黃育波 周星星

（1.國(guó)網(wǎng)杭州市蕭山區(qū)供電公司，杭州 311200；2.重慶星能電氣有限公司，重慶 400039）

城市配網(wǎng)指的是向一個(gè)城市分配和供應(yīng)電能的電力網(wǎng)。城市配網(wǎng)是電網(wǎng)的重要部分，用戶對(duì)于供電可靠性的要求越來(lái)越高。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)于配網(wǎng)建設(shè)的重視程度不夠高，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理。如何規(guī)劃建設(shè)一個(gè)可靠性高、滿足負(fù)荷需求的高質(zhì)量城市配網(wǎng)[1-8]，成為現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)城市配電網(wǎng)規(guī)劃大多采用人工擬定方案和計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算的方法。本文借助供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件，在對(duì)某城市現(xiàn)狀配網(wǎng)分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)及電力平衡分析，最終得出該城市配網(wǎng)規(guī)劃方案。

1 城市配網(wǎng)規(guī)劃特點(diǎn)、問(wèn)題及思路

1.1 城市配網(wǎng)規(guī)劃[2-6]特點(diǎn)

城市配網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，具有用電量大、負(fù)荷密度高、供電質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，在其規(guī)劃中值得注意的問(wèn)題很多：①規(guī)劃的不確定因素很多，負(fù)荷狀況很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；②規(guī)劃中所涉及的部門(mén)和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域多。

1.2 城市配網(wǎng)規(guī)劃存在的問(wèn)題

1）電力電量預(yù)測(cè)和平衡問(wèn)題

電力電量預(yù)測(cè)，考慮城市發(fā)展情況，對(duì)用電量進(jìn)行分析。電力電量平衡，通過(guò)分析電廠的裝機(jī)容量數(shù)和可利用容量，求得網(wǎng)電和地電的平衡。

2）與主網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)的問(wèn)題

鑒于目前我國(guó)110kV 及以上電網(wǎng)規(guī)劃已得到優(yōu)化，而配網(wǎng)建設(shè)還相對(duì)落后的情況，今后的電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)趨向由輸電向配電轉(zhuǎn)化，使配網(wǎng)功能得到優(yōu)化。配網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要盡量準(zhǔn)確，為主網(wǎng)規(guī)劃提供重要的參考和基礎(chǔ)原料。

3）結(jié)構(gòu)問(wèn)題

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)供電可靠性起關(guān)鍵作用，城市配網(wǎng)結(jié)構(gòu)必須重點(diǎn)考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力。對(duì)于一般城市可以采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)可靠性和安全運(yùn)行水平較高，可達(dá)到“N-1”，負(fù)荷轉(zhuǎn)移率可達(dá)到50%。對(duì)于可靠性要求更高的城市，可以采用雙回線加備自投結(jié)構(gòu)。

4）站點(diǎn)分布問(wèn)題

配網(wǎng)站點(diǎn)分布主要是供電范圍的劃分，路徑的選擇，開(kāi)關(guān)站、配變的選址等。合理選取路徑和配變，對(duì)供電半徑起著決定作用，必須給予足夠的重視。想要做好這些工作，必須和城市發(fā)展規(guī)劃緊密結(jié)合。

5）無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題

配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化是改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損的重要環(huán)節(jié)。功率因數(shù)的高低對(duì)過(guò)負(fù)荷和網(wǎng)損起著極重要的作用。城市配網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)該按照分層分區(qū)就地平衡，功率因數(shù)大于0.9 的原則進(jìn)行。

1.3 城市配網(wǎng)規(guī)劃的思路

1）對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行解讀

對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行解讀，其《用地規(guī)劃圖》、《土地利用總體規(guī)劃》可作為空間負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)，《路網(wǎng)規(guī)劃》和《管線綜合規(guī)劃》可作為目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)建的基礎(chǔ)。

2）電網(wǎng)現(xiàn)狀電網(wǎng)分析

開(kāi)展現(xiàn)狀電網(wǎng)分析，找出影響供電可靠性的主要因素和薄弱環(huán)節(jié)，并提出改進(jìn)措施。

3）電力需求預(yù)測(cè)及平衡

立足于積累的歷史與現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)，開(kāi)展空間負(fù)荷預(yù)測(cè)，采用彈性系數(shù)法、運(yùn)用產(chǎn)值單耗法等方法校驗(yàn)負(fù)荷總量預(yù)測(cè)結(jié)論，綜合分析得到總負(fù)荷、電量的預(yù)測(cè)結(jié)果。

