淺析配電網(wǎng)規(guī)劃理論與方法

王悅

（四川省電力公司資陽(yáng)公司，四川 資陽(yáng) 641300）

前言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)規(guī)劃中的核心組成部分，同時(shí)又是其最主要負(fù)荷中心，具有用電量大、負(fù)荷密度高、安全可靠和供電質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。同時(shí)，電力工業(yè)的發(fā)展水平不僅會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大影響，而且還涉及到能源消耗、巨額資金投入及其可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性問(wèn)題。因此，合理地進(jìn)行有效電力系統(tǒng)規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性研究，充分掌握配電網(wǎng)規(guī)劃中的基本理論和方法成為當(dāng)今的熱點(diǎn)。

1.我國(guó)配電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國(guó)配電規(guī)劃起步較晚，其水平和建設(shè)相對(duì)落后，尤其是老城區(qū)的配電網(wǎng)，在一定程度上滯后于城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，成為約束城市發(fā)展的明顯瓶頸。同時(shí)，由于負(fù)荷發(fā)展過(guò)快、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、電力設(shè)備更新不及時(shí)、事故發(fā)生率高、線路嚴(yán)重過(guò)載、可靠性較差、電壓質(zhì)量低等問(wèn)題同樣是我國(guó)城市配電網(wǎng)發(fā)展存在的普遍性問(wèn)題。

2.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本思路及內(nèi)容

2.1.規(guī)劃的基本思路

配電網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)主要包括長(zhǎng)期規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和施工設(shè)計(jì)三項(xiàng)內(nèi)容。長(zhǎng)期規(guī)劃用于明確將來(lái)的主要投資項(xiàng)目和主網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃用于處理近期的各種投資項(xiàng)目；而施工設(shè)計(jì)多用在考慮各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及考慮能否獲得各種所需的設(shè)備和材料。

2.2.規(guī)劃內(nèi)容

所謂的配電網(wǎng)規(guī)劃是指在結(jié)合分析和研究未來(lái)負(fù)荷增長(zhǎng)情況以及城市配電網(wǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)規(guī)劃出一套系統(tǒng)性擴(kuò)建和改造的計(jì)劃。以實(shí)現(xiàn)在盡可能滿(mǎn)足未來(lái)用戶(hù)容量和電能質(zhì)量的前提下，對(duì)可能存在的各種接線方法方式，不同的線路數(shù)和不同的傳輸導(dǎo)線截面，以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為指標(biāo)，選擇最好或較好的方案作為改造規(guī)劃方案，最大程度的提高供電可靠性保障和降低線損，確保電力公司及其相關(guān)部門(mén)獲得最大利益的過(guò)程。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)要求，需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)互相協(xié)調(diào)的功能：負(fù)荷預(yù)測(cè)、長(zhǎng)期配電規(guī)劃和短期配電規(guī)劃。這也是配電網(wǎng)規(guī)劃的基本功能和主要研究?jī)?nèi)容。

3.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本方法與過(guò)程

3.1.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本方法

3.1.1.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本條件

配電網(wǎng)規(guī)劃的最后結(jié)果關(guān)鍵取決于對(duì)原始資料的收集及最好的規(guī)劃方法。沒(méi)有足夠的和可靠的原始資料，任何一個(gè)優(yōu)秀的規(guī)劃方法也不可能取得很實(shí)際的規(guī)劃方案。任何一個(gè)好的電網(wǎng)規(guī)劃必須以堅(jiān)實(shí)的準(zhǔn)備工作為基礎(chǔ)，包括搜集整理系統(tǒng)的電力負(fù)荷資料，區(qū)域性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，電源點(diǎn)和配電線路方面的原始資料等。

3.1.2.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本方法

當(dāng)前主要的配電網(wǎng)規(guī)劃方法還處在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法和規(guī)劃方法并用的狀態(tài)。通常傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)。此類(lèi)方法是根據(jù)線路的允許傳輸容量，確定出滿(mǎn)足電力輸送要求，而且投資及運(yùn)行費(fèi)用較小的一個(gè)或幾個(gè)方案，然后通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比擇優(yōu)選用好的方案。通常情況下，參加對(duì)比的方案是根據(jù)規(guī)劃人員的豐富經(jīng)驗(yàn)提出的，并不一定代表客觀上的最佳方案，因此主觀的因素占據(jù)十分重要的因素。根據(jù)對(duì)規(guī)劃期間處理的不同，規(guī)劃方法可分為單階段擴(kuò)展規(guī)劃和多階段擴(kuò)展規(guī)劃。

單階段規(guī)劃是根據(jù)規(guī)劃期開(kāi)始的數(shù)據(jù)尋求規(guī)劃末尾（即水平年）的最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案。

