中壓配電網(wǎng)規(guī)劃中供電分區(qū)劃分方法研究

何麗娟， 賀潔， 金鑫

(國網(wǎng)寧夏銀川供電公司， 寧夏， 銀川 750011)

0 引言

本文通過實(shí)地考察電力公司供電分區(qū)過程，并對配電網(wǎng)劃分技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)，通過分析研究各技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為本文設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐，其中文獻(xiàn)[1]采用N-1配電網(wǎng)電源供電方式，保證中壓配電網(wǎng)的安全最大化，供電區(qū)利用高壓候選通道進(jìn)行電力輸送，輸電性能更加穩(wěn)定。但是這種供電方式嚴(yán)謹(jǐn)性不足，輸電檢測力度不足導(dǎo)致電力資源浪費(fèi)[1]；文獻(xiàn)[2]通過建立網(wǎng)格化配電網(wǎng)劃分模型，利用網(wǎng)格子供區(qū)的均衡劃分方法對中壓配電網(wǎng)進(jìn)行均衡劃分，劃分出的供電區(qū)域電能供應(yīng)量相對平衡，有利于配網(wǎng)輸電的穩(wěn)定。但這種均衡劃分方法無法完成按需分配電能，對于用電量較大的企業(yè)容易造成間歇性斷電現(xiàn)象[2]。

針對上述電網(wǎng)供電區(qū)劃分技術(shù)上存在的不足，本研究通過建立供電分區(qū)自動劃分系統(tǒng)對中壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)合調(diào)控，應(yīng)用映射規(guī)約劃分技術(shù)將供電區(qū)域劃分為等值模型，最后由DP-TBD對等值模型輸出的中壓電網(wǎng)供電能力轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)顯示。整體實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)合理化分區(qū)，提高電能供電質(zhì)量的目的[3]。

1 供電分區(qū)自動劃分系統(tǒng)

本文主要創(chuàng)新點(diǎn)在于：

(1)通過映射規(guī)約技術(shù)將中壓配電網(wǎng)劃分為不同區(qū)域，在各自區(qū)域內(nèi)建立供電分區(qū)等值模型[4]，從而形成完整的供電循環(huán)，使電能質(zhì)量大大增加，是系統(tǒng)架構(gòu)的核心技術(shù);

(2)利用DP-TBD算法對劃分的供電分區(qū)輸電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過編寫的算法程序精準(zhǔn)把控電網(wǎng)電壓流向，使中壓配電網(wǎng)能夠最大化利用電能。

配電網(wǎng)自動分區(qū)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)自動分區(qū)系統(tǒng)

本文根據(jù)現(xiàn)場中壓配電網(wǎng)絡(luò)的電力組成結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出供電區(qū)自動劃分系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由中壓配電網(wǎng)絡(luò)供給電力數(shù)據(jù)，與中壓配電室進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，中壓配電網(wǎng)絡(luò)電力數(shù)據(jù)由供電分區(qū)管理平臺錄入，便于后續(xù)分區(qū)劃分。中壓配電室根據(jù)互通數(shù)據(jù)對用戶分區(qū)進(jìn)行調(diào)度，分區(qū)管理平臺與用戶分區(qū)調(diào)度系統(tǒng)完成功能配合，加快電力信息分析和供區(qū)劃分。供電分區(qū)管理主要由分區(qū)信息統(tǒng)合技術(shù)、映射規(guī)約劃分技術(shù)及區(qū)域等值模型完成自動劃分功能，分區(qū)電網(wǎng)信息主要包括供電量、輸電量和用電量。區(qū)域等值模型建立了供電、輸電、用電和調(diào)度區(qū)域，各區(qū)域所完成的電力功能不同。用戶分區(qū)調(diào)度系統(tǒng)由運(yùn)行模式分析技術(shù)、供電區(qū)數(shù)據(jù)采集和DP-TBD算法完成數(shù)據(jù)調(diào)度，由此分析系統(tǒng)輸電方式、電力類型、約束條件和最佳配電方案[5]。

自動劃分系統(tǒng)能夠合理規(guī)劃電力輸送區(qū)域，對整個輸配電工程具有重要作用，能夠根據(jù)電力用戶需求合理規(guī)劃電力資源。系統(tǒng)劃分的供電區(qū)數(shù)據(jù)經(jīng)過算法處理，實(shí)現(xiàn)電力信息的實(shí)時監(jiān)控，保證分區(qū)電力安全，同時對配電網(wǎng)輸送電能進(jìn)行檢測，保障分區(qū)的用電質(zhì)量，對電力事業(yè)的發(fā)展具有重要意義[6]。

2 映射規(guī)約劃分技術(shù)

對于中壓配電網(wǎng)的分區(qū)劃分，本文通過建立自動劃分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供區(qū)的劃分，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依托于映射規(guī)約技術(shù)，利用該技術(shù)的自動劃分能力實(shí)現(xiàn)電力的分配，為中壓配電網(wǎng)的分區(qū)劃分提供重要依據(jù)[7]。映射規(guī)約技術(shù)如圖2所示。