4）配網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)制定

依據(jù)《配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（征求意見(jiàn)稿）》（Q/GDW738-2012）以及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)技術(shù)條款要求，結(jié)合本地區(qū)特點(diǎn)，確定配網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)。

5）高壓配網(wǎng)規(guī)劃

根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)高壓變電站布點(diǎn)及網(wǎng)架進(jìn)行合理規(guī)劃，并對(duì)規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行容載比校核。

6）中壓配網(wǎng)規(guī)劃

結(jié)合現(xiàn)狀分析結(jié)果，針對(duì)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，以可靠性為目的，提出2014年、2015年項(xiàng)目實(shí)施方案。

7）電氣計(jì)算

對(duì)目標(biāo)網(wǎng)架方案進(jìn)行潮流計(jì)算、“N-1”分析和短路電流計(jì)算。

8）規(guī)劃方案評(píng)估

對(duì)規(guī)劃電網(wǎng)進(jìn)行可靠性、線損評(píng)估，并結(jié)合投資估算結(jié)果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，分析規(guī)劃的可行性。

2 城市配網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)

2.1 現(xiàn)狀電網(wǎng)分析

開(kāi)展現(xiàn)狀電網(wǎng)分析，找出電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和問(wèn)題，形成現(xiàn)狀問(wèn)題表，作為目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃項(xiàng)目庫(kù)形成的依據(jù)。

現(xiàn)有的城市供電系統(tǒng)已基本上覆蓋了城市所有的居住地區(qū)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)對(duì)規(guī)劃系統(tǒng)未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)良好的起點(diǎn)，未來(lái)的投資需求主要在于滿足負(fù)荷的增長(zhǎng)，以及更換網(wǎng)絡(luò)中殘舊、存在缺陷的設(shè)備，以保證網(wǎng)絡(luò)安全、可靠運(yùn)行。

只有對(duì)現(xiàn)狀電網(wǎng)做全面的分析，才能給規(guī)劃區(qū)的電網(wǎng)起點(diǎn)一個(gè)合理的定位，從而更好的開(kāi)展目標(biāo)網(wǎng)架規(guī)劃。

2.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)[7]具有科學(xué)性強(qiáng)的特點(diǎn)，由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在搜集難及預(yù)測(cè)模型存在不適應(yīng)性等問(wèn)題，對(duì)某一具體區(qū)域而言，還要根據(jù)其實(shí)際的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與負(fù)荷發(fā)展情況采用恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷預(yù)測(cè)方法。一般情況下，城區(qū)配網(wǎng)的近期負(fù)荷預(yù)測(cè)采用產(chǎn)量單耗法和數(shù)學(xué)模型法，遠(yuǎn)景目標(biāo)年的負(fù)荷預(yù)測(cè)宜采用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法。

1）產(chǎn)量單耗法

根據(jù)規(guī)劃年產(chǎn)值單耗指標(biāo)和國(guó)民生產(chǎn)總值目標(biāo)，可預(yù)測(cè)出規(guī)劃年的需電量。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并分析影響產(chǎn)值單耗的各因素可能變化趨勢(shì)后確定產(chǎn)值單耗，影響產(chǎn)值單耗的因素大概有以下一些：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)電措施、產(chǎn)品價(jià)格以及產(chǎn)品生產(chǎn)的條件等。

2）數(shù)學(xué)模型法預(yù)測(cè)負(fù)荷

（1）回歸分析預(yù)測(cè)法

回歸分析也稱(chēng)為解釋性預(yù)測(cè)，它假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量之間存在著某種因果關(guān)系，它認(rèn)為輸入變量的變化會(huì)引起系統(tǒng)輸出變量的變化。通過(guò)研究輸入變量與輸出變量之間的關(guān)系，建立預(yù)測(cè)模型，明確相互關(guān)系的密切程度，然后以輸入變量為依據(jù)預(yù)測(cè)輸出變量的變化。

回歸分析法預(yù)測(cè)的步驟為：①分析確定自變量和因變量；②計(jì)算各自變量與因變量之間的相關(guān)性，確定合適的自變量；③根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確定回歸方程的參數(shù)，并進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)求得的方程是否具有實(shí)用價(jià)值和可行性；④判斷回歸方程的可行以后，由自變量計(jì)算預(yù)測(cè)值和置信區(qū)。

