城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術評估方法研究

王冠男

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，吉林 長春 130000）

城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術評估方法研究

王冠男

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，吉林 長春 130000）

城市配電網(wǎng)規(guī)劃的合理性是保證城市供電可靠，保障供電企業(yè)經(jīng)濟效益的前提與基礎。由于城市配電網(wǎng)涉及的建設工程數(shù)量多，投資金額大，整體投資大，因此，城市配電的規(guī)劃及其評估方法變得困難。文章通過對城市配電網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀進行分析，通過對配電網(wǎng)規(guī)劃的思路、過程及其內(nèi)容的分析，解析城市配電網(wǎng)技術評估方法。

城市配電網(wǎng)；規(guī)劃；技術評估

1 城市配電網(wǎng)規(guī)劃及其技術評估方法

1.1 我國城市配電網(wǎng)發(fā)展狀況及其存在問題

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力負荷增長結(jié)構(gòu)比例發(fā)生變化，居民、商業(yè)用電增長加重中低壓配電網(wǎng)的負擔，造成全國性的缺點現(xiàn)象。同時城市電網(wǎng)建設滯后，中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，容量不足，因為不能適應負荷增長的要求，導致用戶電壓不穩(wěn)、網(wǎng)絡損耗過大、故障發(fā)生頻繁等問題，中低壓配電網(wǎng)能力的不足，配電網(wǎng)主干導線截面偏小，各地配電網(wǎng)設備嚴重過載，不得不采取高限電負荷的限電措施。配電網(wǎng)自動化技術較低，設備落后且安全性差，中壓配電自動化仍處于起步階段；配電網(wǎng)普遍存在線損較高的問題，電壓合格率較低，主要是與城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、原建設標準低及負荷發(fā)展的特點有關，早期建設的配網(wǎng)線路不再適合當前城市發(fā)展需要和電力體制改革的要求。

1.2 城市配電網(wǎng)規(guī)劃

（1）城市配電網(wǎng)規(guī)劃的基本思路。配電網(wǎng)的規(guī)劃分為長期規(guī)劃、網(wǎng)絡規(guī)劃和施工設計。長期規(guī)劃主要是由于確定未來主要投資項目和主網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，是供電企業(yè)規(guī)劃活動的基本環(huán)節(jié)，規(guī)劃的主要目的是確定最優(yōu)的網(wǎng)絡接線方式、投資水平及投資的時間安排，對供電質(zhì)量、安全、協(xié)調(diào)性進行調(diào)整，盡可能地降低系統(tǒng)的壽命周期總費用；網(wǎng)絡規(guī)劃用于處理近期的投資項目，施工設計主要考慮網(wǎng)絡元件的結(jié)構(gòu)設計及后期的各種設備和材料的獲取。未來投資主要是應對負荷增長的問題解決和設備的更換，技術可行的基礎上，新線的路徑占地費對現(xiàn)有架空線路和某個廠站的升級通常比架設新線路更加經(jīng)濟，而設備的更新或新增需要考慮網(wǎng)絡發(fā)展的長期費用、材料和能源的費用等各種因素，根據(jù)規(guī)劃的研究結(jié)果制定一系列年度主要投資計劃，并與有關的財政預算進行比較，根據(jù)假設條件進行編制，達到收支平衡，在穩(wěn)定、可接受的售電價格前提下達到技術、資金各方面的目標。

（2）城市配電規(guī)劃的主要內(nèi)容。城市配電網(wǎng)的規(guī)劃是由供電部門、城市規(guī)劃管理部門結(jié)合城市的各項發(fā)展規(guī)劃和電力系統(tǒng)規(guī)劃共同負責，在分析和研究未來負荷增長情況及城市配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，設計一套系統(tǒng)擴建和改造的計劃，對不用用戶的需求設計不用的線路數(shù)和導線截面，選擇最優(yōu)方案作為規(guī)劃改造方案，實現(xiàn)負荷預測、長期配電規(guī)劃和短期配電規(guī)劃的相互協(xié)調(diào)。配電網(wǎng)的負荷預測主要預測負荷量及負荷增長的位置；長期配電規(guī)劃主要是從系統(tǒng)長遠發(fā)展的角度出發(fā)對新站建設的位置、時間、容量及舊站的擴容等問題對城市用電具體分析；配電網(wǎng)的短期規(guī)劃主要是對變電站的下游系統(tǒng)進行規(guī)劃和決策。

