基于負荷特性的戶均配變?nèi)萘糠治?/h1>
2016-06-07 06:07:04全少理李應(yīng)闖張永斌廖祖金張醒獅國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院鄭州0000上海電力學院電氣工程學院上海00090國網(wǎng)河南省電力公司鄭州0000上海博英信息科技有限公司上海000國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司河南南陽7000
電力需求側(cè)管理 2016年3期
全少理，李應(yīng)闖，張永斌，廖祖金，張醒獅，李 響（.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州 0000；.上海電力學院電氣工程學院，上?！?0090；.國網(wǎng)河南省電力公司，鄭州 0000；.上海博英信息科技有限公司，上海 000；.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽 7000）
Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics
QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）
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基于負荷特性的戶均配變?nèi)萘糠治?/p>
全少理1，李應(yīng)闖2，張永斌3，廖祖金4，張醒獅5，李響4
（1.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州450000；2.上海電力學院電氣工程學院，上海200090；3.國網(wǎng)河南省電力公司，鄭州450000；4.上海博英信息科技有限公司，上海200240；5.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽473000）
戶均配電變壓器容量的研究是地區(qū)配電系統(tǒng)規(guī)劃的重要內(nèi)容，直接關(guān)系到該地區(qū)電力供應(yīng)的可靠性以及改造的經(jīng)濟性評價［1—4］，因此合理的選擇戶均配電變壓器容量，不僅可以有效地指導供用電部門進行合理經(jīng)濟地投資，對配電變壓器的節(jié)能經(jīng)濟運行也起著關(guān)鍵作用。
國家電網(wǎng)公司“十三五”規(guī)劃報告中明確了統(tǒng)計戶均配變?nèi)萘恐笜?，各地電力部門也開展了調(diào)查并采取改善措施，取得了良好的效果?！笆晃濉?、“十二五”期間，浙江省海鹽縣加大居民生活用電設(shè)施的投資建設(shè)力度，至2012年末戶均配變?nèi)萘窟_4.7 kVA；2013年山東蓬萊供電公司針對農(nóng)村電網(wǎng)覆蓋面廣、供電人口多、部分農(nóng)村供電能力不足等現(xiàn)象，組織開展農(nóng)村居民戶均配變?nèi)萘空{(diào)查工作，并于2014年深入推進戶均配變?nèi)萘刻嵘こ?；?013年江蘇電網(wǎng)增加電力供應(yīng)、加快配網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)后，至2015年江蘇省農(nóng)村戶均配變?nèi)萘窟_到3.75 kVA；2015年河南省部分地區(qū)也開始進行中壓配電網(wǎng)目標網(wǎng)架規(guī)劃的編制，至2020年戶均配變?nèi)萘繉玫胶艽筇嵘?/p>
在戶均配變?nèi)萘恐笜说玫街匾?、戶均配變?nèi)萘康玫教嵘?、居民生活的改善的同時，也存在以下問題。
（1）戶均配變?nèi)萘渴求w現(xiàn)一個區(qū)域配電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)、供電能力的關(guān)鍵指標，對其進行合理的配置是解決用電“卡脖子”、“大馬拉小車”現(xiàn)象的關(guān)鍵措施［5］，但事實表明，國內(nèi)尚無戶均配變?nèi)萘肯鄳?yīng)的技術(shù)原則。
（2）戶均配變?nèi)萘康奶岣邥M足用戶的用電需求，但戶均配變?nèi)萘窟^高會導致電力設(shè)備輕載甚至空載，造成電力部門及國家投資浪費，經(jīng)濟效益差。
綜上所述，在各地開展戶均配變?nèi)萘空{(diào)查、推進戶均配變?nèi)萘刻嵘こ痰谋尘跋?，為了避免配網(wǎng)建設(shè)中出現(xiàn)供電能力不足或電力資源浪費等現(xiàn)象的發(fā)生，對河南省部分典型地區(qū)開展了基于用戶行為的均配變?nèi)萘垦芯俊?/p>
1 配變?nèi)萘康挠绊懸蛩?/h2>
1.1行政區(qū)位因素
行政區(qū)位是一個國家結(jié)構(gòu)體系的安排，具有層次性和空間性，并承擔一部分行政管理職能［6］。國家根據(jù)相關(guān)的法律規(guī)定，遵循一定的原則，充分考慮經(jīng)濟、政治、地理、文化、歷史、民族、風俗等客觀因素，在空間上將其領(lǐng)土劃分為若干層次，每一層次對應(yīng)一級行政區(qū)域，并在每級行政區(qū)域設(shè)置對應(yīng)的國家地方管理機關(guān)，進行政權(quán)建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)和行政管理。不同的行政區(qū)位在人口、經(jīng)濟發(fā)展水平、建筑面積等方面都不相同［7］。表1是對2014年全國5個不同行政區(qū)位的城市人口、GDP、人均住房面積、日最大負荷、總住房面積等的對比。
