理想化假設(shè)，AC/DC無損耗，則變換前后率不變，即：

式中：ui為輸入交流側(cè)電壓和電流；UDID為輸出直流電壓和電流。

在理想情況下，輸入（交流）功率和輸出（直流）功率達(dá)到平衡，因此可以通過對(duì)輸入側(cè)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出側(cè)的控制，輸入輸出各參量存在如下關(guān)系：

U～=wLi+u+uL

一般情況下電流中有一定大小的諧波。為使?fàn)恳兞髌鬏斎腚娏鞯闹C波盡可能的小，四象限整流器的開關(guān)頻率應(yīng)足夠的大。在大功率使用場(chǎng)合，由于開關(guān)器件自身開關(guān)時(shí)間或大電流等多方面的限制。必須采取其他措施來改善變流器輸入電流的品質(zhì)，通常采用多重化四象限整流電路，各重四象限整流器的載波錯(cuò)開一定的相位角，從而抵消部分諧波分量，改善輸入電流品質(zhì)。

［1］榮智林，忻力，陳燕平，等．TGA6型主輔一體化IGBT變流器［J］．機(jī)車電傳動(dòng)，2010，（5）：10-30．

［2］歐健.HXD1型電力機(jī)車牽引變流器故障診斷研究［D］．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2014.

Research on Urban Distribution Network Planning and Technical Evaluation M ethod

WANG Guang-nan
（Economic and Technical Research Institute of Jilin Electric Power Co.，LTD. of State Grid Corporation of China，Changchun，Jilin 130000，China）

The rationality ofurban distribution network planning is the prerequisite and foundation for guaranteeing reliable urban powersupply and stable economic benefitofpowersupply enterprise.Because the construction ofurban distribution network involves large engineering quantity and investmentamountaswellasmuch overall investment，urban distribution planning and its evaluationmethod become difficult.This paperanalyses the presentsituation ofurban distribution network planning,the idea，processand contentofdistribution network planning，and evaluationmethods in urban distribution network technology.

urban distribution network；planning；technicalevaluation

TM715

A

2095-980X（2016）11-0027-02

2016-10-11

王冠男（1987-），女，吉林長(zhǎng)春人，碩士研究生，工程師，主要從事配電網(wǎng)規(guī)劃研究工作。