配電網(wǎng)輸送能力提升研究

任曉菲

摘 要：配電網(wǎng)的輸送能力與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電源位置以及負荷分布密切相關(guān)。同時，在實際運行過程中，配電網(wǎng)需消耗一定的無功功率，這會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)損耗、占用設(shè)備容量、在變壓器和配電線路上形成電壓降落，不利于配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，降低了系統(tǒng)傳輸能力。本文針對性地分析了影響輸送能力的各種因素，并提出了降損節(jié)能、提升輸送能力的措施。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)輸送能力;降損節(jié)能;影響因素;應(yīng)對措施

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）20-0121-04

Research on Improving Transmission Capacity of Distribution Network

REN Xiaofei

（Zhengzhou Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The transmission capacity of the distribution network is closely related to the grid structure， power supply location and load distribution. At the same time， in the actual operation process， the distribution network needs to consume a certain amount of reactive power， which will cause network loss， occupy equipment capacity， form voltage drop on transformers and distribution lines， cause adverse effects on the safe and economic operation of power enterprise equipment， and reduces system transmission capacity. This paper analyzed various factors affecting the transport capacity in a targeted manner， and proposed measures to reduce energy consumption and improve transport capacity.

Keywords： system transportation capacity;loss reduction and energy saving;influencing factors;countermeasure

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和城市建設(shè)腳步的加快，人們對城市配電網(wǎng)的發(fā)展也提出了更高要求，如何提升配電網(wǎng)輸送能力，有效降低系統(tǒng)損耗，提高設(shè)備利用率，對城市的發(fā)展和建設(shè)至關(guān)重要。為了提升電網(wǎng)輸送能力，人們需要采取有效措施，完善配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提升無功設(shè)備的補償率，提高用電設(shè)備的電能利用率，改善功率因數(shù)，還要合理選擇無功補償點和確定補償?shù)南鄳?yīng)容量等，其影響因素較多，對系統(tǒng)優(yōu)化運行與管理都將產(chǎn)生影響。

1 影響配電網(wǎng)輸送能力的相關(guān)因素

1.1 市區(qū)變電站“落地難”

目前，各大城市區(qū)域220kV、110kV變電站無法落地或建設(shè)進度緩慢，供電渠道受阻，嚴重影響區(qū)域整體電網(wǎng)的供電輸送能力，導(dǎo)致供電電源緊張，線路供電半徑過長，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)受限，造成電能輸送的“卡脖子”現(xiàn)象，用電高峰時段，部分城市核心區(qū)域仍需采取有序用電及拉閘限電措施確保區(qū)域供電的可靠性。

1.2 高壓配電網(wǎng)無功優(yōu)化困難

目前，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)及居民用電負荷占比發(fā)生了快速變化，三產(chǎn)及居民用電負荷占比逐年上升，負荷特性由以有功消耗為主的照明、電磁消耗變成了以空調(diào)、冰箱等降溫負荷為主體的用電需求[1]，夏季降溫負荷比例逐年增加，造成系統(tǒng)無功輸送壓力加劇，導(dǎo)致城市配電網(wǎng)局部無功功率缺額嚴重，功率因數(shù)偏低，設(shè)備利用效率低。

1.3 部分供電設(shè)備陳舊、故障率高

部分變電站內(nèi)電容器等無功補償裝置運行工況較差、故障率較高，對支持系統(tǒng)無功需求支撐不足，特別是功率因數(shù)較低的供電區(qū)域用電高峰時段，無功缺額導(dǎo)致變壓器、線路大量傳輸無功，降低了輸送能力，系統(tǒng)損耗顯著增加，配電網(wǎng)設(shè)備得不到有效利用。同時，部分中壓配電設(shè)備運行工齡較長、改造困難，城市核心區(qū)域老舊線路工況較長、高耗能配變?nèi)匀淮嬖冢斐芍械蛪号潆娋W(wǎng)損耗居高不下，輸送能力不足。

1.4 10kV及以下配電網(wǎng)無功優(yōu)化及經(jīng)濟運行影響因素復(fù)雜

在配電網(wǎng)系統(tǒng)損耗中，中低壓配電網(wǎng)部分占比較高，但配電線路的組合較為復(fù)雜、約束條件較多和相關(guān)的10kV及以下配電網(wǎng)因素短期變化大等原因，造成10kV及以下配電網(wǎng)無功補償與經(jīng)濟運行措施和最優(yōu)方案難以確定。3種無功補償方式對比如表1所示。

