配電網發展協調性評估

葉 彬， 葛 斐， 陳學全， 馮 麗， 楊 寧

(1.安徽省電力經濟技術研究中心， 合肥 230022；2.天津天大求實電力新技術股份有限公司， 天津 300384)

配電網發展協調性評估

葉 彬1， 葛 斐1， 陳學全2， 馮 麗2， 楊 寧2

(1.安徽省電力經濟技術研究中心， 合肥 230022；2.天津天大求實電力新技術股份有限公司， 天津 300384)

作為配電網發展的必然趨勢，協調性和可持續性評估尚且缺乏有效的手段，為此構建了配電網發展協調性的評價指標體系與方法。本文從供電可靠性、設備利用率水平和運行經濟性等3個方面出發，建立可綜合考慮各級配電網之間、配電網與負荷之間的發展協調性評估指標體系，確定各指標的評估標準和配電網發展協調性評估方法。最終，通過對安徽兩座城市現狀城網評價的結果，表明了本文所建立的評價體系和方法在電網協調發展評價中應用的有效性和實用性。

配電網； 發展協調性； 評估體系； 評估模型； 評估標準

協調性的含義，可理解為“匹配程度”，電網發展協調性是指電網不同部分之間的兼容程度，也可理解為與不同部分的相互適應性。

電網是連接電源和用戶的復雜網絡，覆蓋范圍廣，設備數量大、種類多、層次多。因此，電網各個部分之間的相互協調發展顯得非常重要，需要深入研究。電網協調程度是電網安全性和經濟性的重要基礎，實現各個部分的充分協調，不在個別地方形成瓶頸，也不在個別環節形成過大浪費。否則，電網的安全性和經濟性都難以保證。因此，通過研究電網協調模型，對提高電網不同組成部分之間的協調程度，具有重要意義。

文獻[1，2]從經濟性角度出發，對電網發展與經濟發展的協調性進行了分析。文獻[3]從電網規劃環評協調性出發，提出電網規劃應與其他規劃更加緊密的配合。文獻[4]從社會、經濟、資源和環境四個角度出發建立了電網發展協調性評估體系，但是該協調性評價體系僅側重宏觀層面，文獻[6]從電網運行的安全性、可靠性等方面出發建立電網評價體系，均未能對電網內部的協調性進行充分考慮。文獻[7]考慮了電網內外部協調，但未充分考慮電網發展水平不同所產生的影響，不能實現各城市電網協調性橫向對比。總之，國內在電網發展協調性方面的研究只是停留在理論分析階段，且現有理論研究成果多從單一的方面進行協調性分析，未能站在全局的立場對影響到電網發展協調性的各主要環節綜合考慮進行細致分析，對電網建設的協調性評價和指導不佳。

本文根據某省電網的技術、經濟特點，基于設備利用率水平、供電可靠性和經濟性方面，同時考慮電網內部、電網與負荷以及區域發展階段等因素提出電網發展協調性評估體系和評估方法，整個過程可概括為：第一、評價體系指標結構的建立；第二、電網發展協調性評估標準和評估方法；第三、典型區案例分析，驗證評估方法的正確性。

1 評估體系建立

電網發展協調性評估體系是電網發展的重要指導依據，選取指標時應遵循科學性、系統性、適應性等原則。

1.1 影響因素分析

電力系統是復雜的系統，任何一個薄弱環節都可能導致電網整體效益不能完全發揮，甚至造成其它部分投資和容量能力不能夠完全發揮作用[78]。因此，電網發展協調性影響因素可以從電網內部結構、外部負荷水平以及不同發展階段三方面分析。

