基于最大供電能力的配電系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)分析

王 波，何 宇，張志雄，張 興

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.浙江優(yōu)能電力設(shè)計(jì)有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

傳統(tǒng)的配電規(guī)劃僅按照導(dǎo)則，利用站內(nèi)主變壓器（以下簡稱主變）“N-1”安全準(zhǔn)則下的互供來確定主變最大負(fù)載率，而未利用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供提高主變負(fù)載率，規(guī)劃方案往往較為保守，經(jīng)常需要新增變電容量來滿足新增負(fù)荷，導(dǎo)致設(shè)備利用率較低。

隨著配電網(wǎng)的快速發(fā)展，科學(xué)地計(jì)算評估配電系統(tǒng)的供電能力，對于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、指導(dǎo)城市電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行具有重要意義[1]。

當(dāng)前，關(guān)于配電系統(tǒng)最大供電能力的計(jì)算研究主要是基于“N-1”安全準(zhǔn)則，將變電站供電能力、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力相結(jié)合的方法[2-7]。

以下分析了配電網(wǎng)最大供電能力影響因素，基于“N-1”準(zhǔn)則，利用線性規(guī)劃軟件Lingo對某地區(qū)的配電系統(tǒng)最大供電能力進(jìn)行計(jì)算，分析了該地區(qū)配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和供電能力提升的制約因素，并提出了相應(yīng)的改善措施。

1 最大供電能力影響因素

供電能力是指在一定供電區(qū)域內(nèi)，供電系統(tǒng)在滿足“N-1”安全準(zhǔn)則條件下對負(fù)荷的最大供應(yīng)能力，配電網(wǎng)供電能力的大小取決于變電站站內(nèi)供電能力和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移供電能力[1]。

220 kV變電站作為高壓配電系統(tǒng)的電源[6]，其運(yùn)行狀況直接影響配電網(wǎng)的供電能力。一條高壓配電線路故障可直接影響到多臺變電站的主變，且受故障影響的主變可通過變電站的高壓側(cè)主接線或高壓配電線路的開關(guān)操作由其他線路轉(zhuǎn)帶。同時，變電站的低壓側(cè)主接線和中壓配電網(wǎng)的接線模式為主變負(fù)荷通過中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供提供了通道，在主變及高壓配電線路故障時可起到重要支撐作用。因此，影響配電網(wǎng)供電能力的因素包括：高壓配電線路及網(wǎng)架、變電站主變數(shù)量、變電站主變?nèi)萘俊⒅袎号潆娋€路及網(wǎng)架。

以下主要對中壓配電網(wǎng)供電能力（假定變電站供電電源容量充裕，即不考慮高壓配電線路對配電網(wǎng)供電能力的影響）展開研究。

2 最大供電能力模型

文獻(xiàn)[7]提出了最大供電能力相關(guān)指標(biāo)和最大供電能力模型，具體如下：

2.1 相關(guān)概念

（1）最大供電能力ATSC

ATSC是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿足“N-1”安全準(zhǔn)則，且考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行情況下的最大負(fù)荷供應(yīng)能力。定義向量TTSC為達(dá)到最大供電能力時各主變的負(fù)載率，其中某臺主變的負(fù)載率為

（2）可用供電能力AASC

AASC是指在保證“N-1”安全準(zhǔn)則條件下，一定的供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)在現(xiàn)有負(fù)荷基礎(chǔ)上可以增加的供電能力，即AASC=ATSC-Ld，Ld為配電系統(tǒng)現(xiàn)有的全部負(fù)荷。

（3）變電站供電能力ASSC

ASSC是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)變電站容量配置及站內(nèi)聯(lián)絡(luò)提供的供電能力，等于在無任何站間聯(lián)絡(luò)時的最大供電能力。變電站供電能力正好對應(yīng)了傳統(tǒng)僅僅依靠變電站內(nèi)主變互相轉(zhuǎn)供的規(guī)劃導(dǎo)則中的容載比概念。

（4）網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力ANTC

ANTC是指一定供電區(qū)域內(nèi)的配電網(wǎng)通過增加站間聯(lián)絡(luò)而新獲得的供電能力，ANTC=ATSC-ASSC。

（5）全聯(lián)絡(luò)供電能力AMSC

AMSC是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)所有主變兩兩互聯(lián)，即系統(tǒng)達(dá)到全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時的最大供電能力。

（6）可擴(kuò)展供電能力AESC

AESC是指一定供電區(qū)域內(nèi)，配電網(wǎng)通過增加變電站間聯(lián)絡(luò)的數(shù)量和容量至全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時所新獲得的供電能力，即AESC=AMSC-ATSC。

2.2 最大供電能力模型

最大供電能力模型包括2部分：模型1為最大供電能力模型，其目標(biāo)函數(shù)為配電系統(tǒng)的最大供電能力；模型2為負(fù)載均衡模型，目的是保證在系統(tǒng)達(dá)到最大供電能力的基礎(chǔ)上，各主變負(fù)載能均衡分配，其目標(biāo)函數(shù)為主變負(fù)載均衡度。

2.2.1 模型1-最大供電能力模型

最大供電能力模型以最大供電能力為目標(biāo)函數(shù)，依據(jù)最大供電能力定義，計(jì)及“N-1”安全準(zhǔn)則條件下的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶，并考慮網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行情況，包括主變?nèi)萘俊⒕W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主變短時允許過載系數(shù)、聯(lián)絡(luò)極限容量等約束。模型中忽略電壓約束。

對于一個含多個互聯(lián)變電站的配電網(wǎng)整體來說，其滿足“N-1”安全準(zhǔn)則的最大供電能力為：max ATSC=ΣRiTi， Ri為主變 i的額定容量， Ti為主變i的負(fù)載率。

