網(wǎng)格分析法在城鄉(xiāng)配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用與研究

摘要：隨著城鄉(xiāng)發(fā)展步伐的不斷邁進(jìn)，城市電網(wǎng)應(yīng)用的各種模型和方法，已不能滿足需求，日益成為電力系統(tǒng)在城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展中迫切需要解決的問題。作為受端電網(wǎng)，城市配電網(wǎng)在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。但是，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的負(fù)荷加重使整個電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中由于土地利用率原來越高，帶來的建設(shè)用地緊缺、中長期負(fù)荷預(yù)測偏差大等問題，都影響了電網(wǎng)模型與規(guī)劃的正常運(yùn)行。網(wǎng)格分析法對于解決這一問題有很大幫助。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；城鄉(xiāng)配電網(wǎng)；網(wǎng)格應(yīng)用；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；輔助規(guī)劃工具

我國電網(wǎng)建設(shè)在整個城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)中扮演著重要角色，是城鄉(xiāng)健康發(fā)展的必要條件，關(guān)系著國民的日常生產(chǎn)、生活質(zhì)量。所以，在整個電網(wǎng)規(guī)劃中，必須保障其結(jié)構(gòu)分布、供電性能、供電質(zhì)量、供電安全等方面良好。經(jīng)過不斷的改進(jìn)與完善，電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)向好的方向發(fā)展，但在新形勢、新要求下，又面臨許多急需解決的問題。

一、我國電網(wǎng)系統(tǒng)存在的問題

1、電網(wǎng)系統(tǒng)面臨的傳統(tǒng)問題

（1）結(jié)構(gòu)分布不合理。我國早期的網(wǎng)電系統(tǒng)由于技術(shù)水平和知識經(jīng)驗(yàn)的嚴(yán)重不足，它的發(fā)展多處于“哪需要，哪拉線”的無規(guī)劃狀態(tài)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上的這種不合理使電網(wǎng)線路浪費(fèi)、線路超負(fù)荷、電能功效差現(xiàn)象頻仍影響人民生活。

（2）設(shè)備落后，自動化水平低。人們生活所需用電量逐漸增多與國家電網(wǎng)設(shè)備的落后產(chǎn)生矛盾性問題，制約了我國城鄉(xiāng)發(fā)展的需求。我國電網(wǎng)建設(shè)起步晚、國際先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)移的接收時間短，導(dǎo)致現(xiàn)行配電網(wǎng)設(shè)備存在技術(shù)運(yùn)用差、網(wǎng)路消耗大、電網(wǎng)安全系數(shù)低、線路故障頻發(fā)等問題，自動化水平仍處于初級發(fā)展階段。

（3）線路損壞嚴(yán)重。配電網(wǎng)的良好與否，多通過電壓合格率、線路線損合格率加以衡量。我國電網(wǎng)建設(shè)在很多地區(qū)仍沿用早期的中壓電網(wǎng)，致使線路電壓過高、線路線損程度過高。

2、新形勢下新問題

（1）土地利用率高，輸變電設(shè)施壓力大。城區(qū)發(fā)展中以樓層建設(shè)為主，使土地單位面積利用率不斷增長，電壓負(fù)荷強(qiáng)度愈加提高，就需要更多的土地加強(qiáng)輸變電設(shè)施建設(shè)與利用，成為一種矛盾中發(fā)展的循環(huán)趨勢。如此以往，支持高電壓的變電站與線路連接會越來越密集，選址和線行就成了更加慎重的部分。

（2）市容市貌標(biāo)準(zhǔn)高，電網(wǎng)建設(shè)投資大。從城市用電的現(xiàn)實(shí)狀況來看，高電壓等級設(shè)備已越來越多的投入使用?？墒?，高壓設(shè)備的安裝建設(shè)需要的土地范圍比較大，輸電走廊需要向外延伸的邊導(dǎo)線寬度較大，資本的投入量就會更多；再加上對市容市貌發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化要求，線路安全和布局外觀就成為電網(wǎng)建設(shè)必須考慮的內(nèi)容，故常采用地下電纜形式，隨之帶來的建設(shè)成本比架空線又會高很多。

二、城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中網(wǎng)格的應(yīng)用

1、網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測法

負(fù)荷預(yù)測是整個電網(wǎng)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)性前提，一定程度上決定了配電網(wǎng)的投資成本和運(yùn)行質(zhì)量。建立一套完善有效的分布預(yù)測方法在整個負(fù)荷預(yù)測技術(shù)研究中至關(guān)重要。其中分類分區(qū)法是最符合我國負(fù)荷預(yù)測的一種方法，網(wǎng)格預(yù)測法就是以此為基礎(chǔ)與三級網(wǎng)格結(jié)合、改進(jìn)后的一種空間負(fù)荷預(yù)測法。

（1）把總體負(fù)荷與分類總體負(fù)荷的預(yù)測作為對城區(qū)歷史用電量和歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的參照物進(jìn)行核實(shí)，對規(guī)劃區(qū)的電網(wǎng)布局有著很重的借鑒作用。

（2）對網(wǎng)格預(yù)測法引導(dǎo)下劃分的老區(qū)、新老區(qū)、新區(qū)三部分城區(qū)進(jìn)行負(fù)荷分布預(yù)測，利用劃分的不同區(qū)域的分類負(fù)荷密度值作為網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測值。老城區(qū)數(shù)據(jù)可靠，逐年統(tǒng)計(jì)計(jì)算即可獲得；新區(qū)的土地利用性質(zhì)局限、布局整齊劃一，容易計(jì)算；老城區(qū)的拆遷、改建形成的數(shù)據(jù)變更劃入新區(qū)網(wǎng)格內(nèi)計(jì)算。

