等值線在變電站選址的應(yīng)用

楊坤池,李靜濤,錢迎春,倪海云,張永雙

(1.云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011;2.云南恒安電力工程有限公司,昆明 650011)

等值線在變電站選址的應(yīng)用

楊坤池1,李靜濤1,錢迎春1,倪海云2,張永雙2

(1.云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011;2.云南恒安電力工程有限公司,昆明 650011)

對(duì)變電站選址進(jìn)出線投資等值線的確定及應(yīng)用方法進(jìn)行了探討,居于電網(wǎng)建設(shè)在節(jié)能和全壽命周期管理的理念,對(duì)等值線在變電站進(jìn)出線電阻線損和建設(shè)年費(fèi)用的應(yīng)用也有所涉及。

變電站;進(jìn)出線;等值線;投資;線損;年費(fèi)用;選址

1 前言

“等值線”的定義為 “將某種地理事物或地理現(xiàn)象取其數(shù)值相等點(diǎn)所做的連線”,“在一定參考面上氣象要素?cái)?shù)值相等各點(diǎn)的連線”等。由等值線構(gòu)成的圖形稱為等值線圖。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高和變電所進(jìn)出線規(guī)模的擴(kuò)大,送電線路投資在輸變電工程投資中所占的比例也相應(yīng)增大,在各進(jìn)出線迄點(diǎn)已確定的情況下,新建變電所不同的所址對(duì)進(jìn)出線總投資的影響較大,稱之為 “落點(diǎn)效益”[1],如何找到進(jìn)出線總投資較少而又具備建所條件的所址,或如何評(píng)價(jià)已選的幾個(gè)所址 “落點(diǎn)效益”是否已達(dá)到最優(yōu),結(jié)合地理信息[2],這正是變電站進(jìn)出線投資等值線圖能夠解決的問題。

在缺少變電站選址進(jìn)出線投資等值線圖的情況下,變電站選址過程中,對(duì)于進(jìn)出線投資之和的比較,現(xiàn)在常用的方法為：根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃、地形、地質(zhì)、進(jìn)所道路、對(duì)地方規(guī)劃的影響、進(jìn)出線走廊等建設(shè)條件,在一定地理范圍內(nèi),先確定幾個(gè)站址方案,分別對(duì)這幾個(gè)站址計(jì)算各進(jìn)出線投資,合計(jì)投資后比較各站址對(duì)進(jìn)出線投資的影響。由于一個(gè)變電站各個(gè)電壓等級(jí)的進(jìn)出線回路累計(jì)后,進(jìn)出線回路往往較多,并且需要連接的對(duì)側(cè)可能有電源、換流站、樞紐變、用戶變等,位置分散,不可能立即得到變電站建在各個(gè)地點(diǎn)的進(jìn)出線總投資,判斷進(jìn)出線投資優(yōu)劣,在之前確定的幾個(gè)站址中,有可能遺漏投資最優(yōu)的建站位置。以下推薦采用兩階段選址方法。[3,4]對(duì)等值線在變電站進(jìn)出線電阻線損和建設(shè)年費(fèi)用的應(yīng)用也有所探討[5]。

2 變電所進(jìn)出線數(shù)學(xué)模型

2.1 線路長度計(jì)算

2.1.1 一般計(jì)算公式[1,6]

x,y—擬選所址坐標(biāo),km;

xi,yi—第i個(gè)迄點(diǎn)變電所位置坐標(biāo),km;

hi—第i條線路曲折系數(shù);

2.1.2 繞過障礙區(qū)域的計(jì)算公式

圖1 航空線穿過障礙區(qū)域

航空線AB不穿過障礙區(qū)域者按 (1)式計(jì)算。航空線如果穿過障礙區(qū)域 (如圖 1),設(shè)(AC+CB)≤ (AC2+C2B),則 AB線路的長度為：

Li1=hi(AC+BC) (2)

考慮繞過障礙區(qū)的情況,第i條線路的長度為繞過障礙區(qū)域的線路長度為：

Li=Li1(3)

