基于網格化理念的城市中心區配電網規劃策略

國網江蘇省電力有限公司灌云縣供電分公司 商曉平

城市中心區是都市政治、經貿、文化活動的聚集地區，區域內配電網規劃面臨的問題更加明顯。傳統城市規劃戰略已不適用于城市中心區發展現狀，需要探索一個全新的規劃戰略。本文提出了配電網網格化規劃方案：其通過將配電網區域劃分為多個分區，以各分區現狀與差異為規劃標準，最終實現網格化供電。與傳統方式相比，網格化規劃模式能夠實現對配電網資源的全面優化整合，有助于提高電網運行效率。

1 傳統城市中心區配電網規劃方法存在的問題

城市中心區配電網規劃存在諸多問題：第一，配電網結構不清晰，導致轉供電作業過程復雜。第二，由于供電價格負載的不平衡，導致各種設施利用率差別極大。第三，城市配電網絡規劃與城市總體發展計劃不符合。第四，城市配電網規劃自動化和智能化水平不夠，導致城市配電網運營效率偏低。

問題的主要原因如下：其一，外部環境壓力，主要是城市規劃頻繁調整、電磁輻射干擾和能源新政策等因素帶來的。其二，城市化進程加快對城市配電網絡規劃提出了更高要求，但傳統城市配電網規劃模式還存在諸多問題尚未克服。其三，運營風險高，主要表現在城市配電網的負載壓力增大、分布式網絡結構電源增多、電網之間互連程度提高等[1]。

2 基于網格化理念的城市中心區配電網規劃

2.1 城市中心區配電網網格化規劃的必要性

為解決傳統配電網規劃中存在的問題，提升區域供電可靠性，我國已在多個地區試行配電網網格化規劃方法。配電網網絡化建設，是采用了系統化信息交互技術的新型城市規劃管理模式，其將網格環境設定為基本單元，用以促進網格環境中的資源協調利用與有效共享，使各部分間緊密聯系并構成有機整體。而進行網格化管理則首先要進行電源分區，以確定城市中心區的電源區域、設備布置以及供電基本狀況，同時進一步進行單元劃分，并將單元作為管理單位實施飽和負荷實測。

第一，其是以用戶需求為目標，結合飽和年負荷預測的長遠規劃方法，能夠切實滿足規劃區域長期用電需求。第二，其是綜合考慮區域規劃與負荷空間分布的統籌規劃方法，能夠避免區域內用電負載不均等問題的出現。第三，其通過將城市中心區劃分為多個網格，能夠實現對故障問題的精準定位，并將故障影響范圍限制在網格內部，盡可能避免大面積停電維修，提高區域供電質量與可靠性。

2.2 網格規劃主要流程

首先，確定規劃區域規劃目標，收集網格規劃所需的數據資料。并根據收集到城市中心區域實際情況，對規劃區域進行網格劃分。其次，在網格劃分的基礎上，結合區域內電網現狀進行對劃分結果進行優化調整。再次，對規劃區域空間負荷進行預測，包括供電單元、供電網格、供電區域規劃年和飽和年負荷值等。最后，根據網格劃分結果及負荷預測結果，對配電網網架和線路進行規劃，并預設過渡年規劃方案及飽和年規劃方案。

圖1 網格劃分

2.3 網格劃分方法

供電區域劃分一般是為電網分析、梳理供電關系、確定建設標準等服務的。基于國家規定，網格劃分有以下幾種方法，如表1所示[2]。

表1 網格劃分辦法與優缺點分析

2.4 城市中心區配電網網格化規劃應用現狀

我國已在多地試行了城市中心區配電網網格化規劃策略，效果顯著。例如：應用網格化規劃后，北京A+類供電區域未來幾年內供電可靠性水平將提升至99.995%，停電平均時長低至30s/戶以下。綜上所述，應用配電網網格化規劃策略后，規劃區域整體供電質量與供電可靠性明顯提升，線路故障問題發生的可能性降低。

3 城市中心區配電網網格化規劃中的網格劃分問題

科學合理的網格劃分是網格規劃的關鍵。相比于傳統配電網規劃，網格化規劃有很大的優勢，但我國在其實行過程中仍存在許多問題亟需解決。其一，網格劃分依賴于規劃人員主觀經驗。目前我國各地區多采用人工進行網格劃分，規劃人員需根據網格劃分原則并結合城區規劃要求對規劃區域進行網格劃分，過程完全依賴工作人員的主觀經驗。同時，劃分過程中規劃人員需要對多項指標進行統計與重復計算，過程易出錯[3]。此外，還存在缺乏固定標準，規劃區域負荷預測同時率與負荷密度指標選取困難等問題。

4 城市中心區配電網網格化規劃中的空間負荷預測問題

4.1 空間負荷預測方法

在網格規劃過程中不僅需要對規劃區域負荷總量進行預測，負荷空間分布信息也同樣重要。傳統的負荷總量預測方法無法滿足網格規劃對負荷空間分布信息的需要，因此，網格規劃多采用空間負荷預測法。常用空間負荷預測法主要包括負荷密度指標法、戶均配變容量法和大用戶+自然增長率法。