圖2 映射規(guī)約技術(shù)圖

映射規(guī)約技術(shù)的核心功能是將配電網(wǎng)劃分為多個等值模型，加強(qiáng)中壓配電網(wǎng)的輸電能力。主要根據(jù)電網(wǎng)統(tǒng)合過程輸電數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，按照自定義格式進(jìn)行設(shè)置，由此解析出5個功能文件，即整合、編程、分區(qū)、篩選和儲存，整合文件功能是采集電網(wǎng)信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，使分區(qū)規(guī)劃具有條理性；編程文件主要負(fù)責(zé)技術(shù)方案的編寫和程序運(yùn)行；分區(qū)文件將各電力信息分類劃分，使電力規(guī)劃具有邏輯性；篩選文件負(fù)責(zé)篩選無用電力數(shù)據(jù)文件，將算法程序中產(chǎn)生的垃圾文件進(jìn)行刪減；儲存文件負(fù)責(zé)保存電網(wǎng)分區(qū)數(shù)據(jù)的保存和提交。

3 供電分區(qū)等值模型

由規(guī)約技術(shù)劃分的等值模型通過仿真的形式展現(xiàn)出來，通過對供電區(qū)域電力運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)構(gòu)顯示，經(jīng)過同類對比方式優(yōu)選出最佳模型結(jié)構(gòu)，由此得到供電分區(qū)等值模型如圖3所示。

圖3 供電分區(qū)等值模型

供電分區(qū)等值模型的建立基于映射規(guī)約技術(shù)，根據(jù)規(guī)約中的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分供電區(qū)域，將各區(qū)域通過三角形聯(lián)結(jié)成圖3所示等值模型。該模型外網(wǎng)母線電壓為10 kV，內(nèi)網(wǎng)電壓為6 kV，涵蓋了中壓電網(wǎng)電壓等級范圍，外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)設(shè)有熔斷器，保證輸電線路的安全。內(nèi)外網(wǎng)聯(lián)結(jié)方式均參考了三角形聯(lián)結(jié)方式，外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)之間變壓器采用雙線輸電方式進(jìn)行傳輸，增加中壓配電區(qū)域的電能質(zhì)量，而且三角形式的接法對電網(wǎng)穩(wěn)定性具有增益效果。等值模型的輸電范圍為6 kV～10 kV，滿足中壓配網(wǎng)用戶的普遍需求，一定程度上實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的按需分配策略。

4 DP-TBD劃分算法

架設(shè)中壓配電網(wǎng)等值模型為理想狀態(tài)，對于任一供電區(qū)域電能輸送數(shù)據(jù)記錄為

xn,k+1=fn(xn,k,qn,k),n=1,2,…,Nk

(1)

式中，xn,k表示中壓配電網(wǎng)劃分初始區(qū)域，xn,k+1表示配電網(wǎng)劃分相鄰區(qū)域，qn,k表示劃分的供電區(qū)域受外界影響噪聲，fn表示供電區(qū)域等值模型函數(shù)，Nk表示配電網(wǎng)劃分等值模型總數(shù)。

通過采集各項(xiàng)中壓配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，據(jù)此推算等值模型建立的條件[8]，根據(jù)是否采集到目標(biāo)數(shù)據(jù)建立不同模型，即：

(2)

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件，通過辨識各數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，對于建立模型時造成的約束條件統(tǒng)一記為

(3)

其中，Δx表示影響因素造成的模型橫坐標(biāo)差值，Δy表示影響因素造成的模型縱坐標(biāo)差值，Ik表示模型建立過程中影響因素，b表示中壓電網(wǎng)輸送電能參數(shù)，m表示等值模型中橫坐標(biāo)變化系數(shù)，n表示等值模型中縱坐標(biāo)系數(shù)，xk表示理論上建立模型橫坐標(biāo)，yk表示理論建立的模型縱坐標(biāo)。

對模型建立過程中外界受到的噪聲進(jìn)行分析，由此得出信噪比展開式為

(4)

其中，SNR表示模型運(yùn)行中產(chǎn)生的信噪比，σ表示采集數(shù)據(jù)時噪聲感應(yīng)的影響力。

建立模型過程中，在外界影響的基礎(chǔ)上配電網(wǎng)輸送的電能質(zhì)量可用下式表達(dá)：

(5)

分析等值模型函數(shù)與模型承受能力之間的關(guān)系，利用等值差原理分析得到：

I(m,n)(s1)=z(m,n)

(6)

式(6)表明配電網(wǎng)輸送電能承受力度與模型函數(shù)關(guān)系呈正比，即電能輸送能力與外界之間的差值轉(zhuǎn)換為

Φ(s1)=0

(7)

