基于網(wǎng)格化理念的城市中心區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃策略

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司灌云縣供電分公司 商曉平

城市中心區(qū)是都市政治、經(jīng)貿(mào)、文化活動(dòng)的聚集地區(qū)，區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的問題更加明顯。傳統(tǒng)城市規(guī)劃戰(zhàn)略已不適用于城市中心區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，需要探索一個(gè)全新的規(guī)劃戰(zhàn)略。本文提出了配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方案：其通過將配電網(wǎng)區(qū)域劃分為多個(gè)分區(qū)，以各分區(qū)現(xiàn)狀與差異為規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化供電。與傳統(tǒng)方式相比，網(wǎng)格化規(guī)劃模式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)資源的全面優(yōu)化整合，有助于提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

1 傳統(tǒng)城市中心區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃方法存在的問題

城市中心區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃存在諸多問題：第一，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不清晰，導(dǎo)致轉(zhuǎn)供電作業(yè)過程復(fù)雜。第二，由于供電價(jià)格負(fù)載的不平衡，導(dǎo)致各種設(shè)施利用率差別極大。第三，城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市總體發(fā)展計(jì)劃不符合。第四，城市配電網(wǎng)規(guī)劃自動(dòng)化和智能化水平不夠，導(dǎo)致城市配電網(wǎng)運(yùn)營效率偏低。

問題的主要原因如下：其一，外部環(huán)境壓力，主要是城市規(guī)劃頻繁調(diào)整、電磁輻射干擾和能源新政策等因素帶來的。其二，城市化進(jìn)程加快對(duì)城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出了更高要求，但傳統(tǒng)城市配電網(wǎng)規(guī)劃模式還存在諸多問題尚未克服。其三，運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)高，主要表現(xiàn)在城市配電網(wǎng)的負(fù)載壓力增大、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電源增多、電網(wǎng)之間互連程度提高等[1]。

2 基于網(wǎng)格化理念的城市中心區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃

2.1 城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的必要性

為解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃中存在的問題，提升區(qū)域供電可靠性，我國已在多個(gè)地區(qū)試行配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法。配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，是采用了系統(tǒng)化信息交互技術(shù)的新型城市規(guī)劃管理模式，其將網(wǎng)格環(huán)境設(shè)定為基本單元，用以促進(jìn)網(wǎng)格環(huán)境中的資源協(xié)調(diào)利用與有效共享，使各部分間緊密聯(lián)系并構(gòu)成有機(jī)整體。而進(jìn)行網(wǎng)格化管理則首先要進(jìn)行電源分區(qū)，以確定城市中心區(qū)的電源區(qū)域、設(shè)備布置以及供電基本狀況，同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑卧鳛楣芾韱挝粚?shí)施飽和負(fù)荷實(shí)測(cè)。

第一，其是以用戶需求為目標(biāo)，結(jié)合飽和年負(fù)荷預(yù)測(cè)的長遠(yuǎn)規(guī)劃方法，能夠切實(shí)滿足規(guī)劃區(qū)域長期用電需求。第二，其是綜合考慮區(qū)域規(guī)劃與負(fù)荷空間分布的統(tǒng)籌規(guī)劃方法，能夠避免區(qū)域內(nèi)用電負(fù)載不均等問題的出現(xiàn)。第三，其通過將城市中心區(qū)劃分為多個(gè)網(wǎng)格，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障問題的精準(zhǔn)定位，并將故障影響范圍限制在網(wǎng)格內(nèi)部，盡可能避免大面積停電維修，提高區(qū)域供電質(zhì)量與可靠性。

2.2 網(wǎng)格規(guī)劃主要流程

首先，確定規(guī)劃區(qū)域規(guī)劃目標(biāo)，收集網(wǎng)格規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)資料。并根據(jù)收集到城市中心區(qū)域?qū)嶋H情況，對(duì)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其次，在網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)劃分結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。再次，對(duì)規(guī)劃區(qū)域空間負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括供電單元、供電網(wǎng)格、供電區(qū)域規(guī)劃年和飽和年負(fù)荷值等。最后，根據(jù)網(wǎng)格劃分結(jié)果及負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架和線路進(jìn)行規(guī)劃，并預(yù)設(shè)過渡年規(guī)劃方案及飽和年規(guī)劃方案。

圖1 網(wǎng)格劃分

2.3 網(wǎng)格劃分方法

供電區(qū)域劃分一般是為電網(wǎng)分析、梳理供電關(guān)系、確定建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等服務(wù)的。基于國家規(guī)定，網(wǎng)格劃分有以下幾種方法，如表1所示[2]。

表1 網(wǎng)格劃分辦法與優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.4 城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃應(yīng)用現(xiàn)狀

