10 kV配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

陳穎輝

摘 要：在我國的電網(wǎng)建設(shè)中，偏注重變電站和輸電網(wǎng)的建設(shè)，忽略了10 kV及以下配電網(wǎng)的建設(shè)。供電企業(yè)對(duì)配網(wǎng)建設(shè)的投資過少，進(jìn)而降低了配電網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過介紹配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的模式和屬性，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；10 kV配電網(wǎng)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式；優(yōu)劣系數(shù)法

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0028-02

目前，我國城市的配電網(wǎng)主要存在供電能力不足、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱等問題，且主要設(shè)備陳舊、技術(shù)落后，導(dǎo)致供電的可靠性較低、電壓質(zhì)量差和線損較高。為了解決上述問題，應(yīng)改變現(xiàn)有的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以有效實(shí)現(xiàn)配電站的基本功能。此外，研究和構(gòu)建一種實(shí)施性較強(qiáng)的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以滿足配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠、安全等方面的要求，這對(duì)電網(wǎng)的發(fā)展在具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 我國10 kV配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

目前，我國常用的配電網(wǎng)接線方式包括環(huán)型接線、放射型接線和混合式接線。其中，放射型接線的結(jié)構(gòu)比較簡單、投資較少。因此，采用這種方式有利于新增和發(fā)展電荷。但由于用戶只具備一個(gè)電源，所以，該方式只能用于農(nóng)村配電線路或城市配電線路的支路。城市中的配電網(wǎng)常使用的接線方式是混合式接線。電網(wǎng)建設(shè)的投入資金較少，而人們對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和電荷的需求量越來越大。為了解決這一實(shí)際矛盾，當(dāng)電荷量增加到一定的程度后，在鄰近變電站增加了線路，以轉(zhuǎn)移電荷，這樣就逐漸形成了混合式的接線方式。這種接線方式的優(yōu)勢(shì)在于能隨時(shí)滿足電荷增加的需要，不需要投入資金改造舊線路，比較容易發(fā)展新用戶，還可以提高電網(wǎng)的可靠性和電壓質(zhì)量。但其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且這種線路的線損較嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性較低，不容易實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的自動(dòng)化。與混合式接線相比，環(huán)型接線的結(jié)構(gòu)比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以采取統(tǒng)一的控制策略控制，且投資較少，經(jīng)濟(jì)性較高。因此，環(huán)型接線成為了我國電網(wǎng)推薦的接線方式。但建設(shè)這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，要提前整體規(guī)劃某一地區(qū)，建設(shè)時(shí)需要一步到位。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式選擇的影響因素

供電企業(yè)在優(yōu)選電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式時(shí)，不僅要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還應(yīng)從城市規(guī)劃、負(fù)荷發(fā)展和用戶增加等方面考慮。結(jié)合目前我國電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的具體問題，從以下4個(gè)方面研究不同網(wǎng)架模式的優(yōu)選。

2.1 技術(shù)性屬性

10 kV配電網(wǎng)技術(shù)方面主要考慮供電可靠性、容載比、電壓調(diào)整、短路容量和通信干擾等技術(shù)指標(biāo)。供電可靠性是指當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備停止工作時(shí)，連續(xù)供電的可靠程度，它必須符合電網(wǎng)供電的安全準(zhǔn)則，否則會(huì)降低供電的可靠性。在評(píng)估系統(tǒng)的可靠性時(shí)，主要采用的方法有解析法、模擬法、組合法和人工智能法。解析法中又包括故障模式后果分析法、網(wǎng)絡(luò)等值法和最小路法。容載比是宏觀調(diào)控電網(wǎng)容量的指標(biāo)之一。在計(jì)算容載比時(shí)，應(yīng)在滿足供電可靠性的基礎(chǔ)上，采用配電網(wǎng)變電和線路的容量除以對(duì)應(yīng)的電荷所得。它與變壓器的數(shù)量、配電網(wǎng)導(dǎo)線的截面、功率因素等都有著密切的關(guān)系。電壓調(diào)整要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電壓偏差調(diào)整。在短路容量中，10 kV線路允許的最大短路電流為16 kA。另外，在配電網(wǎng)的建設(shè)中，要盡量減少對(duì)通訊設(shè)備的干擾，從而降低通信干擾。

2.2 經(jīng)濟(jì)性屬性

在選擇電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的模式時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素，即建設(shè)電網(wǎng)和運(yùn)行電網(wǎng)的成本。在眾多的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式中，我們需要計(jì)算每一種結(jié)構(gòu)模式的投資費(fèi)用和單位負(fù)荷年費(fèi)用，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷每一種結(jié)構(gòu)模式的經(jīng)濟(jì)屬性，從而確定最終選擇哪一種模式。具體而言，需要計(jì)算的指標(biāo)包括變電所、線路個(gè)線路配電設(shè)備的投入資金、線路和設(shè)備的損耗費(fèi)用、線路和設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用、維修費(fèi)用等。得出這些費(fèi)用后，利用“最小年費(fèi)用法”將這些費(fèi)用轉(zhuǎn)化成配電方案的年費(fèi)用，再除以該方案的等效電荷，最終得到單位負(fù)荷年費(fèi)用，用Fn表示。Fn可衡量一個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)屬性。 2.3 可實(shí)施性屬性

