新電改背景下配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目建設(shè)評估分析

吳春陽，陳 艷，邱新福，張?jiān)瞥?，?飛

國網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司, 馬鞍山,243000

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，配電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行壓力不斷增加，配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的優(yōu)劣直接影響到電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，科學(xué)評價(jià)配網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，顯得尤為重要。目前，國內(nèi)外已有大量配電網(wǎng)建設(shè)評估的研究成果。肖峻等建立了包含不同影響指標(biāo)的配電網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)模型[1]； 李曉輝等采用層次分析法建立電網(wǎng)規(guī)劃評價(jià)模型[2]； 何吉彪等提出了涵蓋微電網(wǎng)的配網(wǎng)規(guī)劃中電能質(zhì)量評價(jià)模型[3]；宋伶俐等從電網(wǎng)運(yùn)行效率來評價(jià)配網(wǎng)建設(shè)效果[4]；吳爭等從不同方面構(gòu)建了配電網(wǎng)項(xiàng)目后評價(jià)體系，但未開展配電網(wǎng)項(xiàng)目的前期規(guī)劃評價(jià)[5]；楊琦等提出了微網(wǎng)評估模型[6]。

新一輪電改主要包括電價(jià)改革和增量配電業(yè)務(wù)等內(nèi)容[7]，綜合考慮新電改背景下微網(wǎng)、多元負(fù)荷、環(huán)境因素和負(fù)荷特性等因素的影響，擬從提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率及建設(shè)效益兩個(gè)角度建立配電網(wǎng)規(guī)劃前期評估模型。

1 新電改對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

1.1 新電改對地區(qū)配電網(wǎng)的影響

隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及電力體制的改革，微電網(wǎng)、多元負(fù)荷與多能互補(bǔ)等因素對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響。同時(shí)，新電改中，售電側(cè)的放開也將對電網(wǎng)投資模式產(chǎn)生影響，如大型企業(yè)集團(tuán)將擠占傳統(tǒng)電網(wǎng)企業(yè)市場；分布式電源上網(wǎng)、市政管線入地等公益性投資將降低單位投資收益；用戶體驗(yàn)產(chǎn)生多樣化，迫切要求電網(wǎng)企業(yè)調(diào)整規(guī)劃及建設(shè)思路。

1.2 地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展的機(jī)遇及挑戰(zhàn)

新電改背景下，電力市場參與方發(fā)生了較大變化，電網(wǎng)公司應(yīng)改善經(jīng)營管理模式，提升供電服務(wù)質(zhì)量，提高電網(wǎng)整體技術(shù)水平，特別是配電網(wǎng)部分，應(yīng)深入研究如何提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效率與建設(shè)效益。

2 配電網(wǎng)運(yùn)行效率及評價(jià)

2.1 配電網(wǎng)運(yùn)行效率影響因素

影響配電網(wǎng)運(yùn)行效率的主要因素為設(shè)備負(fù)載率、電能損耗情況與缺供電量等，具體指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)運(yùn)行效率影響因素

2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行效率評估模型

年負(fù)荷持續(xù)曲線是將時(shí)序負(fù)荷曲線按照大小順序重新排列后得到。根據(jù)地區(qū)往年實(shí)際負(fù)荷特性可得到年負(fù)荷持續(xù)曲線,如圖2。其中PU與PD為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間上下限值對應(yīng)的設(shè)備負(fù)荷，以PU與PD為基準(zhǔn)將曲線劃分成三部分，即高于PU部分、PU與PD之間部分和低于PD部分。

結(jié)合安全準(zhǔn)則和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件，可得到評估配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的綜合模型。由配電網(wǎng)中設(shè)備實(shí)際負(fù)荷持續(xù)曲線偏離PU的情況，可得出系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率。基于此設(shè)計(jì)運(yùn)行效率評價(jià)模型如下：

(1)

式中：Sj為設(shè)備運(yùn)行于j段時(shí)實(shí)際的供電量，SEj為設(shè)備處于j段時(shí)可傳輸電量的最大值，ρj為設(shè)備處于j段的效率權(quán)重值，rj為設(shè)備處于j段時(shí)的運(yùn)行效率評估單項(xiàng)分解指標(biāo)，其中j取1, 2, 3。

圖2 配電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行效率評價(jià)模型

本文基于配電網(wǎng)中各層級設(shè)備的運(yùn)行效率，提出了配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的綜合計(jì)算模型。系統(tǒng)運(yùn)行效率SER計(jì)算公式為：

(2)

式中：N為配網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備層級數(shù)，wi為第i類設(shè)備的資產(chǎn)現(xiàn)值占配網(wǎng)系統(tǒng)總資產(chǎn)值的比例。SERi為第i類設(shè)備基于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行效率協(xié)調(diào)度模型

