基于提升供電能力的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃探析

于 明 郭 華 潘 珍 王紀勇 莫昌明

（1. 廣西電網(wǎng)有限責任公司，南寧 530023；2. 天津天大求實電力新技術(shù)股份有限公司，天津 300000）

隨著時代的發(fā)展，配電網(wǎng)的建設(shè)越來越呈現(xiàn)出矛盾的一面。一方面，經(jīng)濟在快速增長，用電需求也直線上升；另一方面，因空間資源的緊張，變電站用地及線路走廊日趨匱乏。這就要求我們必須變革傳統(tǒng)的以擴張為手段的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，而是深入挖潛，圍繞提升配網(wǎng)供電能力進行精細化規(guī)劃。

所謂配網(wǎng)供電能力（TSC），是指滿足“N-1”準則和運行約束的一定供電區(qū)域的最大負荷供應能力。TSC的大小取決于變電站主變與配電線路的轉(zhuǎn)供能力。基于TSC的規(guī)劃的本質(zhì)是充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)互連的優(yōu)勢，因此更適用于配網(wǎng)自動化有所發(fā)展的城市配電網(wǎng)優(yōu)化。

現(xiàn)有文獻多側(cè)重于介紹供電能力指標計算，缺乏將其和配網(wǎng)規(guī)劃相結(jié)合。文章在這方面尋求突破。

1 TSC理論概述

“供電能力”概念是隨著配電網(wǎng)建設(shè)水平的提升而出現(xiàn)的。其發(fā)展經(jīng)歷了3個階段：①以變電容量評估配網(wǎng)供電能力，該方法以傳統(tǒng)規(guī)劃中的容載比法為代表；②以饋線負荷來估計網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力，以最大負荷倍數(shù)法、負荷能力法等為代表；③綜合考慮“N-1”安全準則、變電站主變負載率和配網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力的“最大供電能力”。顯然，以上三階段在合理性、科學性上是逐次遞進的。

基于TSC理論的規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃的區(qū)別：

1）傳統(tǒng)規(guī)劃方法中變電站選址定容和網(wǎng)架布線兩個子問題獨立進行，且主要依靠容載比、站內(nèi)N-1（即站內(nèi)主變的相互支持）等保守手段。因此，傳統(tǒng)規(guī)劃方法應新增負荷的主要對策是增加變電容量（為了將容載比控制在導則規(guī)定范圍內(nèi)），其結(jié)果必然是設(shè)備平均負載率偏低。而基于TSC理論的規(guī)劃能有效結(jié)合饋線的負荷轉(zhuǎn)供能力和變電站主變供電能力，使網(wǎng)架更為經(jīng)濟和優(yōu)化。

2）傳統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)是準確的負荷預測，而供電能力計算的基礎(chǔ)是已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)。因此，從難易程度上講，基于TSC的規(guī)劃要更容易實現(xiàn)。

3）傳統(tǒng)規(guī)劃和基于TSC的規(guī)劃均要進行“N-1”計算。但前者是在給定假設(shè)負荷下進行“N-1”檢驗以評價配電網(wǎng)安全性（在假設(shè)負荷下），后者是在未知負荷情況下計算滿足“N-1”的最大可能負荷。應該說，后者更適合挖掘電網(wǎng)的潛力。

2 基于TSC的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃

2.1 規(guī)劃措施及優(yōu)先順序

配電網(wǎng)規(guī)劃，說到底離不開對電源點和網(wǎng)架的調(diào)整。但調(diào)整方法是多種多樣的，在達到相同目的的前提下，采取性價比較高的方法自然是最為合理的。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，將可能的配電網(wǎng)規(guī)劃措施進行羅列，并按代價從低到高作排列，如圖 1所示。其中，大類的優(yōu)先次序為“A＞B＞C”，小類的優(yōu)先次序為“A1＞A2＞A3＞A4”（以A大類為例，其余類推）。三大類措施中，A類措施使用最廣泛，但目前多基于經(jīng)驗進行，沒有科學的模型，文章將在后續(xù)章節(jié)中予以構(gòu)建。

圖1 配電網(wǎng)規(guī)劃的措施及優(yōu)先順序排列

2.2 基于TSC的規(guī)劃流程

基于TSC的規(guī)劃流程如圖2所示。相關(guān)分析：

1）預測總負荷小于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)最大供電能力的情形。顯然，這完全可通過A類措施進行新負荷消納。

2）預測總負荷在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)最大供電能力與全聯(lián)絡(luò)供電能力（即假設(shè)所有主變兩兩互聯(lián)而形成的TSC）之間的情形。顯然，這種情況下主變?nèi)萘孔銐?，所需做的是加強網(wǎng)架（即 B類措施），之后進行分布校驗，不通過再采取A類措施。

