高效配電網(wǎng)建設(shè)策略及可靠性目標(biāo)分析

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司襄陽(yáng)供電公司 萬(wàn)奕妍 榮 樂(lè)

我國(guó)配電網(wǎng)在運(yùn)行中存在著接線模式不規(guī)范、網(wǎng)架不靈活和聯(lián)絡(luò)關(guān)系復(fù)雜等問(wèn)題，解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵是建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效的配電網(wǎng)，以此提升設(shè)備利用率、減少容載比，維持良好的站間轉(zhuǎn)供能力。可靠性是配電網(wǎng)建設(shè)水平的重要技術(shù)指標(biāo)，過(guò)高或過(guò)低的可靠性目標(biāo)均不符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)籌需要，因此合理設(shè)定可靠性目標(biāo)的意義深遠(yuǎn)。

1 高效配電網(wǎng)建設(shè)策略

高效配電網(wǎng)是“一流配電網(wǎng)”建設(shè)的基礎(chǔ)，主要涉及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和配電自動(dòng)化的相關(guān)內(nèi)容。由于我國(guó)現(xiàn)階段配電網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)架仍存在諸如聯(lián)絡(luò)關(guān)系復(fù)雜、設(shè)備規(guī)模龐大、接線模式不夠靈活等問(wèn)題，反而難以支撐“一流配電網(wǎng)”的戰(zhàn)略，因此更為有效的建設(shè)策略可以對(duì)高效配電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，最終實(shí)現(xiàn)高校配電網(wǎng)的目標(biāo)。

1.1 相同電壓等級(jí)——?jiǎng)澐止╇姺謪^(qū)

在城鎮(zhèn)化推動(dòng)過(guò)程中，電網(wǎng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大促使區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及管理難度也明顯升高。想要保證電網(wǎng)穩(wěn)定，有效的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃較為重要。在實(shí)際的規(guī)劃過(guò)程中，因?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)模較大，整體規(guī)劃工程量較大，所以會(huì)以“問(wèn)題”為導(dǎo)向進(jìn)行優(yōu)化，雖然能夠解決現(xiàn)階段存在的問(wèn)題，但是長(zhǎng)效性效果并不理想，再加上現(xiàn)有的數(shù)字規(guī)劃方案較為落后及相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，部分算法的應(yīng)用反而無(wú)法達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化效果。

為了有效解決相同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過(guò)程中存在的問(wèn)題，簡(jiǎn)單、便捷的凸優(yōu)化方式反而適用性更強(qiáng)，可以將統(tǒng)一電壓等級(jí)的區(qū)域劃根據(jù)地理及電氣分別劃分成相對(duì)獨(dú)立的供電區(qū)域，再結(jié)合不同規(guī)模的供電規(guī)模進(jìn)行分區(qū)，隨后針對(duì)分區(qū)設(shè)定單獨(dú)的規(guī)劃方案，保證規(guī)劃與區(qū)域更加相適的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了全局范圍內(nèi)的科學(xué)規(guī)劃，進(jìn)一步增強(qiáng)規(guī)劃的科學(xué)性和有效性。從該方向出發(fā)對(duì)相同電壓等級(jí)情況下劃分供電分區(qū)，須按照以下條件實(shí)施：

Nzj,gq,m、Nfzj,gq,n為第m個(gè)站間和第n個(gè)非站間供電網(wǎng)格單元子供區(qū)總數(shù)；為第m個(gè)站間和第n個(gè)非站間供電網(wǎng)格停電損失年費(fèi)用和主干線路電能損耗年費(fèi)用之和；Czh,n、Cfs,n為第n個(gè)非站間供電網(wǎng)格中輻射、自環(huán)供電單元主干線路造價(jià)；Czj,m為第m個(gè)站間供電網(wǎng)格主干線路總費(fèi)用；ε為含折舊的投資回收系數(shù)與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用系數(shù)之和；fc為網(wǎng)絡(luò)主干線路的費(fèi)用；Nzj,m、Nzh,n、Nfs,n為第m個(gè)站間供電網(wǎng)格中站間、第n個(gè)非站間供電網(wǎng)格中自環(huán)和輻射供電單元的個(gè)數(shù)；Nzj、Nfzj為站間與非站間供電網(wǎng)格的總數(shù)[1-3]。

按照模型形成如圖1所示的分區(qū)供電規(guī)劃結(jié)果。

圖1 供電分區(qū)示意圖

1.2 不同電壓等級(jí)——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)配

不同電壓等級(jí)情況下的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)配，須按照以下條件實(shí)施：

式中：Ωhfh、Ωmfh、Ωtd、Ωhmw為高壓變電站、中壓負(fù)荷點(diǎn)、所有候選通道、候選協(xié)調(diào)方案編號(hào)集合。

Ptd,q、為第q個(gè)通道流過(guò)的負(fù)荷和最大允許值。

φ（Lmzg,k,i、Lmbg,k,i、Lhzg,k,i、Lhll,k,i）為通道連通性判斷函數(shù)，1代表接通。

h（Lmzg,k,i、Lmbg,k,i、Lhzg,k,i、Lhu,k,i）為滿足可靠性的不等式約束方程。

g（Lmzg,k,i、Lmbg,k,i、Lhzg,k,i、Lhu,k,i）為滿足潮流的等式約束方程，0代表不接通。

Lhzg,k,j、Lhll,k,j為第k種網(wǎng)架協(xié)調(diào)方案中高壓和中壓組網(wǎng)形態(tài)的類型。

φmv（Lmzg,k,i、Lmbg,k,i）、φhv（Lhzg,k,j、Lhu,k,j）為中壓、高壓網(wǎng)架組網(wǎng)形態(tài)約束。

Lmzg,k,i、Lmbg,k,i、Lhzg,k,j、Lhu,k,j為第k種協(xié)調(diào)方案第i個(gè)中壓負(fù)荷點(diǎn)和第j個(gè)高壓負(fù)荷點(diǎn)距離其主供變電站和備供、聯(lián)絡(luò)變電站的線路長(zhǎng)度；Chv,k、Cmv,k、Chmt,k、Chmw,k為第k種協(xié)調(diào)方案的高壓配電網(wǎng)年費(fèi)用、中壓配電網(wǎng)年費(fèi)用、高中壓年停電損失費(fèi)用和網(wǎng)架總費(fèi)用；fhmw為配電網(wǎng)高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)方案總費(fèi)用[4-5]。