4.1.1 負荷密度指標法

在城市中心區配電網網格規劃過程中應用負荷密度指標法的基本思路為：先根據各供電單元面積和負荷密度指標，計算得出各供電單元用電負荷。再結合各用電單元用電負荷和同時率，計算得出各供電網格用電負荷。最后將各供電網格負荷相加得到供電區域的用電負荷。負荷密度法基本流程如圖2所示。

圖2 負荷密度法基本流程圖

4.1.2 戶均配變容量法

戶均配變容量法是綜合指標法的一種，該方法通過用電區域用戶個數與戶均配變容量指標對用電區域進行負荷預測，特點是相對簡單且不需要大量數據支持。目前國內10kV 配變分為公用配電與專用配變兩種類型，公用配變一般用于居民生活區域，專用配變一般用于工業生產區域。《配電網規劃設計技術導則》對10kV 公用配變和專用配電飽和年戶均配變容量指標參考值進行了規定，如表3所示。

表2 《配電網規劃設計技術導則》部分參數規定

4.1.3 大用戶+自然增長率法

前兩種預測方法都是對飽和年進行負荷預測，屬于長期負荷預測方法，而對過渡年負荷預測并未給出明確的指標。為解決這一問題，業界提出了“大用戶+自然增長率法”，其能夠對用電區域過渡年負荷值進行預測。“大用戶+自然增長率法”是依據區域歷史負荷趨勢，選用合適的增長率指標對預測區域過渡年負荷進行預測，在得到過渡年負荷預測值的同時可以預測區域負荷增長趨勢，已被廣泛應用于區域過渡年負荷預測中。

4.2 空間負荷預測問題分析

針對有詳細規劃的城市地區，依據城市規劃對供電區域飽和年負荷進行預測是配電網網架結構、電源分布、供電線路的重要依據。然而目前我國網格規劃過程中，城市地區負荷預測普遍存在以下幾方面問題：

其一，在網格劃分過程中供電網格劃分結果與之前供電所、變電站等電力系統管理范圍不一致，這就需要對部分供電網格歷史負荷數據進行重新匯總。其二，在傳統配電規劃過程中并沒有對供電區域進行細致的網格劃分，在運用空間負荷預測法的過程中只考慮了規劃區域各個地塊之間的同時率。而在網格規劃背景下，供電區域劃分為供電網格與供電單元，需要更加精確的同時率選取方法。目前我國網格規劃體系并沒有給出明確的同時率選取方法，導致確定不同類型用地之間的同時率非常困難。其三，目前負荷密度指標選取主要參考給出的負荷密度指標參考值，可以看出這些標準給出了各類型地塊負荷密度上下限，但沒有明確該范圍內的具體選值方法。而負荷密度與城市氣候、發展水平等密切相關，若均采用統一指標而不針對當地情況進行調整，會造成較大的預測誤差。

5 實例分析

以廣州金融片區配電網為例進行網格化規劃。此城市中心區域由4個街道組成，總規劃面積約9km[4]。具體包括：網格劃分、網格化規劃及校驗3部分。

5.1 網格劃分

規劃范圍屬于A+類供電分區，按街道進行網格劃分。按照國家供電網格規劃原則，把若干個鄰近的、供電特性以及對電源安全性要求基本相同的地塊劃定為一個網格區，每一網格面積限制在0.5～1.5km2內，并分別加以編號。

5.2 網格化規劃

以劃分出的01號網格為例。0l 號網格內共有110kV 變電站2座，35kV 變電站l 座。區外另有35kV 變電站1座，用以向網格內提供部分電源。采用負荷密度指標法預測網格總負荷。

5.3 校驗分析

應用配電網網格化規劃評價模型，對配電網網格化規劃成果進行量化評分。評分結果如表3。

表3 配電網網格化規劃量化評分結果

分析評分結果可以看出，在應用配電網網格化規劃策略后，城市中心區配電網不論是經濟性、可靠性、負載均衡程度均十分優秀，負荷適應性也在及格線上。

6 城市中心區配電網網格化規劃的優化方針

6.1 超前優化

為強化配電網抵御外界干擾的能力，進一步確保配電網運行穩定安全，配電網規劃需同時兼顧近期發展需要與遠期發展需要，推動改造和創新同步進行。包括淘汰落后電力設備、合理結合配電站點布局、針對當前配電網絡薄弱環節開展重點調整、對網絡結構進行強化處理等，確保配電網可以保持穩定協調發展[5]。

6.2 智能優化

開展智能配電網優化工作，即以信號檢測系統和大數據監控所得信息系統為建設基礎，以網格設置系統為基本單元，著重建設一個集智能網控制、運檢和用電服務為一身的綜合性網絡平臺，為配電網網格化規劃提供智能支撐。

根據中國城市配電網整體規劃現狀，亟需在現代計算機技術的幫助下，綜合考慮我國城市配電網建設的實際需求，對其實施整體智能化的優化升級，并力求為城市整體發展建設提供更加有效的配電網體系保障。網格化理念在當前的城市核心區輸配電網絡建設工作中使用比較廣泛，其實用性也較好。既能夠給城市供電帶來安全保護，同時又能夠接納新型清潔能源，從而切實推動城市核心區配電網系統優化。