負(fù)荷密度特性在新城區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

姚 剛，張海彪，李滿堂

(1.上海電力學(xué)院，上海 200090;2.湖州電力局，浙江 湖州 313013)

經(jīng)過(guò)近幾年對(duì)各地城市負(fù)荷密度的研究，以及不同類型城市的負(fù)荷密度變化與城市電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展歷程關(guān)系的分析，我們發(fā)現(xiàn)采用負(fù)荷密度指導(dǎo)城市新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的效果明顯.

本文主要針對(duì)城市新區(qū)的特點(diǎn)，利用負(fù)荷密度與電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一套城區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃輔助系統(tǒng).這套系統(tǒng)可以提高城區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃的效率以及可操作性.

1 城市新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃主要內(nèi)容

城市新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃主要分為需求預(yù)測(cè)、高壓規(guī)模與布局、中壓規(guī)劃、結(jié)果分析4個(gè)部分，這4部分內(nèi)容的編制過(guò)程均與負(fù)荷密度息息相關(guān)［1，2］.利用負(fù)荷密度的特性，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng).可以大大減輕規(guī)劃編制的工作量，尤其適用于發(fā)展較為迅速的城市新區(qū)，其具體流程見(jiàn)圖1.

圖1 利用負(fù)荷密度進(jìn)行城市新區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃流程示意

1.1 電力需求預(yù)測(cè)

電力需求預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)由負(fù)荷特性分析、空間負(fù)荷預(yù)測(cè)和數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)3個(gè)部分構(gòu)成.在開(kāi)展工作時(shí)將系統(tǒng)規(guī)劃區(qū)負(fù)荷特性信息錄入系統(tǒng)，由系統(tǒng)計(jì)算得出計(jì)算結(jié)果，作為電力需求分析的基礎(chǔ)資料.

電力需求預(yù)測(cè)模塊工作流程見(jiàn)圖2.

圖2 電力需求預(yù)測(cè)模塊工作流程

1.2 高壓電網(wǎng)布局最優(yōu)模型分析

城市配電網(wǎng)高壓電源點(diǎn)的布局與結(jié)構(gòu)，對(duì)下級(jí)中壓配電網(wǎng)的建設(shè)會(huì)產(chǎn)生決定性影響.變電站布局優(yōu)化模型需要考慮能量最小原理，即在滿足安全供電的前提下，變電站所在的位置到供區(qū)內(nèi)各個(gè)街區(qū)(矩陣模型中各矩陣點(diǎn))距離與街區(qū)負(fù)荷乘積最小，其中還需考慮負(fù)荷密度、土地復(fù)雜系數(shù)等，模型計(jì)算方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)［3］至文獻(xiàn)［5］.

高壓電網(wǎng)最優(yōu)模型建立時(shí)，首先利用電力需求模塊形成的負(fù)荷分布矩陣，通過(guò)最優(yōu)模型計(jì)算出變電站初步布局方案，再結(jié)合規(guī)劃區(qū)的實(shí)際建設(shè)情況，對(duì)初步方案進(jìn)行局部修正，(由于部分街區(qū)無(wú)法滿足建設(shè)變電站的條件，如產(chǎn)生這種結(jié)果應(yīng)排除，或指定新變電站地址.)反復(fù)計(jì)算后得出相對(duì)合理的技術(shù)方案，并與相關(guān)部門進(jìn)行討論，確定最終布點(diǎn)方案.將最終方案輸入系統(tǒng)，得出變電站最優(yōu)供區(qū)計(jì)算結(jié)果，并以此建立高壓電網(wǎng)最優(yōu)供電模型，作為后續(xù)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃的依據(jù).

1.3 中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)

中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案的設(shè)計(jì)思路主要是模擬人工配電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程，在高壓變電站(所)地址及供電范圍確定的情況下，根據(jù)中壓配電網(wǎng)線路的供電能力及接線方式，形成最優(yōu)的目標(biāo)網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及線路供電方案.