表1 全國不同城市人口、GDP、最大負荷、住房面積數(shù)據(jù)對比
從表1中可以看出，不同的行政區(qū)位，各項指標的差異比較明顯。東部沿海較發(fā)達地區(qū)的人口多，經(jīng)濟發(fā)展水平較好，盡管在單位住房面積上不占優(yōu)，但總住房面積非常大。相應(yīng)的電力需求，東部沿海城市則要高于中西部城市。同時，地理位置、氣候?qū)τ陔娏Φ氖褂靡彩怯杏绊懙?。例如：宿遷和信陽2個城市人口數(shù)量接近，經(jīng)濟發(fā)展水平接近，住房面積信陽占優(yōu)，但日最大負荷宿遷較高。不同的行政區(qū)位，需要實地調(diào)研才可以對戶均配變?nèi)萘窟M行準確的規(guī)劃和制定。
1.2經(jīng)濟因素
經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的提高、城市化加速對居民的用電需求有很大的影響。表2是2005—2012年某市經(jīng)濟發(fā)展水平和用電量水平的對比。
從表2中可以看出GDP的增長、人均用電量的增長、人均生活用電量增長三者之間呈正相關(guān)，三者總的漲幅有高有低但都保持著增長的態(tài)勢。近10年中，GDP增長幅度最大的年份在2007年，達到14.2%；相應(yīng)的人均用電量及人均生活用電量也在該年達到極大的漲幅，分別為13.83%、20.62%。
因此，從戶均配變?nèi)萘康慕嵌葋碚f，逐年增長的居民人均生活用電量的增加會影響到容量的規(guī)劃和配置。
1.3電力需求因素
一般而言，中長期電力負荷走向趨勢曲線往往是S型曲線［8—9］。初期增長較為緩慢，到一定階段后有個快速增長期；到趨于飽和后，增長再度變緩，總體呈現(xiàn)一個S型，如圖1所示。
圖1 S型電力負荷發(fā)展曲線
表2 2005—2012年經(jīng)濟發(fā)展水平和用電量水平的對比
不同發(fā)展階段，對戶均配變?nèi)萘恳笠膊幌嗤Ｌ幱诟咚侔l(fā)展期的負荷，配變建設(shè)要跟上負荷增長，否則會造成戶均配變?nèi)萘科?；電力需求接近飽和時，隨著負荷漸漸趨于飽和后，配變?nèi)萘啃枰鲩L不宜太快，否則會造成戶均配變?nèi)萘窟^剩，造成資源浪費。
2 負荷特性分析
2.1居民負荷特性分析
以M市小區(qū)一、N市小區(qū)一為例，對這2個小區(qū)2013年、2014年負荷曲線（如圖2—圖5）分析負荷特性。
對比2個小區(qū)2013年與2014年負荷曲線可以發(fā)現(xiàn)，負荷曲線的走勢大致相同，都表現(xiàn)為“兩峰兩谷”，波峰時間段一般處于12：00～13：00、20：00左右。波谷一般處在4：00、17：00左右。0：00～7：00負荷較低，7：00～9：00是一天工作的開始，負荷曲線開始緩慢上升，負荷增長較快，到中午時間，由于氣溫升高，以及電炊具的使用，至12：00左右，負荷曲線達到第一個波峰，之后負荷開始緩慢下降，到17：00左右達到第二個波谷，之后由于大量的家用電器投入使用，負荷曲線開始上升，至晚間20：00左右，負荷上升到最高點，出現(xiàn)第二個波峰，之后負荷開始下降。
M市小區(qū)一和N市小區(qū)一2013年、2014年的負荷特性指標如表3所示。
圖2 2013年M市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
圖3 2014年M市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
圖4 2013年N市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
表3 2小區(qū)負荷特性指標
從上表3指標可以看出，戶均最大負荷、日平均負荷、日最小負荷率、日峰谷差、日峰谷差、日峰谷差率呈逐年上升趨勢，最大負荷利用小時基本是下降趨勢，說明居民最大負荷逐年上升，波谷與波峰差增大，這樣會導致設(shè)備利用率降低，如果不能夠合理配置配變?nèi)萘?，配變在最大負荷時就可能發(fā)生過載現(xiàn)象，而在最小負荷時設(shè)備利用率比較低。
2.2居民負荷預(yù)測
以L市小區(qū)一為例，以2030年為遠期飽和年，由于其在A類區(qū)域，用電指標選取為70 W/m2，需要系數(shù)選取0.35。
2030年負荷預(yù)測值=2 864戶×77.91 m2/戶× 70 W/m2×0.35/1 000=5 467 kW。
根據(jù)L市小區(qū)一2014年最大負荷為2 835 kW，2014年至2030年自然增長率為1.046，則
2020年負荷預(yù)測值=2 835 kW×1.0466≈3 587 kW。
對各類典型小區(qū)2020年及2030年負荷進行預(yù)測結(jié)果如表4所示。
表4 不同地區(qū)典型小區(qū)最大負荷預(yù)測表
2.3配變經(jīng)濟運行區(qū)間的確定
根據(jù)統(tǒng)計的居民小區(qū)常用配變的型號、參數(shù)，計算出綜合空載損耗、綜合短路損耗、最佳負載率及經(jīng)濟運行下限負載率等參數(shù)。