1.5 10kV及以下配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模龐大、網(wǎng)架變化迅速，特別是低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)管理十分困難。部分區(qū)域管理水平落后，制度不健全，致使工作中出現(xiàn)用戶違章用電和竊電、計量表配備不合理等現(xiàn)象，造成大量電力能源浪費，并影響系統(tǒng)的整體優(yōu)化提升，不利于提高中低壓配電網(wǎng)的降損節(jié)能和輸送能力。

2 應(yīng)對措施

針對影響配電網(wǎng)提升輸送能力的相關(guān)因素，人們需從技術(shù)及管理兩方面同時采取針對性的解決措施。根據(jù)電網(wǎng)運行實際情況，為了提升輸送能力、降損節(jié)能，筆者提出了電網(wǎng)經(jīng)濟運行、營銷管理、電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)、需求側(cè)管理以及采用新技術(shù)和新設(shè)備等五大措施。

2.1 經(jīng)濟運行方面

電網(wǎng)經(jīng)濟運行是以電力系統(tǒng)構(gòu)成及其各組成部分運行特性為研究對象，以不同運行條件、不同運行參數(shù)及不同工況、負載為依據(jù)[2]，在保證電網(wǎng)安全可靠運行的前提下，通過調(diào)整系統(tǒng)運行方式，優(yōu)化組合系統(tǒng)負載分配、電網(wǎng)運行方式、電力設(shè)備運行狀態(tài)，確定最優(yōu)運行方式，最終實現(xiàn)降低系統(tǒng)損耗，提升管理效率，達到降損節(jié)能、提高電網(wǎng)運行效率與整體輸送能力的目的。

電網(wǎng)經(jīng)濟運行主要從四方面進行考慮與調(diào)整：調(diào)整系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)、線路和變壓器的經(jīng)濟運行方式安排、調(diào)整負荷曲線和三相負荷分配以及優(yōu)化無功補償設(shè)備的運行狀態(tài)等。同時，還要合理安排檢修計劃，做好負荷轉(zhuǎn)供和用戶管理。

特別是度夏大負荷時期，合理調(diào)整系統(tǒng)電壓與電容器投退對降低系統(tǒng)損耗、提升供電能力以及減輕設(shè)備重過載具有重要作用。在安排系統(tǒng)運行方式時，及時投退各變電站電容器組并靈活掌握，適時調(diào)整系統(tǒng)電壓，確保電壓合格，減少無功功率在系統(tǒng)內(nèi)的流通;及時對系統(tǒng)無功補償容量進行計算分析，對補償容量不足或電容器有缺陷的變電站，通過改造升級、設(shè)備檢修，確保滿足系統(tǒng)運行要求;加強系統(tǒng)負荷監(jiān)視，在負荷較重的配電線路加裝無功補償裝置，加強管理;加強用戶側(cè)無功管理，確保用戶側(cè)無功水平滿足系統(tǒng)要求;同時對中低壓配電網(wǎng)無功水平進行科學(xué)分析，為配電網(wǎng)無功補償方式與容量選擇提供實測數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 營銷管理方面

要想實現(xiàn)電網(wǎng)降損節(jié)能、提升輸送能力，除了從技術(shù)手段入手外，人們還要合理運用管理手段，而營銷管理的目的就是降低管理不善引起的損失，如計量裝置故障造成的少計量售電量、無表用電戶的電量、偷竊電、電量計算錯誤、臨時用電等問題，從管理上封堵上述漏洞。

針對中低壓電網(wǎng)線損較高的問題，人們要開展低壓線損分臺區(qū)管理，抓住降損重點，通過堵住用電管理的漏洞、增強線損管理責(zé)任性、加快低壓電網(wǎng)的建設(shè)與改造等手段，不斷提升中低壓節(jié)能降損能力;同時加強用電管理，按章用電、加強用電內(nèi)部管理是維護供用電秩序、降損的重用管理手段[3];規(guī)范用戶報裝管理、摸清用戶負荷性質(zhì)及未來用電需求容量，不斷加強用戶無功力率管理，增加無功補償容量、提高功率因數(shù)，要幫助電力用戶采用集中與分散補償相結(jié)合的方式，增加無功補償設(shè)備，提高功率因數(shù)，使之達到規(guī)定的考核標準[4]。