2.1.3 價(jià)差區(qū)域內(nèi)線路長度計(jì)算公式

圖2 價(jià)差區(qū)域內(nèi)線路長度計(jì)算

Li2=hi×P1P2(4)2.2 進(jìn)出線投資計(jì)算公式

n—變電所進(jìn)出線總數(shù);

di—第i條線路每千米造價(jià),萬元/km;

Pc—特殊價(jià)格區(qū)域價(jià)格增加系數(shù)

V—某位置的進(jìn)出線總造價(jià),萬元。

其物理意義為：

1)擬選所址進(jìn)出線總投資等于各條進(jìn)出線投資之和;

2)其中一條進(jìn)出線的投資=此進(jìn)出線起迄點(diǎn)間航空距離×其曲折系數(shù)×此送電線路單位造價(jià)。

2.3 平均年投資MA(萬元/年)計(jì)算公式

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,采用以下近似計(jì)算公式[7]。M

i=An

1 (di(Li1+Pc×Li2) ×C×(1+C)Ai/((1+C)Ai-1)) (6)

C—年貸款利率

Ai—第i條線路運(yùn)行年限,年

2.4 年電阻線損ΔPA(kW.h)計(jì)算公式

應(yīng)用參考文獻(xiàn) [8]公式,整理得,

Ri—第i條線路單根導(dǎo)線每km的直流電阻, Ω/km

Ti—第i條線路的年運(yùn)行小時(shí)數(shù),h

mi—第i條線路的分裂子導(dǎo)線數(shù),根

L′i—第i條線路到達(dá)對(duì)側(cè)變電站的線路長度,km

Iji—第i條線路經(jīng)濟(jì)電流密度,A/mm2

Aai—第i條線路導(dǎo)線的鋁截面,mm2

2.5 年費(fèi)用∑F(萬元)計(jì)算公式

本研究的年費(fèi)用僅考慮與進(jìn)出線對(duì)變電站選址影響較大的因素,即進(jìn)出線建設(shè)投資與線損造成的年費(fèi)用。

ΔFA=ΔP×Pr/10 000 (8)

∑F=ΔFA+MA(9)

Pr—每kW.h的計(jì)算電價(jià),元

3 等值線的確定及意義

應(yīng)用本文的公式 (5)、(7)和 (9)依次計(jì)算變電站進(jìn)出線投資、進(jìn)出線電阻線損和進(jìn)出線年費(fèi)用 (年投資+年電阻線損)。以進(jìn)出線投資等值線為例,(5)式的V是擬選所址在 (x,y)點(diǎn)的進(jìn)出線總造價(jià),令其為K,即為無理方程 (根式方程),由于一個(gè)變電站的各電壓等級(jí)的進(jìn)出線可能有許多條,即n為多數(shù),因此其方程的解和軌跡是比較復(fù)雜的。應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)值解法,將進(jìn)出線投資總價(jià)為K的所有點(diǎn)連接成光滑連續(xù)的曲線,得到平面上進(jìn)出線投資總造價(jià)為K的等值線;通過改變K值,得到擬建變電站進(jìn)出線總造價(jià)不同的等值線。按設(shè)定的差值,每隔一個(gè)投資差額繪制一條線,形成多條代表變電站進(jìn)出線總投資的曲線。將這些等值線匯集在一張平面圖上,形成等值線圖。

如圖1中的曲線為變電站選址進(jìn)出線投資等值線,同一條線上各點(diǎn)的進(jìn)出線總投資值相等,不同的線表示不同的總投資,相鄰線之間投資差額相等;“1#、2#、……N#”為與擬建變電站連接的目的地;“理想站址”表示至1#、2#、……N#等地所有輸電線路投資之和最少的位置,離理想站址等值線相差越多表示擬建變電站的進(jìn)出線總投資越大。設(shè)等值線間的投資差額為δ,以甲、乙、丙等點(diǎn)為例,乙位置較靠近理想站址,擬建變電站的進(jìn)出線總投資最少;丙位置的進(jìn)出線總投資比乙位置增加約9δ;如果擬建變電站站址選擇甲位置,則其進(jìn)出線總投資太大,一般不予考慮。

