中壓配電網規(guī)劃中供電分區(qū)劃分方法研究

何麗娟， 賀潔， 金鑫

(國網寧夏銀川供電公司， 寧夏， 銀川 750011)

0 引言

本文通過實地考察電力公司供電分區(qū)過程，并對配電網劃分技術進行歸納總結，通過分析研究各技術方案的優(yōu)缺點，為本文設計提供技術支撐，其中文獻[1]采用N-1配電網電源供電方式，保證中壓配電網的安全最大化，供電區(qū)利用高壓候選通道進行電力輸送，輸電性能更加穩(wěn)定。但是這種供電方式嚴謹性不足，輸電檢測力度不足導致電力資源浪費[1]；文獻[2]通過建立網格化配電網劃分模型，利用網格子供區(qū)的均衡劃分方法對中壓配電網進行均衡劃分，劃分出的供電區(qū)域電能供應量相對平衡，有利于配網輸電的穩(wěn)定。但這種均衡劃分方法無法完成按需分配電能，對于用電量較大的企業(yè)容易造成間歇性斷電現(xiàn)象[2]。

針對上述電網供電區(qū)劃分技術上存在的不足，本研究通過建立供電分區(qū)自動劃分系統(tǒng)對中壓配電網電能質量進行統(tǒng)合調控，應用映射規(guī)約劃分技術將供電區(qū)域劃分為等值模型，最后由DP-TBD對等值模型輸出的中壓電網供電能力轉化為數(shù)據(jù)顯示。整體實現(xiàn)中壓配電網合理化分區(qū)，提高電能供電質量的目的[3]。

1 供電分區(qū)自動劃分系統(tǒng)

本文主要創(chuàng)新點在于：

(1)通過映射規(guī)約技術將中壓配電網劃分為不同區(qū)域，在各自區(qū)域內建立供電分區(qū)等值模型[4]，從而形成完整的供電循環(huán)，使電能質量大大增加，是系統(tǒng)架構的核心技術;

(2)利用DP-TBD算法對劃分的供電分區(qū)輸電數(shù)據(jù)進行分析，通過編寫的算法程序精準把控電網電壓流向，使中壓配電網能夠最大化利用電能。

配電網自動分區(qū)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 配電網自動分區(qū)系統(tǒng)

本文根據(jù)現(xiàn)場中壓配電網絡的電力組成結構，設計出供電區(qū)自動劃分系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由中壓配電網絡供給電力數(shù)據(jù)，與中壓配電室進行數(shù)據(jù)互通，中壓配電網絡電力數(shù)據(jù)由供電分區(qū)管理平臺錄入，便于后續(xù)分區(qū)劃分。中壓配電室根據(jù)互通數(shù)據(jù)對用戶分區(qū)進行調度，分區(qū)管理平臺與用戶分區(qū)調度系統(tǒng)完成功能配合，加快電力信息分析和供區(qū)劃分。供電分區(qū)管理主要由分區(qū)信息統(tǒng)合技術、映射規(guī)約劃分技術及區(qū)域等值模型完成自動劃分功能，分區(qū)電網信息主要包括供電量、輸電量和用電量。區(qū)域等值模型建立了供電、輸電、用電和調度區(qū)域，各區(qū)域所完成的電力功能不同。用戶分區(qū)調度系統(tǒng)由運行模式分析技術、供電區(qū)數(shù)據(jù)采集和DP-TBD算法完成數(shù)據(jù)調度，由此分析系統(tǒng)輸電方式、電力類型、約束條件和最佳配電方案[5]。

自動劃分系統(tǒng)能夠合理規(guī)劃電力輸送區(qū)域，對整個輸配電工程具有重要作用，能夠根據(jù)電力用戶需求合理規(guī)劃電力資源。系統(tǒng)劃分的供電區(qū)數(shù)據(jù)經過算法處理，實現(xiàn)電力信息的實時監(jiān)控，保證分區(qū)電力安全，同時對配電網輸送電能進行檢測，保障分區(qū)的用電質量，對電力事業(yè)的發(fā)展具有重要意義[6]。

2 映射規(guī)約劃分技術

對于中壓配電網的分區(qū)劃分，本文通過建立自動劃分系統(tǒng)實現(xiàn)供區(qū)的劃分，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依托于映射規(guī)約技術，利用該技術的自動劃分能力實現(xiàn)電力的分配，為中壓配電網的分區(qū)劃分提供重要依據(jù)[7]。映射規(guī)約技術如圖2所示。