通過多手段、多渠道的管理方法，將組織措施與相應(yīng)的技術(shù)措施相結(jié)合，建立相應(yīng)的管理責(zé)任制，不斷提升中低壓配電網(wǎng)的降損節(jié)能水平與提升輸送能力。

2.3 電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)方面

2.3.1 高壓配電網(wǎng)相應(yīng)措施。從整體規(guī)劃與建設(shè)方面來看，電力系統(tǒng)規(guī)劃布局要以短期負荷預(yù)測為基礎(chǔ)，以提高供電可靠性和經(jīng)濟性、優(yōu)化系統(tǒng)運行方式為目標，科學(xué)制定規(guī)劃原則、技術(shù)原則，統(tǒng)籌考慮規(guī)劃布局;合理規(guī)劃配電網(wǎng)目標網(wǎng)架形式，盡可能縮短供電半徑;根據(jù)負荷特性，合理開展設(shè)備選型，確保變壓器、無功補償設(shè)備等運行狀況最優(yōu)。同時，加快重載、網(wǎng)架不合理區(qū)域的相應(yīng)變電站落地及建設(shè)工作，積極協(xié)調(diào)有關(guān)單位，解決變電站“落地難”的問題，提升變電站布局規(guī)劃，持續(xù)改善電網(wǎng)運行狀況。

一是協(xié)同完善供電企業(yè)與政府的溝通機制，加大政企協(xié)作力度，建立常態(tài)化溝通協(xié)調(diào)機制，實現(xiàn)站址、廊道資源的預(yù)留和保護，實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃與城市規(guī)劃的深入融合，為電網(wǎng)發(fā)展營造良好的外部環(huán)境，全力以赴，加快各級電網(wǎng)建設(shè)，推動電力建設(shè)重點項目加快落地投產(chǎn)。

二是高質(zhì)量完成發(fā)展規(guī)劃，推動規(guī)劃成果納入政府城市總體規(guī)劃，加快推進新開工項目前期工作，重點突破對供電能力影響大、建設(shè)難度高的重點項目落實建設(shè)。三是隨著政府部門的環(huán)境保護監(jiān)察力度不斷加大，變電站建設(shè)規(guī)劃及選址階段應(yīng)充分從設(shè)備選型方面考慮環(huán)境評價影響，盡量選取低噪音、智能環(huán)保的設(shè)備，避免環(huán)評問題帶來的影響。

四是提高需求預(yù)測的準確性，掌握最新數(shù)據(jù)，及時修訂負荷預(yù)測結(jié)果，提出項目建設(shè)需求和資金需求，推動生產(chǎn)、營銷、建設(shè)等專業(yè)深度參與規(guī)劃編制，實現(xiàn)規(guī)劃切實服務(wù)生產(chǎn)運行。五是提前開展項目前期工作，統(tǒng)籌考慮規(guī)劃、國土、環(huán)保要求及后續(xù)施工條件，提前勘察現(xiàn)場，落實站址位置和線路走廊通道情況，確定是否具備開工條件。爭取政府政策支持，提前取得城市規(guī)劃、自然資源部門、生態(tài)環(huán)境部門支持。

從無功補償方面來看，要做好電網(wǎng)無功優(yōu)化工作，實現(xiàn)“全面規(guī)劃、合理布局、就地補償、就地平衡、動態(tài)補償和靜態(tài)補償相結(jié)合、高壓補償與低壓補償結(jié)合”[5]，全面合理地設(shè)置無功補償裝置，同時根據(jù)系統(tǒng)需要，采用先進的無功補償算法及補償方式，以滿足系統(tǒng)運行的需要。

2.3.2 中低壓配電網(wǎng)相應(yīng)措施。針對中低壓配電網(wǎng)輸送能力的不同影響因素，人們可以采取一一對應(yīng)的優(yōu)化措施來提升10kV及以下配電網(wǎng)的運行效率，降低系統(tǒng)損耗。因此，就中低壓供電半徑、無功優(yōu)化方式、三相不平衡、變壓器設(shè)備選型、線路參數(shù)選取等五個方面進行分析論證。

