中壓配電網規劃中供電分區劃分方法研究

何麗娟， 賀潔， 金鑫

(國網寧夏銀川供電公司， 寧夏， 銀川 750011)

0 引言

本文通過實地考察電力公司供電分區過程，并對配電網劃分技術進行歸納總結，通過分析研究各技術方案的優缺點，為本文設計提供技術支撐，其中文獻[1]采用N-1配電網電源供電方式，保證中壓配電網的安全最大化，供電區利用高壓候選通道進行電力輸送，輸電性能更加穩定。但是這種供電方式嚴謹性不足，輸電檢測力度不足導致電力資源浪費[1]；文獻[2]通過建立網格化配電網劃分模型，利用網格子供區的均衡劃分方法對中壓配電網進行均衡劃分，劃分出的供電區域電能供應量相對平衡，有利于配網輸電的穩定。但這種均衡劃分方法無法完成按需分配電能，對于用電量較大的企業容易造成間歇性斷電現象[2]。

針對上述電網供電區劃分技術上存在的不足，本研究通過建立供電分區自動劃分系統對中壓配電網電能質量進行統合調控，應用映射規約劃分技術將供電區域劃分為等值模型，最后由DP-TBD對等值模型輸出的中壓電網供電能力轉化為數據顯示。整體實現中壓配電網合理化分區，提高電能供電質量的目的[3]。

1 供電分區自動劃分系統

本文主要創新點在于：

(1)通過映射規約技術將中壓配電網劃分為不同區域，在各自區域內建立供電分區等值模型[4]，從而形成完整的供電循環，使電能質量大大增加，是系統架構的核心技術;

(2)利用DP-TBD算法對劃分的供電分區輸電數據進行分析，通過編寫的算法程序精準把控電網電壓流向，使中壓配電網能夠最大化利用電能。

配電網自動分區系統如圖1所示。

圖1 配電網自動分區系統

本文根據現場中壓配電網絡的電力組成結構，設計出供電區自動劃分系統，整個系統由中壓配電網絡供給電力數據，與中壓配電室進行數據互通，中壓配電網絡電力數據由供電分區管理平臺錄入，便于后續分區劃分。中壓配電室根據互通數據對用戶分區進行調度，分區管理平臺與用戶分區調度系統完成功能配合，加快電力信息分析和供區劃分。供電分區管理主要由分區信息統合技術、映射規約劃分技術及區域等值模型完成自動劃分功能，分區電網信息主要包括供電量、輸電量和用電量。區域等值模型建立了供電、輸電、用電和調度區域，各區域所完成的電力功能不同。用戶分區調度系統由運行模式分析技術、供電區數據采集和DP-TBD算法完成數據調度，由此分析系統輸電方式、電力類型、約束條件和最佳配電方案[5]。

自動劃分系統能夠合理規劃電力輸送區域，對整個輸配電工程具有重要作用，能夠根據電力用戶需求合理規劃電力資源。系統劃分的供電區數據經過算法處理，實現電力信息的實時監控，保證分區電力安全，同時對配電網輸送電能進行檢測，保障分區的用電質量，對電力事業的發展具有重要意義[6]。

2 映射規約劃分技術

對于中壓配電網的分區劃分，本文通過建立自動劃分系統實現供區的劃分，系統功能的實現主要依托于映射規約技術，利用該技術的自動劃分能力實現電力的分配，為中壓配電網的分區劃分提供重要依據[7]。映射規約技術如圖2所示。

圖2 映射規約技術圖

映射規約技術的核心功能是將配電網劃分為多個等值模型，加強中壓配電網的輸電能力。主要根據電網統合過程輸電數據設計規劃，按照自定義格式進行設置，由此解析出5個功能文件，即整合、編程、分區、篩選和儲存，整合文件功能是采集電網信息并進行數據整合，使分區規劃具有條理性；編程文件主要負責技術方案的編寫和程序運行；分區文件將各電力信息分類劃分，使電力規劃具有邏輯性；篩選文件負責篩選無用電力數據文件，將算法程序中產生的垃圾文件進行刪減；儲存文件負責保存電網分區數據的保存和提交。

3 供電分區等值模型

由規約技術劃分的等值模型通過仿真的形式展現出來，通過對供電區域電力運行數據進行分析，根據現場運行結構顯示，經過同類對比方式優選出最佳模型結構，由此得到供電分區等值模型如圖3所示。

圖3 供電分區等值模型

供電分區等值模型的建立基于映射規約技術，根據規約中的電網數據進行劃分供電區域，將各區域通過三角形聯結成圖3所示等值模型。該模型外網母線電壓為10 kV，內網電壓為6 kV，涵蓋了中壓電網電壓等級范圍，外網與內網設有熔斷器，保證輸電線路的安全。內外網聯結方式均參考了三角形聯結方式，外網與內網之間變壓器采用雙線輸電方式進行傳輸，增加中壓配電區域的電能質量，而且三角形式的接法對電網穩定性具有增益效果。等值模型的輸電范圍為6 kV～10 kV，滿足中壓配網用戶的普遍需求，一定程度上實現了配電網的按需分配策略。

4 DP-TBD劃分算法

架設中壓配電網等值模型為理想狀態，對于任一供電區域電能輸送數據記錄為

xn,k+1=fn(xn,k,qn,k),n=1,2,…,Nk

(1)

