面向供電網格的變電站間隔資源統籌分配優化方法研究

國網蘭州供電公司 海曉燕 慕俊強 楊小冬

電力系統重要安全指標之一是可用輸電容量，它既能衡量系統可靠性，也能反映網絡資源利用效率。而變電站分配的變電容量直接影響到中壓出線間隔的利用情況，決定中壓網架結構的最終形態。電網運行的電能質量、可靠性、經濟性，配電網的建設成本都將受到中壓網架結構的直接影響，因此變電站出線間隔資源分配是配電網規劃的核心內容。

文獻[1]提出了一個完整的配電網格化（層級）模型（DSMT），從電力需求側（Demand）、電力供給側（Supply）和電網運行管理（Management）三個維度對配電網格的層級劃分及其管理目標進行了統一的定義，并給出了面向網格的配電網規劃設計體系結構；文獻[2]總結了優化整合配電間隔的幾種方法，包括將處于輕載狀態的間隔直接合并、采用環網單元接線、合理布局開閉站等，但文中未在前期配電網規劃決策中對間隔資源的統籌分配進行系統研究，只能針對配電網現狀中的間隔資源緊張問題進行被動改造。文獻[3]以各個變電站間隔利用率均衡為目標，對負荷與變電站及間隔之間的接入關系進行了優化配置，并提出一種優化計算的思路，為變電站間隔資源優化提供參考，但沒有考慮目前配電網網格化規劃過程中網格碎片化對間隔資源分配利用的影響。本文以配電網網格化中的供電網格為單位，通過中壓線路理論需求計算模型設計、中壓線路聯絡（布局）模型設計，得到變電站間隔資源的統籌分配優化流程方法，消除網格碎片化對間隔資源優化利用的影響，并在電網規劃前期決策中實現變電站間隔資源的科學高效利用。

1 配電網格（供給側）模型

根據變電站間隔資源優化分配需要，參照DSMT配電網格化（層級）模型定義[1]，提出變電站間隔資源優化的網格模型（圖1）。其中與變電站間隔資源分配相關的網格定義為：供電網格。為簡化配電網規劃及調度運行管理，供電網格是一個中壓網架相對獨立的配電分區，也是一個可作為獨立區域來進行配電網“專項”規劃的、規模適度的供電區域；站間聯絡組。根據變電站遠景規劃布點（位置、規模）及遠景空間負荷預測結果（地塊、負荷），按“站間單聯絡”為規劃目標而建立的變電站間線路聯絡關系（變電站名稱、線路數量、供電區域邊界）。為便于線路優化布局，當一個聯絡組規模較大時可把一個聯絡組拆分為幾個聯絡單元。

圖1 配電網格（供給側）模型

圖2 各供電網格變電站容量統籌調配示意圖

1.1 中壓線路理論需求計算及線路平衡

供電網格中壓線路平衡的結果如表1，其中供電網格線路理論需求計算的基本步驟為：現狀線路數量。根據供電網格劃分對現狀中壓線路的網格歸屬進行梳理并統計；間隔預留。負荷種類有“城鎮負荷”、“用戶專線”及“鄉村”三種，其中“專線”用戶及“鄉村”分散用戶是兩類特殊的用戶（負荷），基于供電網格的飽和負荷預測及容量統籌平衡情況的分析，結合對網格內專供負荷、鄉村分散負荷的專家預判，并根據供區的中壓電壓等級，對線路需求計算相關參數進行專家設置；城鎮公共線路需求計算。根據供電網格的飽和負荷預測與單條電纜或架空線路的供電能力，計算所需城鎮公共線路數量；線路需求平衡計算。根據各供電網格計算出的城鎮公共線路數量與預留間隔數量（非城鎮公共）得到線路需求總數。線路需求總數與現狀已有線路之間的數量差額即為現狀差額。

1.2 中壓線路聯絡組規劃

供電網格內的中壓線路聯絡組劃分結果如表2，其中聯絡組的劃分步驟為：以現狀線路走向及變電站遠景布點規劃為基礎，以“站間聯絡”為網架規劃目標，對現狀線路進行逐條分析，規劃設定相對合理的聯絡變電站；兼顧變電站投運年限、中壓線路現狀走向、改造難度及地理約束等影響因素，按照三個基本原則，即“易識別的邊界”、“供電范圍的不交叉”、“線路規模的適度”，對中壓線路聯絡組進行初步劃分；根據飽和負荷計算聯絡組的線路理論需求數據，對變電站之間的聯絡線數量進行統計，對變電站間隔總量進行平衡校驗。