協(xié)調(diào)度用來衡量某一配電系統(tǒng)內(nèi)各層級之間的運(yùn)行效率協(xié)調(diào)度。為研究系統(tǒng)中各層設(shè)備運(yùn)行效率之間的協(xié)調(diào)情況，通過對現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的模擬分析，提出如下模型：

(3)

3 配電網(wǎng)建設(shè)效益及評價(jià)

3.1 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1.1 評價(jià)指標(biāo)確定

針對配電網(wǎng)建設(shè)效益，本指標(biāo)體系將財(cái)務(wù)、安全生產(chǎn)、可靠性、環(huán)境、系統(tǒng)互聯(lián)與民生6大類效益作為一級指標(biāo)，并通過專家打分，選取隸屬度0.5以上的28個(gè)指標(biāo)作為效益評價(jià)體系的二級指標(biāo)。

3.1.2 指標(biāo)權(quán)重確定

(1)構(gòu)造判斷矩陣。按照評價(jià)指標(biāo)體系，參加征詢的每位專家各需構(gòu)造一組判斷矩陣A，可表示為：

(4)

矩陣A表示針對同一層級的相關(guān)元素之間兩兩相對重要程度的比較。

(2)計(jì)算權(quán)重向量。運(yùn)用矩陣的方根法算出判斷矩陣A的權(quán)重向量。首先算出矩陣A中各行元素乘積Mi

(5)

繼而Mi的n次方根Wi，并將Wi規(guī)范化，

(6)

由此可得到權(quán)重向量：w=(w1,w2,…,wn)。

3.2 配電網(wǎng)建設(shè)效益綜合評價(jià)

結(jié)合層次分析和綜合評估方法進(jìn)行效益評價(jià)。

3.2.1 建立評價(jià)等級集

本文設(shè)定優(yōu)、良、中、較差與差這五個(gè)層級來表示各指標(biāo)的級別，相應(yīng)的指標(biāo)評語集可使用百分制來定量表示，設(shè)定N=(N1，N2，N3，N4，N5)= [95，85，75，65，55]。

3.2.2 模糊矩陣合成

模糊綜合評價(jià)模型為：

B=wR

=(b1,b2,…,bn)

(7)

式中，w為權(quán)重向量，R為參評事物的模糊關(guān)系矩陣，B為綜合評價(jià)結(jié)果矩陣的行向量。

3.2.3 綜合效益評價(jià)

由公式(7)計(jì)算出各單項(xiàng)效益評價(jià)結(jié)果矩陣B，再計(jì)算得到如下綜合效益矩陣，

=(b1,b2,…,bn)

(8)

得出綜合評價(jià)總分：S=CN。

4 算例論證

4.1 配電網(wǎng)運(yùn)行效率評估及實(shí)例分析

選擇某區(qū)域配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目來計(jì)算驗(yàn)證評價(jià)模型，規(guī)劃區(qū)內(nèi)設(shè)備類別為110 kV線路(2條)、10 kV線路(4條)和110 kV主變(2臺)。采用負(fù)荷密度指標(biāo)法預(yù)測負(fù)荷的發(fā)展?fàn)顩r，并結(jié)合每個(gè)設(shè)備報(bào)裝容量與負(fù)荷特性來預(yù)測相應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)曲線。

4.1.1 單個(gè)設(shè)備運(yùn)行效率評價(jià)

規(guī)劃范圍內(nèi)10 kV線路為架空240/電纜300的單聯(lián)絡(luò)線路，現(xiàn)對各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行效率進(jìn)行評估。設(shè)定PU為4 MW，PD為2.4 MW。根據(jù)式(1)可算出每條線路的運(yùn)行效率，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1設(shè)備運(yùn)行效率評價(jià)

評價(jià)結(jié)果線路1線路2線路3線路4ρ10.244 30.421 80.341 90.000 1ρ20.541 90.352 30.410 40.372 8ρ30.206 60.225 90.247 70.627 1r1·ρ10.230 90.224 30.205 60.000 1r2·ρ20.440 20.217 00.243 30.252 0r3·ρ30.078 50.075 00.077 60.316 8EER0.749 60.516 30.526 50.580 9

4.1.2 各層級設(shè)備整體運(yùn)行效率評價(jià)

配電網(wǎng)中各層設(shè)備整體運(yùn)行效率評估結(jié)果見表2。

表2設(shè)備運(yùn)行效率評價(jià)

設(shè)備種類評價(jià)結(jié)果高壓線路主變中壓線路SERj0.200.380.17

4.1.3 系統(tǒng)運(yùn)行效率及協(xié)調(diào)度評價(jià)