根據(jù)這些參數(shù)可以確定變壓器最佳經(jīng)濟運行區(qū)間和經(jīng)濟運行區(qū)間（如表5）。由于一個區(qū)域電網(wǎng)由各種型號容量配變組成，若考慮所有配變的公共區(qū)間，則經(jīng)濟運行區(qū)間太小，對負荷的穩(wěn)定性要求高；若考慮所有配變的最大區(qū)間，則在此區(qū)間內(nèi)運行可能會導致非最佳經(jīng)濟運行區(qū)間，所以在考慮一個區(qū)域電網(wǎng)的配變經(jīng)濟運行區(qū)間可以取平均值。
表5 配變最佳經(jīng)濟運行區(qū)間和經(jīng)濟運行區(qū)間%
取SCB10和SCB11常用型號變壓器的最佳運行區(qū)間下限的平均值，為26%；取S9、S10、S11常用型號變壓器的最佳經(jīng)濟運行區(qū)間的平均值，為19%。
根據(jù)不同供電區(qū)域的劃分標準，配變經(jīng)濟運行區(qū)間的選取分別應(yīng)考慮以下因素：
（1）A類區(qū)域
鄭州及洛陽市區(qū)中心區(qū)。居民小區(qū)里可能會出現(xiàn)中型商業(yè)，所以盡量滿足安全性（考慮允許配變過載20%），但也避免出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。
（2）B、C類區(qū)域
B類區(qū)域為18個省轄市市區(qū)（鄭州、洛陽A類地區(qū)除外），C類區(qū)域為108縣城城區(qū)。在運行中要避免輕載，在最大負荷時滿足應(yīng)急照明、電梯等的安全運行，在負荷逐年上升的過程中處于最佳經(jīng)濟運行區(qū)間。
（3）D類區(qū)域
全省縣域4.3萬個行政村?？紤]農(nóng)村負荷特性曲線的峰谷比較大，相較于波峰，農(nóng)村負荷處于波谷時間較長，所以變壓器的經(jīng)濟負載率應(yīng)該避免變壓器的長期低于臨界負荷率運行，同時又應(yīng)該滿足農(nóng)忙需求以及未來負荷增長需求，D類區(qū)域配變?nèi)萘吭诮Y(jié)合農(nóng)村負荷曲線特性、考慮未來負荷發(fā)展需求的前提下，以經(jīng)濟區(qū)間下限為依據(jù)，盡可能提高變壓器的負載率。
3 戶均配變?nèi)萘考靶б娣治?/h2>
3.1戶均配變?nèi)萘康拇_定
在負荷預(yù)測的基礎(chǔ)上，對配變?nèi)萘窟M行選取，選取公式為
配變?nèi)萘?負荷預(yù)測值/（負載率×功率因數(shù)）
根據(jù)A、B、C、D類的配變?nèi)萘窟x取原則分別計算配變?nèi)萘?，以A類地區(qū)為例，如表6所示。
表6 A類地區(qū)典型小區(qū)優(yōu)化配變?nèi)萘?/p>
根據(jù)2020年、2030年負荷預(yù)測值和配變運行的要求，對比2014年A類區(qū)域各個典型小區(qū)配備的配變?nèi)萘?，如圖6所示。
圖6 A類區(qū)域典型小區(qū)的配變?nèi)萘勘容^
A類供區(qū)的3個典型小區(qū)2020年的配備基本能滿足用電需求，但至2030年時，3個小區(qū)的配變雖然能夠在不超載的條件下滿足用戶需求，但最大負載率均達到87%、69%、89%，不能滿足配變經(jīng)濟運行要求及大中型商業(yè)的供電安全性要求。
根據(jù)配變?nèi)萘考坝脩魯?shù)，計算各類供電分區(qū)的戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值及現(xiàn)有配置如表7。
根據(jù)不同的戶均面積和用電指標，可得出戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值如表8所示。
表7 A類區(qū)域典型小區(qū)戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值
表8 A類供電區(qū)域的戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值
3.2經(jīng)濟效益分析
暫不計居民小區(qū)的商業(yè)停電損失，A、B、C、D類供電區(qū)域的效益主要體現(xiàn)在售電效益，假定4類供電區(qū)域的最大負荷利用小時數(shù)分別為2 200 h、2 100 h、2 000 h、1 600 h，則線路所帶負荷與最大負荷利用小時數(shù)即可得到年售電量，收益年值如表9所示。
利用投資年值、效益年值，求得投資效益比，如表10所示。
表9 不同地區(qū)收益年值
表10 投資效益比
3.3敏感性分析
對4類供電區(qū)域的配變?nèi)萘窟M行投資敏感性分析，如表11所示。
表11 配變投資敏感性分析
由表11可以看出，A、B、C、D類地區(qū)每千伏安的配變所需投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元，依次增大，即如果對用戶每提升1 kVA的配變?nèi)萘?，A、B、C、D類供電區(qū)域的投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元。
D類區(qū)域每提升1 kVA投資遠高于其他區(qū)域的主要原因是供電距離長，架設(shè)線路成本高。
4 結(jié)束語
