基于“三級網(wǎng)格”的配電網(wǎng)規(guī)劃方法研究及應(yīng)用

張　魁，王亞明，伏祥運(yùn)，李　紅，王　靖，王　巖

（1.國網(wǎng)連云港供電公司，江蘇連云港222004；2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京100085）

基于“三級網(wǎng)格”的配電網(wǎng)規(guī)劃方法研究及應(yīng)用

張魁1，王亞明1，伏祥運(yùn)1，李紅1，王靖1，王巖2

（1.國網(wǎng)連云港供電公司，江蘇連云港222004；2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京100085）

在江蘇已推廣的單元制規(guī)劃的方法基礎(chǔ)上結(jié)合自身實際總結(jié)形成了包括配電網(wǎng)格、功能網(wǎng)格、用電網(wǎng)格三個層次的網(wǎng)格化規(guī)劃方法，并通過實例應(yīng)用驗證基于"三級網(wǎng)格"的配電網(wǎng)規(guī)劃方法的可操作性和合理性。結(jié)果表明基于"三級網(wǎng)格"的配電網(wǎng)規(guī)劃方法切實可行，符合連云港地區(qū)配電網(wǎng)實際，實用性較強(qiáng)。

三級網(wǎng)格；配電網(wǎng)；網(wǎng)格化規(guī)劃

網(wǎng)格化規(guī)劃作為配電網(wǎng)規(guī)劃的一種新的理念及方法，對于強(qiáng)化電網(wǎng)公司對電網(wǎng)的管控，創(chuàng)新電網(wǎng)公司管理電網(wǎng)的技術(shù)和手段，具有非常重大的價值。近兩年，北京、深圳、蘇州等地供電公司運(yùn)用網(wǎng)格化規(guī)劃理念方法做了許多有益的探索及實踐，積累了豐富的經(jīng)驗［1］。江蘇結(jié)合自身實際總結(jié)提出了單元制規(guī)劃理念，所謂配電網(wǎng)單元制規(guī)劃是指以目標(biāo)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以地塊用電需求為導(dǎo)向，將中壓配電網(wǎng)按區(qū)塊合理規(guī)劃劃分為若干供電單元，每個供電單元可獨立承擔(dān)該區(qū)塊的正常供電任務(wù)，滿足區(qū)塊內(nèi)的用電可靠性要求，并預(yù)留有備用容量以滿足日后的負(fù)荷增長需求。

1　“三級網(wǎng)格”定義和劃分原則

1.1“三級網(wǎng)格”定義

“三級網(wǎng)格”為配電網(wǎng)格、功能網(wǎng)格、用電網(wǎng)格三個層級的供電區(qū)域劃分，在三級網(wǎng)格劃分中一個用電網(wǎng)格僅屬于一個功能網(wǎng)格，一個功能網(wǎng)格又僅屬于一個配電網(wǎng)格。如圖1所示。

圖1　三級網(wǎng)格層次結(jié)構(gòu)定義

（1）配電網(wǎng)格。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上，配電網(wǎng)格是一個中壓網(wǎng)架相對獨立的供電區(qū)；在供電安全水平上，配電網(wǎng)格內(nèi)發(fā)生高壓電網(wǎng)“N-1”故障后，仍可自給自足，滿足供電安全水平要求。配電網(wǎng)格也是一個可作為獨立區(qū)域來進(jìn)行配電網(wǎng)專項規(guī)劃的規(guī)劃單元［2］。

（2）功能網(wǎng)格。功能網(wǎng)格是由具有共同發(fā)展目標(biāo)的、大小適度的、地理空間連續(xù)的供電區(qū)域組成的功能區(qū)，一般功能網(wǎng)格內(nèi)接線由1組至3組中壓網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線組成。最終體現(xiàn)了電力用戶對供電可靠性的差異化要求，是可獨立設(shè)定規(guī)劃目標(biāo)（供電可靠性）的最小供（用）電單元。

（3）用電網(wǎng)格。在地理分布上，用電網(wǎng)格是由若干個相鄰的、供電區(qū)域分類等級相同或接近的、用電性質(zhì)或?qū)╇娍煽啃砸笠恢碌牡貕K組合，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上，用電網(wǎng)格的網(wǎng)架為一組中壓網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線。用電網(wǎng)格的劃分體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)低壓用戶的用電特性，是可根據(jù)低壓配變的供電范圍進(jìn)行低壓電網(wǎng)管理的供電單元。

