農村電網合理配電方式的優化選擇
2014-11-19 06:37:01王偉王勇
科技創新導報 2014年26期
王偉+王勇
摘 要：農村電網作為我國電力產業的一部分，其配電方式的合理性對我國的電力產業的發展具有較大的促進作用。該文通過建立農村電網的虛擬模型，并從農村電網的接線順序和變電站的連接方法等方面對農村電網配電方式的選擇進行了合理優化。
關鍵詞：農村電網 配電方式 合理性 方案 優化選擇
中圖分類號：TM71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0067-01
本文從農村電網配電的費用角度出發，以110/35/10 kV、110/20 kV、110/20 kV三種目前我國農村電網的主要配電方式為例，對當負荷密度小于250 kw/km2時，三種配電方式所需要的相關費用進行分析，通過建立農村電網數學模型并對其求解的方法對農村電網合理配電方式的選擇進行了優化。
1 農村電網虛擬模型
1.1 接線順序模型
對電網中相關線路的接線順序進行合理配置是使農村電網費用制定的合理性最大化的基礎。由于我國各個地區農村電網網架在結構上具有較大的差異，但大體上可以分為放射型電網和環形電網，因此本文以放射型電網為例，對110/35/10 kV、110/20 kV和110/10 kV三種農村電網的配電模型進行建立，由因為110/20 kV和110/10 kV配電方式的網架結構是相同的，因此在對模型進行研究時，只考慮對110/35/10 kV和110/20 kV的配電方式電網模型進行分析[1]。
1.2 變電站連接方式
在建立農村電網變電站連接方式的模型之前，需要對電網中各級線路供電半徑的關系進行考慮。
由于各級電網中具有不重復供電的特點，因此110/35/10 kV的電力輸出線所覆蓋的供電區域應該與下一級的該類型的變電站出線覆蓋的供電區域無重疊。（110/35/10 kV供電站的下級供電站方式為35/10 kV）而為了使各級35/10 kV的變電站的供電范圍可以將110/35/10 kV供電站的供電范圍完整覆蓋，則應該將35/10 kV變電站的電力輸出線與110/35/10 kV變電站的10 kV出線首尾相連。此時110/35/10 kV變電站的供電半徑為35/10 kV變電站供電半斤的3倍，由此可得農村變電站的上下級供電線路的長度之比為2∶1，供電半徑之比為3∶1。由于110/35/10 kV的變電方式較為復雜，因此在農村電網的配置過程中就涉及到變電站的數量和供電費用問題[2]。
在對110/35/10 kV變電站供電面積的年費用進行計算時，可以將其費用平均分配到各級35/10 kV變電站的供電費用中。假定1個110/35/10 kV供電站與n個35/10 kV供電站相連，則供電面積的年費用之比為1/n[3]。
2 建立農村電網數學模型
2.1 農村電網費用相關參數
2.1.1 電價
對我國農村各類用電用電電價進行綜合分析可知，農村的電價約為0.4～0.5元/kwh，由于在進行電費收取工作時，需要考慮電網維修等相關費用，因此將農村電價定位0.5元/kwh。
2.1.2 年運行時間T與最大負荷利用時間
由于變壓器的耗損費是按照實際投入變壓器的電網運行時間進行計算的，其年運行時間T也受到自身運行狀況與負荷指數等因素的影響，但110/35/10 kV變電站與35/10 kV變電站年運行時間較為接近，一般為6500～7000 h左右，因此取典型的變壓器年運行時間為T=7000 h，最大負荷時間為4000 h[4]。
2.1.3 電阻與電抗
設定單位長度導線電阻為=ρ，其長為L時導線的總電阻為=L=ρ，其中ρ為相關導線材料的電阻率，其常值為31.5mm2/km，S為導線的橫截面積。現階段我國農村電網配電架空導線的電抗一般為=0.4/km，因此可知，當導線長度為L時，總電抗為L。
2.1.4 維護率與投資貼現率
在進行電網費用的計算時，需要考慮變電站、配電線路和補償裝置的相關維修費用，其綜合維修率用γ表示，γ=0.04。所謂供電費用的投資貼現率是指從現階段到未來某一時段，利息損失比率或效益收益比率，日常生產生活中影響投資貼現率λ的因素主要為變電站的經濟適用時間與電力投資利率r0。根據相關計算標準可知λ==0.11[5]。
2.2 建立電網數學模型
由上述相關農村電網費用相關參數可得110/35/10 kV變電站配電方式的優化計算模型為=，
其中為該配電方式下單位面積的年供電費用，為35 kV供電站的供電半徑，、、、為110/35/10 kV變電站、35/10 kV變電站、110/35/10 kV變電站連接的35 kV線路、110/35/10 kV變電站連接的110 kV線路的年費用。為110/35/10 kV變電站所連接的35 kV線路出現的條數。同理，110/20 kV變電站的配電方式計算模型為=，其中、、分別為110/20 kV變電站、110/20 kV變電站的下級變電站20/0.38 kV的年費用與110/20 kV變電站連接的25 kV線路的年供電費用。
3 模型的求解
由于在計算110/35/10 kV變電站費用時需要考慮導線的數量n與線路的截面面積S的關系，而在計算110/20 kV變電站費用時，則只需要考慮n與L的關系。通過計算可得該兩種變電站的供電年費用。
4 結語
由模型的計算結果可知，當負荷密度ρ低于50 kw/km2時，選擇110/35/10 kV的配電方式供電年費用相對較高，經濟性較差，而當ρ大于250 kw/km2時，采用110/20 kV的配電方式供電可以節約供電成本，具有較好的經濟效益。
參考文獻
[1] 杜瑞.混合供電方式在臨汾農村電網的應用研究[D].華北電力大學，2012.