2 高效配電網(wǎng)可靠性目標(biāo)分析

2.1 可靠性目標(biāo)優(yōu)化思路

供電企業(yè)構(gòu)建可靠配電網(wǎng)不僅要符合用電安全要求，還要符合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)合圖2來(lái)看，可靠性目標(biāo)存在理論最佳值，此值與投資費(fèi)用、停電損失費(fèi)用和總費(fèi)用間具備一定關(guān)系，且在點(diǎn)Rm處，可得到最佳可靠性目標(biāo)。

圖2 高效配電網(wǎng)可靠性目標(biāo)示意圖

因可靠性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)受到多種因素影響，因此優(yōu)化可靠性目標(biāo)的首要步驟是確定配電網(wǎng)構(gòu)建區(qū)域影響可靠性的因素，判斷是否可獨(dú)立優(yōu)化，并按照改進(jìn)可靠性優(yōu)化目標(biāo)和宏觀優(yōu)化目標(biāo)予以分類。

宏觀目標(biāo)為過(guò)渡年和遠(yuǎn)景年宏觀優(yōu)化目標(biāo)，改進(jìn)優(yōu)化目標(biāo)為基于宏觀目標(biāo)，給出互斥措施和互相依賴措施后，得到可靠性目標(biāo)。分別計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)，獲得優(yōu)化值，并判斷數(shù)據(jù)是否可靠。經(jīng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)優(yōu)化后，得到改進(jìn)目標(biāo)。

2.2 可靠性分類目標(biāo)及優(yōu)化

可靠性指標(biāo)目標(biāo)優(yōu)化的關(guān)鍵在于優(yōu)化饋線負(fù)荷站間轉(zhuǎn)供方式、饋線長(zhǎng)度、饋線分段數(shù)的實(shí)施措施。

首先，在饋線聯(lián)絡(luò)方式優(yōu)化方面，考慮到高中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為強(qiáng)簡(jiǎn)弱三個(gè)等級(jí)，則中壓與高壓配電網(wǎng)的可能網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式為9種。通過(guò)對(duì)可能結(jié)構(gòu)形式下的主網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)中壓、簡(jiǎn)高壓的形式能夠保證配電網(wǎng)站間轉(zhuǎn)供能力處于較高水平，弱化高壓電網(wǎng)對(duì)整體系統(tǒng)的可靠性影響程度，且簡(jiǎn)高壓能夠提升配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性水平。針對(duì)走廊通道資源充足的區(qū)域，優(yōu)選電纜雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)接線以及架空單聯(lián)絡(luò)形式，而改造難度大的通道資源緊張區(qū)域，優(yōu)選復(fù)雜主備饋線和多分段多聯(lián)絡(luò)的接線形式。

其次，在饋線長(zhǎng)度優(yōu)化方面，通過(guò)對(duì)變電站規(guī)劃個(gè)數(shù)、停電損失費(fèi)用、電能損失費(fèi)用和線路年投資費(fèi)用與饋線長(zhǎng)度大小間的關(guān)系進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)停電損失費(fèi)用占據(jù)較小比例的總費(fèi)用組成，因此考慮到線路長(zhǎng)度的主要影響用戶停電時(shí)間，饋線長(zhǎng)度對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)際影響較為微弱，可通過(guò)獨(dú)立優(yōu)化長(zhǎng)度的方式滿足線路和變電站投資需求。分析設(shè)備停運(yùn)影響用戶停電范圍，首先描述不同負(fù)荷停運(yùn)事件對(duì)應(yīng)的時(shí)間，對(duì)應(yīng)關(guān)系為；A類——0；B類——上游復(fù)電操作、故障隔離操作和故障定位的時(shí)間總和；C類——故障隔離操作時(shí)間轉(zhuǎn)供操作和故障定位時(shí)間的總和；D類——故障維修、故障隔離操作時(shí)間轉(zhuǎn)供操作和故障定位時(shí)間的總和，而后通過(guò)改善停運(yùn)影響用戶范圍優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線和開關(guān)配置。具體可從劃分開關(guān)設(shè)備以及提高聯(lián)絡(luò)率兩方面，優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線路，改變用戶等級(jí)，提升成本效益。

最后，在饋線分段數(shù)優(yōu)化方面，分段策略與管理水平、設(shè)備水平、饋線自動(dòng)化方式和投資金額息息相關(guān)，但其直接影響配電網(wǎng)可靠性水平的程度較小，可采取按照獨(dú)立因素予以優(yōu)化的方式，配合饋線自動(dòng)化指標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)相同電壓等級(jí)和不同電壓等級(jí)的配電網(wǎng)給出對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略模型，考慮到可靠性指標(biāo)對(duì)于判定配電網(wǎng)高效程度的意義，提出可靠性分類目標(biāo)和優(yōu)化的方法，給出了相同電壓等級(jí)條件下劃分供電分區(qū)和不同電壓等級(jí)下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)配的高效配電網(wǎng)建設(shè)策略，并為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)可靠性目標(biāo)提出相對(duì)獨(dú)立變量?jī)?yōu)化的措施，希望可為配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行提供支持。