（3）針對不同預(yù)測方法出現(xiàn)的結(jié)果差異實(shí)行結(jié)果校核法，做出合理的結(jié)果預(yù)測。遠(yuǎn)景年負(fù)荷預(yù)測值、規(guī)劃期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果都可利用這種方法進(jìn)行校對與核實(shí)。

2、采用網(wǎng)格選址法進(jìn)行變電站選址

城市電網(wǎng)的規(guī)劃工作需要對變電站有一個科學(xué)合理的站址，直接關(guān)系到未來建設(shè)中的電網(wǎng)脈絡(luò)、供電功效、電網(wǎng)運(yùn)行的健康發(fā)展。所以，變電站選址要充分考慮負(fù)荷中心周圍的地理環(huán)境、周邊建筑實(shí)現(xiàn)選擇最優(yōu)化。為了提高工作效率，需實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法向網(wǎng)格選址法的轉(zhuǎn)變，大體可分為三大步驟。

（1）系統(tǒng)性準(zhǔn)備。統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測法中獲取的二級網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)；利用網(wǎng)格中心點(diǎn)進(jìn)行負(fù)荷值等效比對方式，繪制負(fù)荷中心矢量圖；對耕地、河流表格作為特殊符號在網(wǎng)格上標(biāo)出，并納入數(shù)據(jù)庫；變電站供電范圍的二級網(wǎng)格必須矢量化。

（2）建立模型。主要有三步。利用網(wǎng)格選址法對已有變電站的進(jìn)行具體定位，依據(jù)周邊地理?xiàng)l件建立合理的供電需求關(guān)系，嚴(yán)格控制出線走廊、擴(kuò)容性；對約束區(qū)的變電站選址不斷改進(jìn)選址模型，有效處理限制網(wǎng)格；利用交替迭代法對經(jīng)過限制網(wǎng)格處理的選址過程進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

（3）反復(fù)校核。針對選址過程中出現(xiàn)的人工干預(yù)等問題要經(jīng)過專家的反復(fù)校對與核實(shí)，確保站址的實(shí)用性與可靠性。

3、配電網(wǎng)線路規(guī)劃

電力負(fù)荷是隨著電力需求不斷增大的，當(dāng)超過一定范圍時，配電網(wǎng)網(wǎng)架的負(fù)荷切入點(diǎn)如何分配，就成為關(guān)鍵性問題。維護(hù)負(fù)荷平衡、建設(shè)成本最低，是配電網(wǎng)線路規(guī)劃的主要研究方向。所以，用二級網(wǎng)格劃分建立的網(wǎng)格供電模式，是對配電網(wǎng)網(wǎng)架的一種模式創(chuàng)新。

（1）利用prim圖論方法，構(gòu)建合理的城市規(guī)劃網(wǎng)格，建立較完善的網(wǎng)格prim法。以初步規(guī)劃為依據(jù)，對導(dǎo)線的實(shí)際電流按照prim法作出調(diào)整；對環(huán)路問題采用應(yīng)用拆環(huán)法，求解最小代價樹；對prim法獲取Ti出現(xiàn)的電網(wǎng)路線交叉問題要清晰的認(rèn)識到現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的，將其等效標(biāo)號，和兩端的等效負(fù)荷點(diǎn)連成支路，成為集合Vi、Ei的一部分；有效結(jié)合prim法與二級網(wǎng)格形成網(wǎng)格prim法，做到對街道區(qū)劃、地理?xiàng)l件等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與研究；做完prim法的數(shù)據(jù)獲取后要應(yīng)用在配網(wǎng)規(guī)劃中。

（2）為了保障電網(wǎng)供電系統(tǒng)的負(fù)荷密度較大地區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)都真實(shí)可靠，利用網(wǎng)格式布線法進(jìn)行線路的沿街鋪設(shè)。不同城市有不同的布局結(jié)構(gòu)，但功能原理是統(tǒng)一的，主要利用了保護(hù)器和變壓器保護(hù)電源供電；選取的供電設(shè)備、主干線路導(dǎo)線、斷路器，要對網(wǎng)格間的互供能力、負(fù)荷發(fā)展與故障線路負(fù)荷量、具體短路電流量一一做好比較；網(wǎng)格式配電網(wǎng)架的建成，必須以能夠滿足用戶需求為標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格停電要求。

三、結(jié)束語

我國電力系統(tǒng)建設(shè)由于起步晚、重視度不夠、人們生活質(zhì)量需求等致使出現(xiàn)了許多問題，需要在電網(wǎng)規(guī)劃中高度重視。網(wǎng)格分析法是對電網(wǎng)電路的一整套規(guī)劃方法，應(yīng)用于配電網(wǎng)系統(tǒng)的各個方面。網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測法、網(wǎng)格選址法進(jìn)行變電站選址、配電網(wǎng)線路規(guī)劃等都發(fā)揮了很大作用，保障了電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行的健康發(fā)展。通過本文的分析研究，希望對今后電網(wǎng)規(guī)劃有所助益。

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作者簡介：

董樂德，1987-，男，漢族，廣東高州人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向：配電網(wǎng)規(guī)劃。