2.2.2 模型2-負(fù)載均衡模型

求解模型1得到最大供電能力時并不能保證各主變負(fù)載較為均衡，很多算例的某些主變負(fù)載率甚至?xí)_(dá)到極值。其原因是絕大部分算例采用的模型1的最優(yōu)解并不是唯一的，而線性規(guī)劃軟件只能給出一個最優(yōu)解。因此，采用模型2進(jìn)行進(jìn)一步處理。

模型2以主變負(fù)載率均衡度為目標(biāo)函數(shù)，從規(guī)劃和運(yùn)行角度出發(fā)，希望系統(tǒng)達(dá)到最大供電能力時，各主變負(fù)載率的差異盡可能小，不出現(xiàn)過大或過小的情況。因此，文中將配電系統(tǒng)各主變負(fù)載率的方差定義為主變負(fù)載率均衡度VVLR，用來表示各主變負(fù)載率的差異。而將模型1求解得到的最大供電能力作為約束條件，以主變負(fù)載率均衡度為目標(biāo)函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，保證同等最大供電能力下各主變負(fù)載率差異最小。

3 算例分析

3.1 基本情況

以某地區(qū)部分配電網(wǎng)為例，進(jìn)行最大供電能力計(jì)算。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況，該配電網(wǎng)的主變互聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

各變電站主變數(shù)據(jù)、聯(lián)絡(luò)導(dǎo)線數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 變電站主變數(shù)據(jù)

表2 聯(lián)絡(luò)導(dǎo)線數(shù)據(jù)

圖1 配電網(wǎng)主變互聯(lián)關(guān)系

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

采用Lingo軟件計(jì)算最大供電能力，結(jié)果如下：最大供電能力ATSC為309.25 MW，其中，變電站供電能力ASSC為278.2 MW，占89.96%；網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力ANTC為31.05 MW，占10.04%。可用供電能力AASC為102.65 MW，全聯(lián)絡(luò)供電能力AMSC為401.5 MW，可擴(kuò)展供電能力AESC為92.25 MW。計(jì)算中，“N-1”校驗(yàn)主變的同站主變短時允許過載系數(shù)取1.3。

達(dá)到最大供電能力的最均衡分配的各主變負(fù)載率見表3，各主變平均允許負(fù)載率為68.46%。

表3 達(dá)到最大供電能力時主變負(fù)載率

由計(jì)算結(jié)果可知，在本例中，可用供電能力AASC為102.65 MW，占當(dāng)前配電網(wǎng)最大供電能力的33.19%，說明電網(wǎng)的裕度較大，在保持主變數(shù)量和容量不變的情況下，完全能滿足當(dāng)前負(fù)荷的需求。但由表1可知，變電站1、變電站2、變電站4、變電站9均有2臺主變，且負(fù)載率都達(dá)到70%，說明負(fù)荷分布不均衡，可優(yōu)先考慮將這4個變電站的部分負(fù)荷由其他變電站轉(zhuǎn)供，在負(fù)荷切改困難的情況下，應(yīng)考慮主變擴(kuò)建或增容。

可擴(kuò)展供電能力AESC為92.25 MW，即在不增加變電容量的前提下，還有22.98%的供電能力提升空間，限制配電網(wǎng)最大供電能力因素如下：

（1）主變站間聯(lián)絡(luò)

由圖1可知，變電站1的2號主變、變電站3的1號主變、變電站4的2號主變、變電站5的1號主變、變電站6的2號主變、變電站8的1號主變沒有站間聯(lián)絡(luò)，限制了變電站間負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。

（2）聯(lián)絡(luò)線路線徑和TA變比

聯(lián)絡(luò)線路 L1，L8，L9，L10，L11，L12，L13的導(dǎo)線截面，以及聯(lián)絡(luò)線路L2，L4，L5，L19的TA變比限制了其傳輸容量，也即限制了變電站間負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。

（3）聯(lián)絡(luò)線路負(fù)荷

由表2可知，聯(lián)絡(luò)線路L7，L10，L13，L19，L23本身所帶負(fù)荷較大，達(dá)到線路允許容量的75%以上，不利于變電站間負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

3.3 改善措施

針對部分變電站負(fù)荷重及站間聯(lián)絡(luò)少導(dǎo)致的供電能力不足問題，并考慮到此地區(qū)地理環(huán)境和未來負(fù)荷分布，建議新建110 kV變電站，并加強(qiáng)與變電站1的聯(lián)絡(luò)。增加變電站4、變電站8和變電站9的聯(lián)絡(luò)，增加變電站6和變電站7、變電站8的聯(lián)絡(luò)。

聯(lián)絡(luò)線路 L1，L8，L9，L10，L11，L12，L13的線徑偏小，導(dǎo)線型號建議更換為JKLYJ-240。聯(lián)絡(luò)線路L2和L19的TA變比偏小，建議換成600/5，線路限額可以提升至445 A。

針對聯(lián)絡(luò)線路 L7，L10，L13，L19，L23本身所帶負(fù)荷較大問題，建議進(jìn)行分流施工，切割L10，L13，L19，L23線路部分負(fù)荷至附近線路（L7線路部分負(fù)荷已分流至L6線路）。

4 結(jié)語

考慮到主變過載和實(shí)際聯(lián)絡(luò)容量約束，通過線性規(guī)劃法對某地區(qū)配電系統(tǒng)最大供電能力進(jìn)行計(jì)算，借助于最大供電能力相關(guān)指標(biāo)分析了該地區(qū)配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和供電能力提升的制約因素，并提出了針對性的改善措施，可為配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃提供有效參考依據(jù)。