在中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)模塊中，較為重要的步驟是根據(jù)目標(biāo)年各街區(qū)的負(fù)荷分布及負(fù)荷密度情況，通過(guò)匹配分析，設(shè)定各街區(qū)目標(biāo)年的供電線路接線方式，以此作為后續(xù)規(guī)劃的依據(jù).其匹配過(guò)程如下.

(1)從傳統(tǒng)接線方式資料庫(kù)中調(diào)取接線方式模型及相關(guān)參數(shù)，根據(jù)規(guī)劃區(qū)目標(biāo)年平均負(fù)荷密度，初步選定接線方式.

(2)根據(jù)規(guī)劃區(qū)目標(biāo)年高壓變電站供電模型及負(fù)荷分布矩陣模型［6］，計(jì)算采用不同接線方式的匹配得分.其匹配得分主要由供電可靠性、電壓降、理論線損、線路負(fù)載水平、負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力、電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行單位投資等6個(gè)部分構(gòu)成.

(3)匹配計(jì)算過(guò)程中應(yīng)考慮將規(guī)劃區(qū)配電網(wǎng)接線方式按照負(fù)荷密度劃分為若干等級(jí)，在此基礎(chǔ)上按照配電網(wǎng)全部采用該接線方式時(shí)各項(xiàng)匹配指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，然后通過(guò)匹配函數(shù)模型計(jì)算最終匹配得分.通過(guò)比較得分來(lái)選定目標(biāo)年規(guī)劃區(qū)中壓配電網(wǎng)的主要接線方式.

(4)匹配函數(shù)模型由隸屬度函數(shù)演變而來(lái)，以規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則中規(guī)定的匹配指標(biāo)限額為邊界條件(如10kV線路電壓降指標(biāo)邊界條件為-7% ～+7%)，通過(guò)隸屬度函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為相互之間有可比性的匹配得分，再根據(jù)各項(xiàng)得分權(quán)重差異，計(jì)算最終得分，以此作為比較依據(jù).

通過(guò)匹配分析后，選定規(guī)劃區(qū)目標(biāo)網(wǎng)架的主要接線方式，對(duì)于部分負(fù)荷密度較高的街區(qū)，可以根據(jù)匹配計(jì)算結(jié)果另行選定，并在此基礎(chǔ)上形成規(guī)劃區(qū)目標(biāo)網(wǎng)架接線方式的最優(yōu)方案，與高壓電網(wǎng)模型及相關(guān)信息一同輸入配電網(wǎng)規(guī)模計(jì)算模塊及配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模塊，得出目標(biāo)年規(guī)劃區(qū)中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及線路供電方案.

2 典型應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 規(guī)劃區(qū)基本情況

本文以寧波市城區(qū)核心區(qū)塊(以下簡(jiǎn)稱核心區(qū))為例.該核心區(qū)是寧波市未來(lái)的新城市中心，以商業(yè)、辦公、居住用地為主，核心區(qū)內(nèi)將集中政府主要職能部門、大型商業(yè)購(gòu)物廣場(chǎng)、商務(wù)辦公區(qū)、五星級(jí)酒店、高檔生活小區(qū)，以及公園等建筑群，開(kāi)發(fā)面積約為5.8 km2.

2.2 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)

在對(duì)核心區(qū)進(jìn)行空間負(fù)荷預(yù)測(cè)前，先將核心區(qū)分為40個(gè)街區(qū)，由40個(gè)街區(qū)構(gòu)成東、西、南3個(gè)分區(qū)，并將該分區(qū)結(jié)果輸入規(guī)劃輔助系統(tǒng)，建立規(guī)劃區(qū)矢量化模型.根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果可知，核心區(qū)塊飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果為8.24×104～1.069×105kW，區(qū)內(nèi)平均負(fù)荷密度為1.42×104～1.84×105kW/km2.

2.3 高壓電網(wǎng)布局規(guī)劃

通過(guò)調(diào)研及分析可知，前期本規(guī)劃區(qū)內(nèi)無(wú)35kV及以上專用用戶.目前核心區(qū)周邊有A和B兩座110kV變電站，其中A變電站為核心區(qū)的主供電源，未來(lái)還將新建C變電站以滿足區(qū)域負(fù)荷的增長(zhǎng).