統(tǒng)計(jì)該配電網(wǎng)范圍內(nèi)每個(gè)層級設(shè)備的資產(chǎn)值比重，并應(yīng)用公式(2)算出每層級系統(tǒng)運(yùn)行效率，應(yīng)用公式(3)算出該配電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度，則SER=0.224 1，CSER=0.688 5。

通過計(jì)算分析可知該配電網(wǎng)中各層設(shè)備運(yùn)行效率及系統(tǒng)協(xié)調(diào)度都較差。主要是10 kV線路運(yùn)行效率低，長期負(fù)荷過大導(dǎo)致過載，因此需在該區(qū)域新建中壓線路來緩解該現(xiàn)狀。

4.1.4 系統(tǒng)運(yùn)行效率及協(xié)調(diào)度預(yù)測

擬在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)新建兩回10 kV線路。通過對區(qū)域內(nèi)負(fù)荷發(fā)展水平預(yù)測，可得到各設(shè)備的負(fù)荷持續(xù)曲線。由曲線最終可得出配電網(wǎng)范圍內(nèi)各層級設(shè)備運(yùn)行效率、系統(tǒng)運(yùn)行效率與系統(tǒng)協(xié)調(diào)度預(yù)測結(jié)果，如表3與表4所示。

表3設(shè)備運(yùn)行效率評價(jià)結(jié)果預(yù)測

評價(jià)結(jié)果線路1線路2線路3線路4擬建線路1擬建線路2SER0.768 50.662 50.647 10.602 40.641 50.632 2

表4各層設(shè)備整體運(yùn)行效率評價(jià)

設(shè)備種類評價(jià)結(jié)果高壓線路主變中壓線路SERj0.240.420.27

重新計(jì)算新區(qū)域中每個(gè)層級設(shè)備的資產(chǎn)值比重，從而算出SER=0.285 6，CSER=0.793 5。

圖3對現(xiàn)有系統(tǒng)和擬建系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行效率及協(xié)調(diào)度評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比，可以看出規(guī)劃區(qū)域內(nèi)新建2條10 kV線路，能有效提高中壓線路運(yùn)行效率，提升系統(tǒng)協(xié)調(diào)度，擬建系統(tǒng)評價(jià)結(jié)果得到改善，從而驗(yàn)證了本文配電網(wǎng)運(yùn)行效率評估模型的適用性與準(zhǔn)確性。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行效率與協(xié)調(diào)度評價(jià)結(jié)果預(yù)測對比

4.2 配電網(wǎng)建設(shè)效益評價(jià)實(shí)例分析

以上算例已得出配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)擬建兩條10 kV線路，線路可通過電纜、架空線或電纜與架空線相結(jié)合的三種方式建設(shè)。現(xiàn)應(yīng)用建設(shè)效益模型評估3種方案的投資效益，可確定采用電纜結(jié)合架空出線時(shí)項(xiàng)目效益最好，其具體效益評估如下：

(1)單項(xiàng)效益評價(jià)。

S財(cái)務(wù)效益=(0.504 6 0.377 3 0.118 1 0 0)

S可靠性效益=(0.590 6 0.395 0 0.014 4 0 0)

S安全生產(chǎn)效益=(0.289 8 0.387 7 0.288 6 0.033 9 0)

S系統(tǒng)互聯(lián)效益=(0.682 4 0.245 7 0.071 9 0 0)

S環(huán)境效益=(0.530 2 0.447 5 0.022 3 0 0)

S民生效益=(0.071 1 0.436 8 0.363 1 0.129 0 0)

(2)綜合效益評價(jià)。

S綜合效益=

=88.134 5

由此可知，該項(xiàng)目采用電纜與架空線路結(jié)合建設(shè)時(shí)，綜合效益能達(dá)到88.13，可見該出線方式建設(shè)2條中壓線路的綜合效益為良好，且以電纜架空共同架設(shè)的方式布線,綜合效益最優(yōu)。

5 結(jié) 論

從配電網(wǎng)運(yùn)行效率與建設(shè)效益兩方面構(gòu)建了配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)綜合評估模型。以某地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃范圍內(nèi)高壓、中壓線路與主變等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及檔案信息為對象，對該區(qū)域配電網(wǎng)運(yùn)營狀況建模，分別從地區(qū)配電網(wǎng)運(yùn)行效率和協(xié)調(diào)度計(jì)算分析，驗(yàn)證了規(guī)劃項(xiàng)目建設(shè)的必要性，并評估了項(xiàng)目的建設(shè)效益。具有較強(qiáng)的實(shí)用性和有效性，給配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目的實(shí)施提供了理論基礎(chǔ)。