1.2“三級網(wǎng)格”劃分

規(guī)劃區(qū)應(yīng)根據(jù)區(qū)域行政級別、供區(qū)分類、市政規(guī)劃、現(xiàn)狀電網(wǎng)情況、規(guī)劃年負(fù)荷預(yù)測等指標(biāo)進(jìn)行“三級網(wǎng)格”劃分。

（1）配電網(wǎng)格劃分。配電網(wǎng)格劃分的目的是強(qiáng)化配電網(wǎng)格內(nèi)的“自治自愈”管理能力，以此簡化從配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計到調(diào)度運(yùn)行的管理難度，提高管理效益。劃分應(yīng)圍繞其“中壓網(wǎng)架獨立性”、“自治自愈”特征進(jìn)行，并考慮供電公司管理和數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計的方便。原則上，配電網(wǎng)格間的聯(lián)絡(luò)只能通過變電站/開關(guān)站母線間母聯(lián)開關(guān)進(jìn)行，即中壓線路在配電網(wǎng)格之間無直接的聯(lián)絡(luò)關(guān)系（若條件不允許，則要求配電網(wǎng)格間設(shè)置有固定的運(yùn)行（聯(lián)絡(luò)）方式）。

在實際劃分配電網(wǎng)格時，應(yīng)結(jié)合功能區(qū)域定位、開發(fā)深度、電網(wǎng)現(xiàn)狀及上級電源規(guī)劃等綜合考慮，可適度合并幾個“供電區(qū)域（功能分區(qū)）”而形成一個配電網(wǎng)格，以避免大規(guī)模的電網(wǎng)改造或過大的新線路投資；同時，一個配電網(wǎng)格內(nèi)應(yīng)至少包含一座35 kV及以上變電站，以此滿足“配電網(wǎng)格內(nèi)高壓電網(wǎng)‘N-1’故障后，仍可自給自足，滿足供電安全水平要求“的條件，并作為配電網(wǎng)格內(nèi)負(fù)荷需求的一個基本判據(jù)。

（2）功能網(wǎng)格劃分。功能網(wǎng)格劃分主要考慮用戶對供電可靠性的差異化要求，即以用電可靠性為準(zhǔn)則，將同一配電網(wǎng)格中的、地理位置相鄰的用戶進(jìn)行歸類，形成功能網(wǎng)格劃分結(jié)果，一個功能網(wǎng)格具有的特征：①具有一種主要的用地性質(zhì)，各用地性質(zhì)相互作用形成具有某類特點的功能區(qū)；② 具有1組至3組獨立的中壓網(wǎng)接線；③ 用戶供電可靠性要求相近。

（3）用電網(wǎng)格劃分。用電網(wǎng)格劃分則以功能網(wǎng)格內(nèi)的一組中壓網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線為準(zhǔn)則，按照其供電范圍進(jìn)行劃分。

2　網(wǎng)格編碼原則

2.1網(wǎng)格編碼組成

每個網(wǎng)格應(yīng)實行統(tǒng)一編碼管理，網(wǎng)格的編碼應(yīng)惟一，并便于識別，且電網(wǎng)建設(shè)需依據(jù)網(wǎng)格特征進(jìn)行，所以網(wǎng)格編碼包括2部分，一部分為網(wǎng)格編號，一部分為網(wǎng)格特征編碼。

（1）網(wǎng)格編號。網(wǎng)格編號原則上根據(jù)地市拼音縮寫—縣（區(qū)）拼音縮寫—鎮(zhèn)（街道、開發(fā)區(qū)）拼音縮寫—網(wǎng)格序號進(jìn)行編號；網(wǎng)格序號在一個分區(qū)內(nèi)按地圖上從左到右（從西到東），從上到下（從北到南）的順序進(jìn)行編號。

（2）網(wǎng)格等級特征編碼。經(jīng)分析，體現(xiàn)網(wǎng)格等級的特征包括供電等級、景觀要求、飽和負(fù)荷密度、發(fā)展預(yù)期的可觀察度（負(fù)荷成熟度）4個方面，由此形成網(wǎng)格等級特征編碼。如圖2所示。

圖2　網(wǎng)格特征編碼構(gòu)成

2.2網(wǎng)格編碼原則

在深入挖掘配電網(wǎng)格、功能網(wǎng)格、用電網(wǎng)格三級網(wǎng)格特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)格編號原則及網(wǎng)格等級特征編碼原則，制定“三級網(wǎng)格”編碼原則，編碼包括地市、縣區(qū)、縣鎮(zhèn)名稱、網(wǎng)格編號、供區(qū)分類、區(qū)域發(fā)展類型、目標(biāo)網(wǎng)架接線和功能區(qū)性質(zhì)，如表1所示。