本文從配變的經(jīng)濟運行區(qū)間考慮，計算居民常用配變的最佳負載率、經(jīng)濟運行區(qū)下限、最佳經(jīng)濟運行下限，結(jié)合A、B、C、D類供電分區(qū)的供電要求及城鄉(xiāng)居民不同負荷特性，合理選取的配變經(jīng)濟運行區(qū)間，分別建立適應(yīng)于各個供電分區(qū)的配變經(jīng)濟運行區(qū)間?？紤]各個區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡、同一區(qū)域城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡等因素影響，各地負荷密度指標的不相同，針對國家電網(wǎng)對負荷密度進行的供電區(qū)域劃分，選取不同的配變經(jīng)濟運行區(qū)間，建立基于供電區(qū)域的戶均配變?nèi)萘康牟町惢瘶藴省?/p>
從河南4類供電區(qū)域選取典型居民小區(qū)，分析河南各個供電區(qū)域的歷年負荷數(shù)據(jù)、配變?nèi)萘俊⒂脩魯?shù)等指標，對比現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與戶均配變?nèi)萘窟M行優(yōu)化，建立A、B、C、D 4類供電分區(qū)的戶均配變?nèi)萘康呐渲迷瓌t。針對不同供電分區(qū)分別提出電網(wǎng)建設(shè)方案與戶均配變?nèi)萘颗渲?，對各個供電分區(qū)的電網(wǎng)建設(shè)進行投資效益分析和敏感性分析，得出每提升居民1 kVA的配變?nèi)萘克柰顿Y。
本文基于用戶行為的均配電容量的研究主要有以下幾點作用：
（1）可以保障電網(wǎng)安全運行、降低電網(wǎng)損耗、提高供電可靠性和電能質(zhì)量。
（2）使得配電網(wǎng)能夠最大限度地滿足社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高對用電的需求。
（3）能夠有效地縮小配變?nèi)萘恳?，減少施工投入，提高電力公司人力、物力資源的利用率，達到節(jié)電和降低電網(wǎng)運行成本的目的。
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Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics
QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4
（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）
摘要：結(jié)合河南省部分地區(qū)典型小區(qū)配電變壓器的特點，首先對戶均配變?nèi)萘康挠绊懸蛩剡M行分析，在充分調(diào)研不同典型小區(qū)居民負荷特性的基礎(chǔ)上，對居民負荷及用戶數(shù)進行預(yù)測；之后確定了典型居民小區(qū)的配變?nèi)萘康倪x取，并對配電變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間進行分析；最后對典型居民小區(qū)現(xiàn)有的配變?nèi)萘窟M行了優(yōu)化，并對配電變壓器的投資進行了經(jīng)濟效益分析、敏感性分析等。提出了配變?nèi)萘績?yōu)化方案。
關(guān)鍵詞：配電變壓器；居民小區(qū)；負荷特性；戶均配變?nèi)萘?；效益分?/p>
Abstract：This paper considers with the characteristics of typical residential distribution transformers in some areas of Henan Province. Firstly，this paper analysises the influence factors of average capacity of the distribution transformers; based on the full investigation of the different typical residential load character?istics，the residents load and the number of consumers is predict?ed; Then it determines distribution transformers capacity selection of the typical residenteial area，and analyzes the economic opera?tion interval of the distribution transformers. Then the existing dis?tribution transformer capacity in typical residential area is opti?mized. Finally the the economic benefit and sensitivity of the in?vestment of distribution transformer is analysised. In this paper，the optimized scheme of distribution capacity is put forward.