我國已在多地試行了城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃策略，效果顯著。例如：應(yīng)用網(wǎng)格化規(guī)劃后，北京A+類供電區(qū)域未來幾年內(nèi)供電可靠性水平將提升至99.995%，停電平均時(shí)長低至30s/戶以下。綜上所述，應(yīng)用配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃策略后，規(guī)劃區(qū)域整體供電質(zhì)量與供電可靠性明顯提升，線路故障問題發(fā)生的可能性降低。

3 城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃中的網(wǎng)格劃分問題

科學(xué)合理的網(wǎng)格劃分是網(wǎng)格規(guī)劃的關(guān)鍵。相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃，網(wǎng)格化規(guī)劃有很大的優(yōu)勢(shì)，但我國在其實(shí)行過程中仍存在許多問題亟需解決。其一，網(wǎng)格劃分依賴于規(guī)劃人員主觀經(jīng)驗(yàn)。目前我國各地區(qū)多采用人工進(jìn)行網(wǎng)格劃分，規(guī)劃人員需根據(jù)網(wǎng)格劃分原則并結(jié)合城區(qū)規(guī)劃要求對(duì)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，過程完全依賴工作人員的主觀經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，劃分過程中規(guī)劃人員需要對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與重復(fù)計(jì)算，過程易出錯(cuò)[3]。此外，還存在缺乏固定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃區(qū)域負(fù)荷預(yù)測(cè)同時(shí)率與負(fù)荷密度指標(biāo)選取困難等問題。

4 城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃中的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)問題

4.1 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

在網(wǎng)格規(guī)劃過程中不僅需要對(duì)規(guī)劃區(qū)域負(fù)荷總量進(jìn)行預(yù)測(cè)，負(fù)荷空間分布信息也同樣重要。傳統(tǒng)的負(fù)荷總量預(yù)測(cè)方法無法滿足網(wǎng)格規(guī)劃對(duì)負(fù)荷空間分布信息的需要，因此，網(wǎng)格規(guī)劃多采用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法。常用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法主要包括負(fù)荷密度指標(biāo)法、戶均配變?nèi)萘糠ê痛笥脩?自然增長率法。

4.1.1 負(fù)荷密度指標(biāo)法

在城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格規(guī)劃過程中應(yīng)用負(fù)荷密度指標(biāo)法的基本思路為：先根據(jù)各供電單元面積和負(fù)荷密度指標(biāo)，計(jì)算得出各供電單元用電負(fù)荷。再結(jié)合各用電單元用電負(fù)荷和同時(shí)率，計(jì)算得出各供電網(wǎng)格用電負(fù)荷。最后將各供電網(wǎng)格負(fù)荷相加得到供電區(qū)域的用電負(fù)荷。負(fù)荷密度法基本流程如圖2所示。

圖2 負(fù)荷密度法基本流程圖

4.1.2 戶均配變?nèi)萘糠?/p>

戶均配變?nèi)萘糠ㄊ蔷C合指標(biāo)法的一種，該方法通過用電區(qū)域用戶個(gè)數(shù)與戶均配變?nèi)萘恐笜?biāo)對(duì)用電區(qū)域進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，特點(diǎn)是相對(duì)簡(jiǎn)單且不需要大量數(shù)據(jù)支持。目前國內(nèi)10kV 配變分為公用配電與專用配變兩種類型，公用配變一般用于居民生活區(qū)域，專用配變一般用于工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域。《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》對(duì)10kV 公用配變和專用配電飽和年戶均配變?nèi)萘恐笜?biāo)參考值進(jìn)行了規(guī)定，如表3所示。

表2 《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》部分參數(shù)規(guī)定

4.1.3 大用戶+自然增長率法

前兩種預(yù)測(cè)方法都是對(duì)飽和年進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，屬于長期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，而對(duì)過渡年負(fù)荷預(yù)測(cè)并未給出明確的指標(biāo)。為解決這一問題，業(yè)界提出了“大用戶+自然增長率法”，其能夠?qū)τ秒妳^(qū)域過渡年負(fù)荷值進(jìn)行預(yù)測(cè)。“大用戶+自然增長率法”是依據(jù)區(qū)域歷史負(fù)荷趨勢(shì)，選用合適的增長率指標(biāo)對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)域過渡年負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，在得到過渡年負(fù)荷預(yù)測(cè)值的同時(shí)可以預(yù)測(cè)區(qū)域負(fù)荷增長趨勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于區(qū)域過渡年負(fù)荷預(yù)測(cè)中。

4.2 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)問題分析

針對(duì)有詳細(xì)規(guī)劃的城市地區(qū)，依據(jù)城市規(guī)劃對(duì)供電區(qū)域飽和年負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)是配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、電源分布、供電線路的重要依據(jù)。然而目前我國網(wǎng)格規(guī)劃過程中，城市地區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)普遍存在以下幾方面問題：