回歸分析法的缺點(diǎn)是要收集較多的觀測(cè)值，它的預(yù)測(cè)精度與樣本含量有關(guān)，所以付出的代價(jià)一般比較大。一般分為線性一元回歸、線性多元回歸和非線性回歸三種方法。

（2）優(yōu)選組合預(yù)測(cè)法

優(yōu)選組合預(yù)測(cè)有兩類(lèi)概念，一是指將幾種預(yù)測(cè)方法所得的預(yù)測(cè)結(jié)果，選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重進(jìn)行加權(quán)平均的一種預(yù)測(cè)方法；二是指在幾種預(yù)測(cè)方法中進(jìn)行比較，選擇擬合優(yōu)度最佳或標(biāo)準(zhǔn)離差最小的預(yù)測(cè)模型作為最優(yōu)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。組合預(yù)測(cè)方法是建立在最大信息利用的基礎(chǔ)上集結(jié)多種單一模型所包含的信息，進(jìn)行最優(yōu)組合。

（3）空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法[8]

城市電力總體規(guī)劃階段負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法，宜選用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)。收集土地利用現(xiàn)狀圖和規(guī)劃圖，在未來(lái)電力部門(mén)的供電范圍內(nèi)，將城市用地按照一定的原則劃分成各小區(qū)，基于各小區(qū)土地利用的特征和發(fā)展規(guī)律的預(yù)測(cè)，進(jìn)一步預(yù)測(cè)相應(yīng)小區(qū)中電力負(fù)荷的位置、數(shù)量和產(chǎn)生時(shí)間。

對(duì)未做上級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃的區(qū)域，其預(yù)測(cè)結(jié)果是對(duì)高壓變電站位置和容量、主干線的型號(hào)和路徑、開(kāi)關(guān)設(shè)備的裝設(shè)及投入時(shí)間等決策變量進(jìn)行規(guī)劃的基礎(chǔ)。對(duì)于已開(kāi)展上級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃的區(qū)域，其預(yù)測(cè)結(jié)果是對(duì)高壓變電站布點(diǎn)的校核，對(duì)于布點(diǎn)不合理的變電站可提出上級(jí)電網(wǎng)建設(shè)。

開(kāi)展空間負(fù)荷預(yù)測(cè)，校驗(yàn)上級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷總量預(yù)測(cè)結(jié)論。其分布預(yù)測(cè)結(jié)果可作為中壓出線規(guī)模的依據(jù)。其預(yù)測(cè)的飽和密度指標(biāo)可作為供區(qū)劃分的依據(jù)，進(jìn)一步確定各區(qū)的接線模式。

2.3 電力平衡

通過(guò)電力平衡分析，得到各電壓等級(jí)公用負(fù)荷，為配網(wǎng)規(guī)劃提供理論依據(jù)。電力平衡原理見(jiàn)表1。

表1 電力平衡表

2.4 配網(wǎng)規(guī)劃

規(guī)劃側(cè)重解決兩個(gè)問(wèn)題：第一解決現(xiàn)狀電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)及問(wèn)題，第二解決新增負(fù)荷供電問(wèn)題。以標(biāo)準(zhǔn)化、差異化和設(shè)備全壽命周期管理為原則，采取先確定遠(yuǎn)景年后確定中間過(guò)渡年的思路進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)架的構(gòu)建，具體構(gòu)建思路如圖1所示。

圖1 目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)建思路圖

3 算例

高壓：某城市轄區(qū)內(nèi)擁有500kV 變電站1 座，總變電容量2250MVA；220kV 變電站9 座，主變22臺(tái)，變電容量4170MVA；110kV 公用變電站34 座，主變68 臺(tái)，總變電容量3270MVA；35kV 公用變電站12 座、公用臨時(shí)變9 座，總變電容量502MVA。110kV 容載比1.85，35kV 容載比1.57，均處在較低水平。110kV 配網(wǎng)由于負(fù)載率較重，造成N-1 通過(guò)率僅為31.25%，110kV 變電站布點(diǎn)不足已成為地區(qū)供電瓶頸。

中壓： 10kV 線路737 條，線路總長(zhǎng)4504.01km；10kV 配變共計(jì)14184 臺(tái)，配變總?cè)萘?670.38MVA。10kV 線路供電距離偏長(zhǎng)的有137 條，線路配變裝接容量超過(guò)12MVA 的有140 條，導(dǎo)線截面偏小線路長(zhǎng)度1134.28km，不滿足N-1 聯(lián)絡(luò)線路189 條。