新建變電站(所)的位置及最優(yōu)供電分區(qū)由規(guī)劃輔助系統(tǒng)完成，在分析核心區(qū)各街區(qū)負(fù)荷、負(fù)荷密度以及周邊變電站為核心區(qū)提供的供電能力等數(shù)據(jù)后，通過(guò)變電站布局最優(yōu)模型［7］分析計(jì)算得出C變電站的位置及最優(yōu)供區(qū)，如圖3所示.

考慮到3-3#街區(qū)為居住用地及公園綠地，街區(qū)內(nèi)建設(shè)電力設(shè)施難度較大，通過(guò)與當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門協(xié)調(diào)討論后，將該位置調(diào)整至1-4#街區(qū)，將此次調(diào)整結(jié)果輸入規(guī)劃輔助系統(tǒng)后，形成規(guī)劃區(qū)高壓變電站布局及供電分區(qū)方案，并作為后續(xù)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃的依據(jù).

圖3 變電站址位置及最優(yōu)供電范圍劃分示意

2.4 核心區(qū)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃

核心區(qū)中壓配電網(wǎng)規(guī)劃的主要思路是由遠(yuǎn)及近、分區(qū)分片規(guī)劃，并且力求中壓配電網(wǎng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、規(guī)范化.由于本次規(guī)劃區(qū)內(nèi)部分街區(qū)負(fù)荷密度的不均衡度較大，考慮到目標(biāo)網(wǎng)架供電的可靠性及電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，需對(duì)規(guī)劃區(qū)目標(biāo)年中壓配電網(wǎng)接線方式與負(fù)荷密度進(jìn)行匹配分析.

從接線方式與負(fù)荷密度匹配分析結(jié)果可知，核心區(qū)內(nèi)3-6#，4-6#街區(qū)由于負(fù)荷密度較高，用戶供電可靠性較高，因此建議采用大型開(kāi)關(guān)站供電，其余地區(qū)采用環(huán)網(wǎng)方式供電，目標(biāo)網(wǎng)架考慮采用雙環(huán)網(wǎng)方式.

在進(jìn)行中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)劃前，仍需進(jìn)行專用用戶、用戶專線的識(shí)別.從識(shí)別結(jié)果看，1-3#街區(qū)、4-7#街區(qū)內(nèi)建有五星級(jí)酒店，規(guī)劃中作為專用用戶處理，采用一回10kV專線主供，周邊10kV公用線路作為備用方式供電.并將此信息錄入規(guī)劃模塊，通過(guò)輔助系統(tǒng)設(shè)置規(guī)劃區(qū)開(kāi)關(guān)站位置及供電范圍，并最終形成線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖.

根據(jù)規(guī)劃結(jié)果可知，目標(biāo)年作為核心區(qū)塊供電的110 kW有5座，其中區(qū)內(nèi)3座，區(qū)外2座，10kV供電線路共計(jì)34回;線路聯(lián)絡(luò)化率為100%;10kV開(kāi)閉所8座，環(huán)網(wǎng)站26座;10kV線路平均掛接負(fù)荷為3 042 kW.

過(guò)渡年規(guī)劃編制過(guò)程與目標(biāo)年規(guī)劃編制過(guò)程相似，但高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)需作相應(yīng)的調(diào)整，同時(shí)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的形成過(guò)程中，按照目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果，需設(shè)置部分約束條件.

3 結(jié)語(yǔ)

負(fù)荷密度是表征城市電網(wǎng)尤其是城市配電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展程度的重要指標(biāo)，其特性對(duì)城市配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)等方面都有影響.本文將負(fù)荷密度特性與先進(jìn)規(guī)劃理念相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套配電網(wǎng)規(guī)劃輔助系統(tǒng).通過(guò)該規(guī)劃輔助系統(tǒng)與規(guī)劃人員的配合使用，可以極大地提高規(guī)劃的編制效率、精確度及可操作性，這對(duì)城市配電網(wǎng)尤其是城市新區(qū)配電網(wǎng)的規(guī)劃具有重要的意義，同時(shí)也可以為今后的智能電網(wǎng)建設(shè)打下良好基礎(chǔ).

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