在選擇電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的模式時(shí)，要考慮可實(shí)施性屬性。具體而言，應(yīng)考慮哪種模式更適合城市的規(guī)劃和發(fā)展，更加有利于與其他組織的合作，更能促進(jìn)環(huán)境的協(xié)調(diào)，且便于管理、維修和運(yùn)行。這樣考慮的原因是，一方面，電力線路走廊和配電設(shè)備的布設(shè)都要與城市規(guī)劃的要求相符；另一方面，環(huán)境問題受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。因此，選擇網(wǎng)架的模式時(shí)要充分考慮與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。主要考慮到以下3方面：①充分考慮線路的輻射污染、設(shè)備干擾問題。②電網(wǎng)線路的建設(shè)可能會(huì)對(duì)燃?xì)?、給排水或電信線路的建設(shè)造成一定的影響。③變壓器和配電設(shè)備產(chǎn)生的噪聲、降壓母線發(fā)出的電磁波會(huì)對(duì)周圍人們的生命安全造成威脅。比如，如果SF6氣體泄漏，則會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)人體健康造成危害。因此，我們要充分考慮這些不利因素，對(duì)電網(wǎng)的網(wǎng)架模式進(jìn)行綜合評(píng)分，最終選擇評(píng)分最高的模式建設(shè)電網(wǎng)。

2.4 可發(fā)展性屬性

就我國目前電網(wǎng)建設(shè)的情況而言，必須要考慮哪一種模式更易進(jìn)行自動(dòng)化改造，哪一種模式更易于接入新電荷。隨著城市電網(wǎng)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)自動(dòng)化已成為一種趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化可提高供電的可靠性、降低線路損耗，從而提高用戶的滿意度。因此，配電網(wǎng)自動(dòng)化是我國電網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)和趨勢(shì)。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)選的綜合分析

3.1 現(xiàn)有的研究方法

我國研究電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式的方法主要包括傳統(tǒng)的逐步擴(kuò)展法、以可靠性為目標(biāo)的規(guī)劃法和以滿足可靠性要求為目標(biāo)的規(guī)劃法。這3種方法在某種程度上可幫助我們選擇最優(yōu)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式。但在使用這3種方法時(shí)，都只考慮了經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性方面的屬性，導(dǎo)致決策結(jié)果并不完全合理。此外，沒有提出一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型以供綜合分析。因此，根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)和我國電網(wǎng)的實(shí)際建設(shè)情況，筆者提出了一種新的選擇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式的方法——優(yōu)劣系數(shù)法。

3.2 優(yōu)劣系數(shù)法

優(yōu)劣系數(shù)法可綜合分析電網(wǎng)網(wǎng)架模式的4種屬性，計(jì)算并規(guī)范化處理每個(gè)方案的屬性決策矩陣，以確定每個(gè)屬性的權(quán)系數(shù)，再計(jì)算備選方案的優(yōu)系數(shù)和劣系數(shù)，并與引入的控制參數(shù)進(jìn)行比較，最終根據(jù)比較結(jié)果判斷方案的優(yōu)劣。在選擇方案時(shí)，往往會(huì)遇到多屬性的問題。此時(shí)，可根據(jù)人們對(duì)屬性的期望，將屬性分為效益型、成本型、固定型、區(qū)間型、偏離型和偏離區(qū)間，并根據(jù)不同的計(jì)算公式計(jì)算每種屬性，最終根據(jù)計(jì)算出的屬性對(duì)策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理。

在確定權(quán)系數(shù)時(shí)采用專家調(diào)查法計(jì)算。由5個(gè)電力公司的網(wǎng)架決策人員組成的專家組對(duì)網(wǎng)架模式進(jìn)行實(shí)地考察和分析后，給出四大屬性的權(quán)值，取各權(quán)值的平均值作為屬性的最終權(quán)值。之后，可根據(jù)加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣求出不同方案的一致性集合和不一致性集合，并根據(jù)計(jì)算公式確定一致優(yōu)先矩陣和不一致優(yōu)先矩陣，最終得到總體優(yōu)先矩陣后，可確定最優(yōu)方案。

4 結(jié)束語

研究電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模式的最優(yōu)方案，不僅可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)供電的可靠性和安全性，還可以降低線損，從而提高電功的利用率。本文中選用的優(yōu)劣系數(shù)法可幫助相關(guān)單位更好地制訂方案，具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]馮光，王文博.淺談中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].中國電力教育，2013（36）：226，240.

〔編輯：張思楠〕