（3）配電網(wǎng)規(guī)劃的主要流程。首先對數(shù)據(jù)進行收集，對當?shù)刈匀毁Y源和自然條件、規(guī)劃區(qū)內(nèi)大的用電負荷類型、數(shù)量、分布及在建或規(guī)劃的大型項目等發(fā)展規(guī)劃進行收集；其次，在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎上對配電網(wǎng)的規(guī)劃進行分析，通過收集的資料認清電網(wǎng)的運行狀態(tài)，對現(xiàn)狀變電站的運行狀況、電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設備的運行情況、負荷分布等情況存在的不足進行分析；參考配電網(wǎng)規(guī)劃的相關導則技術指標要求，結(jié)合當?shù)仉娋W(wǎng)的運行狀況制定可操作規(guī)劃的相關技術原則，指導規(guī)劃工作的實施；利用收集到的資料，運用各種負荷預測方法對負荷及負荷分布進行預測，對變電站進行規(guī)劃并確定供電范圍；結(jié)合

變電站的選址和分布改造不合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，規(guī)劃合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滿足相關技術指標并達到經(jīng)濟優(yōu)化；對電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，改善電壓的分布、提高用戶端的電壓質(zhì)量、減少電力輸送；對規(guī)劃方案進行評價，產(chǎn)生最優(yōu)方案。

1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃技術評估方法

（1）配電網(wǎng)規(guī)劃帶的技術原則。配電網(wǎng)規(guī)劃設計的主體是配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定，遵循供電可靠性、接線方式、設備選型符合規(guī)劃區(qū)經(jīng)濟狀況和符合情況等技術原則。配電網(wǎng)規(guī)劃要從電網(wǎng)現(xiàn)狀出發(fā)，充分考慮城市電力負荷增長的規(guī)律，解決電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡供電的能力和適應性；城市配電網(wǎng)規(guī)劃的年限與國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和城市的整體規(guī)劃年限一致；城市配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)力求簡單，逐步向規(guī)范化、標準化模式過渡。目前，我國的配電系統(tǒng)可靠性指標一般是以一年為統(tǒng)計時間，以分鐘或小時為時間指標單位，主要考慮內(nèi)部電網(wǎng)的可靠性，不考慮電源不足的影響。

（2）電壓等級的技術選擇。電壓等級的選擇與國家經(jīng)濟的發(fā)展和電氣設備制造技術水平息息相關，主要根據(jù)技術經(jīng)濟綜合論證確定，隨著經(jīng)濟技術的發(fā)展，電力負荷增長迅速，城市負荷密度甚者達到3～4萬kW/km2，電壓等級的選擇要求簡化電壓等級，減少變壓層次，優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，要逐步取消市級區(qū)及縣城范圍的6kV、35kV供電等級，高壓配電網(wǎng)一般采用35～110kV，在符合密度大，供電范圍大的新區(qū)，在技術經(jīng)濟合理的前提下采用20kV電壓等級供電。

（3）基于規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性評估。通過可靠性評估，檢驗系統(tǒng)規(guī)劃各方面性能是否滿足規(guī)劃設計要求，做出最優(yōu)化規(guī)劃方案的判斷，但電網(wǎng)規(guī)劃中負荷隨機性與不確定性使電網(wǎng)規(guī)劃的技術性評估難度加大，傳統(tǒng)電力規(guī)劃人員對配電系統(tǒng)規(guī)劃設計分析分析決策時主要是以定性分析為主，大多數(shù)憑借經(jīng)驗，因此技術評估存在很大誤差，目前針對規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性研究方法較少，因此，從電網(wǎng)規(guī)劃的角度出發(fā)，采取適當?shù)募僭O條件，推到一套適用于大規(guī)模網(wǎng)架可靠性評估的算法公式，以故障枚舉法為基礎，全面考慮配電網(wǎng)中斷路器、線路、開關、配電器等設備故障、轉(zhuǎn)供及轉(zhuǎn)供通道容量不足等因素對可靠性指標的影響，使用架空網(wǎng)和電纜網(wǎng)不同規(guī)劃網(wǎng)架可靠性評估，對規(guī)劃人員最優(yōu)化方案的制定有很大的指導意義。

