面向供電網(wǎng)格的變電站間隔資源統(tǒng)籌分配優(yōu)化方法研究

國(guó)網(wǎng)蘭州供電公司 海曉燕 慕俊強(qiáng) 楊小冬

電力系統(tǒng)重要安全指標(biāo)之一是可用輸電容量，它既能衡量系統(tǒng)可靠性，也能反映網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。而變電站分配的變電容量直接影響到中壓出線間隔的利用情況，決定中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最終形態(tài)。電網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，配電網(wǎng)的建設(shè)成本都將受到中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的直接影響，因此變電站出線間隔資源分配是配電網(wǎng)規(guī)劃的核心內(nèi)容。

文獻(xiàn)[1]提出了一個(gè)完整的配電網(wǎng)格化（層級(jí)）模型（DSMT），從電力需求側(cè)（Demand）、電力供給側(cè)（Supply）和電網(wǎng)運(yùn)行管理（Management）三個(gè)維度對(duì)配電網(wǎng)格的層級(jí)劃分及其管理目標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)一的定義，并給出了面向網(wǎng)格的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)[2]總結(jié)了優(yōu)化整合配電間隔的幾種方法，包括將處于輕載狀態(tài)的間隔直接合并、采用環(huán)網(wǎng)單元接線、合理布局開(kāi)閉站等，但文中未在前期配電網(wǎng)規(guī)劃決策中對(duì)間隔資源的統(tǒng)籌分配進(jìn)行系統(tǒng)研究，只能針對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)狀中的間隔資源緊張問(wèn)題進(jìn)行被動(dòng)改造。文獻(xiàn)[3]以各個(gè)變電站間隔利用率均衡為目標(biāo)，對(duì)負(fù)荷與變電站及間隔之間的接入關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化配置，并提出一種優(yōu)化計(jì)算的思路，為變電站間隔資源優(yōu)化提供參考，但沒(méi)有考慮目前配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃過(guò)程中網(wǎng)格碎片化對(duì)間隔資源分配利用的影響。本文以配電網(wǎng)網(wǎng)格化中的供電網(wǎng)格為單位，通過(guò)中壓線路理論需求計(jì)算模型設(shè)計(jì)、中壓線路聯(lián)絡(luò)（布局）模型設(shè)計(jì)，得到變電站間隔資源的統(tǒng)籌分配優(yōu)化流程方法，消除網(wǎng)格碎片化對(duì)間隔資源優(yōu)化利用的影響，并在電網(wǎng)規(guī)劃前期決策中實(shí)現(xiàn)變電站間隔資源的科學(xué)高效利用。

1 配電網(wǎng)格（供給側(cè)）模型

根據(jù)變電站間隔資源優(yōu)化分配需要，參照DSMT配電網(wǎng)格化（層級(jí)）模型定義[1]，提出變電站間隔資源優(yōu)化的網(wǎng)格模型（圖1）。其中與變電站間隔資源分配相關(guān)的網(wǎng)格定義為：供電網(wǎng)格。為簡(jiǎn)化配電網(wǎng)規(guī)劃及調(diào)度運(yùn)行管理，供電網(wǎng)格是一個(gè)中壓網(wǎng)架相對(duì)獨(dú)立的配電分區(qū)，也是一個(gè)可作為獨(dú)立區(qū)域來(lái)進(jìn)行配電網(wǎng)“專項(xiàng)”規(guī)劃的、規(guī)模適度的供電區(qū)域；站間聯(lián)絡(luò)組。根據(jù)變電站遠(yuǎn)景規(guī)劃布點(diǎn)（位置、規(guī)模）及遠(yuǎn)景空間負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果（地塊、負(fù)荷），按“站間單聯(lián)絡(luò)”為規(guī)劃目標(biāo)而建立的變電站間線路聯(lián)絡(luò)關(guān)系（變電站名稱、線路數(shù)量、供電區(qū)域邊界）。為便于線路優(yōu)化布局，當(dāng)一個(gè)聯(lián)絡(luò)組規(guī)模較大時(shí)可把一個(gè)聯(lián)絡(luò)組拆分為幾個(gè)聯(lián)絡(luò)單元。