其中，Φ(s1)表明等值模型輸電能力與配網(wǎng)環(huán)境之間沒有直接關(guān)系。

對建立的電力配電形式進(jìn)行能力驗(yàn)證，計(jì)算其最大輸電量表示為

(8)

根據(jù)輸電量的變化推算出等值模型輸電能力變化函數(shù)，即

Φ(s1)=arg max(I(m,n)(sk-1))

(9)

通過DP-TBD算法對等值模型的數(shù)據(jù)對比和函數(shù)驗(yàn)算相對傳統(tǒng)電網(wǎng)輸電模型數(shù)據(jù)敏感性更強(qiáng)，可劃分區(qū)域更多。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本研究通過實(shí)地調(diào)研城鎮(zhèn)配電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，利用Simulink軟件建立中壓配電網(wǎng)等值模型，并在此模型下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用Win10系統(tǒng)，采用CPU內(nèi)存為64+256 GB，硬件參數(shù)為Intel core i9 9600KF。環(huán)境參數(shù)設(shè)置精度為95%以上，電網(wǎng)信息采集精度為90%[9]，算法計(jì)算誤差不超過2.0%，輸電通道采用中壓輸電方式。實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置如表1所示。

表1 環(huán)境參數(shù)與配置軟件

本研究在6～10 kV中壓配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用Windows x86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最終顯示測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 供電分區(qū)數(shù)據(jù)表

通過表2數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型變電容量為750 MV·A，輸電電壓為10 kV達(dá)到中壓配電網(wǎng)上限，輸電配送效率達(dá)到95.7%，電網(wǎng)超調(diào)量為85.31%，表明本研究模型穩(wěn)定性較好[10]；文獻(xiàn)[1]采用的N-1模型變電容量為550 MV·A，輸電電壓為6.3 kV,鄰近中壓配電網(wǎng)下限，輸電配送效率為85.4%，電網(wǎng)超調(diào)量為64.58%，表明該供電區(qū)模型穩(wěn)定性較差，輸電能力相對較弱；文獻(xiàn)[2]提出的網(wǎng)格化模型變電容量為520 MV·A，輸電電壓為7.0 kV，為中壓配電網(wǎng)平均配電程度，輸電配送效率為82.3%，電網(wǎng)超調(diào)量為72.61%，表明此供電模型穩(wěn)定性一般。對比發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型性能更加優(yōu)越。

為驗(yàn)證本研究分區(qū)模型輸電能力，通過對比各模型對中壓配電網(wǎng)絡(luò)的輸電量曲線，得到輸電能力曲線對比如圖4所示。

圖4 模型輸電能力曲線

分析圖4中3種供電分區(qū)模型的輸電量，發(fā)現(xiàn)本研究等值模型在輸電時間為10 h達(dá)到最大限度，最高輸電量為6.0 kV，之后穩(wěn)定在5.5～6.0 kV，整體輸電量較高,更為符合中壓配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求。

通過顯示各供電區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定性進(jìn)一步驗(yàn)證本研究的優(yōu)越性，利用Plexim Plecs 軟件對各模型造成的電網(wǎng)波動進(jìn)行仿真，得到電網(wǎng)穩(wěn)定性對比仿真如圖5所示。

圖5 電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性對比

通過對比發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型穩(wěn)定性在85%以上，整體波動范圍較小，對電網(wǎng)影響不大；文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)的供電分區(qū)N-1模型穩(wěn)定性在65%以上，整體波動范圍較大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)穩(wěn)定；文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)的供電分區(qū)網(wǎng)格化模型穩(wěn)定性在70%以上，整體波動范圍在電網(wǎng)承受范圍之內(nèi)，但由于穩(wěn)定性較差，增加了電網(wǎng)運(yùn)行壓力。分析可知本研究等值模型穩(wěn)定性較好。

6 總結(jié)

本研究主要技術(shù)研究如下：

(1) 通過建立配電網(wǎng)自動劃分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)的合理分區(qū)，將復(fù)雜的用戶網(wǎng)絡(luò)整理統(tǒng)一;

(2) 通過映射規(guī)約技術(shù)建立配電網(wǎng)絡(luò)等值模型，將供電分區(qū)各輸電線路進(jìn)行整合，提高分區(qū)輸電能力，增加電網(wǎng)安全性;

(3) 利用DP-TBD算法對模型輸電能力進(jìn)行驗(yàn)算，通過計(jì)算其運(yùn)行過程中的約束條件驗(yàn)證其最大輸電能力，使配電網(wǎng)能夠最大化利用電能。

通過實(shí)驗(yàn)電力數(shù)據(jù)表和仿真對比圖分析，上述研究符合電力市場供電需求。但是本研究在實(shí)驗(yàn)過程仍存在不足，輸電中外界環(huán)境仍會對配電網(wǎng)造成影響，電力用戶過多仍會造成較大的輸電壓力等。