不同接線方式下的中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟性分析

周振宇，李紅英，劉?？?，張兆省

（1.華北電力大學，北京 071003；2.國網(wǎng)浙江云和縣供電公司，浙江 323600；3.上海浦海求實電力新技術有限公司，上海 200090）

1 課題調(diào)研

近年來，國內(nèi)外對配電網(wǎng)經(jīng)濟性研究較多。文獻［1］在引入動態(tài)經(jīng)濟評價方法的基礎上，加入了敏感性的分析法來綜合分析對經(jīng)濟性影響最大的不確定性因素。文獻［2，3］介紹了工程經(jīng)濟法，分別從兩方面的經(jīng)濟角度對項目進行財務評價和經(jīng)濟性評估。文獻［4］在充分考慮配電網(wǎng)技術特點的基礎上，結(jié)合配電網(wǎng)經(jīng)濟參數(shù)和技術參數(shù)，建立了全面的經(jīng)濟性評價體系。文獻［1-4］主要考慮了配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟性計算，但與實際配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)聯(lián)系較少。文獻［5］在分析城市中壓配電網(wǎng)的接線模式基礎上，分析了經(jīng)濟性與可靠性，推薦了不同狀況下適宜的接線方式，但其經(jīng)濟性分析的計算方法不夠完整詳細，評價結(jié)果不夠全面細致。文獻［6］考慮了不同條件下中壓配電網(wǎng)的接線模式對其運行經(jīng)濟性和可靠性的影響，推薦了城市不同區(qū)域?qū)τ诳煽啃圆町惢笙碌慕泳€模式，但在經(jīng)濟性分析中沒有涉及敏感性分析，以致接線模式的評價和選擇不夠充分。

為此，本文采用一種供電面積可調(diào)的分析模型，以替代傳統(tǒng)接線方式分析中采用的假定配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的面積和形狀一定的供電模型［7，8］。根據(jù)中壓配電網(wǎng)的接線模式，建立了幾種基于接線模式的接線方案。對各種接線模式進行經(jīng)濟性比較及敏感性分析計算，為電網(wǎng)規(guī)劃推薦接線模式和提供技術支撐。

2 中壓配電網(wǎng)的模型及接線方式

在實際電網(wǎng)分析中，對于一個確定的規(guī)劃區(qū)域，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的負荷密度以及街道分布狀況，很容易分析出不同接線模式的經(jīng)濟性。這種常規(guī)分析的結(jié)論受到所選區(qū)域的特定條件約束?；诖丝紤]，結(jié)合中壓配電網(wǎng)的特點，采用一種供電面積可調(diào)整的分析模型進行研究。理想化分析模型示意圖，如圖1所示。

圖1 理想化分析模型

對上述理想化模型進行4種假設：①電網(wǎng)所覆蓋區(qū)域內(nèi)負荷分布均勻；②各110 k V配電站的供電區(qū)域為圓形，且區(qū)域內(nèi)負荷分布均勻；③4個110 k V配電站在供電區(qū)域邊界上均勻分布；④對于同一方案，各個10 k V配電站的變壓器臺數(shù)、容量和負載率均相同。

模型中的主要參數(shù)表達式為：

式中：r為10 k V配電站的供電半徑；S為10 k V配電站中變壓器的總額定容量；η為變壓器負載率；λ為功率因數(shù)；σ為配電網(wǎng)所覆蓋區(qū)域的平均負荷密度；P為配電網(wǎng)覆蓋區(qū)總負荷；n為變電站的數(shù)量。

本文建立的配電網(wǎng)模型，假設覆蓋區(qū)域的邊界近似為圓形，設R為配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域半徑，則有：

310 k V配電網(wǎng)接線模式分析

3.110 k V架空線路

具有代表性的3種架空線路接線模式，即輻射接線、環(huán)式接線和多分段多聯(lián)絡接線。以下簡稱架空接線1、架空接線2、架空接線3。3種架空線路接線示意圖，如圖2所示。

3.210 k V電纜線路

具有代表性的3種電纜接線模式，即輻射接線、環(huán)式接線和環(huán)網(wǎng)接線。以下簡稱電纜接線1、電纜接線2、電纜接線3。3種電纜線路接線示意圖，如圖3所示。

圖2 架空線路接線模式

圖3 電纜線路接線模式

3.3 配電網(wǎng)接線模式分析

接線方案不僅需要安全可靠供電，還必須做到投資少、運行費用低。在充分結(jié)合各種接線模式的基礎上，提出3種接線方案，即輻射接線方案、多分段多聯(lián)絡接線方案和環(huán)網(wǎng)接線接線方案。以下簡稱接線方案1、接線方案2和接線方案3，如圖4所示。本文經(jīng)濟性的分析以接線方案圖為計算依據(jù)。

4 中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟性分析

4.1 經(jīng)濟性算法及計算公式

通常，在實際分析時將配電網(wǎng)劃分成一些小區(qū)，每區(qū)由110 k V配電站、10 k V饋線和開關等組成。中壓配電網(wǎng)供電方案的經(jīng)濟性計算思路，即在不同負荷密度下，對每臺110 k V變壓器容量和臺數(shù)的配合，劃定變電站的供電范圍，然后根據(jù)供電范圍內(nèi)不同的、合理的架空線路和電纜線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，計算每種方案的單位負荷年費用，用以判斷經(jīng)濟性。

圖4 中壓配電網(wǎng)接線方案

在不考慮電源變電站費用的狀況下，單位負荷年費用算式為：

式中：Fn為單位負荷年費用值，數(shù)值較小的方案經(jīng)濟性較好；Fns為變電站平均分布在n年內(nèi)的年費用；Fnl為平均分布在n年內(nèi)的線路年費用；P為方案中變電站的最大負荷。