式中，xn,k表示中壓配電網劃分初始區域，xn,k+1表示配電網劃分相鄰區域，qn,k表示劃分的供電區域受外界影響噪聲，fn表示供電區域等值模型函數，Nk表示配電網劃分等值模型總數。

通過采集各項中壓配電網數據信息，據此推算等值模型建立的條件[8]，根據是否采集到目標數據建立不同模型，即：

(2)

根據現場環境條件，通過辨識各數據之間的關系，對于建立模型時造成的約束條件統一記為

(3)

其中，Δx表示影響因素造成的模型橫坐標差值，Δy表示影響因素造成的模型縱坐標差值，Ik表示模型建立過程中影響因素，b表示中壓電網輸送電能參數，m表示等值模型中橫坐標變化系數，n表示等值模型中縱坐標系數，xk表示理論上建立模型橫坐標，yk表示理論建立的模型縱坐標。

對模型建立過程中外界受到的噪聲進行分析，由此得出信噪比展開式為

(4)

其中，SNR表示模型運行中產生的信噪比，σ表示采集數據時噪聲感應的影響力。

建立模型過程中，在外界影響的基礎上配電網輸送的電能質量可用下式表達：

(5)

分析等值模型函數與模型承受能力之間的關系，利用等值差原理分析得到：

I(m,n)(s1)=z(m,n)

(6)

式(6)表明配電網輸送電能承受力度與模型函數關系呈正比，即電能輸送能力與外界之間的差值轉換為

Φ(s1)=0

(7)

其中，Φ(s1)表明等值模型輸電能力與配網環境之間沒有直接關系。

對建立的電力配電形式進行能力驗證，計算其最大輸電量表示為

(8)

根據輸電量的變化推算出等值模型輸電能力變化函數，即

Φ(s1)=arg max(I(m,n)(sk-1))

(9)

通過DP-TBD算法對等值模型的數據對比和函數驗算相對傳統電網輸電模型數據敏感性更強，可劃分區域更多。

5 試驗結果與分析

本研究通過實地調研城鎮配電網絡數據，利用Simulink軟件建立中壓配電網等值模型，并在此模型下進行實驗并記錄數據。實驗用計算機應用Win10系統，采用CPU內存為64+256 GB，硬件參數為Intel core i9 9600KF。環境參數設置精度為95%以上，電網信息采集精度為90%[9]，算法計算誤差不超過2.0%，輸電通道采用中壓輸電方式。實驗參數配置如表1所示。

表1 環境參數與配置軟件

本研究在6～10 kV中壓配電網進行實驗，采用Windows x86計算機系統，最終顯示測試數據如表2所示。

表2 供電分區數據表

通過表2數據分析，發現本研究供電分區等值模型變電容量為750 MV·A，輸電電壓為10 kV達到中壓配電網上限，輸電配送效率達到95.7%，電網超調量為85.31%，表明本研究模型穩定性較好[10]；文獻[1]采用的N-1模型變電容量為550 MV·A，輸電電壓為6.3 kV,鄰近中壓配電網下限，輸電配送效率為85.4%，電網超調量為64.58%，表明該供電區模型穩定性較差，輸電能力相對較弱；文獻[2]提出的網格化模型變電容量為520 MV·A，輸電電壓為7.0 kV，為中壓配電網平均配電程度，輸電配送效率為82.3%，電網超調量為72.61%，表明此供電模型穩定性一般。對比發現本研究供電分區等值模型性能更加優越。

為驗證本研究分區模型輸電能力，通過對比各模型對中壓配電網絡的輸電量曲線，得到輸電能力曲線對比如圖4所示。

圖4 模型輸電能力曲線

分析圖4中3種供電分區模型的輸電量，發現本研究等值模型在輸電時間為10 h達到最大限度，最高輸電量為6.0 kV，之后穩定在5.5～6.0 kV，整體輸電量較高,更為符合中壓配電網絡發展需求。

通過顯示各供電區電網穩定性進一步驗證本研究的優越性，利用Plexim Plecs 軟件對各模型造成的電網波動進行仿真，得到電網穩定性對比仿真如圖5所示。

圖5 電網運行穩定性對比

通過對比發現本研究供電分區等值模型穩定性在85%以上，整體波動范圍較小，對電網影響不大；文獻[1]設計的供電分區N-1模型穩定性在65%以上，整體波動范圍較大，嚴重影響電網穩定；文獻[2]設計的供電分區網格化模型穩定性在70%以上，整體波動范圍在電網承受范圍之內，但由于穩定性較差，增加了電網運行壓力。分析可知本研究等值模型穩定性較好。

6 總結

本研究主要技術研究如下：

(1) 通過建立配電網自動劃分系統實現中壓配電網的合理分區，將復雜的用戶網絡整理統一;

(2) 通過映射規約技術建立配電網絡等值模型，將供電分區各輸電線路進行整合，提高分區輸電能力，增加電網安全性;

(3) 利用DP-TBD算法對模型輸電能力進行驗算，通過計算其運行過程中的約束條件驗證其最大輸電能力，使配電網能夠最大化利用電能。

通過實驗電力數據表和仿真對比圖分析，上述研究符合電力市場供電需求。但是本研究在實驗過程仍存在不足，輸電中外界環境仍會對配電網造成影響，電力用戶過多仍會造成較大的輸電壓力等。