2.3.2.1 低壓供電線路長度。10kV及以下線路的供電半徑直接線路阻抗，進而對中低壓配電網(wǎng)技術(shù)線損產(chǎn)生直接影響。因此，當(dāng)變電站與負荷中心位置相對確定時，合理安排中低壓線路供電半徑、縮短低壓部分供電距離可有效降低配電網(wǎng)技術(shù)損耗[6-8]。

2.3.2.2 無功補償。大量的無功功率在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中流動將會導(dǎo)致配電網(wǎng)產(chǎn)生功率損耗，成為影響10kV及以下配電網(wǎng)輸送能力的又一個重要原因，因此，應(yīng)根據(jù)負荷特性科學(xué)地進行補償。中低壓無功補償方式包括隨機補償方式、隨器補償方式、自動跟蹤補償方式以及三種方式的優(yōu)化組合方式，如何根據(jù)無功功率變化規(guī)律確定實時跟蹤的無功優(yōu)化方案是實現(xiàn)最優(yōu)無功補償?shù)年P(guān)鍵。

2.3.2.3 三相不平衡。三相不平衡將導(dǎo)致?lián)p耗增加，三相不平衡的程度越大，損耗增加越多。對于10kV及以下配電網(wǎng)而言，三相不平衡問題更加突出。低壓配電網(wǎng)降低三相不平衡度，首先應(yīng)對低壓用戶性質(zhì)、負荷需求進行一一摸排，根據(jù)負荷特性做好區(qū)域負荷預(yù)測工作，同時從設(shè)備管理角度，定期對低壓公用配變進行三相負荷測算，并根據(jù)負荷季節(jié)性變化規(guī)律及負荷需求變動，對低壓三相不平衡線路進行負荷調(diào)整，優(yōu)化區(qū)域負荷分配策略。必要時，可利用不對稱補償裝置來抵消部分對系統(tǒng)三相不平衡影響較大的低壓不平衡負荷分量。

2.3.2.4 變壓器設(shè)備選型。隨著變壓器的制作工藝及制作材料的不斷更新，變壓器容量選取及型號確定與10kV及以下配電網(wǎng)系統(tǒng)損耗的關(guān)系也越來越密切。如果變壓器選型未能很好切合區(qū)域負荷發(fā)展需求，選擇型號不當(dāng)、容量過大，會導(dǎo)致電氣設(shè)備投資增加，同時由于主變設(shè)備利用效率低下，變壓器長期空載運行，將增加系統(tǒng)無功損失;若變壓器容量不足、型號老舊，系統(tǒng)運行過程中變壓器長期處于過載狀態(tài)，會大量增加負荷損耗，變壓器過載溫度過高，會產(chǎn)生燒毀的危險。因此，人們要根據(jù)負荷預(yù)測結(jié)果，科學(xué)地進行變壓器設(shè)備選型，從而提升系統(tǒng)運行效率。

2.3.2.5 線路參數(shù)選取。線路參數(shù)選取是否得當(dāng)同樣會對10kV及以下配電線路技術(shù)損耗產(chǎn)生影響。當(dāng)增加導(dǎo)線截面時，電阻減小，將造成線路損耗下降;反之，損耗將上升。但選取導(dǎo)線截面過大，同樣會造成投資增加，人們需根據(jù)負荷情況科學(xué)選取線路參數(shù)。因此，在新建配電網(wǎng)區(qū)域，要充分做好負荷預(yù)測及負荷特性分析，支撐線路參數(shù)選取工作，使10kV及以下線路型號滿足當(dāng)下和未來負荷及電網(wǎng)的發(fā)展需求，避免線路參數(shù)選取不當(dāng)而影響用戶用電需求，阻礙電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效地發(fā)展。

2.4 需求側(cè)管理方面

電力需求側(cè)管理是通過提高終端用電效率和優(yōu)化用電方式，采取有效的激勵措施，引導(dǎo)電能消費者改變用能方式，使電力資源得到優(yōu)化配置，達到降損節(jié)能、提升輸送能力的用電管理活動。其主要任務(wù)就是削峰填谷，使得用電負荷在時間上盡量均勻，減輕輸變電設(shè)備的重過載，提升設(shè)備利用率。