其一，在網(wǎng)格劃分過程中供電網(wǎng)格劃分結(jié)果與之前供電所、變電站等電力系統(tǒng)管理范圍不一致，這就需要對(duì)部分供電網(wǎng)格歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行重新匯總。其二，在傳統(tǒng)配電規(guī)劃過程中并沒有對(duì)供電區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的網(wǎng)格劃分，在運(yùn)用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法的過程中只考慮了規(guī)劃區(qū)域各個(gè)地塊之間的同時(shí)率。而在網(wǎng)格規(guī)劃背景下，供電區(qū)域劃分為供電網(wǎng)格與供電單元，需要更加精確的同時(shí)率選取方法。目前我國網(wǎng)格規(guī)劃體系并沒有給出明確的同時(shí)率選取方法，導(dǎo)致確定不同類型用地之間的同時(shí)率非常困難。其三，目前負(fù)荷密度指標(biāo)選取主要參考給出的負(fù)荷密度指標(biāo)參考值，可以看出這些標(biāo)準(zhǔn)給出了各類型地塊負(fù)荷密度上下限，但沒有明確該范圍內(nèi)的具體選值方法。而負(fù)荷密度與城市氣候、發(fā)展水平等密切相關(guān)，若均采用統(tǒng)一指標(biāo)而不針對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行調(diào)整，會(huì)造成較大的預(yù)測(cè)誤差。

5 實(shí)例分析

以廣州金融片區(qū)配電網(wǎng)為例進(jìn)行網(wǎng)格化規(guī)劃。此城市中心區(qū)域由4個(gè)街道組成，總規(guī)劃面積約9km[4]。具體包括：網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格化規(guī)劃及校驗(yàn)3部分。

5.1 網(wǎng)格劃分

規(guī)劃范圍屬于A+類供電分區(qū)，按街道進(jìn)行網(wǎng)格劃分。按照國家供電網(wǎng)格規(guī)劃原則，把若干個(gè)鄰近的、供電特性以及對(duì)電源安全性要求基本相同的地塊劃定為一個(gè)網(wǎng)格區(qū)，每一網(wǎng)格面積限制在0.5～1.5km2內(nèi)，并分別加以編號(hào)。

5.2 網(wǎng)格化規(guī)劃

以劃分出的01號(hào)網(wǎng)格為例。0l 號(hào)網(wǎng)格內(nèi)共有110kV 變電站2座，35kV 變電站l 座。區(qū)外另有35kV 變電站1座，用以向網(wǎng)格內(nèi)提供部分電源。采用負(fù)荷密度指標(biāo)法預(yù)測(cè)網(wǎng)格總負(fù)荷。

5.3 校驗(yàn)分析

應(yīng)用配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃評(píng)價(jià)模型，對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃成果進(jìn)行量化評(píng)分。評(píng)分結(jié)果如表3。

表3 配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃量化評(píng)分結(jié)果

分析評(píng)分結(jié)果可以看出，在應(yīng)用配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃策略后，城市中心區(qū)配電網(wǎng)不論是經(jīng)濟(jì)性、可靠性、負(fù)載均衡程度均十分優(yōu)秀，負(fù)荷適應(yīng)性也在及格線上。

6 城市中心區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃的優(yōu)化方針

6.1 超前優(yōu)化

為強(qiáng)化配電網(wǎng)抵御外界干擾的能力，進(jìn)一步確保配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定安全，配電網(wǎng)規(guī)劃需同時(shí)兼顧近期發(fā)展需要與遠(yuǎn)期發(fā)展需要，推動(dòng)改造和創(chuàng)新同步進(jìn)行。包括淘汰落后電力設(shè)備、合理結(jié)合配電站點(diǎn)布局、針對(duì)當(dāng)前配電網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)開展重點(diǎn)調(diào)整、對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化處理等，確保配電網(wǎng)可以保持穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展[5]。

6.2 智能優(yōu)化

開展智能配電網(wǎng)優(yōu)化工作，即以信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)監(jiān)控所得信息系統(tǒng)為建設(shè)基礎(chǔ)，以網(wǎng)格設(shè)置系統(tǒng)為基本單元，著重建設(shè)一個(gè)集智能網(wǎng)控制、運(yùn)檢和用電服務(wù)為一身的綜合性網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃提供智能支撐。

根據(jù)中國城市配電網(wǎng)整體規(guī)劃現(xiàn)狀，亟需在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，綜合考慮我國城市配電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際需求，對(duì)其實(shí)施整體智能化的優(yōu)化升級(jí)，并力求為城市整體發(fā)展建設(shè)提供更加有效的配電網(wǎng)體系保障。網(wǎng)格化理念在當(dāng)前的城市核心區(qū)輸配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作中使用比較廣泛，其實(shí)用性也較好。既能夠給城市供電帶來安全保護(hù)，同時(shí)又能夠接納新型清潔能源，從而切實(shí)推動(dòng)城市核心區(qū)配電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化。