圖2 映射規(guī)約技術圖

映射規(guī)約技術的核心功能是將配電網劃分為多個等值模型，加強中壓配電網的輸電能力。主要根據(jù)電網統(tǒng)合過程輸電數(shù)據(jù)設計規(guī)劃，按照自定義格式進行設置，由此解析出5個功能文件，即整合、編程、分區(qū)、篩選和儲存，整合文件功能是采集電網信息并進行數(shù)據(jù)整合，使分區(qū)規(guī)劃具有條理性；編程文件主要負責技術方案的編寫和程序運行；分區(qū)文件將各電力信息分類劃分，使電力規(guī)劃具有邏輯性；篩選文件負責篩選無用電力數(shù)據(jù)文件，將算法程序中產生的垃圾文件進行刪減；儲存文件負責保存電網分區(qū)數(shù)據(jù)的保存和提交。

3 供電分區(qū)等值模型

由規(guī)約技術劃分的等值模型通過仿真的形式展現(xiàn)出來，通過對供電區(qū)域電力運行數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)現(xiàn)場運行結構顯示，經過同類對比方式優(yōu)選出最佳模型結構，由此得到供電分區(qū)等值模型如圖3所示。

圖3 供電分區(qū)等值模型

供電分區(qū)等值模型的建立基于映射規(guī)約技術，根據(jù)規(guī)約中的電網數(shù)據(jù)進行劃分供電區(qū)域，將各區(qū)域通過三角形聯(lián)結成圖3所示等值模型。該模型外網母線電壓為10 kV，內網電壓為6 kV，涵蓋了中壓電網電壓等級范圍，外網與內網設有熔斷器，保證輸電線路的安全。內外網聯(lián)結方式均參考了三角形聯(lián)結方式，外網與內網之間變壓器采用雙線輸電方式進行傳輸，增加中壓配電區(qū)域的電能質量，而且三角形式的接法對電網穩(wěn)定性具有增益效果。等值模型的輸電范圍為6 kV～10 kV，滿足中壓配網用戶的普遍需求，一定程度上實現(xiàn)了配電網的按需分配策略。

4 DP-TBD劃分算法

架設中壓配電網等值模型為理想狀態(tài)，對于任一供電區(qū)域電能輸送數(shù)據(jù)記錄為

xn,k+1=fn(xn,k,qn,k),n=1,2,…,Nk

(1)

式中，xn,k表示中壓配電網劃分初始區(qū)域，xn,k+1表示配電網劃分相鄰區(qū)域，qn,k表示劃分的供電區(qū)域受外界影響噪聲，fn表示供電區(qū)域等值模型函數(shù)，Nk表示配電網劃分等值模型總數(shù)。

通過采集各項中壓配電網數(shù)據(jù)信息，據(jù)此推算等值模型建立的條件[8]，根據(jù)是否采集到目標數(shù)據(jù)建立不同模型，即：

(2)

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件，通過辨識各數(shù)據(jù)之間的關系，對于建立模型時造成的約束條件統(tǒng)一記為

(3)

其中，Δx表示影響因素造成的模型橫坐標差值，Δy表示影響因素造成的模型縱坐標差值，Ik表示模型建立過程中影響因素，b表示中壓電網輸送電能參數(shù)，m表示等值模型中橫坐標變化系數(shù)，n表示等值模型中縱坐標系數(shù)，xk表示理論上建立模型橫坐標，yk表示理論建立的模型縱坐標。

對模型建立過程中外界受到的噪聲進行分析，由此得出信噪比展開式為

(4)

其中，SNR表示模型運行中產生的信噪比，σ表示采集數(shù)據(jù)時噪聲感應的影響力。

建立模型過程中，在外界影響的基礎上配電網輸送的電能質量可用下式表達：

(5)

分析等值模型函數(shù)與模型承受能力之間的關系，利用等值差原理分析得到：

I(m,n)(s1)=z(m,n)

(6)

式(6)表明配電網輸送電能承受力度與模型函數(shù)關系呈正比，即電能輸送能力與外界之間的差值轉換為

Φ(s1)=0

(7)

其中，Φ(s1)表明等值模型輸電能力與配網環(huán)境之間沒有直接關系。

對建立的電力配電形式進行能力驗證，計算其最大輸電量表示為

(8)