Key words：distribution transformers; resident areas; load characteristics; average capacity of the distribution transformer; benefit analysis
DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.003
收稿日期：2016-01-08；修回日期：2016-02-23
作者簡介：全少理（1981），男，河南淅川人，本科，電力系統(tǒng)工程師，研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃；李應(yīng)闖（1991），男，河南鄧州人，碩士研究生，研究方向為配電網(wǎng)可靠性及規(guī)劃；張永斌（1976），男，河南汝南人，碩士研究生，電力系統(tǒng)高級工程師，研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃。
中圖分類號：TM714
文獻標志碼：B
全少理，李應(yīng)闖，張永斌，廖祖金，張醒獅，李 響（.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州 0000；.上海電力學院電氣工程學院，上?！?0090；.國網(wǎng)河南省電力公司，鄭州 0000；.上海博英信息科技有限公司，上海 000；.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽 7000）
Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics
QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）
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基于負荷特性的戶均配變?nèi)萘糠治?/p>
全少理1，李應(yīng)闖2，張永斌3，廖祖金4，張醒獅5，李響4
（1.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州450000；2.上海電力學院電氣工程學院，上海200090；3.國網(wǎng)河南省電力公司，鄭州450000；4.上海博英信息科技有限公司，上海200240；5.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司，河南南陽473000）
戶均配電變壓器容量的研究是地區(qū)配電系統(tǒng)規(guī)劃的重要內(nèi)容，直接關(guān)系到該地區(qū)電力供應(yīng)的可靠性以及改造的經(jīng)濟性評價［1—4］，因此合理的選擇戶均配電變壓器容量，不僅可以有效地指導供用電部門進行合理經(jīng)濟地投資，對配電變壓器的節(jié)能經(jīng)濟運行也起著關(guān)鍵作用。
國家電網(wǎng)公司“十三五”規(guī)劃報告中明確了統(tǒng)計戶均配變?nèi)萘恐笜?，各地電力部門也開展了調(diào)查并采取改善措施，取得了良好的效果?！笆晃濉?、“十二五”期間，浙江省海鹽縣加大居民生活用電設(shè)施的投資建設(shè)力度，至2012年末戶均配變?nèi)萘窟_4.7 kVA；2013年山東蓬萊供電公司針對農(nóng)村電網(wǎng)覆蓋面廣、供電人口多、部分農(nóng)村供電能力不足等現(xiàn)象，組織開展農(nóng)村居民戶均配變?nèi)萘空{(diào)查工作，并于2014年深入推進戶均配變?nèi)萘刻嵘こ?；?013年江蘇電網(wǎng)增加電力供應(yīng)、加快配網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)后，至2015年江蘇省農(nóng)村戶均配變?nèi)萘窟_到3.75 kVA；2015年河南省部分地區(qū)也開始進行中壓配電網(wǎng)目標網(wǎng)架規(guī)劃的編制，至2020年戶均配變?nèi)萘繉玫胶艽筇嵘?/p>
在戶均配變?nèi)萘恐笜说玫街匾?、戶均配變?nèi)萘康玫教嵘?、居民生活的改善的同時，也存在以下問題。
（1）戶均配變?nèi)萘渴求w現(xiàn)一個區(qū)域配電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)、供電能力的關(guān)鍵指標，對其進行合理的配置是解決用電“卡脖子”、“大馬拉小車”現(xiàn)象的關(guān)鍵措施［5］，但事實表明，國內(nèi)尚無戶均配變?nèi)萘肯鄳?yīng)的技術(shù)原則。
（2）戶均配變?nèi)萘康奶岣邥M足用戶的用電需求，但戶均配變?nèi)萘窟^高會導致電力設(shè)備輕載甚至空載，造成電力部門及國家投資浪費，經(jīng)濟效益差。
綜上所述，在各地開展戶均配變?nèi)萘空{(diào)查、推進戶均配變?nèi)萘刻嵘こ痰谋尘跋?，為了避免配網(wǎng)建設(shè)中出現(xiàn)供電能力不足或電力資源浪費等現(xiàn)象的發(fā)生，對河南省部分典型地區(qū)開展了基于用戶行為的均配變?nèi)萘垦芯俊?/p>
1 配變?nèi)萘康挠绊懸蛩?/h2>
1.1行政區(qū)位因素
