10 kV配電網的網架結構優化分析

陳穎輝

摘 要：在我國的電網建設中，偏注重變電站和輸電網的建設，忽略了10 kV及以下配電網的建設。供電企業對配網建設的投資過少，進而降低了配電網的各項技術經濟指標。通過介紹配電網網架結構的模式和屬性，提出了相應的優化措施。

關鍵詞：電力系統；10 kV配電網；網架結構模式；優劣系數法

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0028-02

目前，我國城市的配電網主要存在供電能力不足、電網結構薄弱等問題，且主要設備陳舊、技術落后，導致供電的可靠性較低、電壓質量差和線損較高。為了解決上述問題，應改變現有的配電網網架結構，以有效實現配電站的基本功能。此外，研究和構建一種實施性較強的配電網網架結構，以滿足配電網經濟、可靠、安全等方面的要求，這對電網的發展在具有重要的現實意義。

1 我國10 kV配電網網架結構的現狀

目前，我國常用的配電網接線方式包括環型接線、放射型接線和混合式接線。其中，放射型接線的結構比較簡單、投資較少。因此，采用這種方式有利于新增和發展電荷。但由于用戶只具備一個電源，所以，該方式只能用于農村配電線路或城市配電線路的支路。城市中的配電網常使用的接線方式是混合式接線。電網建設的投入資金較少，而人們對電能質量、供電可靠性和電荷的需求量越來越大。為了解決這一實際矛盾，當電荷量增加到一定的程度后，在鄰近變電站增加了線路，以轉移電荷，這樣就逐漸形成了混合式的接線方式。這種接線方式的優勢在于能隨時滿足電荷增加的需要，不需要投入資金改造舊線路，比較容易發展新用戶，還可以提高電網的可靠性和電壓質量。但其網絡結構比較復雜，且這種線路的線損較嚴重，經濟性較低，不容易實現配網的自動化。與混合式接線相比，環型接線的結構比較簡單，容易實現自動化，可以采取統一的控制策略控制，且投資較少，經濟性較高。因此，環型接線成為了我國電網推薦的接線方式。但建設這種電網結構，要提前整體規劃某一地區，建設時需要一步到位。

2 網架結構模式選擇的影響因素

供電企業在優選電網網架結構模式時，不僅要考慮技術經濟指標，還應從城市規劃、負荷發展和用戶增加等方面考慮。結合目前我國電網網架結構的具體問題，從以下4個方面研究不同網架模式的優選。

2.1 技術性屬性

10 kV配電網技術方面主要考慮供電可靠性、容載比、電壓調整、短路容量和通信干擾等技術指標。供電可靠性是指當電網設備停止工作時，連續供電的可靠程度，它必須符合電網供電的安全準則，否則會降低供電的可靠性。在評估系統的可靠性時，主要采用的方法有解析法、模擬法、組合法和人工智能法。解析法中又包括故障模式后果分析法、網絡等值法和最小路法。容載比是宏觀調控電網容量的指標之一。在計算容載比時，應在滿足供電可靠性的基礎上，采用配電網變電和線路的容量除以對應的電荷所得。它與變壓器的數量、配電網導線的截面、功率因素等都有著密切的關系。電壓調整要根據國家標準中規定的電壓偏差調整。在短路容量中，10 kV線路允許的最大短路電流為16 kA。另外，在配電網的建設中，要盡量減少對通訊設備的干擾，從而降低通信干擾。

2.2 經濟性屬性

在選擇電網網架結構的模式時，要考慮經濟方面的因素，即建設電網和運行電網的成本。在眾多的網架結構模式中，我們需要計算每一種結構模式的投資費用和單位負荷年費用，并根據計算結果判斷每一種結構模式的經濟屬性，從而確定最終選擇哪一種模式。具體而言，需要計算的指標包括變電所、線路個線路配電設備的投入資金、線路和設備的損耗費用、線路和設備的運行費用、維修費用等。得出這些費用后，利用“最小年費用法”將這些費用轉化成配電方案的年費用，再除以該方案的等效電荷，最終得到單位負荷年費用，用Fn表示。Fn可衡量一個方案的經濟屬性。 2.3 可實施性屬性

在選擇電網網架結構的模式時，要考慮可實施性屬性。具體而言，應考慮哪種模式更適合城市的規劃和發展，更加有利于與其他組織的合作，更能促進環境的協調，且便于管理、維修和運行。這樣考慮的原因是，一方面，電力線路走廊和配電設備的布設都要與城市規劃的要求相符；另一方面，環境問題受到人們越來越多的關注。因此，選擇網架的模式時要充分考慮與環境的協調性。主要考慮到以下3方面：①充分考慮線路的輻射污染、設備干擾問題。②電網線路的建設可能會對燃氣、給排水或電信線路的建設造成一定的影響。③變壓器和配電設備產生的噪聲、降壓母線發出的電磁波會對周圍人們的生命安全造成威脅。比如，如果SF6氣體泄漏，則會對環境造成污染，對人體健康造成危害。因此，我們要充分考慮這些不利因素，對電網的網架模式進行綜合評分，最終選擇評分最高的模式建設電網。

2.4 可發展性屬性

就我國目前電網建設的情況而言，必須要考慮哪一種模式更易進行自動化改造，哪一種模式更易于接入新電荷。隨著城市電網的不斷發展，配電網自動化已成為一種趨勢。實現配電網自動化可提高供電的可靠性、降低線路損耗，從而提高用戶的滿意度。因此，配電網自動化是我國電網發展的目標和趨勢。

3 網架結構優選的綜合分析

3.1 現有的研究方法

我國研究電網網架結構模式的方法主要包括傳統的逐步擴展法、以可靠性為目標的規劃法和以滿足可靠性要求為目標的規劃法。這3種方法在某種程度上可幫助我們選擇最優的網架結構模式。但在使用這3種方法時，都只考慮了經濟性和技術性方面的屬性，導致決策結果并不完全合理。此外，沒有提出一個合理的數學模型以供綜合分析。因此，根據國內外文獻和我國電網的實際建設情況，筆者提出了一種新的選擇網架結構模式的方法——優劣系數法。

3.2 優劣系數法

優劣系數法可綜合分析電網網架模式的4種屬性，計算并規范化處理每個方案的屬性決策矩陣，以確定每個屬性的權系數，再計算備選方案的優系數和劣系數，并與引入的控制參數進行比較，最終根據比較結果判斷方案的優劣。在選擇方案時，往往會遇到多屬性的問題。此時，可根據人們對屬性的期望，將屬性分為效益型、成本型、固定型、區間型、偏離型和偏離區間，并根據不同的計算公式計算每種屬性，最終根據計算出的屬性對策矩陣進行規范化處理。

在確定權系數時采用專家調查法計算。由5個電力公司的網架決策人員組成的專家組對網架模式進行實地考察和分析后，給出四大屬性的權值，取各權值的平均值作為屬性的最終權值。之后，可根據加權標準化矩陣求出不同方案的一致性集合和不一致性集合，并根據計算公式確定一致優先矩陣和不一致優先矩陣，最終得到總體優先矩陣后，可確定最優方案。

4 結束語

研究電網網架結構模式的最優方案，不僅可實現電網供電的可靠性和安全性，還可以降低線損，從而提高電功的利用率。本文中選用的優劣系數法可幫助相關單位更好地制訂方案，具有重要的指導意義。

參考文獻

[1]馮光，王文博.淺談中壓配電網網架結構優化[J].中國電力教育，2013（36）：226，240.

〔編輯：張思楠〕