計(jì)及新負(fù)荷的配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)框架研究

周炳華 吳金榮 鄭麗娟 崔金棟 唐海燕 崔天贏

摘? 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛式發(fā)展以及“電能替代”項(xiàng)目的大規(guī)模實(shí)施，新負(fù)荷也逐漸出現(xiàn)，新負(fù)荷的出現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生了極大的影響，為了更加有序化地建設(shè)配電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃方案的合理性進(jìn)行全面、科學(xué)地評(píng)價(jià)具有重要的意義。針對(duì)各種新負(fù)荷的出現(xiàn)，研究新負(fù)荷出現(xiàn)后對(duì)配電網(wǎng)的影響，提出新負(fù)荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化方法及建議。通過(guò)對(duì)出現(xiàn)的新負(fù)荷進(jìn)行分析，并對(duì)新負(fù)荷背景下配電網(wǎng)規(guī)劃的各類新型影響因素進(jìn)行研究，有助于確定新負(fù)荷對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)際影響，為新負(fù)荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃提供理論支持，從而更好地應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下配電網(wǎng)規(guī)劃工作所面對(duì)的困難與挑戰(zhàn)，更好地對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行有序的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：新負(fù)荷;配電網(wǎng)規(guī)劃;電動(dòng)汽車;電采暖;城市綜合體

中圖分類號(hào)：TM715? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）30-0153-02

Abstract： With the rapid development of China's economy and the large-scale implementation of the "electric energy substitution" project， new loads are gradually emerging， and the emergence of new loads has a great impact on the distribution network. In order to build the distribution network in a more orderly manner， it is of great significance to comprehensively and scientifically evaluate the rationality of the distribution network planning scheme. In view of the emergence of various new loads， the influence of new loads on distribution network is studied， and the optimization methods and suggestions of distribution network planning in the context of new loads are put forward. Through the analysis of the new load and the study of all kinds of new influencing factors of distribution network planning in the context of new load， it is helpful to determine the actual influence of new load on distribution network planning and provide theoretical support for distribution network planning in the context of new load. Thus， we can better deal with the difficulties and challenges faced by the distribution network planning under the new situation， and better build the distribution network in an orderly manner.

Keywords： new load; distribution network planning; electric vehicle; electric heating; urban complex

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，居民以及商戶對(duì)電能的需求也日益提升，能源消耗問(wèn)題以及環(huán)境污染問(wèn)題也被提上了日程，“電能替代”項(xiàng)目逐漸地大規(guī)模接入電網(wǎng)。在此背景下，電動(dòng)汽車、電采暖、城市綜合體、電窯爐等新負(fù)荷逐漸出現(xiàn)，電動(dòng)汽車以及電采暖也開(kāi)始受到廣泛的關(guān)注。隨著新負(fù)荷的出現(xiàn)，配電網(wǎng)規(guī)劃的新型影響因素逐漸出現(xiàn)，由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃模型過(guò)于單一，對(duì)新負(fù)荷以及新負(fù)荷下的新型影響因素考慮較少，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前新負(fù)荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃，難以滿足當(dāng)前用戶的用能需求，因此如何科學(xué)的進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃是當(dāng)前電網(wǎng)所要解決的問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于新負(fù)荷的出現(xiàn)，新負(fù)荷背景下的電網(wǎng)規(guī)劃將出現(xiàn)各種各樣的新型影響因素，在滿足電網(wǎng)可靠性的同時(shí)應(yīng)該結(jié)合多目標(biāo)規(guī)劃和風(fēng)險(xiǎn)等理論深化開(kāi)展電網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)工作[1]。在負(fù)荷預(yù)測(cè)過(guò)程中應(yīng)該考慮各類新型因素的融入[2]，明確負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)度，并結(jié)合實(shí)際在不同情況下進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，來(lái)提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的精確度[3]。基于電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)側(cè)的影響，綜合分析電動(dòng)車的影響因素，將充電站的布局與配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，提出的配電網(wǎng)規(guī)劃方案必須要適應(yīng)電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入[4]。總體而言，新負(fù)荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃將體現(xiàn)出復(fù)雜性和不確定性，城市配電網(wǎng)規(guī)劃的自動(dòng)化和智能化程度也將不斷提升，應(yīng)考慮新負(fù)荷出現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的影響，并且結(jié)合具體的實(shí)際情況，制定出更加具有實(shí)際應(yīng)用性的電網(wǎng)規(guī)劃方案。