分析完該城市的配網(wǎng)現(xiàn)狀及薄弱環(huán)節(jié)之后，接下來(lái)進(jìn)行電力需求預(yù)測(cè)。綜合上述多種預(yù)測(cè)方法后對(duì)轄區(qū)電量和負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 分年度全社會(huì)用電量和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果

圖2 “十二五”末主要負(fù)荷增長(zhǎng)點(diǎn)分布圖

到2015年預(yù)測(cè)全社會(huì)用電量為176.69 億kW·h，負(fù)荷為2871MW。2013－2015年電量、負(fù)荷年均增長(zhǎng)率分別為6.85%和7.34%，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)6064h。

至2015年110kV 網(wǎng)供負(fù)荷1955MW，35kV 網(wǎng)供負(fù)荷227MW，10kV 網(wǎng)供負(fù)荷1688MW。

通過(guò)電力平衡分析得出，城市2013年110kV需新增變電容量0～214.47MVA；2015年110kV 需新增變電容量443.65～834.56MVA。

分析得出城市的高壓變電站布址及建設(shè)時(shí)序情況。2013年至2015年該轄區(qū)規(guī)劃新建110kV 變電站7 座，主變14 臺(tái)，容量700MVA；擴(kuò)建變電站1座，主變1 臺(tái)，容量50MVA。至2020年，轄區(qū)內(nèi)共19 座變電站，主變41 臺(tái)，容量共計(jì)1610MVA。

表3 110kV主變?nèi)葺d比計(jì)算表 單位：MVA、MW

至2015年，城市的容載比為2.06；至2020年，城市的容載比為1.96，均滿足相關(guān)導(dǎo)則要求。

圖3 2015年35kV 及以上電網(wǎng)地理接線示意圖

2013－2015年新建110kV 和35kV 線路20 條，新建電纜線路長(zhǎng)度 8.2km，新建架空線路長(zhǎng)度81.95km。

圖4 2020年35kV 及以上電網(wǎng)地理接線示意圖

2013－2015年新建中壓線路211 條，線路總長(zhǎng)666.34km，配套開(kāi)閉所176 座，柱上開(kāi)關(guān)141 臺(tái)；改造線路總長(zhǎng)度487.75km，新建開(kāi)閉所56 座，柱上開(kāi)關(guān)212 臺(tái)；新建分段開(kāi)關(guān)115 臺(tái)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)238臺(tái)，新建分段環(huán)網(wǎng)柜（開(kāi)閉所）125 座，新建聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)柜（開(kāi)閉所）110 座。

圖5 中壓電網(wǎng)走廊通道規(guī)劃圖

2013－2015年新建低壓線路682.20km，改造低壓線路85.54km。新建配變1137 臺(tái)，容量303.99MVA；改造配變173 臺(tái)，凈增容量55.64MVA。

2013－2015年110kV 及以下總投資18.25 億元，其中高壓投資3.20 億元，中低壓投資15.05 億元。

2015年供電可靠性達(dá)到99.990%；110kV 及以下線損由1.5%降至1.2%；綜合電壓合格率提升至99.994%。至 2015年轄區(qū)內(nèi)中壓線路聯(lián)絡(luò)達(dá)到100%，線路N-1 通過(guò)率達(dá)到94.85%。高壓線路全部通過(guò)N-1 校驗(yàn)。規(guī)劃期容載比在1.8～2.2 之間。

對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的建議如下：

1）建議在地方政府和電力部門(mén)之間建立交流渠道，共享資源，以便準(zhǔn)確及時(shí)的預(yù)測(cè)電力市場(chǎng)變化。

2）受變電站及線路建設(shè)條件等制約，輸變電工程前期工作難度較大，建議規(guī)劃實(shí)施部門(mén)提前進(jìn)行前期工作，以便改造能順利按時(shí)實(shí)施。

4 結(jié)論

城市的配網(wǎng)規(guī)劃有益于電網(wǎng)的營(yíng)銷(xiāo)、基建等方面的充分配合，使得配網(wǎng)建設(shè)工作的效率得到整體提升。本文介紹了一種實(shí)用的城市配電網(wǎng)規(guī)劃方法，在分析電網(wǎng)現(xiàn)狀及其薄弱環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，按照社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r預(yù)測(cè)電力負(fù)荷，根據(jù)城市的遠(yuǎn)景目標(biāo)及相關(guān)導(dǎo)則要求，對(duì)城市目標(biāo)網(wǎng)架和逐年網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)提出建議。

[1] 城市電力規(guī)劃規(guī)范.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國(guó)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布GB/50293-1999.

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