2 變電站間隔資源統籌分配優化流程

根據供電網格飽和負荷預測及變電站規劃布點，以“線路需求數量最小”為優化目標，以“站間聯絡”及線路平均負載率在合理區間為約束，基于聯絡組初步劃分結果對各聯絡單元的邊界進行優化調整，使線路負載及變電站間隔利用率相對均衡。變電站間隔資源的統籌分配優化的流程為：計算調配需求-初設邏輯站-確定調配路線-優化調配-變電站間隔（預）分配-供電網格中壓線路理論需求計算-中壓線現狀線路聯絡分析及分拆處理-中壓現狀線路網格劃分及站間單聯絡規劃-飽和年變電站資源統籌分配-近中期線路需求基準數量計算-近中期變電站建設時序-近中期變電站間隔統籌分配。流程說明如下：

計算并調整容量需求：科學預測負荷及電源發展，差異化地將目標容載比值設定給各供電網格，接著計算需調配容量的大小，得到各供電網格間的容量初步調配結果；邏輯站的初步選址：考慮調配后的各供電網格不同的容量需求，根據變電站已有供電范圍及遠景年變電站布局規劃，再調配優化各個變電站的容量，明確各個變電站的初步供電范圍，確定各供電網格邏輯站的位置；確定調配路徑：按容量調配“確定性”由“強→弱”的規劃思路，確定容量調配路徑。

調配優化：同步考慮現狀供電范圍、變電站布點等情況，優化調配各變電站容量，得到各變電站的初步容量分配結果；變電站間隔（預）分配：根據變電站容量調配（統籌）結果并變電站間隔總量按比例計算變電站的等效間隔，得到變電站變電容量及出線間隔的初步分配結果；供電網格中壓線路理論需求計算：根據供電網格劃分，對現狀中壓線路的網格歸屬進行梳理并統計。基于供電網格的飽和負荷預測及容量統籌平衡情況的分析，結合對網格內專供負荷、農村分散負荷的專家預判，并根據供區的中壓電壓等級對線路需求計算相關參數進行專家設置。分別對各供電網格的線路需求及平衡情況進行計算。

表1 供電網格中壓線路理論需求計算及線路平衡

表2 中壓線路聯絡組（初步）劃分

中壓現狀線路全聯絡分析及分拆處理：現狀線路聯絡梳理。據現有線路正常運行方式確定線路的主聯絡、次聯絡關系，結合線路最大負荷、線路負載率等基礎數據，按適度聯絡原則對復雜聯絡線路進行拆分；中壓現狀線路網格劃分及站間聯絡規劃：以現狀線路走向及變電站遠景布點規劃為基礎，以“站間聯絡”為網架規劃目標，對現狀線路進行逐條分析，規劃設定相對合理的聯絡變電站。對變電站之間的聯絡線數量進行統計，對變電站間隔總量進行平衡校驗；飽和年變電站資源統籌分配：對各供電網格相應變電站的間隔分配（優化）結果進行匯總，形成飽和年的變電站間隔資源統籌分配結果。

計算線路在近中期的需求數量：根據近中期負荷預測結果，綜合考慮變電站容量資源裕度、線路組現狀供電范圍、項目精準投資目標要求的影響因素，科學設定飽和年線路平均負載率下限目標值，而后得到線路需求數量，作為統籌變電站近中期間隔資源分配的規劃依據；近中期變電站建設時序：根據變電站建設時序建議方案對變電站建設時序提出規劃建議；近中期變電站間隔統籌分配：根據近中期線路需求基準數量計算結果及變電站建設時序建議，在變電站資源裕度范圍內，為各供電單元分配變電站當前剩余間隔并對變電站負載率進行校驗，形成變電站資源的統籌分配。

3 應用舉例

以某城市中心城區為例，綜合考慮區域內各供電網格內變電站容量大小、設定的目標容載比，對所有變電站進行容量統籌優化分配，使各供電網格的變電容量得到基本滿足。根據計算，最終得到各供電網格及各變電站的容量統籌調配結果（圖2）。進行規劃區內各聯絡組邊界調整優化時，需要考慮地塊開發時序、變電站投運年限、已有線路改造難度、現狀線路走向、地理條件限制等影響因素，使區域內線路總量最小，線路負載相對均衡，并維持站間線路聯絡組的平衡。最終經過對各聯絡組進行調配優化，得到規劃區各聯絡組和各供電網格相應變電站的間隔分配（優化）結果，匯總變電站中壓出線間隔的優化分配結果如表3。

表3 變電站間隔資源統籌分配一覽表

經規劃實踐，本研究成果能在中心城區配電網規劃前期決策中科學合理布局變電站站址、提高變電間隔資源利用率，消除網格碎片化對變電站間隔資源優化利用的影響并預留必要的間隔，有效提高電網運行的可靠性與經濟性，保障客戶電源及時接入。