通過行政手段、經(jīng)濟手段和技術(shù)手段等方法，要引導(dǎo)用戶削峰填谷、策略性節(jié)電、柔性靈活負荷等，將高峰時段的部分負荷轉(zhuǎn)移到低谷時段使用，提高電能利用效率，提升用戶采用節(jié)能型家用電氣、高效風(fēng)機和電動機、綠色照明技術(shù)及產(chǎn)品、變壓器大功率變頻電源冶煉技術(shù)、交流電動機調(diào)速運行技術(shù)以及建筑節(jié)能技術(shù)等的積極性，優(yōu)化資源配置，降損節(jié)能，改善負荷特性、優(yōu)化電網(wǎng)運行，緩解電力供需矛盾。

提高電力系統(tǒng)的安全水平，推動高比例可再生能源電力發(fā)展趨勢下的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級，接納更高比例的可再生能源，在滿足傳統(tǒng)用能需求的基礎(chǔ)上提供更加安全高效、清潔低碳的供電服務(wù)。運用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，深度融合電、熱、氣等多種能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，提供更加快捷友好、綜合智能的能源服務(wù)，給用戶帶來更高的參與感、獲得感和幸福感。

2.5 新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用方面

目前，國內(nèi)部分地區(qū)已開始試點新型儲能設(shè)備，起到削峰填谷的作用，從而提升電網(wǎng)輸送能力。同時，積極對組合式無功補償裝置、新材料變壓器等新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用進行試點，不斷提升配電網(wǎng)對復(fù)雜供電環(huán)境的適應(yīng)能力，提升配電網(wǎng)整體的輸送能力。

當(dāng)前，國網(wǎng)公司大力推進泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，借助信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有效提升電力系統(tǒng)的供需自動化和智能化水平，應(yīng)對高可靠性用電需求下電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生變化、電網(wǎng)業(yè)務(wù)面臨日趨激烈市場競爭、社會經(jīng)濟形態(tài)發(fā)生變化等三個主要挑戰(zhàn)，將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備連接起來，通過信息廣泛交互和充分共享，以數(shù)字化管理擴大配電自動化、電采系統(tǒng)的覆蓋范圍，大幅提高電網(wǎng)利用效率，提升配電網(wǎng)輸送能力，有效降低系統(tǒng)損耗，不斷提高用戶需求快速響應(yīng)能力，優(yōu)化資源配置。

3 結(jié)語

影響降損節(jié)能、提升輸送能力的因素很多，涵蓋規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)、調(diào)度、營銷等多個專業(yè)，各專業(yè)密切配合才能達到理想的效果。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理、設(shè)備選型適中的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是提升輸送能力的基礎(chǔ)，電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)階段應(yīng)充分考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備選型對電網(wǎng)輸送能力的影響;經(jīng)濟運行是節(jié)能降損、提升輸送能力的有力措施，并且不需要投資、節(jié)能降損效果好;針對電力營銷管理領(lǐng)域的問題，要開展規(guī)范化管理，從管理制度上將這些損耗降到最低;電力需求側(cè)管理依靠政策和電價等措施合理引導(dǎo)電力需求，使得電網(wǎng)負荷在時間上和空間上盡可能地平均。通過上述技術(shù)手段與管理手段，建立一套科學(xué)有效、系統(tǒng)化的電網(wǎng)規(guī)劃、運行、管理系統(tǒng)，明確責(zé)任、強化系統(tǒng)分析與管理等，這是系統(tǒng)節(jié)能降損、提升輸送能力的必由之路。

參考文獻：

[1]高書芹.淺談10kV配電線路無功補償[J].價值工程，2011（6）：18.

[2]王教波.淺析電力變壓器運行方式與節(jié)能方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（10）：144.

[3]金芳芳.象山地區(qū)配電網(wǎng)理論線損計算分析及降損方案研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.

[4]張廣伍.提高10kV配電線路功率因數(shù)的措施研究[J].消費電子，2014（24）：60.

[5]葉永念.電網(wǎng)無功補償技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].城市建設(shè)理論研究，2015（20）：8785-8786.

[6]王彬宇.城市中低壓配電網(wǎng)損耗分析與降損技術(shù)選擇方法[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

[7]Ten C W，Tang Y. Electric Power：Distribution Emergency Operation[M].London： CRC Press，2018.

[8]Tang Y， Zhao S， Ten C W， et al. Enhancement of Distribution Load Modeling Using Statistical Hybrid Regression[C]//Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference（ISGT）. 2017.