（4）基于故障枚舉法和最小電路配網(wǎng)可靠性評估。針對配電系統(tǒng)中每一個設備故障分貝獨立分析對每一個用戶供電連續(xù)性影響，對所有影響因素進行匯總并得出用戶和系統(tǒng)的綜合性指標，但其只適用于較簡單配電系統(tǒng)的可靠性評估，不曾考慮大量用戶復雜配電系統(tǒng)及轉(zhuǎn)供等因素的影響。故障擴散法利用前向搜索法確定斷路器動作范圍影響，用雙向搜索確定故障范圍，后向搜索確定切換開關的有無，從而判斷供電的影響范圍，其突出優(yōu)勢是能夠方便處理故障轉(zhuǎn)供通道問題，但故障后負荷轉(zhuǎn)移方式、電壓——潮流越限時可靠性指標計算等問題并沒有切實有效的計算方法。

2 結(jié)語

通過對城市電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及其存在問題進行分析，從城市配電規(guī)劃思路技術指標出發(fā)，研究城市電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容及流程，并對技術評估方法進行簡述，基于規(guī)劃網(wǎng)格的可靠性、基于故障枚舉法和最小電路配網(wǎng)可靠性進行評估，對規(guī)劃人員最優(yōu)化規(guī)劃方案的制定有一定的指導意義。

圖2 輸入電壓和輸出電流的波形（左）

圖3 回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形（左）

當電動機在發(fā)電機狀態(tài)的時候，電機產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)、二極管回饋到直流母線，當直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動，將直流逆變成交流，此時能量由電機通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變流器工作在二、四象限，輸入電抗器的主要功能是電流濾波，回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形如圖3所示。簡單的電壓型四象限脈沖整流器的基本原理，儲能器與直流側(cè)負載并聯(lián)。

圖4 PWM整流器

如圖4所示，AC/DC變流器為PWM整流電路的主電路，輸入部分由電網(wǎng)電動勢u和交流側(cè)電感L組成，輸出部分則是由負載電阻RL和負載電動勢eL功組成（電動勢是由負載電感產(chǎn)生）。做理想化假設，AC/DC無損耗，則變換前后率不變，即：

式中：ui為輸入交流側(cè)電壓和電流；UDID為輸出直流電壓和電流。

在理想情況下，輸入（交流）功率和輸出（直流）功率達到平衡，因此可以通過對輸入側(cè)的控制實現(xiàn)對輸出側(cè)的控制，輸入輸出各參量存在如下關系：

U～=wLi+u+uL

一般情況下電流中有一定大小的諧波。為使牽引變流器輸入電流的諧波盡可能的小，四象限整流器的開關頻率應足夠的大。在大功率使用場合，由于開關器件自身開關時間或大電流等多方面的限制。必須采取其他措施來改善變流器輸入電流的品質(zhì)，通常采用多重化四象限整流電路，各重四象限整流器的載波錯開一定的相位角，從而抵消部分諧波分量，改善輸入電流品質(zhì)。

［1］榮智林，忻力，陳燕平，等．TGA6型主輔一體化IGBT變流器［J］．機車電傳動，2010，（5）：10-30．

［2］歐健.HXD1型電力機車牽引變流器故障診斷研究［D］．長沙：中南大學，2014.

Research on Urban Distribution Network Planning and Technical Evaluation M ethod

WANG Guang-nan
（Economic and Technical Research Institute of Jilin Electric Power Co.，LTD. of State Grid Corporation of China，Changchun，Jilin 130000，China）

The rationality ofurban distribution network planning is the prerequisite and foundation for guaranteeing reliable urban powersupply and stable economic benefitofpowersupply enterprise.Because the construction ofurban distribution network involves large engineering quantity and investmentamountaswellasmuch overall investment，urban distribution planning and its evaluationmethod become difficult.This paperanalyses the presentsituation ofurban distribution network planning,the idea，processand contentofdistribution network planning，and evaluationmethods in urban distribution network technology.

urban distribution network；planning；technicalevaluation

TM715

A

2095-980X（2016）11-0027-02

2016-10-11

王冠男（1987-），女，吉林長春人，碩士研究生，工程師，主要從事配電網(wǎng)規(guī)劃研究工作。