Fns、Fnl的計算可以統(tǒng)一表示為：

式中：Z為電力設備（線路或變壓器）綜合投資費用現(xiàn)值；b0為電力投資回報率，取值為0.1；ns為設備經(jīng)濟壽命（變電站為25年，架空線路為30年，電纜線路為40年）；CU為設備年運行費用。

4.2 敏感性分析

敏感性分析是通過考慮配電網(wǎng)規(guī)劃項目的主要因素發(fā)生變化，對經(jīng)濟評價指標產(chǎn)生的影響，以此找到敏感因素，分析敏感因素對經(jīng)濟性的影響。在整個項目生命周期內(nèi)，會有許多非確定因素影響經(jīng)濟效益。例如：變電站投資和線路綜合的投資，電價和負荷密度等。

5 算例分析

在分析計算時，為了得到一般性規(guī)律，取不同的負荷密度和變電站容量。以此為前提，將負荷密度和變電站容量作為變量，分別研究架空線路和電纜線路在“負荷密度σ”和“變電站容量S”在合理變化趨勢范圍內(nèi)變化時對應接線模式的經(jīng)濟性，以及在這兩個變量確定的狀況下不同接線模式的比較。

以浙江云和縣為例，研究110 k V變電站的經(jīng)濟性。變電站容量分別取2×20 MVA，2× 40 MVA；負荷密度分別取2.0 MW／km2，5.0 MW／km2，10.0 MW／km2，20.0 MW／km2，40.0 MW／km2。根據(jù)變電站和線路的經(jīng)濟性計算比較方法，計算綜合投資和運行費用，最終計算出單位負荷年費用結(jié)果。

5.1110 k V變電站經(jīng)濟性計算

1）變電站容量為2×40 MVA，采用不同接線模式時，不同單位負荷年費用Fn對負荷密度σ的影響，如圖5所示。

圖5 單位負荷年費用對負荷密度的影響

2）負荷密度為2.0 MW／km2，采用不同配電網(wǎng)接線模式時，不同單位負荷年費用Fn對變電站容量S的影響，如圖6所示。

5.2 中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟性計算結(jié)果分析

由計算結(jié)果（參見圖5和圖6）可以得出3點結(jié)論。

1）在變電站容量（S＝2×40 MVA）狀況下，對于相同的接線模式，架空線路和電纜線路的Fn與供電范圍內(nèi)負荷密度σ的增長成反比關系。

圖6 單位負荷年費用對變電站容量的影響

2）在負荷密度（σ＝2.0 MW／km2）狀況下，對于同一種接線模式，F(xiàn)n與變電站容量的增長成反比關系。

3）在同一變電站容量和負荷密度下，3種架空接線模式的Fn由低至高，依次是架空線方案1、架空線方案2、架空線方案3。3種電纜接線模式的Fn由低至高，依次是電纜線方案1、電纜線方案2、電纜方線案3。

5.3 敏感性分析

敏感性分析主要考慮變電站容量、線路綜合投資、電價以及負荷密度這4個因素，同時分析其變化±5%、±10%時的單位負荷年費用的變化狀況。以變電站容量（S＝2×40 MVA），負荷密度（σ＝10 MW／km2），兩聯(lián)絡的電纜接線模式為例，不同單位負荷年費用Fn對敏感性的影響，如圖7所示。其他中壓配電網(wǎng)供電方案有類似結(jié)論。

圖7 單位負荷年費用對敏感性的影響

從圖7可以看出，對Fn影響，從大到小，依次是變電站綜合投資、線路投資、負荷密度、電價因素。其中，中壓配電站綜合投資、線路投資、電價的變化率增加，會導致單位負荷年費用隨之增加，而隨著負荷密度變化率的減小，單位負荷年費用隨之增大。

6 結(jié)語

對于各級電網(wǎng)規(guī)劃決策來說，如何規(guī)劃出合理的城市配電網(wǎng)，使之既能利用有限的條件將經(jīng)濟效益最大化，又能最大限度的避免浪費，是最為關注的一個焦點。在總結(jié)中壓配電網(wǎng)的典型接線模式的前提下，采用一種可調(diào)供電面積的分析模型，建立一個基于典型接線模式的配電網(wǎng)供電方案。通過計算，比較其經(jīng)濟性，得出最優(yōu)方案。分析結(jié)論可對配電網(wǎng)規(guī)劃決策，提供技術參考。

［1］ 賀靜，韋鋼，張一塵，等.電網(wǎng)規(guī)劃方案經(jīng)濟評估方法研究［J］.華東電力，2004，32（7）：1-4.

［2］ 程浩忠，張焰.電力網(wǎng)絡規(guī)劃的方法與應用［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2002.

［3］ Khator S K，Leung L C.Power distribution planning：A review of models and issues［J］.IEEE Trans on Power Systems，1997，12（3）：1151-1159.

［4］ 湯亞芳，程浩忠，王佳賢，等.配電網(wǎng)經(jīng)濟性綜合評估體系［J］.電網(wǎng)技術，2007，31（2）：127-130.

［5］ 姚莉娜，張軍利，劉華，等.城市中壓配電網(wǎng)典型接線方式分析［J］.電力自動化設備，2006，26（7）：26-29.

［6］ 王成山，王賽一，葛少云.中壓配電網(wǎng)不同接線模式經(jīng)濟性和可靠性分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002，26（24）：34-39.

［7］ 陳章潮，唐德光.城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［8］ 陳庭記，程浩忠，何明，等.城市中壓配電網(wǎng)接線模式研究［J］.電網(wǎng)技術，2000，24（9）：35-38.