2 新負(fù)荷的出現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的影響

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，能源問(wèn)題以及環(huán)境污染問(wèn)題被重視起來(lái)，而“電能替代”項(xiàng)目正是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵舉措，新負(fù)荷也隨之逐漸出現(xiàn)，出現(xiàn)的具有代表性的新負(fù)荷有電動(dòng)汽車、電采暖以及城市綜合體。

2.1 電動(dòng)汽車對(duì)配電網(wǎng)的影響

隨著電動(dòng)汽車的增多，電動(dòng)汽車充電樁也會(huì)大規(guī)模接入，而充電樁的大規(guī)模接入會(huì)直接造成負(fù)荷的大規(guī)模增長(zhǎng)，直接影響到配電網(wǎng)的運(yùn)行。電動(dòng)汽車大規(guī)模接入不僅會(huì)直接造成配電網(wǎng)負(fù)荷的大規(guī)模增長(zhǎng)，還會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題。例如：影響配電網(wǎng)的可靠性、電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制難度的增加、影響電能質(zhì)量等問(wèn)題。隨著換電站的接入，電動(dòng)汽車作為負(fù)荷的同時(shí)也能成為儲(chǔ)能設(shè)備和分布式電源，這樣就使其對(duì)負(fù)荷以及配電網(wǎng)的影響更加復(fù)雜。電動(dòng)汽車的接入對(duì)配電網(wǎng)的影響如圖1所示。

2.2 電采暖對(duì)配電網(wǎng)的影響

近些年，我國(guó)開(kāi)始重視環(huán)境污染以及能源問(wèn)題，而針對(duì)北方居民燒煤采暖這一問(wèn)題，出現(xiàn)了電采暖項(xiàng)目。電采暖根據(jù)不同的供暖形勢(shì)，分為集中式接入和分散式接入兩種接入方式，而集中式與分散式電采暖對(duì)配電網(wǎng)的影響又有很大差別。電采暖還會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)許多問(wèn)題，例如：電采暖大規(guī)模接入配電網(wǎng)導(dǎo)致負(fù)荷激增、采用分散式電采暖使得負(fù)荷具有不確定性、電采暖的接入使得各地區(qū)冬夏季負(fù)荷差以及冬季最大負(fù)荷點(diǎn)變化、大規(guī)模電采暖設(shè)備的接入會(huì)影響電能質(zhì)量、對(duì)供電可靠性的要求更高等方面。電采暖的接入對(duì)配電網(wǎng)的影響如圖2所示。

2.3 城市綜合體對(duì)配電網(wǎng)的影響

城市綜合體對(duì)用電需求遠(yuǎn)超于一般建筑的需求。城市綜合體的建成將會(huì)使這一片區(qū)域的負(fù)荷激增，還會(huì)使配電網(wǎng)的線路更加復(fù)雜，區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測(cè)也變得更加困難。除此之外，城市綜合體還會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)許多問(wèn)題，例如：對(duì)電網(wǎng)可靠性要求較高、城市綜合體配電系統(tǒng)接入困難、負(fù)荷預(yù)測(cè)困難、用電負(fù)荷密度難以預(yù)測(cè)等方面，城市綜合體的對(duì)配電網(wǎng)的影響。

3 對(duì)新負(fù)荷下的配網(wǎng)規(guī)劃的對(duì)策和建議

3.1 考慮電動(dòng)汽車影響下的配網(wǎng)規(guī)劃

在相關(guān)電動(dòng)汽車負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，充分考慮電動(dòng)汽車的充電站布局優(yōu)化建立配網(wǎng)規(guī)劃模型，在進(jìn)行優(yōu)化電動(dòng)汽車的充電樁布局時(shí)，不僅要考慮充電樁的選址問(wèn)題，還需考慮電動(dòng)汽車的品牌、類型以及數(shù)量的因素，同時(shí)還要考慮充電方式、充電時(shí)長(zhǎng)以及充電時(shí)段的因素，在建設(shè)電動(dòng)汽車充電樁時(shí)，要合理規(guī)劃使總成本達(dá)到最小，即要以投資和運(yùn)行成本之和的總成本最小化作為目標(biāo)函數(shù)，其構(gòu)成主要包括：線路成本、配電站成本、線損成本、實(shí)施成本和環(huán)境成本，計(jì)算公式如下：

