周振宇，李紅英，劉海俊，張兆省

（1.華北電力大學(xué)，北京 071003；2.國網(wǎng)浙江云和縣供電公司，浙江 323600；3.上海浦海求實(shí)電力新技術(shù)有限公司，上海 200090）

1 課題調(diào)研

近年來，國內(nèi)外對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性研究較多。文獻(xiàn)［1］在引入動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，加入了敏感性的分析法來綜合分析對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響最大的不確定性因素。文獻(xiàn)［2，3］介紹了工程經(jīng)濟(jì)法，分別從兩方面的經(jīng)濟(jì)角度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。文獻(xiàn)［4］在充分考慮配電網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)，建立了全面的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系。文獻(xiàn)［1-4］主要考慮了配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，但與實(shí)際配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)聯(lián)系較少。文獻(xiàn)［5］在分析城市中壓配電網(wǎng)的接線模式基礎(chǔ)上，分析了經(jīng)濟(jì)性與可靠性，推薦了不同狀況下適宜的接線方式，但其經(jīng)濟(jì)性分析的計(jì)算方法不夠完整詳細(xì)，評(píng)價(jià)結(jié)果不夠全面細(xì)致。文獻(xiàn)［6］考慮了不同條件下中壓配電網(wǎng)的接線模式對(duì)其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性的影響，推薦了城市不同區(qū)域?qū)τ诳煽啃圆町惢笙碌慕泳€模式，但在經(jīng)濟(jì)性分析中沒有涉及敏感性分析，以致接線模式的評(píng)價(jià)和選擇不夠充分。

為此，本文采用一種供電面積可調(diào)的分析模型，以替代傳統(tǒng)接線方式分析中采用的假定配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的面積和形狀一定的供電模型［7，8］。根據(jù)中壓配電網(wǎng)的接線模式，建立了幾種基于接線模式的接線方案。對(duì)各種接線模式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較及敏感性分析計(jì)算，為電網(wǎng)規(guī)劃推薦接線模式和提供技術(shù)支撐。

2 中壓配電網(wǎng)的模型及接線方式

在實(shí)際電網(wǎng)分析中，對(duì)于一個(gè)確定的規(guī)劃區(qū)域，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷密度以及街道分布狀況，很容易分析出不同接線模式的經(jīng)濟(jì)性。這種常規(guī)分析的結(jié)論受到所選區(qū)域的特定條件約束?；诖丝紤]，結(jié)合中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，采用一種供電面積可調(diào)整的分析模型進(jìn)行研究。理想化分析模型示意圖，如圖1所示。

圖1 理想化分析模型

對(duì)上述理想化模型進(jìn)行4種假設(shè)：①電網(wǎng)所覆蓋區(qū)域內(nèi)負(fù)荷分布均勻；②各110 k V配電站的供電區(qū)域?yàn)閳A形，且區(qū)域內(nèi)負(fù)荷分布均勻；③4個(gè)110 k V配電站在供電區(qū)域邊界上均勻分布；④對(duì)于同一方案，各個(gè)10 k V配電站的變壓器臺(tái)數(shù)、容量和負(fù)載率均相同。

模型中的主要參數(shù)表達(dá)式為：

式中：r為10 k V配電站的供電半徑；S為10 k V配電站中變壓器的總額定容量；η為變壓器負(fù)載率；λ為功率因數(shù)；σ為配電網(wǎng)所覆蓋區(qū)域的平均負(fù)荷密度；P為配電網(wǎng)覆蓋區(qū)總負(fù)荷；n為變電站的數(shù)量。

本文建立的配電網(wǎng)模型，假設(shè)覆蓋區(qū)域的邊界近似為圓形，設(shè)R為配電網(wǎng)覆蓋區(qū)域半徑，則有：

310 k V配電網(wǎng)接線模式分析

3.110 k V架空線路

具有代表性的3種架空線路接線模式，即輻射接線、環(huán)式接線和多分段多聯(lián)絡(luò)接線。以下簡稱架空接線1、架空接線2、架空接線3。3種架空線路接線示意圖，如圖2所示。

3.210 k V電纜線路

具有代表性的3種電纜接線模式，即輻射接線、環(huán)式接線和環(huán)網(wǎng)接線。以下簡稱電纜接線1、電纜接線2、電纜接線3。3種電纜線路接線示意圖，如圖3所示。

圖2 架空線路接線模式

圖3 電纜線路接線模式

3.3 配電網(wǎng)接線模式分析

接線方案不僅需要安全可靠供電，還必須做到投資少、運(yùn)行費(fèi)用低。在充分結(jié)合各種接線模式的基礎(chǔ)上，提出3種接線方案，即輻射接線方案、多分段多聯(lián)絡(luò)接線方案和環(huán)網(wǎng)接線接線方案。以下簡稱接線方案1、接線方案2和接線方案3，如圖4所示。本文經(jīng)濟(jì)性的分析以接線方案圖為計(jì)算依據(jù)。

4 中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 經(jīng)濟(jì)性算法及計(jì)算公式

通常，在實(shí)際分析時(shí)將配電網(wǎng)劃分成一些小區(qū)，每區(qū)由110 k V配電站、10 k V饋線和開關(guān)等組成。中壓配電網(wǎng)供電方案的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算思路，即在不同負(fù)荷密度下，對(duì)每臺(tái)110 k V變壓器容量和臺(tái)數(shù)的配合，劃定變電站的供電范圍，然后根據(jù)供電范圍內(nèi)不同的、合理的架空線路和電纜線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，計(jì)算每種方案的單位負(fù)荷年費(fèi)用，用以判斷經(jīng)濟(jì)性。