圖1 配電網(wǎng)格（供給側(cè)）模型

圖2 各供電網(wǎng)格變電站容量統(tǒng)籌調(diào)配示意圖

1.1 中壓線路理論需求計(jì)算及線路平衡

供電網(wǎng)格中壓線路平衡的結(jié)果如表1，其中供電網(wǎng)格線路理論需求計(jì)算的基本步驟為：現(xiàn)狀線路數(shù)量。根據(jù)供電網(wǎng)格劃分對(duì)現(xiàn)狀中壓線路的網(wǎng)格歸屬進(jìn)行梳理并統(tǒng)計(jì)；間隔預(yù)留。負(fù)荷種類有“城鎮(zhèn)負(fù)荷”、“用戶專線”及“鄉(xiāng)村”三種，其中“專線”用戶及“鄉(xiāng)村”分散用戶是兩類特殊的用戶（負(fù)荷），基于供電網(wǎng)格的飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)及容量統(tǒng)籌平衡情況的分析，結(jié)合對(duì)網(wǎng)格內(nèi)專供負(fù)荷、鄉(xiāng)村分散負(fù)荷的專家預(yù)判，并根據(jù)供區(qū)的中壓電壓等級(jí)，對(duì)線路需求計(jì)算相關(guān)參數(shù)進(jìn)行專家設(shè)置；城鎮(zhèn)公共線路需求計(jì)算。根據(jù)供電網(wǎng)格的飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)與單條電纜或架空線路的供電能力，計(jì)算所需城鎮(zhèn)公共線路數(shù)量；線路需求平衡計(jì)算。根據(jù)各供電網(wǎng)格計(jì)算出的城鎮(zhèn)公共線路數(shù)量與預(yù)留間隔數(shù)量（非城鎮(zhèn)公共）得到線路需求總數(shù)。線路需求總數(shù)與現(xiàn)狀已有線路之間的數(shù)量差額即為現(xiàn)狀差額。

1.2 中壓線路聯(lián)絡(luò)組規(guī)劃

供電網(wǎng)格內(nèi)的中壓線路聯(lián)絡(luò)組劃分結(jié)果如表2，其中聯(lián)絡(luò)組的劃分步驟為：以現(xiàn)狀線路走向及變電站遠(yuǎn)景布點(diǎn)規(guī)劃為基礎(chǔ)，以“站間聯(lián)絡(luò)”為網(wǎng)架規(guī)劃目標(biāo)，對(duì)現(xiàn)狀線路進(jìn)行逐條分析，規(guī)劃設(shè)定相對(duì)合理的聯(lián)絡(luò)變電站；兼顧變電站投運(yùn)年限、中壓線路現(xiàn)狀走向、改造難度及地理約束等影響因素，按照三個(gè)基本原則，即“易識(shí)別的邊界”、“供電范圍的不交叉”、“線路規(guī)模的適度”，對(duì)中壓線路聯(lián)絡(luò)組進(jìn)行初步劃分；根據(jù)飽和負(fù)荷計(jì)算聯(lián)絡(luò)組的線路理論需求數(shù)據(jù)，對(duì)變電站之間的聯(lián)絡(luò)線數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)變電站間隔總量進(jìn)行平衡校驗(yàn)。

2 變電站間隔資源統(tǒng)籌分配優(yōu)化流程

根據(jù)供電網(wǎng)格飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)及變電站規(guī)劃布點(diǎn)，以“線路需求數(shù)量最小”為優(yōu)化目標(biāo)，以“站間聯(lián)絡(luò)”及線路平均負(fù)載率在合理區(qū)間為約束，基于聯(lián)絡(luò)組初步劃分結(jié)果對(duì)各聯(lián)絡(luò)單元的邊界進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使線路負(fù)載及變電站間隔利用率相對(duì)均衡。變電站間隔資源的統(tǒng)籌分配優(yōu)化的流程為：計(jì)算調(diào)配需求-初設(shè)邏輯站-確定調(diào)配路線-優(yōu)化調(diào)配-變電站間隔（預(yù)）分配-供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計(jì)算-中壓線現(xiàn)狀線路聯(lián)絡(luò)分析及分拆處理-中壓現(xiàn)狀線路網(wǎng)格劃分及站間單聯(lián)絡(luò)規(guī)劃-飽和年變電站資源統(tǒng)籌分配-近中期線路需求基準(zhǔn)數(shù)量計(jì)算-近中期變電站建設(shè)時(shí)序-近中期變電站間隔統(tǒng)籌分配。流程說(shuō)明如下：

計(jì)算并調(diào)整容量需求：科學(xué)預(yù)測(cè)負(fù)荷及電源發(fā)展，差異化地將目標(biāo)容載比值設(shè)定給各供電網(wǎng)格，接著計(jì)算需調(diào)配容量的大小，得到各供電網(wǎng)格間的容量初步調(diào)配結(jié)果；邏輯站的初步選址：考慮調(diào)配后的各供電網(wǎng)格不同的容量需求，根據(jù)變電站已有供電范圍及遠(yuǎn)景年變電站布局規(guī)劃，再調(diào)配優(yōu)化各個(gè)變電站的容量，明確各個(gè)變電站的初步供電范圍，確定各供電網(wǎng)格邏輯站的位置；確定調(diào)配路徑：按容量調(diào)配“確定性”由“強(qiáng)→弱”的規(guī)劃思路，確定容量調(diào)配路徑。

調(diào)配優(yōu)化：同步考慮現(xiàn)狀供電范圍、變電站布點(diǎn)等情況，優(yōu)化調(diào)配各變電站容量，得到各變電站的初步容量分配結(jié)果；變電站間隔（預(yù)）分配：根據(jù)變電站容量調(diào)配（統(tǒng)籌）結(jié)果并變電站間隔總量按比例計(jì)算變電站的等效間隔，得到變電站變電容量及出線間隔的初步分配結(jié)果；供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計(jì)算：根據(jù)供電網(wǎng)格劃分，對(duì)現(xiàn)狀中壓線路的網(wǎng)格歸屬進(jìn)行梳理并統(tǒng)計(jì)?；诠╇娋W(wǎng)格的飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)及容量統(tǒng)籌平衡情況的分析，結(jié)合對(duì)網(wǎng)格內(nèi)專供負(fù)荷、農(nóng)村分散負(fù)荷的專家預(yù)判，并根據(jù)供區(qū)的中壓電壓等級(jí)對(duì)線路需求計(jì)算相關(guān)參數(shù)進(jìn)行專家設(shè)置。分別對(duì)各供電網(wǎng)格的線路需求及平衡情況進(jìn)行計(jì)算。