3　基于“三級網(wǎng)格”的配電網(wǎng)規(guī)劃方法

3.1配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

3.1.1配電網(wǎng)格分析

配電網(wǎng)格分析包括高壓配電網(wǎng)和中低壓配電網(wǎng)2方面，通過對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)設(shè)備、運(yùn)行水平等方面的分析對配電網(wǎng)格現(xiàn)狀進(jìn)行評估［3］。配電網(wǎng)格分析如圖3所示。

（1）高壓配電網(wǎng)方面：對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、變電站容量配置、變電站負(fù)載率、無功補(bǔ)償、間隔利用率、高壓變電站及線路“N-1”、負(fù)荷組校驗、區(qū)域容載比等進(jìn)行分析。

（2）中低壓配電網(wǎng)方面：對中壓線路供電半徑、中壓網(wǎng)接線方式、中壓線路分段情況等；中壓網(wǎng)裝備技術(shù)水平包括中壓線路、環(huán)網(wǎng)單元、開關(guān)站、配電室、箱式變電站、柱上變壓器、柱上開關(guān)的規(guī)模、運(yùn)行年限等；中壓電網(wǎng)運(yùn)行水平包括中壓線路負(fù)載率、線路“N-1”校驗、負(fù)荷組校驗、自動化建設(shè)水平等進(jìn)行分析。

3.1.2功能網(wǎng)格分析

作為“三級網(wǎng)格“的第二級網(wǎng)格，功能網(wǎng)格的現(xiàn)狀分析應(yīng)結(jié)合市政規(guī)劃進(jìn)行，并體現(xiàn)最終電力用戶對供電可靠性的差異化要求，在一級網(wǎng)格分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理分析，更好的滿足電網(wǎng)規(guī)劃管理要求。功能網(wǎng)格分析如圖4所示。

（1）功能分區(qū)。應(yīng)與城市規(guī)劃中功能分區(qū)一致，對功能分區(qū)進(jìn)行簡要分析，并對規(guī)劃路網(wǎng)、現(xiàn)狀電力通道進(jìn)行對比分析。

（2）供電可靠性要求。通過用戶用電性質(zhì)的分析，對不同用電性質(zhì)的功能網(wǎng)格的可靠性要求進(jìn)行分析。

3.1.3用電網(wǎng)格分析

作為“三級網(wǎng)格”的第三級網(wǎng)格，用電網(wǎng)格主要體現(xiàn)低壓用戶用電的差異性。用電網(wǎng)格分析如圖5所示。

（1）用地性質(zhì)。分析用電網(wǎng)格的用地性質(zhì)，從而得知用戶用電特性及用戶的重要程度。

（2）低壓用戶用電性質(zhì)。分析用電網(wǎng)格內(nèi)低壓用戶的用電特性，得知低壓用戶供電可靠性的差異性。

3.2網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷預(yù)測應(yīng)以配電網(wǎng)格為基本單元，根據(jù)其發(fā)展類型及供電負(fù)荷情況，選用適合其未來發(fā)展的負(fù)荷預(yù)測方法。各種類型配電網(wǎng)格近中期、遠(yuǎn)期適用的負(fù)荷預(yù)測方法［4，5］如表2所示。

3.3網(wǎng)格配網(wǎng)建設(shè)要求

以“三級網(wǎng)格“為出發(fā)點，對現(xiàn)有的配網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃技術(shù)原則進(jìn)行梳理，形成基于”三級網(wǎng)格“的配網(wǎng)建設(shè)技術(shù)要求。

表1　網(wǎng)格編碼原則

圖3　配電網(wǎng)格分析

圖4　功能網(wǎng)格分析

圖5　用電網(wǎng)格分析

表2　配電網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測方法適用表

3.3.1配電網(wǎng)格建設(shè)要求

（1）110（35）kV結(jié)構(gòu)。接線模式包括雙輻射、雙環(huán)網(wǎng)、單鏈、雙鏈、三鏈5種，可根據(jù)發(fā)展情況選取適當(dāng)?shù)倪^渡接線。

（2）110（35）kV變電站建設(shè)要求包括變電站最大供電能力、供區(qū)分類、建設(shè)原則、變電站型式、變壓器規(guī)模、變壓器容量以及變電站擴(kuò)建主變原則。