1)電網內部結構

電網內部結構具體可包含5個方面。

(1)不同電壓等級電網[8]之間的匹配：各個電壓等級變電能力相互匹配，可在一定程度上解決電網的供電卡脖子現象。

(2)不同區域電網的協調：分層分區運行是電網發展的必然趨勢，不同區域之間的電網協調建設直接影響整體電網的協調發展水平。

(3)供電能力增長速度的協調：電網供電能力能否滿足負荷增長的需求，是電網發展的基本要求，直接影響電網發展協調性，其電網建設力度應該與負荷發展相一致。

(4)下級電網的轉供電能力：電網互聯程度的可靠性可用電網的轉供能力進行評估。下級電網轉供電能力影響著上下級電網的協調性。

(5)網架結構[9，10]協調：配電網的網架結構將影響設備的利用率、電網的供電可靠性和經濟性，進而影響電網的供電能力和電網的協調性。網架結構包括變電站和線路。

2)外部負荷水平

外部負荷水平包含以下三個方面。

(1)負荷增長的不確定性：電網供電能力的增長應該與負荷增長情況相匹配，以滿足負荷增長的需求。電網供電能力應適度超前負荷增長，否則就會造成電網供電能力不足，形成電網發展的瓶頸，影響電網的協調發展。由此可見，負荷增長的不確定性是影響電網協調發展的一個重要因素。

(2)負荷特性：不同的負荷具有不同的用電特性，負荷的構成是影響電網協調發展的重要因素。負荷構成特性主要受電力消費結構、用戶需求、行業等因素的影響。

(3)負荷空間分布的不確定性：負荷的空間分布與產業結構、行業特性、地理環境等因素有關。負荷分布越集中，負荷密度越大，設備的負載率偏高，壽命縮短；相反的，負荷較小其設備利用率偏低，影響電網投資的經濟性。這種負荷分布不均衡的電網，制約電網的輸電能力以及資源的調配。

3)不同發展階段

國民經濟的增長速度影響設備利用率水平，進而影響電網發展協調性。對于產業結構，地區的產業結構不同，則國民經濟增長和社會用電量的增長將會也不同，也間接地影響著電網發展協調性。

1.2 評估指標體系的選取

在電網發展協調性影響因素當中，有些因素是客觀存在，如單純的負荷特性、負荷增長和負荷的空間分布等因素，與國家宏觀政策和地區建設規劃相關，電力部門無法改變，也無法量化、計算、評價。有些因素是電力部門可以自行控制的，可以量化、計算、評價。因此，將影響電網發展協調性的因素分為兩類：一類是作為評估指標的影響因素；另一類是部分評估指標的判定依據。

選取指標時，首先結合電網發展特點，進行影響因素分析；其次從影響因素中去除不宜直接量化的指標，形成特性指標，其中不宜量化的指標可以作為其他指標評定標準的依據；然后進行協調性評估目標屬性分析，找出技術類指標、特性類指標和效果類指標的內在耦合關系，從耦合點處細化分析，找出主要特性指標；最后形成指標體系。本文建立的評估指標體系結構如圖1所示。

圖1 電網發展協調性評估體系層次結構

2 判定標準和評估方法

2.1 評估指標的權重

指標權重是綜合評價體系很重要的一項內容。

本文利用三角模糊數的理論來求取指標權重。

設有m個專家參與評價模型權重的確定，評價指標共有n個，由第k個專家對第j個指標給出評價(akj，bkj，ckj)，其中akj表示第k個專家對第j個指標重要程度給予最保守的評價，bkj表示第k個專家對第j個指標重要程度給予最可能的評價，ckj表示第k個專家對第j個指標重要程度給予最樂觀的評價。專家在[0，100]之間打分，從而形成初始的評價矩陣F為

(1)

目前，對各指標重要程度最保守、最可能、最樂觀評價結果的權重系數有兩種，即1∶2∶1和1∶4∶1，其中采用1∶4∶1的權重系數較多，本文采用1∶4∶1的權重系數，則有：

dkj=(akj+4bkj+ckj)/6 k∈m，j∈n

(2)

(3)

專家評價的權重集E為

E=(ek)1×m=(e1，e2，…，em)