minC=CL+CD+CS+CB+CE? ? （1）

式中minC為最小成本;CL為線路成本;CB為配電站建設(shè)成本;CD為線損成本;CS為實(shí)施成本;CE為環(huán)境治理成本。

3.2 考慮電采暖影響下的配網(wǎng)規(guī)劃

關(guān)于電采暖工程領(lǐng)域的方面，首先要從經(jīng)濟(jì)入手，結(jié)合實(shí)際情況的同時(shí)盡量降低成本，并且還要考慮電采暖設(shè)備的問(wèn)題。要對(duì)電采暖設(shè)備的類型做好選擇，同時(shí)考慮居民的住宅因素以及用戶的實(shí)際需求，而且還要結(jié)合不同地區(qū)的地理位置、當(dāng)?shù)靥鞖庖约笆彝鉁囟取８鶕?jù)不同地區(qū)的不同需求做好負(fù)荷預(yù)測(cè)，考慮季節(jié)與天氣的因素，調(diào)整供暖時(shí)長(zhǎng)才能夠更好地做好電采暖的負(fù)荷預(yù)測(cè)。在考慮不同地區(qū)負(fù)荷率、同時(shí)使用率、日間折算率等計(jì)算指標(biāo)的差異化的基礎(chǔ)上，確定“電采暖”工程新增負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。計(jì)算公式為：

式中P為新增負(fù)荷，戶數(shù)為N（萬(wàn)戶），Pa（kW）為新增戶均負(fù)荷，？茁用表示負(fù)載率，Mx表示同時(shí)使用率;m1、m2分別表示為日間折算率以及夏季增量折算率。

3.3 關(guān)于城市綜合體背景下的配網(wǎng)規(guī)劃

在構(gòu)建城市綜合體負(fù)荷模型時(shí)，不僅要研究經(jīng)濟(jì)、地區(qū)、天氣等因素，還要對(duì)城市綜合體中各類型建筑占比以及用電屬性進(jìn)行調(diào)查。假設(shè)E（n）為城市綜合體所有的業(yè)態(tài)類型集合，n為業(yè)態(tài)的數(shù)量，則不同業(yè)態(tài)分別表示為e1、e2、en，也就是不同業(yè)態(tài)所擁有的建筑面積（m2）;為對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)于某一建筑面積為S的城市綜合體，其不同業(yè)態(tài)（e1、e2、en）的面積占比分別為k1、k2、kn，則k1+k2+...+kn=1。P（kW）為城市綜合體的總用電負(fù)荷，所有業(yè)態(tài)的用電負(fù)荷密度集合為F（n），則不同業(yè)態(tài)的負(fù)荷密度分別表示為，f1、f2、fn即各種業(yè)態(tài)的單位面積負(fù)荷密度（W/m2）;且不同業(yè)態(tài)用電負(fù)荷的同時(shí)率集合為T(mén)（n）。簡(jiǎn)單的城市綜合體的用電負(fù)荷模型如下：

4 結(jié)論

本文首先提出了新負(fù)荷的出現(xiàn)以及新負(fù)荷出現(xiàn)后對(duì)配電網(wǎng)的影響，研究了現(xiàn)階段配網(wǎng)規(guī)劃以及新負(fù)荷背景下配電網(wǎng)的規(guī)劃工作，對(duì)各種新型影響因素的融入進(jìn)行了思考，提出新負(fù)荷背景下對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的對(duì)策與建議。現(xiàn)階段電能替代項(xiàng)目剛剛進(jìn)入成熟階段，本文只是研究了各種新負(fù)荷的出現(xiàn)以及新負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的影響，并提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議，并未構(gòu)建實(shí)際的配電網(wǎng)規(guī)劃模型，只是為未來(lái)新負(fù)荷背景下的配電網(wǎng)規(guī)劃模型提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)框架，這就是今后需要研究的方向。

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