根據(jù)輸電量的變化推算出等值模型輸電能力變化函數(shù)，即

Φ(s1)=arg max(I(m,n)(sk-1))

(9)

通過DP-TBD算法對等值模型的數(shù)據(jù)對比和函數(shù)驗算相對傳統(tǒng)電網輸電模型數(shù)據(jù)敏感性更強，可劃分區(qū)域更多。

5 試驗結果與分析

本研究通過實地調研城鎮(zhèn)配電網絡數(shù)據(jù)，利用Simulink軟件建立中壓配電網等值模型，并在此模型下進行實驗并記錄數(shù)據(jù)。實驗用計算機應用Win10系統(tǒng)，采用CPU內存為64+256 GB，硬件參數(shù)為Intel core i9 9600KF。環(huán)境參數(shù)設置精度為95%以上，電網信息采集精度為90%[9]，算法計算誤差不超過2.0%，輸電通道采用中壓輸電方式。實驗參數(shù)配置如表1所示。

表1 環(huán)境參數(shù)與配置軟件

本研究在6～10 kV中壓配電網進行實驗，采用Windows x86計算機系統(tǒng)，最終顯示測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 供電分區(qū)數(shù)據(jù)表

通過表2數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型變電容量為750 MV·A，輸電電壓為10 kV達到中壓配電網上限，輸電配送效率達到95.7%，電網超調量為85.31%，表明本研究模型穩(wěn)定性較好[10]；文獻[1]采用的N-1模型變電容量為550 MV·A，輸電電壓為6.3 kV,鄰近中壓配電網下限，輸電配送效率為85.4%，電網超調量為64.58%，表明該供電區(qū)模型穩(wěn)定性較差，輸電能力相對較弱；文獻[2]提出的網格化模型變電容量為520 MV·A，輸電電壓為7.0 kV，為中壓配電網平均配電程度，輸電配送效率為82.3%，電網超調量為72.61%，表明此供電模型穩(wěn)定性一般。對比發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型性能更加優(yōu)越。

為驗證本研究分區(qū)模型輸電能力，通過對比各模型對中壓配電網絡的輸電量曲線，得到輸電能力曲線對比如圖4所示。

圖4 模型輸電能力曲線

分析圖4中3種供電分區(qū)模型的輸電量，發(fā)現(xiàn)本研究等值模型在輸電時間為10 h達到最大限度，最高輸電量為6.0 kV，之后穩(wěn)定在5.5～6.0 kV，整體輸電量較高,更為符合中壓配電網絡發(fā)展需求。

通過顯示各供電區(qū)電網穩(wěn)定性進一步驗證本研究的優(yōu)越性，利用Plexim Plecs 軟件對各模型造成的電網波動進行仿真，得到電網穩(wěn)定性對比仿真如圖5所示。

圖5 電網運行穩(wěn)定性對比

通過對比發(fā)現(xiàn)本研究供電分區(qū)等值模型穩(wěn)定性在85%以上，整體波動范圍較小，對電網影響不大；文獻[1]設計的供電分區(qū)N-1模型穩(wěn)定性在65%以上，整體波動范圍較大，嚴重影響電網穩(wěn)定；文獻[2]設計的供電分區(qū)網格化模型穩(wěn)定性在70%以上，整體波動范圍在電網承受范圍之內，但由于穩(wěn)定性較差，增加了電網運行壓力。分析可知本研究等值模型穩(wěn)定性較好。

6 總結

本研究主要技術研究如下：

(1) 通過建立配電網自動劃分系統(tǒng)實現(xiàn)中壓配電網的合理分區(qū)，將復雜的用戶網絡整理統(tǒng)一;

(2) 通過映射規(guī)約技術建立配電網絡等值模型，將供電分區(qū)各輸電線路進行整合，提高分區(qū)輸電能力，增加電網安全性;

(3) 利用DP-TBD算法對模型輸電能力進行驗算，通過計算其運行過程中的約束條件驗證其最大輸電能力，使配電網能夠最大化利用電能。

通過實驗電力數(shù)據(jù)表和仿真對比圖分析，上述研究符合電力市場供電需求。但是本研究在實驗過程仍存在不足，輸電中外界環(huán)境仍會對配電網造成影響，電力用戶過多仍會造成較大的輸電壓力等。