基于最大供電能力的配電系統薄弱環節分析

王 波，何 宇，張志雄，張 興

（1.國網浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.浙江優能電力設計有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

傳統的配電規劃僅按照導則，利用站內主變壓器（以下簡稱主變）“N-1”安全準則下的互供來確定主變最大負載率，而未利用網絡轉供提高主變負載率，規劃方案往往較為保守，經常需要新增變電容量來滿足新增負荷，導致設備利用率較低。

隨著配電網的快速發展，科學地計算評估配電系統的供電能力，對于優化網絡結構、指導城市電網的規劃和運行具有重要意義[1]。

當前，關于配電系統最大供電能力的計算研究主要是基于“N-1”安全準則，將變電站供電能力、網絡轉供能力相結合的方法[2-7]。

以下分析了配電網最大供電能力影響因素，基于“N-1”準則，利用線性規劃軟件Lingo對某地區的配電系統最大供電能力進行計算，分析了該地區配電網的薄弱環節和供電能力提升的制約因素，并提出了相應的改善措施。

1 最大供電能力影響因素

供電能力是指在一定供電區域內，供電系統在滿足“N-1”安全準則條件下對負荷的最大供應能力，配電網供電能力的大小取決于變電站站內供電能力和網絡轉移供電能力[1]。

220 kV變電站作為高壓配電系統的電源[6]，其運行狀況直接影響配電網的供電能力。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主接線或高壓配電線路的開關操作由其他線路轉帶。同時，變電站的低壓側主接線和中壓配電網的接線模式為主變負荷通過中壓配電網轉供提供了通道，在主變及高壓配電線路故障時可起到重要支撐作用。因此，影響配電網供電能力的因素包括：高壓配電線路及網架、變電站主變數量、變電站主變容量、中壓配電線路及網架。

以下主要對中壓配電網供電能力（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供電能力的影響）展開研究。

2 最大供電能力模型

文獻[7]提出了最大供電能力相關指標和最大供電能力模型，具體如下：

2.1 相關概念

（1）最大供電能力ATSC

ATSC是指一定供電區域內配電網滿足“N-1”安全準則，且考慮到網絡實際運行情況下的最大負荷供應能力。定義向量TTSC為達到最大供電能力時各主變的負載率，其中某臺主變的負載率為

（2）可用供電能力AASC

AASC是指在保證“N-1”安全準則條件下，一定的供電區域內配電網在現有負荷基礎上可以增加的供電能力，即AASC=ATSC-Ld，Ld為配電系統現有的全部負荷。

（3）變電站供電能力ASSC

ASSC是指一定供電區域內配電網變電站容量配置及站內聯絡提供的供電能力，等于在無任何站間聯絡時的最大供電能力。變電站供電能力正好對應了傳統僅僅依靠變電站內主變互相轉供的規劃導則中的容載比概念。

（4）網絡轉移能力ANTC

ANTC是指一定供電區域內的配電網通過增加站間聯絡而新獲得的供電能力，ANTC=ATSC-ASSC。

（5）全聯絡供電能力AMSC

AMSC是指一定供電區域內配電網所有主變兩兩互聯，即系統達到全聯絡且聯絡容量足夠大時的最大供電能力。

（6）可擴展供電能力AESC

AESC是指一定供電區域內，配電網通過增加變電站間聯絡的數量和容量至全聯絡且聯絡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，其目標函數為配電系統的最大供電能力；模型2為負載均衡模型，目的是保證在系統達到最大供電能力的基礎上，各主變負載能均衡分配，其目標函數為主變負載均衡度。

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函數，依據最大供電能力定義，計及“N-1”安全準則條件下的負荷轉帶，并考慮網絡實際運行情況，包括主變容量、網絡拓撲結構、主變短時允許過載系數、聯絡極限容量等約束。模型中忽略電壓約束。

對于一個含多個互聯變電站的配電網整體來說，其滿足“N-1”安全準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的負載率。

2.2.2 模型2-負載均衡模型

求解模型1得到最大供電能力時并不能保證各主變負載較為均衡，很多算例的某些主變負載率甚至會達到極值。其原因是絕大部分算例采用的模型1的最優解并不是唯一的，而線性規劃軟件只能給出一個最優解。因此，采用模型2進行進一步處理。

模型2以主變負載率均衡度為目標函數，從規劃和運行角度出發，希望系統達到最大供電能力時，各主變負載率的差異盡可能小，不出現過大或過小的情況。因此，文中將配電系統各主變負載率的方差定義為主變負載率均衡度VVLR，用來表示各主變負載率的差異。而將模型1求解得到的最大供電能力作為約束條件，以主變負載率均衡度為目標函數建立數學模型，保證同等最大供電能力下各主變負載率差異最小。

3 算例分析

3.1 基本情況

以某地區部分配電網為例，進行最大供電能力計算。根據網絡的拓撲結構情況，該配電網的主變互聯關系如圖1所示。

各變電站主變數據、聯絡導線數據如表1、表2所示。

表1 變電站主變數據

表2 聯絡導線數據

圖1 配電網主變互聯關系

3.2 計算結果分析

采用Lingo軟件計算最大供電能力，結果如下：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%；網絡轉移能力ANTC為31.05 MW，占10.04%。可用供電能力AASC為102.65 MW，全聯絡供電能力AMSC為401.5 MW，可擴展供電能力AESC為92.25 MW。計算中，“N-1”校驗主變的同站主變短時允許過載系數取1.3。

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

表3 達到最大供電能力時主變負載率

由計算結果可知，在本例中，可用供電能力AASC為102.65 MW，占當前配電網最大供電能力的33.19%，說明電網的裕度較大，在保持主變數量和容量不變的情況下，完全能滿足當前負荷的需求。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，且負載率都達到70%，說明負荷分布不均衡，可優先考慮將這4個變電站的部分負荷由其他變電站轉供，在負荷切改困難的情況下，應考慮主變擴建或增容。

可擴展供電能力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，限制配電網最大供電能力因素如下：

（1）主變站間聯絡

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號主變沒有站間聯絡，限制了變電站間負荷轉移能力。

（2）聯絡線路線徑和TA變比

聯絡線路 L1，L8，L9，L10，L11，L12，L13的導線截面，以及聯絡線路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荷轉移能力。

（3）聯絡線路負荷

由表2可知，聯絡線路L7，L10，L13，L19，L23本身所帶負荷較大，達到線路允許容量的75%以上，不利于變電站間負荷轉供。

3.3 改善措施

針對部分變電站負荷重及站間聯絡少導致的供電能力不足問題，并考慮到此地區地理環境和未來負荷分布，建議新建110 kV變電站，并加強與變電站1的聯絡。增加變電站4、變電站8和變電站9的聯絡，增加變電站6和變電站7、變電站8的聯絡。

聯絡線路 L1，L8，L9，L10，L11，L12，L13的線徑偏小，導線型號建議更換為JKLYJ-240。聯絡線路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。

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

4 結語

考慮到主變過載和實際聯絡容量約束，通過線性規劃法對某地區配電系統最大供電能力進行計算，借助于最大供電能力相關指標分析了該地區配電網的薄弱環節和供電能力提升的制約因素，并提出了針對性的改善措施，可為配電網的優化規劃提供有效參考依據。