(4)

其中ek表示第k個專家給出的評價值在綜合評判中的權重，由權重統計主持人根據專家的能力和經驗決定。

合成矩陣W為

W=E×D=(e1，e2，…，em)×

(w1，w2，…，wn)

(5)

(6)

歸一化后得

(7)

(8)

根據上述方法，各評估指標權重如表1所示。

表1 綜合評價體系指標權重

從表中可以看出，對于城市配電網來說，電網建設與負荷分布的協調性最為重要、是基石；網架結構協調性是物質基礎，電網規模與負荷發展協調性次之，電網內部供電容量配比和電網轉供電能力相比前三個指標而言，重要性相對最小。

2.2 指標的類型及理想取值

指標(因具體指標較多，此處選取權重較大的6個指標為例，分析指標類型及理想取值的計算過程。后續評估標準及安全分析類似，但具體權重值及整體評估得分不受指標減少的影響。)類型分為正指標、負指標和中間值指標，正指標指該指標取值越高越好，負指標則是取值越低越好，而中間值指標是取值在中間的某個數值或區間最好。指標的理想取值指電網發展到飽和階段時該指標的取值。

結合“城市電力網規劃設計導則”和“某地區電網規劃導則”要求，對“電網發展協調性評估體系”中的各指標進行分析，然后通過搭建模型分析指標變化趨勢，最后綜合各位專家意見來確定各指標的類型和理想取值[11，12]。

1)線變容量配比

線變容量配比指線路輸送容量與裝接變電容量的比值。線變容量配比過高與過低均反映出電網在發展過程中存在有不協調性環節。線變容配比模型公式為

(9)

式中：SL、SV分別為線路和變壓器容量，其中線路容量指根據線路安全電流所折算的最大可帶負荷；TL、TV分別為線路和變壓器負載率；k為同時率(同時率：根據安徽電網中變電站、線路和配變的負荷統計得出，2～3座變電站的同時率為0.98，一座變電站的10 kV出線負荷同時率為0.8，一條10 kV饋線中配變負荷同時率為0.6)。

該指標為中間值指標，指標取值在中間的某個數值或區間最好。結合“某地區電網規劃導則”和“城市電力網規劃設計導則”，分別對110 kV和10 kV兩種電壓等級線路輸送容量與主變容量比取值如下。

①110 kV線路輸送容量與110 kV主變容量比。

根據計算，在某地區要求所有接線模式下均有TL=0.5；根據導則要求，遠景年單個變電站以兩臺變和三臺變為主。兩臺變TV=0.5，3臺變TV=0.67；一組線路裝接2～3座變電站，根據統計，變電站負荷同時率k取值為0.98。則有

結合以上分析，110 kV線路輸送容量與110 kV主變容量比理想值取中間值，為1.15。

②10 kV線路輸送容量與10 kV配變容量比。

根據導則要求，遠景接線按單聯絡、兩聯絡和三聯絡考慮。對應T線為0.5～0.75。單個變壓器負載率一般在0.7～0.8時效率最高[13]，此處取TV=0.75；一回10 kV線路裝接配變數量一般在15～25臺，根據統計，配變負荷同時率k取值0.6。則有

結合以上分析，10 kV線路輸送容量與10 kV配變容量比理想值取中間值，為0.75。

2)上下級變電容量配比

不同電壓等級供電能力配比合理性可對各電壓等級的變電容量協調性進行分析。模型公式為

(10)

式中：Sj為上一級電壓等級變電站的主變容量，n為變電站的數量；Si為下一級電壓等級變電站的主變容量；m為該電壓等級變電站的數量；Rup為上一電壓等級的容載比；Rdown為下一電壓等級的容載比。