（3）110（35）kV線路。應(yīng)滿足江蘇配電網(wǎng)實施細(xì)則的要求。

配電網(wǎng)格高壓建設(shè)要求如表3所示。

3.3.2功能網(wǎng)格建設(shè)要求

（1）10 kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對于A，B類供電區(qū)中飽和負(fù)荷密度較高的居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、行政區(qū)、文教區(qū)推薦選用電纜雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)、兩供一備接線模式；對于C類供電區(qū)中飽和負(fù)荷密度較高的居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、行政區(qū)、文教區(qū)推薦選用電纜單環(huán)網(wǎng)接線模式，供電可靠性要求較高的特殊區(qū)域也可采用電纜雙環(huán)網(wǎng)、兩供一備；D類供電區(qū)采用架空接線，根據(jù)規(guī)劃區(qū)域負(fù)荷密度情況，選用四分段兩兩聯(lián)絡(luò)接線或四分段單聯(lián)絡(luò)接線模式［6］。模式過渡如圖6所示。

（2）10 kV配電設(shè)備。10 kV配電設(shè)備選型應(yīng)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、序列化、簡約化。連云港地區(qū)的開關(guān)站主要采用環(huán)網(wǎng)型和終端型2種；環(huán)網(wǎng)柜一般采取2進(jìn)4出現(xiàn)規(guī)模［7］。

3.3.3用電網(wǎng)格建設(shè)要求

用電網(wǎng)格是體現(xiàn)城市管理與電網(wǎng)管理相協(xié)調(diào)的最小單元。主要包括配變?nèi)葺d比、低壓網(wǎng)架、低壓供電半徑、低壓線路選型4個方面。按照不同負(fù)荷密度的要求，給出了不同用電網(wǎng)格的建設(shè)要求。

3.4網(wǎng)格管理

網(wǎng)格管理包括一般性管理和變化管理。

（1）網(wǎng)格一般性管理包括網(wǎng)格管理、項目庫管理。網(wǎng)格管理主要對已經(jīng)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行管理，可以以三級網(wǎng)格為單元進(jìn)行網(wǎng)格接線圖、設(shè)備類型規(guī)模、負(fù)荷水平、項目呈現(xiàn)等方面進(jìn)行查詢展示，通過網(wǎng)格惟一特征編碼為檢索，實現(xiàn)網(wǎng)格特征信息錄入、修改、刪除，網(wǎng)格接線模式繪制等功能。網(wǎng)格信息包括網(wǎng)格特征編號、網(wǎng)格接線模式、網(wǎng)格可靠性指標(biāo)等；項目庫管理包括項目查詢和項目排列組合。前者通過查詢了解項目建設(shè)必要性、建設(shè)規(guī)模、建設(shè)時間、前置條件等。后者根據(jù)給定的約束條件（如投資限定），對項目進(jìn)行排序調(diào)整，并生成單獨的項目包。

表3　配電網(wǎng)格高壓建設(shè)要求

（2）網(wǎng)格劃分變化管理指網(wǎng)格劃分出現(xiàn)變化，由此形成的對網(wǎng)格的額外管理。網(wǎng)格劃分變化管理包括網(wǎng)格合并管理及網(wǎng)格拆分管理。前者指當(dāng)?shù)貐^(qū)政策有較大變化或網(wǎng)格內(nèi)負(fù)荷驟然減少時才進(jìn)行合并，如總規(guī)用地性質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化、網(wǎng)格內(nèi)眾多大用戶遷出等；后者指由于電網(wǎng)建設(shè)初期，地區(qū)負(fù)荷較小且沒有快速增長的跡象，一般先將該類區(qū)域作為一個網(wǎng)格進(jìn)行管理，等到負(fù)荷增長后再進(jìn)行細(xì)致的網(wǎng)格劃分，此時便涉及到網(wǎng)格的拆分，網(wǎng)格拆分主要涉及網(wǎng)格編號、網(wǎng)格項目編號的變化。

圖6　目標(biāo)網(wǎng)架過渡接線

4　規(guī)劃實踐

根據(jù)“三級網(wǎng)格”規(guī)劃體系，按照省公司“一流配電網(wǎng)”建設(shè)、蘇中蘇北電網(wǎng)“兩步走”的發(fā)展戰(zhàn)略及差異化規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基本原則，對連云港地區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格化“一流配電網(wǎng)”規(guī)劃。

4.1網(wǎng)格劃分及編碼

連云港全市范圍總共劃分了69個配電網(wǎng)格，功能網(wǎng)格215個，其中連云港市區(qū)劃分為42個配電網(wǎng)格，功能網(wǎng)格116個；東?？h劃分為12個配電網(wǎng)格，功能網(wǎng)格40個；灌云縣劃分為7個配電網(wǎng)格，功能網(wǎng)格30個；灌南縣劃分為8個配電網(wǎng)格，功能網(wǎng)格29個。網(wǎng)格編碼示意如表4所示。