[2] 陳擁軍.農村電力需求綜合評價和基于地理信息系統的電網規劃系統研究[D].浙江大學，2008.
[3] 甘海慶，辛永.農村電網節能技術綜述[J].電力需求側管理，2010，6（21）：53-55.
[4] 湯紅衛.農村電網合理技術指標的研究[C]//中國農業大學.中國高等學校電力系統及其自動化專業第二十四屆學術年會論文集（下冊）.中國農業大學，2008.
[5] 辛永，梁英.農村電網綜合節能技術解決方案[J].農村電氣化，2011，1（11）：27-28.endprint
摘 要：農村電網作為我國電力產業的一部分，其配電方式的合理性對我國的電力產業的發展具有較大的促進作用。該文通過建立農村電網的虛擬模型，并從農村電網的接線順序和變電站的連接方法等方面對農村電網配電方式的選擇進行了合理優化。
關鍵詞：農村電網 配電方式 合理性 方案 優化選擇
中圖分類號：TM71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0067-01
本文從農村電網配電的費用角度出發，以110/35/10 kV、110/20 kV、110/20 kV三種目前我國農村電網的主要配電方式為例，對當負荷密度小于250 kw/km2時，三種配電方式所需要的相關費用進行分析，通過建立農村電網數學模型并對其求解的方法對農村電網合理配電方式的選擇進行了優化。
1 農村電網虛擬模型
1.1 接線順序模型
對電網中相關線路的接線順序進行合理配置是使農村電網費用制定的合理性最大化的基礎。由于我國各個地區農村電網網架在結構上具有較大的差異，但大體上可以分為放射型電網和環形電網，因此本文以放射型電網為例，對110/35/10 kV、110/20 kV和110/10 kV三種農村電網的配電模型進行建立，由因為110/20 kV和110/10 kV配電方式的網架結構是相同的，因此在對模型進行研究時，只考慮對110/35/10 kV和110/20 kV的配電方式電網模型進行分析[1]。
1.2 變電站連接方式
在建立農村電網變電站連接方式的模型之前，需要對電網中各級線路供電半徑的關系進行考慮。
由于各級電網中具有不重復供電的特點，因此110/35/10 kV的電力輸出線所覆蓋的供電區域應該與下一級的該類型的變電站出線覆蓋的供電區域無重疊。（110/35/10 kV供電站的下級供電站方式為35/10 kV）而為了使各級35/10 kV的變電站的供電范圍可以將110/35/10 kV供電站的供電范圍完整覆蓋，則應該將35/10 kV變電站的電力輸出線與110/35/10 kV變電站的10 kV出線首尾相連。此時110/35/10 kV變電站的供電半徑為35/10 kV變電站供電半斤的3倍，由此可得農村變電站的上下級供電線路的長度之比為2∶1，供電半徑之比為3∶1。由于110/35/10 kV的變電方式較為復雜，因此在農村電網的配置過程中就涉及到變電站的數量和供電費用問題[2]。
在對110/35/10 kV變電站供電面積的年費用進行計算時，可以將其費用平均分配到各級35/10 kV變電站的供電費用中。假定1個110/35/10 kV供電站與n個35/10 kV供電站相連，則供電面積的年費用之比為1/n[3]。
2 建立農村電網數學模型
2.1 農村電網費用相關參數
2.1.1 電價
對我國農村各類用電用電電價進行綜合分析可知，農村的電價約為0.4～0.5元/kwh，由于在進行電費收取工作時，需要考慮電網維修等相關費用，因此將農村電價定位0.5元/kwh。
2.1.2 年運行時間T與最大負荷利用時間
由于變壓器的耗損費是按照實際投入變壓器的電網運行時間進行計算的，其年運行時間T也受到自身運行狀況與負荷指數等因素的影響，但110/35/10 kV變電站與35/10 kV變電站年運行時間較為接近，一般為6500～7000 h左右，因此取典型的變壓器年運行時間為T=7000 h，最大負荷時間為4000 h[4]。
2.1.3 電阻與電抗
設定單位長度導線電阻為=ρ，其長為L時導線的總電阻為=L=ρ，其中ρ為相關導線材料的電阻率，其常值為31.5mm2/km，S為導線的橫截面積。現階段我國農村電網配電架空導線的電抗一般為=0.4/km，因此可知，當導線長度為L時，總電抗為L。