根據城市電力規劃導則，可以得到下一電壓等級的容載比取值，這個數值是一個范圍，可表示為Rs∈[Rmin，Rmax]，將Rdown與Rs進行比較分析。

若Rdownlt;Rmin，則下級變電站的容量較小，變電運行時有可能造成卡脖子現象，特別是電力高峰時期，可能會引起低電壓等級的變電站過載；

若Rdown∈[Rmin，Rmax]，則說明上下等級的主變容量配置較為合理；

若Rdowngt;Rmax，則上級變電容量較小，可能會因為容量不足引起不匹配的電力電量損失，此時就需要增加相應的主變容量。

根據導則要求，220 kV電壓等級容載比選擇范圍為1.6～2.1；110 kV電壓等級容載比選擇范圍為1.8～2.2。

①220 kV變電站與110 kV變電站容量配比。

Rup取值在[1.6，2.1]范圍內，且取值由小到大依次增大。Rdown取值在[1.8，2.2]范圍內。則有

220 kV變電站與110 kV變電站容量配比理想取值取中間值，為0.95。

②10 kV上級電源與10 kV配變容量配比。

因10 kV配變在導則中沒有明確規定容載比的指標，考慮上下級電網負荷的一致性，則有

(11)

10 kV配變的經濟運行負載率取75%，根據統計，配變負荷同時率k1取值0.6，10 kV線路同時率k2取0.8，TV∈[0.5，0.67]，則有10 kV上級電源與10 kV配變容量配比理想值取中間值，為0.84。

3)主變、線路輕重載率

對于主變的輕、重載率，線路的輕、重載率，其理想取值均為0。

2.3 評估標準

評估標準指通過一定的標度體系，將各種原始數據轉換成可直接比較的規范化格式。綜合上述指標權重及指標類型和理想取值，制定出針對以上評價指標的評分判據和評分標準，最終形成協調性綜合評價體系。如表2所示。

對任一個城市，均可以在該體系的框架下，通過對相應指標打分，利用層析分析法[14]，并結合權重逐級計算得出電網發展協調性綜合評分。

2.4 電網發展階段

1)電網發展階段劃分

考慮到電網發展階段不同，無法實現城市之間電網協調性橫向對比，此處制定了城市電網發展協調性判定標準，制定思路如下。

①確定城市電網發展階段；

②分階段確定電網協調性判定標準；

③根據判定結果實現橫向對比。

首先，依據城市電網遠景負荷密度，并結合現狀負荷密度值計算目前與遠景負荷密度之間的差距，判定城市電網現狀處于發展初期、發展中期或是飽和期；然后，通過城市負荷增長率高低，判定城市現狀電網發展裕度大小，確定電網發展所處階段。判定標準如表3所示。

2)發展階段判定標準

①確定各發展階段合格分設定標準。

以具體指標為主，在不同的發展階段對具體指標設定不同的合格分判定標準。結合評價體系中的權重系數，計算得出各階段合格分。各階段不同指標合格分判定標準如表4所示。

表2 電網發展協調性綜合評價體系(典型指標)

表3 負荷發展裕度排序

②確定各發展階段滿分值設定標準。

不同的發展階段對合格分進行區別設定，但對滿分標準進行設定時，不考慮發展階段的不同對滿分值的影響，故設定五個發展階段下，滿分值均設定為100分。

表4 合格分判定標準

③判定標準。

結合上述不同階段下的合格分和滿分值結果，根據等差原則確定出不同發展階段下的優、良、中合格、不合格的分數設定標準。最終確定出完整的判定標準，如表5所示。

表5 城市電網發展協調性判定標準

本節通過確定電網發展協調性評估體系中各評估指標的合理取值范圍，以及電網在不同發展階段的評估標準，很好地解決了電網所處發展時期的差異性，具備較好的操作性。

3 案例分析

作為衡量城市電網健康發展程度的一個重要方面，對電網的協調發展程度進行評估并提出改善措施起著至關重要的作用。本文基于安徽省A、B兩座城市電網為例，對其電網發展協調性進行評估。其中A城市代表大型城市，B城市代表中小型城市，主要電網數據如表6所示。