行政區(qū)位是一個國家結(jié)構(gòu)體系的安排，具有層次性和空間性，并承擔一部分行政管理職能［6］。國家根據(jù)相關(guān)的法律規(guī)定，遵循一定的原則，充分考慮經(jīng)濟、政治、地理、文化、歷史、民族、風俗等客觀因素，在空間上將其領(lǐng)土劃分為若干層次，每一層次對應(yīng)一級行政區(qū)域，并在每級行政區(qū)域設(shè)置對應(yīng)的國家地方管理機關(guān)，進行政權(quán)建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)和行政管理。不同的行政區(qū)位在人口、經(jīng)濟發(fā)展水平、建筑面積等方面都不相同［7］。表1是對2014年全國5個不同行政區(qū)位的城市人口、GDP、人均住房面積、日最大負荷、總住房面積等的對比。
表1 全國不同城市人口、GDP、最大負荷、住房面積數(shù)據(jù)對比
從表1中可以看出，不同的行政區(qū)位，各項指標的差異比較明顯。東部沿海較發(fā)達地區(qū)的人口多，經(jīng)濟發(fā)展水平較好，盡管在單位住房面積上不占優(yōu)，但總住房面積非常大。相應(yīng)的電力需求，東部沿海城市則要高于中西部城市。同時，地理位置、氣候?qū)τ陔娏Φ氖褂靡彩怯杏绊懙?。例如：宿遷和信陽2個城市人口數(shù)量接近，經(jīng)濟發(fā)展水平接近，住房面積信陽占優(yōu)，但日最大負荷宿遷較高。不同的行政區(qū)位，需要實地調(diào)研才可以對戶均配變?nèi)萘窟M行準確的規(guī)劃和制定。
1.2經(jīng)濟因素
經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的提高、城市化加速對居民的用電需求有很大的影響。表2是2005—2012年某市經(jīng)濟發(fā)展水平和用電量水平的對比。
從表2中可以看出GDP的增長、人均用電量的增長、人均生活用電量增長三者之間呈正相關(guān)，三者總的漲幅有高有低但都保持著增長的態(tài)勢。近10年中，GDP增長幅度最大的年份在2007年，達到14.2%；相應(yīng)的人均用電量及人均生活用電量也在該年達到極大的漲幅，分別為13.83%、20.62%。
因此，從戶均配變?nèi)萘康慕嵌葋碚f，逐年增長的居民人均生活用電量的增加會影響到容量的規(guī)劃和配置。
1.3電力需求因素
一般而言，中長期電力負荷走向趨勢曲線往往是S型曲線［8—9］。初期增長較為緩慢，到一定階段后有個快速增長期；到趨于飽和后，增長再度變緩，總體呈現(xiàn)一個S型，如圖1所示。
圖1 S型電力負荷發(fā)展曲線
表2 2005—2012年經(jīng)濟發(fā)展水平和用電量水平的對比
不同發(fā)展階段，對戶均配變?nèi)萘恳笠膊幌嗤Ｌ幱诟咚侔l(fā)展期的負荷，配變建設(shè)要跟上負荷增長，否則會造成戶均配變?nèi)萘科?；電力需求接近飽和時，隨著負荷漸漸趨于飽和后，配變?nèi)萘啃枰鲩L不宜太快，否則會造成戶均配變?nèi)萘窟^剩，造成資源浪費。
2 負荷特性分析
2.1居民負荷特性分析
以M市小區(qū)一、N市小區(qū)一為例，對這2個小區(qū)2013年、2014年負荷曲線（如圖2—圖5）分析負荷特性。
對比2個小區(qū)2013年與2014年負荷曲線可以發(fā)現(xiàn)，負荷曲線的走勢大致相同，都表現(xiàn)為“兩峰兩谷”，波峰時間段一般處于12：00～13：00、20：00左右。波谷一般處在4：00、17：00左右。0：00～7：00負荷較低，7：00～9：00是一天工作的開始，負荷曲線開始緩慢上升，負荷增長較快，到中午時間，由于氣溫升高，以及電炊具的使用，至12：00左右，負荷曲線達到第一個波峰，之后負荷開始緩慢下降，到17：00左右達到第二個波谷，之后由于大量的家用電器投入使用，負荷曲線開始上升，至晚間20：00左右，負荷上升到最高點，出現(xiàn)第二個波峰，之后負荷開始下降。
M市小區(qū)一和N市小區(qū)一2013年、2014年的負荷特性指標如表3所示。
圖2 2013年M市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
圖3 2014年M市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
圖4 2013年N市小區(qū)一典型日負荷特性曲線
表3 2小區(qū)負荷特性指標
從上表3指標可以看出，戶均最大負荷、日平均負荷、日最小負荷率、日峰谷差、日峰谷差、日峰谷差率呈逐年上升趨勢，最大負荷利用小時基本是下降趨勢，說明居民最大負荷逐年上升，波谷與波峰差增大，這樣會導致設(shè)備利用率降低，如果不能夠合理配置配變?nèi)萘?，配變在最大負荷時就可能發(fā)生過載現(xiàn)象，而在最小負荷時設(shè)備利用率比較低。
2.2居民負荷預(yù)測
以L市小區(qū)一為例，以2030年為遠期飽和年，由于其在A類區(qū)域，用電指標選取為70 W/m2，需要系數(shù)選取0.35。
2030年負荷預(yù)測值=2 864戶×77.91 m2/戶× 70 W/m2×0.35/1 000=5 467 kW。
根據(jù)L市小區(qū)一2014年最大負荷為2 835 kW，2014年至2030年自然增長率為1.046，則
2020年負荷預(yù)測值=2 835 kW×1.0466≈3 587 kW。
對各類典型小區(qū)2020年及2030年負荷進行預(yù)測結(jié)果如表4所示。
表4 不同地區(qū)典型小區(qū)最大負荷預(yù)測表
2.3配變經(jīng)濟運行區(qū)間的確定
根據(jù)統(tǒng)計的居民小區(qū)常用配變的型號、參數(shù)，計算出綜合空載損耗、綜合短路損耗、最佳負載率及經(jīng)濟運行下限負載率等參數(shù)。