2.1.4 維護率與投資貼現率
在進行電網費用的計算時，需要考慮變電站、配電線路和補償裝置的相關維修費用，其綜合維修率用γ表示，γ=0.04。所謂供電費用的投資貼現率是指從現階段到未來某一時段，利息損失比率或效益收益比率，日常生產生活中影響投資貼現率λ的因素主要為變電站的經濟適用時間與電力投資利率r0。根據相關計算標準可知λ==0.11[5]。
2.2 建立電網數學模型
由上述相關農村電網費用相關參數可得110/35/10 kV變電站配電方式的優化計算模型為=，
其中為該配電方式下單位面積的年供電費用，為35 kV供電站的供電半徑，、、、為110/35/10 kV變電站、35/10 kV變電站、110/35/10 kV變電站連接的35 kV線路、110/35/10 kV變電站連接的110 kV線路的年費用。為110/35/10 kV變電站所連接的35 kV線路出現的條數。同理，110/20 kV變電站的配電方式計算模型為=，其中、、分別為110/20 kV變電站、110/20 kV變電站的下級變電站20/0.38 kV的年費用與110/20 kV變電站連接的25 kV線路的年供電費用。
3 模型的求解
由于在計算110/35/10 kV變電站費用時需要考慮導線的數量n與線路的截面面積S的關系，而在計算110/20 kV變電站費用時，則只需要考慮n與L的關系。通過計算可得該兩種變電站的供電年費用。
4 結語
由模型的計算結果可知，當負荷密度ρ低于50 kw/km2時，選擇110/35/10 kV的配電方式供電年費用相對較高，經濟性較差，而當ρ大于250 kw/km2時，采用110/20 kV的配電方式供電可以節約供電成本，具有較好的經濟效益。
參考文獻
[1] 杜瑞.混合供電方式在臨汾農村電網的應用研究[D].華北電力大學，2012.
[2] 陳擁軍.農村電力需求綜合評價和基于地理信息系統的電網規劃系統研究[D].浙江大學，2008.
[3] 甘海慶，辛永.農村電網節能技術綜述[J].電力需求側管理，2010，6（21）：53-55.
[4] 湯紅衛.農村電網合理技術指標的研究[C]//中國農業大學.中國高等學校電力系統及其自動化專業第二十四屆學術年會論文集（下冊）.中國農業大學，2008.
[5] 辛永，梁英.農村電網綜合節能技術解決方案[J].農村電氣化，2011，1（11）：27-28.endprint
摘 要：農村電網作為我國電力產業的一部分，其配電方式的合理性對我國的電力產業的發展具有較大的促進作用。該文通過建立農村電網的虛擬模型，并從農村電網的接線順序和變電站的連接方法等方面對農村電網配電方式的選擇進行了合理優化。
關鍵詞：農村電網 配電方式 合理性 方案 優化選擇
中圖分類號：TM71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0067-01
本文從農村電網配電的費用角度出發，以110/35/10 kV、110/20 kV、110/20 kV三種目前我國農村電網的主要配電方式為例，對當負荷密度小于250 kw/km2時，三種配電方式所需要的相關費用進行分析，通過建立農村電網數學模型并對其求解的方法對農村電網合理配電方式的選擇進行了優化。
1 農村電網虛擬模型
1.1 接線順序模型
對電網中相關線路的接線順序進行合理配置是使農村電網費用制定的合理性最大化的基礎。由于我國各個地區農村電網網架在結構上具有較大的差異，但大體上可以分為放射型電網和環形電網，因此本文以放射型電網為例，對110/35/10 kV、110/20 kV和110/10 kV三種農村電網的配電模型進行建立，由因為110/20 kV和110/10 kV配電方式的網架結構是相同的，因此在對模型進行研究時，只考慮對110/35/10 kV和110/20 kV的配電方式電網模型進行分析[1]。
1.2 變電站連接方式
在建立農村電網變電站連接方式的模型之前，需要對電網中各級線路供電半徑的關系進行考慮。