3）預測總負荷大于全聯(lián)絡(luò)供電能力的情形。這時首先得采取C類措施以彌補變電容量不足，然后視實際情況去綜合采取B類、A類措施。另外，當存在供電盲區(qū)或已有變電站技術(shù)性重載（即無法通過任何方法來滿足新增負荷），也必須新增變電站。

圖2 配電網(wǎng)規(guī)劃的措施及優(yōu)先順序排列

2.3 負荷在主變間再分配方法設(shè)計

該方法的實質(zhì)是：對相關(guān)負荷（包括新增和已有）進行優(yōu)化分配，使得在滿足主變“N-1”安全準則條件下實現(xiàn)最好的負荷均衡性。筆者在參考文獻[4]的基礎(chǔ)上進行修改，得到負荷再分配模型如下。

1）目標函數(shù)

式中，SDI為安全裕度（即主變“N-1”安全程度），VVLR為負荷均衡度，w1、w2為權(quán)重。SDI和VVLR的計算見式（2）至式（4）所示。其中，DiS、Ri分別為主變i的安全距離和額定容量，k為變壓器短時過載系數(shù)，Ti為主變i最大負載率，為與主變i同屬一個站且有聯(lián)絡(luò)關(guān)系的其他主變集合，為與主變i不同屬一個站但有聯(lián)絡(luò)關(guān)系的站外主變集合，LiA為負荷再分配后的主變負載。

2）約束條件

主要是兩類：負荷轉(zhuǎn)帶約束和負荷分配平衡約束。式（5）至式（9）為詳細表述。

式中，LiO為負荷再分配前的主變負載，rijT為主變i（故障時）轉(zhuǎn)到主變j的負荷，LijS為根據(jù)負荷優(yōu)化原則由主變i改切到主變j的負荷，LlN為新增負荷值。

3 實際算例

3.1 配網(wǎng)現(xiàn)狀及負荷需求

算例 10kV配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖 3所示。目前 3個變電所的主變總?cè)萘?240MVA，負荷約為125MW。L1—L7為規(guī)劃新增負荷的位置（其中，L1—L4均為6MW，L5—L7均為12MW）。

圖3 基于TSC的配電網(wǎng)規(guī)劃算例

3.2 規(guī)劃過程

因新增負荷點處于已建變電站的輻射范圍內(nèi)，且現(xiàn)有變電總?cè)萘看笥陬A測新增負荷與原有負荷之和，因此不考慮新增變電站，而是綜合采用“2.1”中的A類措施和B類措施。以下為具體過程：

1）根據(jù)文獻[2]提出的最大供電能力計算方法，得到算例的TSC約為179MW，MSC（即全聯(lián)絡(luò)供電能力）約為250MW。因規(guī)劃總負荷為185MW，介于兩者之間。因此首先尋求供電能力總量調(diào)整。圖3中所示點劃線即為執(zhí)行本項措施的體現(xiàn)。在切改完成后，重新計算得到新網(wǎng)絡(luò)的TSC為200MW，滿足總量校驗。

2）校驗供電能力分布。調(diào)用文章提出的負荷優(yōu)化方法（式（1）至式（9）），設(shè)權(quán)重為 0.6、0.4，設(shè)饋線負荷均勻分布，利用 Lingo軟件，得到負荷再分配情況見表1、表2。

表1 原有負荷的重新分配/MW

表2 新增負荷在各主變的分配/MW

3.3 與傳統(tǒng)方案的比較

按照傳統(tǒng)規(guī)劃原則，城網(wǎng)容載比宜在2.0以上，因此需新增一座3×40MVA變電站，并建設(shè)相應的10kV出線。限于篇幅，文章不再畫出傳統(tǒng)規(guī)劃方法的網(wǎng)架圖，僅就兩種方法的經(jīng)濟技術(shù)比較做列示。

表3 兩種規(guī)劃方案的比對

顯然，傳統(tǒng)方法沒有從互聯(lián)互通角度去充分挖掘現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)的潛力，造成投資的大幅上升。

4 結(jié)論

基于提升供電能力的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃能在不建或少建電網(wǎng)的情況下，安全、可靠地吸納新增負荷。這一方面提升了電網(wǎng)設(shè)備的綜合使用效能，另一方面也提升了電網(wǎng)對于負荷變化的影響速度（新建變電站或線路畢竟曠日持久）。文章建立的規(guī)劃模型和方法經(jīng)受了算例考驗，值得進一步推廣。

[1] 高彥聘. 基于提高供電能力的配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2012, 47(12): 17-20.

[2] 肖峻. 基于最大供電能力的配電網(wǎng)規(guī)劃理念與方法[J]. 中國電機工程學報, 2014, 42(1): 117-120.

[3] 肖峻. 基于最大供電能力的智能配電網(wǎng)規(guī)劃與運行新思路[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2011, 21(3): 43-45.

[4] Xiao J, Li F, Gu Wz, et al. Total supply capability and its extended indices for distribution systems: definition,model calculation and applications[J]. IET Generation Transmission & Distribution, 2011, 5(8): 869-876.