根據(jù)這些參數(shù)可以確定變壓器最佳經(jīng)濟運行區(qū)間和經(jīng)濟運行區(qū)間（如表5）。由于一個區(qū)域電網(wǎng)由各種型號容量配變組成，若考慮所有配變的公共區(qū)間，則經(jīng)濟運行區(qū)間太小，對負荷的穩(wěn)定性要求高；若考慮所有配變的最大區(qū)間，則在此區(qū)間內(nèi)運行可能會導致非最佳經(jīng)濟運行區(qū)間，所以在考慮一個區(qū)域電網(wǎng)的配變經(jīng)濟運行區(qū)間可以取平均值。
表5 配變最佳經(jīng)濟運行區(qū)間和經(jīng)濟運行區(qū)間%
取SCB10和SCB11常用型號變壓器的最佳運行區(qū)間下限的平均值，為26%；取S9、S10、S11常用型號變壓器的最佳經(jīng)濟運行區(qū)間的平均值，為19%。
根據(jù)不同供電區(qū)域的劃分標準，配變經(jīng)濟運行區(qū)間的選取分別應(yīng)考慮以下因素：
（1）A類區(qū)域
鄭州及洛陽市區(qū)中心區(qū)。居民小區(qū)里可能會出現(xiàn)中型商業(yè)，所以盡量滿足安全性（考慮允許配變過載20%），但也避免出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。
（2）B、C類區(qū)域
B類區(qū)域為18個省轄市市區(qū)（鄭州、洛陽A類地區(qū)除外），C類區(qū)域為108縣城城區(qū)。在運行中要避免輕載，在最大負荷時滿足應(yīng)急照明、電梯等的安全運行，在負荷逐年上升的過程中處于最佳經(jīng)濟運行區(qū)間。
（3）D類區(qū)域
全省縣域4.3萬個行政村?？紤]農(nóng)村負荷特性曲線的峰谷比較大，相較于波峰，農(nóng)村負荷處于波谷時間較長，所以變壓器的經(jīng)濟負載率應(yīng)該避免變壓器的長期低于臨界負荷率運行，同時又應(yīng)該滿足農(nóng)忙需求以及未來負荷增長需求，D類區(qū)域配變?nèi)萘吭诮Y(jié)合農(nóng)村負荷曲線特性、考慮未來負荷發(fā)展需求的前提下，以經(jīng)濟區(qū)間下限為依據(jù)，盡可能提高變壓器的負載率。
3 戶均配變?nèi)萘考靶б娣治?/h2>
3.1戶均配變?nèi)萘康拇_定
在負荷預(yù)測的基礎(chǔ)上，對配變?nèi)萘窟M行選取，選取公式為
配變?nèi)萘?負荷預(yù)測值/（負載率×功率因數(shù)）
根據(jù)A、B、C、D類的配變?nèi)萘窟x取原則分別計算配變?nèi)萘?，以A類地區(qū)為例，如表6所示。
表6 A類地區(qū)典型小區(qū)優(yōu)化配變?nèi)萘?/p>
根據(jù)2020年、2030年負荷預(yù)測值和配變運行的要求，對比2014年A類區(qū)域各個典型小區(qū)配備的配變?nèi)萘?，如圖6所示。
圖6 A類區(qū)域典型小區(qū)的配變?nèi)萘勘容^
A類供區(qū)的3個典型小區(qū)2020年的配備基本能滿足用電需求，但至2030年時，3個小區(qū)的配變雖然能夠在不超載的條件下滿足用戶需求，但最大負載率均達到87%、69%、89%，不能滿足配變經(jīng)濟運行要求及大中型商業(yè)的供電安全性要求。
根據(jù)配變?nèi)萘考坝脩魯?shù)，計算各類供電分區(qū)的戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值及現(xiàn)有配置如表7。
根據(jù)不同的戶均面積和用電指標，可得出戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值如表8所示。
表7 A類區(qū)域典型小區(qū)戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值
表8 A類供電區(qū)域的戶均配變?nèi)萘績?yōu)化值
3.2經(jīng)濟效益分析
暫不計居民小區(qū)的商業(yè)停電損失，A、B、C、D類供電區(qū)域的效益主要體現(xiàn)在售電效益，假定4類供電區(qū)域的最大負荷利用小時數(shù)分別為2 200 h、2 100 h、2 000 h、1 600 h，則線路所帶負荷與最大負荷利用小時數(shù)即可得到年售電量，收益年值如表9所示。
利用投資年值、效益年值，求得投資效益比，如表10所示。
表9 不同地區(qū)收益年值
表10 投資效益比
3.3敏感性分析
對4類供電區(qū)域的配變?nèi)萘窟M行投資敏感性分析，如表11所示。
表11 配變投資敏感性分析
由表11可以看出，A、B、C、D類地區(qū)每千伏安的配變所需投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元，依次增大，即如果對用戶每提升1 kVA的配變?nèi)萘?，A、B、C、D類供電區(qū)域的投資分別為1 377元、1 590元、2 101元、15 421元。
D類區(qū)域每提升1 kVA投資遠高于其他區(qū)域的主要原因是供電距離長，架設(shè)線路成本高。
4 結(jié)束語
本文從配變的經(jīng)濟運行區(qū)間考慮，計算居民常用配變的最佳負載率、經(jīng)濟運行區(qū)下限、最佳經(jīng)濟運行下限，結(jié)合A、B、C、D類供電分區(qū)的供電要求及城鄉(xiāng)居民不同負荷特性，合理選取的配變經(jīng)濟運行區(qū)間，分別建立適應(yīng)于各個供電分區(qū)的配變經(jīng)濟運行區(qū)間?？紤]各個區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡、同一區(qū)域城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡等因素影響，各地負荷密度指標的不相同，針對國家電網(wǎng)對負荷密度進行的供電區(qū)域劃分，選取不同的配變經(jīng)濟運行區(qū)間，建立基于供電區(qū)域的戶均配變?nèi)萘康牟町惢瘶藴省?/p>