由于各級電網中具有不重復供電的特點，因此110/35/10 kV的電力輸出線所覆蓋的供電區域應該與下一級的該類型的變電站出線覆蓋的供電區域無重疊。（110/35/10 kV供電站的下級供電站方式為35/10 kV）而為了使各級35/10 kV的變電站的供電范圍可以將110/35/10 kV供電站的供電范圍完整覆蓋，則應該將35/10 kV變電站的電力輸出線與110/35/10 kV變電站的10 kV出線首尾相連。此時110/35/10 kV變電站的供電半徑為35/10 kV變電站供電半斤的3倍，由此可得農村變電站的上下級供電線路的長度之比為2∶1，供電半徑之比為3∶1。由于110/35/10 kV的變電方式較為復雜，因此在農村電網的配置過程中就涉及到變電站的數量和供電費用問題[2]。
在對110/35/10 kV變電站供電面積的年費用進行計算時，可以將其費用平均分配到各級35/10 kV變電站的供電費用中。假定1個110/35/10 kV供電站與n個35/10 kV供電站相連，則供電面積的年費用之比為1/n[3]。
2 建立農村電網數學模型
2.1 農村電網費用相關參數
2.1.1 電價
對我國農村各類用電用電電價進行綜合分析可知，農村的電價約為0.4～0.5元/kwh，由于在進行電費收取工作時，需要考慮電網維修等相關費用，因此將農村電價定位0.5元/kwh。
2.1.2 年運行時間T與最大負荷利用時間
由于變壓器的耗損費是按照實際投入變壓器的電網運行時間進行計算的，其年運行時間T也受到自身運行狀況與負荷指數等因素的影響，但110/35/10 kV變電站與35/10 kV變電站年運行時間較為接近，一般為6500～7000 h左右，因此取典型的變壓器年運行時間為T=7000 h，最大負荷時間為4000 h[4]。
2.1.3 電阻與電抗
設定單位長度導線電阻為=ρ，其長為L時導線的總電阻為=L=ρ，其中ρ為相關導線材料的電阻率，其常值為31.5mm2/km，S為導線的橫截面積。現階段我國農村電網配電架空導線的電抗一般為=0.4/km，因此可知，當導線長度為L時，總電抗為L。
2.1.4 維護率與投資貼現率
在進行電網費用的計算時，需要考慮變電站、配電線路和補償裝置的相關維修費用，其綜合維修率用γ表示，γ=0.04。所謂供電費用的投資貼現率是指從現階段到未來某一時段，利息損失比率或效益收益比率，日常生產生活中影響投資貼現率λ的因素主要為變電站的經濟適用時間與電力投資利率r0。根據相關計算標準可知λ==0.11[5]。
2.2 建立電網數學模型
由上述相關農村電網費用相關參數可得110/35/10 kV變電站配電方式的優化計算模型為=，
其中為該配電方式下單位面積的年供電費用，為35 kV供電站的供電半徑，、、、為110/35/10 kV變電站、35/10 kV變電站、110/35/10 kV變電站連接的35 kV線路、110/35/10 kV變電站連接的110 kV線路的年費用。為110/35/10 kV變電站所連接的35 kV線路出現的條數。同理，110/20 kV變電站的配電方式計算模型為=，其中、、分別為110/20 kV變電站、110/20 kV變電站的下級變電站20/0.38 kV的年費用與110/20 kV變電站連接的25 kV線路的年供電費用。
3 模型的求解
由于在計算110/35/10 kV變電站費用時需要考慮導線的數量n與線路的截面面積S的關系，而在計算110/20 kV變電站費用時，則只需要考慮n與L的關系。通過計算可得該兩種變電站的供電年費用。
4 結語
由模型的計算結果可知，當負荷密度ρ低于50 kw/km2時，選擇110/35/10 kV的配電方式供電年費用相對較高，經濟性較差，而當ρ大于250 kw/km2時，采用110/20 kV的配電方式供電可以節約供電成本，具有較好的經濟效益。
參考文獻
[1] 杜瑞.混合供電方式在臨汾農村電網的應用研究[D].華北電力大學，2012.
[2] 陳擁軍.農村電力需求綜合評價和基于地理信息系統的電網規劃系統研究[D].浙江大學，2008.
[3] 甘海慶，辛永.農村電網節能技術綜述[J].電力需求側管理，2010，6（21）：53-55.
[4] 湯紅衛.農村電網合理技術指標的研究[C]//中國農業大學.中國高等學校電力系統及其自動化專業第二十四屆學術年會論文集（下冊）.中國農業大學，2008.
[5] 辛永，梁英.農村電網綜合節能技術解決方案[J].農村電氣化，2011，1（11）：27-28.endprint