表1 供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計(jì)算及線路平衡

表2 中壓線路聯(lián)絡(luò)組（初步）劃分

中壓現(xiàn)狀線路全聯(lián)絡(luò)分析及分拆處理：現(xiàn)狀線路聯(lián)絡(luò)梳理。據(jù)現(xiàn)有線路正常運(yùn)行方式確定線路的主聯(lián)絡(luò)、次聯(lián)絡(luò)關(guān)系，結(jié)合線路最大負(fù)荷、線路負(fù)載率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按適度聯(lián)絡(luò)原則對(duì)復(fù)雜聯(lián)絡(luò)線路進(jìn)行拆分；中壓現(xiàn)狀線路網(wǎng)格劃分及站間聯(lián)絡(luò)規(guī)劃：以現(xiàn)狀線路走向及變電站遠(yuǎn)景布點(diǎn)規(guī)劃為基礎(chǔ)，以“站間聯(lián)絡(luò)”為網(wǎng)架規(guī)劃目標(biāo)，對(duì)現(xiàn)狀線路進(jìn)行逐條分析，規(guī)劃設(shè)定相對(duì)合理的聯(lián)絡(luò)變電站。對(duì)變電站之間的聯(lián)絡(luò)線數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)變電站間隔總量進(jìn)行平衡校驗(yàn)；飽和年變電站資源統(tǒng)籌分配：對(duì)各供電網(wǎng)格相應(yīng)變電站的間隔分配（優(yōu)化）結(jié)果進(jìn)行匯總，形成飽和年的變電站間隔資源統(tǒng)籌分配結(jié)果。

計(jì)算線路在近中期的需求數(shù)量：根據(jù)近中期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，綜合考慮變電站容量資源裕度、線路組現(xiàn)狀供電范圍、項(xiàng)目精準(zhǔn)投資目標(biāo)要求的影響因素，科學(xué)設(shè)定飽和年線路平均負(fù)載率下限目標(biāo)值，而后得到線路需求數(shù)量，作為統(tǒng)籌變電站近中期間隔資源分配的規(guī)劃依據(jù)；近中期變電站建設(shè)時(shí)序：根據(jù)變電站建設(shè)時(shí)序建議方案對(duì)變電站建設(shè)時(shí)序提出規(guī)劃建議；近中期變電站間隔統(tǒng)籌分配：根據(jù)近中期線路需求基準(zhǔn)數(shù)量計(jì)算結(jié)果及變電站建設(shè)時(shí)序建議，在變電站資源裕度范圍內(nèi)，為各供電單元分配變電站當(dāng)前剩余間隔并對(duì)變電站負(fù)載率進(jìn)行校驗(yàn)，形成變電站資源的統(tǒng)籌分配。

3 應(yīng)用舉例

以某城市中心城區(qū)為例，綜合考慮區(qū)域內(nèi)各供電網(wǎng)格內(nèi)變電站容量大小、設(shè)定的目標(biāo)容載比，對(duì)所有變電站進(jìn)行容量統(tǒng)籌優(yōu)化分配，使各供電網(wǎng)格的變電容量得到基本滿足。根據(jù)計(jì)算，最終得到各供電網(wǎng)格及各變電站的容量統(tǒng)籌調(diào)配結(jié)果（圖2）。進(jìn)行規(guī)劃區(qū)內(nèi)各聯(lián)絡(luò)組邊界調(diào)整優(yōu)化時(shí)，需要考慮地塊開(kāi)發(fā)時(shí)序、變電站投運(yùn)年限、已有線路改造難度、現(xiàn)狀線路走向、地理?xiàng)l件限制等影響因素，使區(qū)域內(nèi)線路總量最小，線路負(fù)載相對(duì)均衡，并維持站間線路聯(lián)絡(luò)組的平衡。最終經(jīng)過(guò)對(duì)各聯(lián)絡(luò)組進(jìn)行調(diào)配優(yōu)化，得到規(guī)劃區(qū)各聯(lián)絡(luò)組和各供電網(wǎng)格相應(yīng)變電站的間隔分配（優(yōu)化）結(jié)果，匯總變電站中壓出線間隔的優(yōu)化分配結(jié)果如表3。

表3 變電站間隔資源統(tǒng)籌分配一覽表

經(jīng)規(guī)劃實(shí)踐，本研究成果能在中心城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃前期決策中科學(xué)合理布局變電站站址、提高變電間隔資源利用率，消除網(wǎng)格碎片化對(duì)變電站間隔資源優(yōu)化利用的影響并預(yù)留必要的間隔，有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，保障客戶電源及時(shí)接入。