1)判定標準

根據現狀基礎數據，A城區電網負荷密度為5.27 MW/m2；遠景負荷密度為17.8 MW/m2，負荷發展處于初期；現狀負荷增長率為21%，故判定A城區電網現狀處于第Ⅱ發展階段。B城區電網負荷密度為5.2 MW/m2；遠景負荷密度為14.4 MW/m2，負荷發展處于中期；現狀負荷增長率為12%，故判定B城區電網現狀處于第Ⅲ發展階段。

2)指標評估結果

結合A、B兩個城區電網的現狀情況，對高中壓配電網按指標進行打分，結果如表7所示(A城區電網數據截至2010年底，B城區電網數據截至2009年底)。

表6 典型城市電網主要基礎數據

表7 城市電網發展協調性評估指標得分

3)協調性綜合評估及具體分析

A城網整體協調性得分為84，B城網整體協調性得分為81，由判定標準可以看出，A城市電網協調性為良好水平，B城市電網協調性為中等水平。

根據協調性評估結構，A、B城區電網在網架結構、電網建設與負荷分布協調性均較好；而電網內部供電容量配比合理性不夠，不滿足現階段電網發展要求，影響整體的協調性，對電網發展協調性存在負面影響。

通過上述對A城市電網和B城市電網的協調性評估，A城市電網處于發展的第Ⅱ階段，B城市電網處于發展的第Ⅲ階段，由此可見，A城市電網的發展空間較B城市電網更大，在當前發展階段，A城市電網協調性優于B城市電網，該情況與實際情況匹配，并能如實反映現在存在的問題，可見該評估指標體系和評估方法科學合理，并具有良好的可操作性。

4 結語

本文建立的電網發展協調性評估體系，用于對某一區域電網的協調性程度進行評估，并可實現區域電網之間的橫向對比。通過對A、B兩個城網的現狀電網協調性進行評估，找出了電網發展過程中存在的不協調環節，進而提出改善措施，為電網規劃、改造和運行提供決策和支持，減少電網建設過程中的重復性和盲目性，最大化電網公司的經濟效益和社會效益。

本文提出的電網發展協調性評估體系簡單且具有可操作性，對電網的規劃、建設和評估具有很高的參考價值，但是針對差異性較大的區域其評估指標的理想取值略有不同，分別受到氣候、目標網架結構、負荷特性等影響，不宜直接套用。

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葉 彬(1980-)，男，高級工程師，研究方向為電力系統運行及規劃。Email:yebin0000@163.com

葛 斐(1972-)，男，高級工程師，主要從事電網規劃研究。Email:gefei_hefei@hotmail.com

陳學全(1984-)，男，工程師，主要從事電網規劃和新能源研究工作。Email:nanxiao2110@163.com

AssessmentMethodofGridDevelopmentCoordination

YE Bin1， GE Fei1， CHEN Xue-quan2， FENG Li2， YANG Ning2

(1.Anhui Electric Power Economy amp; Technology Research Center, Hefei 230022, China;2.Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.Ltd, Tianjin 300384, China)

The system and method for assessing the coordination of distribution network developments are constructed in the paper, considering there is no effective way to assess the coordination and sustainability of distribution network which are the trends of grid developments. Starting from the three aspects of power supply reliability, equipment utilization levels and economic operation, this thesis establishes the evaluation index system of the development coordination with considering every level between the distribution network and the relation between the grid and the load. Moreover, the indicators of evaluation criteria and the assessment methods of distribution network coordination are determined by this thesis. The system and method constructed in the paper is proved to be effective and practical in the application of coordination assessment of grid developments, according to the results of assessing two city networks.

distribution network； coordination of developments； assessment system； assessment model； assessment standard

TM727.2

A

1003-8930(2012)05-0154-07

2012-05-15；

2012-07-25