多階段規(guī)劃中，前一階段的規(guī)劃結(jié)果對(duì)后一階段有明顯影響，因此，每一擴(kuò)展方案既要考慮本階段的要求，又要考慮整個(gè)規(guī)劃期的要求。多階段規(guī)劃可采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法也可采用靜態(tài)規(guī)劃方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮整個(gè)規(guī)劃期最優(yōu)擴(kuò)展方案的方法稱(chēng)為動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法。把多階段中每一階段都作為單階段規(guī)劃來(lái)優(yōu)化，把上階段優(yōu)化結(jié)果作為下階段的輸入，這種處理叫做靜態(tài)規(guī)劃。動(dòng)態(tài)規(guī)劃處理要比靜態(tài)規(guī)劃復(fù)雜的多，但靜態(tài)規(guī)劃不能給出整個(gè)規(guī)劃期的最優(yōu)解。

3.2.配電網(wǎng)規(guī)劃的基本過(guò)程

電網(wǎng)規(guī)劃是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，按規(guī)劃期的時(shí)間長(zhǎng)短，可分為近期規(guī)劃(1~5年)、中期規(guī)劃(6~15年)和遠(yuǎn)期(16~30年)規(guī)劃。遠(yuǎn)期規(guī)劃主要決策城市電網(wǎng)發(fā)展的重大問(wèn)題和發(fā)展方向(如建立新的電壓等級(jí)、論證規(guī)劃末期的城市需電量以及城市可能發(fā)生的改造和擴(kuò)展方向)，為中期和近期規(guī)劃制定目標(biāo)。電網(wǎng)規(guī)劃一般是以長(zhǎng)期規(guī)劃指導(dǎo)中期和近期規(guī)劃，以中期、近期規(guī)劃落實(shí)和調(diào)整長(zhǎng)期規(guī)劃。配網(wǎng)規(guī)劃主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

規(guī)劃區(qū)內(nèi)的電量、負(fù)荷以及分布情況，收集相關(guān)資料，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)；分區(qū)分片確定規(guī)劃區(qū)內(nèi)目標(biāo)年及中間年的配電網(wǎng)變電站的位置、容量以及供電范圍；確定規(guī)劃期內(nèi)高壓變、配電站目標(biāo)年以及中間年的站址及容量，計(jì)算各變電站的供電范圍；進(jìn)行現(xiàn)狀年中壓配電網(wǎng)的分析，規(guī)劃目標(biāo)年及中間年的中壓配電網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)行現(xiàn)狀年高壓配電網(wǎng)絡(luò)的分析，規(guī)劃目標(biāo)年以及中間年的高壓配電網(wǎng)絡(luò)，完成目標(biāo)年以及中間年的無(wú)功電源的規(guī)劃；其他方面的規(guī)劃工作，如配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃等；規(guī)劃效益評(píng)估。對(duì)規(guī)劃電網(wǎng)投資與增加用電量所產(chǎn)生收益、電網(wǎng)供電可靠性、線損率、電壓合格率等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。

4.配電網(wǎng)規(guī)劃的技術(shù)原則

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定是配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的主體，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況和負(fù)荷情況合理選擇和具體確定電壓等級(jí)、供電可靠性、接線方式、設(shè)備選型等技術(shù)原則。

4.1.城市配電網(wǎng)規(guī)劃的基本原則

城市配電網(wǎng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)劃應(yīng)與城市的總體規(guī)劃相結(jié)合，應(yīng)反映時(shí)代特點(diǎn)，并與城市的環(huán)境相適應(yīng)；同時(shí)應(yīng)能滿(mǎn)足技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠和適度超前的原則。

城市配電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)從分析電網(wǎng)現(xiàn)狀入手，充分研究城市電力負(fù)荷增長(zhǎng)的規(guī)律，解決電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)供電的能力和適應(yīng)性。

城市配電網(wǎng)規(guī)劃的年限應(yīng)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和城市的總體規(guī)劃年限一致，一般近期為5年、中期10年、遠(yuǎn)期為15年及以上。城市配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)化，并逐步向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的模式過(guò)渡。

4.2.電壓等級(jí)的選擇

當(dāng)前，高壓配電網(wǎng)一般選用35~110kV，中壓配電網(wǎng)選用10kV，低壓配電網(wǎng)選用380/220V。電壓等級(jí)是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證確定的，它和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，尤其是電氣設(shè)備制造技術(shù)水平密切相關(guān)。由于城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力負(fù)荷大幅度上升，有的城市負(fù)荷密度已達(dá)3~4萬(wàn)kW/km2，個(gè)別小區(qū)高達(dá)幾十萬(wàn)kW/km2。所以，增大配電網(wǎng)容量是目前城網(wǎng)的突出任務(wù)，其中提高城網(wǎng)配電電壓成為大家關(guān)注的問(wèn)題。

根據(jù)簡(jiǎn)化電壓等級(jí)、減少變壓層次、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原則，宜逐步取消市區(qū)及縣城范圍內(nèi)的6kV、35kV供電電壓等級(jí)，在負(fù)荷密度大、供電范圍大的新區(qū)，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可采用20kV電壓等級(jí)供電。

4.3.配電系統(tǒng)的可靠性

配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃考慮的可靠性是指電網(wǎng)設(shè)備停運(yùn)時(shí)，對(duì)用戶(hù)連續(xù)供電的可靠程度。在城市配電網(wǎng)規(guī)劃中，應(yīng)從滿(mǎn)足電網(wǎng)供電安全準(zhǔn)則和滿(mǎn)足用戶(hù)用電要求兩方面來(lái)考核，具體說(shuō)明如下。

