配電網變電站經濟供電半徑的研究

王福瑩

（國網寧夏電力有限公司中衛供電公司，寧夏中衛 755000）

隨著社會經濟的發展，在提高中壓配電網供電能力的同時，對中壓配電網運行方式的可靠性和靈活性等提出了更高的要求[1]。網架結構的合理性決定了中壓配電網運行的可靠性和未來的發展空間，合理的供電半徑是確定中壓配電網網架布局的重要因素之一。供電半徑的選擇不僅直接影響配電網的電能質量，還影響著配電網中變電站和線路的投資和運行費用[2]。

以往研究中，通過電能質量極限值核算供電半徑的方法，忽略了配電網經濟性的要求，因此越來越無法滿足配電網規劃建設的需要。目前對于變電站供電半徑的優化研究，是基于以單位面積年費用最小為目標函數，各項技術指標為約束條件的方法計算最優供電半徑。

文獻建立以總費用最小為目標函數、以變電站滿足“N-1”準則為約束條件的變電站優化模型，采用該優化模型可分別計算得到變電站最優容量、變壓器最優臺數和變電站最優供電半徑，但前提條件是已知三者中的兩個，這限制了該模型的應用場景。文獻在建立單位容量年費用函數過程中，采用固定值衡量變壓器運行時的電能損失費用，未對計算得到的變電站最優供電半徑進行電能質量檢驗，會影響計算結果的準確性與合理性。

針對以上問題，文中通過線性回歸擬合得到變壓器的電能損耗費用與實際負載的函數關系，同時考慮負荷同時率對變電站容載比的影響，并且對最優計算求得的經濟供電半徑在不同負荷分布場景下進行電壓偏差校驗，實現基于差異化原則確定變電站經濟供電半徑，兼顧中壓配電網經濟性和電能質量的要求。

1 最優供電半徑計算流程

配電網變電站最優供電半徑計算流程如圖1所示。

圖1 配電網變電站經濟供電半徑算法流程圖

2 算例分析

2.1 算例數據

（1）變壓器數據。

選取某區域變壓器為例，變壓器損耗如表1所示。由表1可繪制得到變壓器的空載損耗、負載損耗與變壓器容量的關系曲線，如圖2（a）和（b）所示。

圖2 變壓器空載/負載損耗與變壓器容量的關系圖

表1 變壓器損耗表（SF11)

由圖2（a）可看出變壓器空載損耗與容量存在一階線性關系，通過擬合可獲得變壓器空載損耗模型為：

由圖2（b）可看出變壓器負載損耗與容量存在一階線性關系，通過擬合可獲得變壓器負載損耗模型為：

（2）投資數據。

參考配電網規劃的投資單價，可測算得到變電站投資與變電站總容量之間的關系曲線，如圖3所示。

圖3 變電站投資與變電站總容量的關系圖

由圖3可以看出所以獲得變電站投資模型：

（3）參數選取。

配電線路額定電壓U=10 kV；線路及變壓器的功率因數cos=0.95；投資等年值系數Kd=0.13（利率為6%，規劃年限為10a）；對總投資提取的年運行費的年提取系數H1=H2=5%；變壓器的年運行小時數t=8760 h；電價C0=0.6 元/kW·h；單位長度電阻值ρ=0.08 Ω/km））；線路曲折系數D=1.3；假設負荷均勻分布，GU=0.5。

2.2 算例結果及分析

2.2.1 單位面積年費用最小法計算結果

假設負荷密度為10 MW/km2，負荷同時率f為0.8，容載比KR為1.8，最大負荷利用小時數x為5500 h。

（1）當其他參數不變時，經濟供電半徑隨負荷同時率f 變化情況如圖4所示。

圖4 經濟供電半徑隨負荷同時率變化圖

由圖4可見，當負荷同時率遞增時，經濟供電半徑的取值遞減。在負荷密度一定的情況下，負荷同時率越高，變電站最大負荷越大，線路負荷越重，線路經濟供電半徑相應減小。

（2）當其他參數不變時，經濟供電半徑隨容載比變化情況如圖5所示。

圖5 經濟供電半徑隨容載比變化圖

由圖5可見，當容載比遞增時，經濟供電半徑的取值遞減。容載比變化時，地區變電站總的配置容量也隨之發生變化，地區變電站的總損耗隨著總、線路投資、線路損耗也隨著變化，最終使容載比與經濟供電半徑成反比的關系。

（3）當其他參數不變時，供電半徑隨最大負荷利用小時數變化情況如圖6所示。

由圖6可見，最大負荷利用小時數對供電半徑的計算影響較小，當最大負荷利用小時數遞增時，經濟供電半徑的取值遞減。最大負荷利用小時數與變壓器損耗和線路損耗有關，其中起主要作用的是線路損耗，所以供電半徑隨最大負荷利用小時數的增大而減小。在實際電網運行狀況下，最大負荷利用小時取值范圍在3 000～6 000h 之間。

圖6 經濟供電半徑隨最大負荷利用小時數變化圖

（4）10 kV 線路經濟電流密度與導線型號、最大負荷利用小時數有關，其值在0.8-1.3之間，本次測算中將線路經濟電流密度取為常用值1.05。

（5）線路的投資會影響經濟供電半徑的求取。

表2給出了常用的線路型號及其單價。當線路投資最低，即LGJ-150的情況下能得到經濟供電半徑的高值，而線路投資較高時，能得到經濟供電半徑的低值。

表2 線路型號單價推薦表

通過分析可知，對供電半徑范圍影響較大的參數是容載比、負荷同時率及負荷密度。供電區域負荷密度劃分如表3所示。

表3 供電區域負荷密度

參考表3的供電區域負荷密度劃分，采用單位面積年費用最小法計算不同參數配合下的經濟供電半徑，如表4所示。

表4 經濟供電半徑高值

綜合表4的計算結果，可得不同負荷密度供電區域下的供電距離，如表5所示。

表5 不同負荷密度供電區域的供電距離

2.2.2 基于電壓損失的供電半徑計算結果

計算獲得滿足電壓損失的各類供電區域供電半徑范圍，如表6所示。

表6 電壓損失法測算供電半徑（Wkm)

2.2.3 綜合結果

結合以上結果，綜合考慮單位面積年費用最小，并滿足供電半徑內電壓損失的要求，得到不同負荷密度下各類供電區域的供電半徑推薦值，如表7所示。

表7 不同類別供電區下供電半徑推薦值

3 結束語

文中綜合考慮配電網變電站的變壓器和線路的建設及運行參數，全面分析不同負荷密度、不同負荷構成和不同負荷分布對變電站供電半徑的影響，獲得涵蓋各類規劃運行情況的配電網經濟供電半徑。所提出的變電站經濟供電半徑優化求解算法能指導地區配電網規劃工作，提高地區配電網規劃方案的經濟性和可行性。