表4　連云港三級網(wǎng)格編碼示意

4.2某配電網(wǎng)格規(guī)劃成果

4.2.1現(xiàn)狀分析

基于三級網(wǎng)格的現(xiàn)狀電網(wǎng)分析分為高壓、中壓、低壓三部分，如表5—7所示。

表5　配電網(wǎng)格現(xiàn)狀分析（高壓）

表6　配電網(wǎng)格現(xiàn)狀分析（中壓）

表7　配電網(wǎng)格現(xiàn)狀分析（低壓）

4.2.2負(fù)荷預(yù)測

以配電網(wǎng)格為基本單元對連云港地區(qū)69個配電網(wǎng)格的遠(yuǎn)景、中期和近期負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，最終得到每個配電網(wǎng)格的總負(fù)荷及分布負(fù)荷。某配電網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測結(jié)果如表8所示，且2012～2015年增長率為6.32%。

表8　某配電網(wǎng)格負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

4.2.3目標(biāo)網(wǎng)架及過渡

根據(jù)推薦的中壓網(wǎng)接線模式，確定每個功能網(wǎng)格的目標(biāo)網(wǎng)架，每個功能網(wǎng)格中壓網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接線為1至3組，部分功能網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架接線如表9所示。

表9　功能網(wǎng)格目標(biāo)網(wǎng)架示意

3.2.4規(guī)劃項目庫

分別以配電網(wǎng)格、功能網(wǎng)格、用電網(wǎng)格三級網(wǎng)格為單元，建立高壓、中壓、低壓項目庫，并對項目庫進(jìn)行編碼，部分項目明細(xì)如表10所示。

表10　規(guī)劃項目庫示意

5　結(jié)束語

連云港供電公司通過三級網(wǎng)格規(guī)劃方法，以各級目標(biāo)網(wǎng)架為抓手、實現(xiàn)縱向標(biāo)準(zhǔn)化貫通、橫向合理有機(jī)銜接，并將實踐成果反哺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，形成從實踐到理論、從技術(shù)到管理、從管理粗放到精細(xì)化的跨越，更好地服務(wù)于連云港“一流配電網(wǎng)”建設(shè)。

［1］李 冬，田 強(qiáng).中壓配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃方法研究［J］.電工電氣，2014（7）：5-7，12.

［2］Q/GDW 1738—2012配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［3］張植華，李 健，林 毓，等.網(wǎng)格化城市配電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架動態(tài)構(gòu)建方法［J］.陜西電力，2015（2）：23-29.

［4］梁超友.10 kV配電網(wǎng)“網(wǎng)格化”規(guī)劃研究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014（19）：117.

［5］葉劍斌，黃 堃，劉 瓊，等.面向電網(wǎng)削峰的商業(yè)樓宇空調(diào)負(fù)荷調(diào)控實證研究［J］.江蘇電機(jī)工程，2014，33（1）：30-34.

［6］王 峰，李 穎，王春寧.配電網(wǎng)線路最優(yōu)分段數(shù)算法研究及應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2014，33（4）：5-7.

［7］劉瑞生.中低壓配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃探討［J］.電工文摘，2015（1）：40-43.

張魁（1969），男，安徽全椒人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計管理等方面的工作；

王亞明（1980），男，江蘇連云港人，高級工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃工作；

伏祥運(yùn)（1977），男，江蘇連云港人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計管理、調(diào)度運(yùn)行管理等方面的工作；

李紅（1980），女，江蘇連云港人，高級工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃管理、設(shè)計及分析等相關(guān)工作；

王靖（1980），女，江蘇連云港人，高級工程師，從事配電網(wǎng)信息管理工作；

王巖（1977），男，天津人，工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃工作。

Research and Application of Distribution Network Planning Method Based on“Three Level Grid”

ZHANG Kui1，WANG Yaming1，F(xiàn)U Xiangyun1，LI Hong1，WANG Jing1，WANG Yan2
（1.State Grid Lianyungang Power Supply Company，Lianyungang 222004，China；2.Beijing Joinbright Digital Power Technology Co.Ltd.，Beijing 100085，China）

This paper introduces the definition of"three-level grid"，dividing method and encoding principle.The whole process of distribution network is sorted with"three-level grid".The"three-level grid"management ideas have been proposed. Finally，an application example is carried out to verify the operability of the distribution network planning method based on "three-level grid".The results show that the method of distribution network planning based on"three level grid"is feasible，and it accords with the actual situation of distribution network in Lianyungang area that has strong practicability.

Three level grid；Distribution network；Grid planning

TM715

A

1009-0665（2016）04-0051-05

2016-03-03；修回日期：2016-04-12