4.3.1.電網(wǎng)安全準(zhǔn)則

對(duì)城市配電網(wǎng)必須滿(mǎn)足的"N-1"供電安全準(zhǔn)則，我們分別從高壓、中壓及低壓配電網(wǎng)三方面給予介紹：

1)A.高壓配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足"N-1"的供電安全準(zhǔn)則，具體要求如下：

①高壓變電站中失去任何一回進(jìn)線或一組降壓變壓器時(shí)，必須保證向下一級(jí)配電網(wǎng)供電。35kV及以上變電站的主變壓器、進(jìn)線回路應(yīng)按"N-1"準(zhǔn)則進(jìn)行，至少應(yīng)配置兩臺(tái)及以上變壓器，達(dá)到雙電源要求。②高壓配電網(wǎng)中一條架空線或一條電纜、變電所中一組降壓變壓器發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，要求做到：在正常情況下，除故障段外應(yīng)不停電，并不得發(fā)生電壓過(guò)低情況，運(yùn)行設(shè)備不得超過(guò)事故過(guò)負(fù)荷的規(guī)定；在計(jì)劃停運(yùn)情況下，又發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，允許部分停電，但應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

2)中壓配電網(wǎng)應(yīng)有一定的備用容量，其供電安全應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

①當(dāng)電源變電站一條10kV母線檢修或故障時(shí)，應(yīng)能使其饋線所帶負(fù)荷通過(guò)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)移，繼續(xù)向用戶(hù)供電。②中壓配電網(wǎng)中任何一回線路或一臺(tái)變壓器故障停運(yùn)時(shí)，要求做到：在正常允許方式下，除故障段外經(jīng)操作應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供電，其他設(shè)備不過(guò)負(fù)荷；在計(jì)劃停運(yùn)情況下，又發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，允許局部停電，但應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

3)低壓線路發(fā)生故障時(shí)，允許局部停電，但應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

4.3.2.滿(mǎn)足用戶(hù)用電程度

電網(wǎng)故障造成用戶(hù)停電時(shí)，允許停電的容量和恢復(fù)供電的目標(biāo)時(shí)間要求如下：

①兩回路供電的用戶(hù)，失去一回路后，應(yīng)不停電，滿(mǎn)足100%供電；②三回路供電的用戶(hù)，失去一回路后，應(yīng)不停電，滿(mǎn)足100%供電，再失去一回路后，應(yīng)滿(mǎn)足50%供電；③單回路和多回路供電的用戶(hù)，電源全停時(shí)，恢復(fù)供電的目標(biāo)時(shí)間為一回路故障處理的時(shí)間；④開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)，環(huán)網(wǎng)故障時(shí)需通過(guò)電網(wǎng)操作恢復(fù)供電的，其目標(biāo)時(shí)間為操作所需的時(shí)間。

5.配電網(wǎng)絡(luò)接線方式選擇

根據(jù)各級(jí)電壓電網(wǎng)的接線應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、高壓配電網(wǎng)接線力求簡(jiǎn)化、下一級(jí)電網(wǎng)應(yīng)能支持上一級(jí)電網(wǎng)的要求來(lái)合理的確定配電網(wǎng)的接線方式。具體的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在2.3節(jié)已作了詳細(xì)的討論。此外，電網(wǎng)的可靠性、靈活性、建設(shè)投資、占用空間、環(huán)境保護(hù)和配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)推廣應(yīng)用等等都是評(píng)價(jià)配電網(wǎng)接線方式的重要指標(biāo)，因此，在選擇具體接線方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮這幾方面的影響。

6.配電系統(tǒng)的設(shè)備選型

配電網(wǎng)的設(shè)備主要有電纜線路、架空線路、柱上開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜、配電變壓器、中低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置等等。對(duì)于這些設(shè)備的選型原則我們應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況、城市的地形地貌特點(diǎn)、城市的道路規(guī)劃要求、負(fù)荷情況以及當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則等等因素綜合考慮。

結(jié)語(yǔ)

在對(duì)某個(gè)地區(qū)進(jìn)行城市配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，所需要完成的任務(wù)主要包括：對(duì)所需原始資料的收集、利用收集的資料進(jìn)行現(xiàn)狀電網(wǎng)的分析、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃技術(shù)原則的確定、規(guī)劃方案的制定等等。因此，我們必須掌握一定的配電網(wǎng)規(guī)劃基本理論與方法。

［1］劉健,畢鵬翔,楊文宇等.配電網(wǎng)理論及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社,2007.

［2］于德龍.高壓網(wǎng)規(guī)劃與中低壓網(wǎng)規(guī)劃結(jié)合的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和網(wǎng)架優(yōu)化研究[D］.廣州：華南理工大學(xué)，2007

［3］程浩忠.電力系統(tǒng)規(guī)劃［M］.北京:中國(guó)電力出版社,2008