從河南4類供電區(qū)域選取典型居民小區(qū)，分析河南各個供電區(qū)域的歷年負荷數(shù)據(jù)、配變?nèi)萘俊⒂脩魯?shù)等指標，對比現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與戶均配變?nèi)萘窟M行優(yōu)化，建立A、B、C、D 4類供電分區(qū)的戶均配變?nèi)萘康呐渲迷瓌t。針對不同供電分區(qū)分別提出電網(wǎng)建設(shè)方案與戶均配變?nèi)萘颗渲?，對各個供電分區(qū)的電網(wǎng)建設(shè)進行投資效益分析和敏感性分析，得出每提升居民1 kVA的配變?nèi)萘克柰顿Y。
本文基于用戶行為的均配電容量的研究主要有以下幾點作用：
（1）可以保障電網(wǎng)安全運行、降低電網(wǎng)損耗、提高供電可靠性和電能質(zhì)量。
（2）使得配電網(wǎng)能夠最大限度地滿足社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高對用電的需求。
（3）能夠有效地縮小配變?nèi)萘恳?，減少施工投入，提高電力公司人力、物力資源的利用率，達到節(jié)電和降低電網(wǎng)運行成本的目的。
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Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics
QUAN Shao?li1，LI Ying?chuang2，ZHANG Yong?bin3，LIAO Zu?jin4，ZHANG Xing?shi5，LI Xiang4
（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）
摘要：結(jié)合河南省部分地區(qū)典型小區(qū)配電變壓器的特點，首先對戶均配變?nèi)萘康挠绊懸蛩剡M行分析，在充分調(diào)研不同典型小區(qū)居民負荷特性的基礎(chǔ)上，對居民負荷及用戶數(shù)進行預(yù)測；之后確定了典型居民小區(qū)的配變?nèi)萘康倪x取，并對配電變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間進行分析；最后對典型居民小區(qū)現(xiàn)有的配變?nèi)萘窟M行了優(yōu)化，并對配電變壓器的投資進行了經(jīng)濟效益分析、敏感性分析等。提出了配變?nèi)萘績?yōu)化方案。
關(guān)鍵詞：配電變壓器；居民小區(qū)；負荷特性；戶均配變?nèi)萘?；效益分?/p>
Abstract：This paper considers with the characteristics of typical residential distribution transformers in some areas of Henan Province. Firstly，this paper analysises the influence factors of average capacity of the distribution transformers; based on the full investigation of the different typical residential load character?istics，the residents load and the number of consumers is predict?ed; Then it determines distribution transformers capacity selection of the typical residenteial area，and analyzes the economic opera?tion interval of the distribution transformers. Then the existing dis?tribution transformer capacity in typical residential area is opti?mized. Finally the the economic benefit and sensitivity of the in?vestment of distribution transformer is analysised. In this paper，the optimized scheme of distribution capacity is put forward.
Key words：distribution transformers; resident areas; load characteristics; average capacity of the distribution transformer; benefit analysis
DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.003
收稿日期：2016-01-08；修回日期：2016-02-23
作者簡介：全少理（1981），男，河南淅川人，本科，電力系統(tǒng)工程師，研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃；李應(yīng)闖（1991），男，河南鄧州人，碩士研究生，研究方向為配電網(wǎng)可靠性及規(guī)劃；張永斌（1976），男，河南汝南人，碩士研究生，電力系統(tǒng)高級工程師，研究方向為配電網(wǎng)規(guī)劃。
中圖分類號：TM714
文獻標志碼：B