圖1 某擬建變電站進(jìn)出線投資等值線圖

4 等值線的應(yīng)用

擬建變電站選址進(jìn)出線投資等值線的應(yīng)用方法及步驟如下：

1)在AUTOCAD中插入能反映變電站選址關(guān)鍵要素的地圖,如地形圖、交通圖、行政區(qū)劃圖等地圖。

2)根據(jù)電力系統(tǒng)需求,確定擬建變電站選址的地理范圍,輸電線路走廊主要障礙區(qū)域,以及接入擬建變電站的所有線路終端地理坐標(biāo)等。

3)應(yīng)用進(jìn)出線投資等值線的確定方法繪制等值線圖。

4)變電站進(jìn)出線投資等值線圖反映了地面上各點(diǎn)的進(jìn)出線總投資金額和變化趨勢(shì)。根據(jù)各等值線代表的進(jìn)出線總投資值,不同等值線的投資差額和變化趨勢(shì),以及變電站建設(shè)條件,選擇擬建變電站投資合理的地理位置。

完成以上步驟后,生成的等值線圖,對(duì)于一個(gè)擬選所址應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行整理、修改和分析,如π接線路的π接點(diǎn),線路需要避開的局部區(qū)域的障礙,由于特殊情況可能增加或減少的投資等,需要增加一些考慮項(xiàng)目,通過修改線路長度、曲折系數(shù)等,從而得到符合實(shí)際情況的該位置的進(jìn)出線總投資。

5 結(jié)束語

一個(gè)變電站站址的確定牽涉到系統(tǒng)、變電、運(yùn)行維護(hù)及規(guī)劃等方方面面,此文僅就進(jìn)出線的投資分析提供一種直觀的方法,以期選出經(jīng)濟(jì)合理的站址。

進(jìn)出線電阻線損等值線圖和進(jìn)出線年費(fèi)用等值線圖在變電站選址中的應(yīng)用與投資等值線圖類似;確定等值線的計(jì)算公式和參數(shù)有一些差異,在文中也有所探討。

[1] 倪海云,羅志恒.變電所進(jìn)出線投資分析的一種簡(jiǎn)捷方法[J].云南電力技術(shù),2003(08).

[2] 胡之武,邱家駒,王康元.電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)等高線可視化實(shí)現(xiàn)方法 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005(08).

[3] 王成山,魏海洋,肖峻,等.變電站選址定容兩階段優(yōu)化規(guī)劃方法 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005,29(04).

[4] 嚴(yán)司瑋,姚建剛,李豐濤,等.基于改進(jìn)粒子群算法的變電站兩階段優(yōu)化選址 [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010, 1(03).

[5] 鄒江.全生命周期成本理論在電力成本管理中的運(yùn)用[J].技術(shù)與管理,2005(06).

[6] 陶青松,肖峻,王笑一.基于地理信息的變電站選址定容模型與算法 [J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2010 (12).

[7] 注冊(cè)咨詢工程師 (投資)考試教材編寫委員會(huì).項(xiàng)目決策分析與評(píng)價(jià) [M].中國計(jì)劃出版社,2010.

[8] 線損理論計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (試行)Q/CSG 1 1301-2008[S] .中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司.

Application of Contour Line Technology in Substation Siting

YANG Kunchi1,LI Jingtao1,QIAN Yingchun1,NI Haiyun2,ZHANG Yongshuang2
(1.Yunnan Grid Planning and Research Center,Kunming 650011; 2.Yunnan Hengan Electric Engineering co.,Kunming 650011)

With the development of the power system(more higher voltage and more incoming and outgoing lines of substations), the costs of the transmission lines take up an increasing proportion of the costs of the power transmission and transformation projects, different sites of the newly built substation would influence the costs of the incoming and outgoing lines of substations on the condition of the definitive start point and end point of transmission lines,the contour line technology can intuitively and find the lower cost areas from the point of macroscopic view.In this paper,we study and analysis the application of contour line technology in substation siting.Based on the energy saving and life cycle management ideas in power system construction,we also analysis the application of the contour lines technology in line loss and annual construction cost in this paper.

substation;transmission line;contour line;investment cost;line loss;annual cost;siting

TM63

B

1006-7345(2014)01-0068-03

2013-10-11

楊坤池 (1976),男,高級(jí)工程師,云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,主要從事規(guī)劃設(shè)計(jì)工作 (e-mail)237076510@qq.com。