圖4 中壓配電網(wǎng)接線方案

在不考慮電源變電站費(fèi)用的狀況下，單位負(fù)荷年費(fèi)用算式為：

式中：Fn為單位負(fù)荷年費(fèi)用值，數(shù)值較小的方案經(jīng)濟(jì)性較好；Fns為變電站平均分布在n年內(nèi)的年費(fèi)用；Fnl為平均分布在n年內(nèi)的線路年費(fèi)用；P為方案中變電站的最大負(fù)荷。

Fns、Fnl的計(jì)算可以統(tǒng)一表示為：

式中：Z為電力設(shè)備（線路或變壓器）綜合投資費(fèi)用現(xiàn)值；b0為電力投資回報(bào)率，取值為0.1；ns為設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命（變電站為25年，架空線路為30年，電纜線路為40年）；CU為設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用。

4.2 敏感性分析

敏感性分析是通過考慮配電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目的主要因素發(fā)生變化，對(duì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)產(chǎn)生的影響，以此找到敏感因素，分析敏感因素對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響。在整個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)，會(huì)有許多非確定因素影響經(jīng)濟(jì)效益。例如：變電站投資和線路綜合的投資，電價(jià)和負(fù)荷密度等。

5 算例分析

在分析計(jì)算時(shí)，為了得到一般性規(guī)律，取不同的負(fù)荷密度和變電站容量。以此為前提，將負(fù)荷密度和變電站容量作為變量，分別研究架空線路和電纜線路在“負(fù)荷密度σ”和“變電站容量S”在合理變化趨勢范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)應(yīng)接線模式的經(jīng)濟(jì)性，以及在這兩個(gè)變量確定的狀況下不同接線模式的比較。

以浙江云和縣為例，研究110 k V變電站的經(jīng)濟(jì)性。變電站容量分別取2×20 MVA，2× 40 MVA；負(fù)荷密度分別取2.0 MW／km2，5.0 MW／km2，10.0 MW／km2，20.0 MW／km2，40.0 MW／km2。根據(jù)變電站和線路的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算比較方法，計(jì)算綜合投資和運(yùn)行費(fèi)用，最終計(jì)算出單位負(fù)荷年費(fèi)用結(jié)果。

5.1110 k V變電站經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

1）變電站容量為2×40 MVA，采用不同接線模式時(shí)，不同單位負(fù)荷年費(fèi)用Fn對(duì)負(fù)荷密度σ的影響，如圖5所示。

圖5 單位負(fù)荷年費(fèi)用對(duì)負(fù)荷密度的影響

2）負(fù)荷密度為2.0 MW／km2，采用不同配電網(wǎng)接線模式時(shí)，不同單位負(fù)荷年費(fèi)用Fn對(duì)變電站容量S的影響，如圖6所示。

5.2 中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果分析

由計(jì)算結(jié)果（參見圖5和圖6）可以得出3點(diǎn)結(jié)論。

1）在變電站容量（S＝2×40 MVA）狀況下，對(duì)于相同的接線模式，架空線路和電纜線路的Fn與供電范圍內(nèi)負(fù)荷密度σ的增長成反比關(guān)系。

圖6 單位負(fù)荷年費(fèi)用對(duì)變電站容量的影響

2）在負(fù)荷密度（σ＝2.0 MW／km2）狀況下，對(duì)于同一種接線模式，F(xiàn)n與變電站容量的增長成反比關(guān)系。

3）在同一變電站容量和負(fù)荷密度下，3種架空接線模式的Fn由低至高，依次是架空線方案1、架空線方案2、架空線方案3。3種電纜接線模式的Fn由低至高，依次是電纜線方案1、電纜線方案2、電纜方線案3。

5.3 敏感性分析

敏感性分析主要考慮變電站容量、線路綜合投資、電價(jià)以及負(fù)荷密度這4個(gè)因素，同時(shí)分析其變化±5%、±10%時(shí)的單位負(fù)荷年費(fèi)用的變化狀況。以變電站容量（S＝2×40 MVA），負(fù)荷密度（σ＝10 MW／km2），兩聯(lián)絡(luò)的電纜接線模式為例，不同單位負(fù)荷年費(fèi)用Fn對(duì)敏感性的影響，如圖7所示。其他中壓配電網(wǎng)供電方案有類似結(jié)論。

圖7 單位負(fù)荷年費(fèi)用對(duì)敏感性的影響

從圖7可以看出，對(duì)Fn影響，從大到小，依次是變電站綜合投資、線路投資、負(fù)荷密度、電價(jià)因素。其中，中壓配電站綜合投資、線路投資、電價(jià)的變化率增加，會(huì)導(dǎo)致單位負(fù)荷年費(fèi)用隨之增加，而隨著負(fù)荷密度變化率的減小，單位負(fù)荷年費(fèi)用隨之增大。

6 結(jié)語

對(duì)于各級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃決策來說，如何規(guī)劃出合理的城市配電網(wǎng)，使之既能利用有限的條件將經(jīng)濟(jì)效益最大化，又能最大限度的避免浪費(fèi)，是最為關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。在總結(jié)中壓配電網(wǎng)的典型接線模式的前提下，采用一種可調(diào)供電面積的分析模型，建立一個(gè)基于典型接線模式的配電網(wǎng)供電方案。通過計(jì)算，比較其經(jīng)濟(jì)性，得出最優(yōu)方案。分析結(jié)論可對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃決策，提供技術(shù)參考。

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