劉可達(dá) 陳安丹 劉芹

【摘 要】目前，城市配電網(wǎng)逐漸向網(wǎng)格化形式發(fā)展，即將正方形供電區(qū)域網(wǎng)格化劃分成更小的供電網(wǎng)格，通過利用網(wǎng)格單元的拓展性來提升供電的安全與穩(wěn)定。本文利用計(jì)算機(jī)程序來設(shè)計(jì)并建立基礎(chǔ)分析平臺，在負(fù)荷密度、接線模式不同的情況下，對網(wǎng)格化配電網(wǎng)的供電可靠性進(jìn)行試驗(yàn)、分析和計(jì)算，其試驗(yàn)結(jié)果對之后新一輪配電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營具有意義非常的指導(dǎo)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)格單元 接線模式 負(fù)荷密度

目前，城市配電網(wǎng)逐漸向網(wǎng)格化形式發(fā)展，網(wǎng)格化作為一種自下而上的新型規(guī)劃模式，是在城市控制性規(guī)劃的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步提高可靠性作為發(fā)展目標(biāo)，經(jīng)過網(wǎng)格化這一改造內(nèi)容后，配電設(shè)備的平均利用率會(huì)得到明顯的提升，網(wǎng)格之間及網(wǎng)格內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生定向的轉(zhuǎn)供能力，使下級電網(wǎng)能夠更好地支撐上級電網(wǎng)。網(wǎng)格形式的配電網(wǎng)布局有利于接入的便利化，確保配電網(wǎng)的安全供電，引導(dǎo)配電網(wǎng)的健康發(fā)展，因此網(wǎng)格化配電網(wǎng)的推廣具有十分重要的社會(huì)意義。

本文的配電網(wǎng)分析計(jì)算平臺是以網(wǎng)格式配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，不僅消除了網(wǎng)格規(guī)模大小配置的問題，還解決了網(wǎng)格間及內(nèi)部聯(lián)絡(luò)和供電可靠性問題。通過“聯(lián)絡(luò)組合”這一理念的充分應(yīng)用，使網(wǎng)格內(nèi)部各分段、網(wǎng)格與其上級變電站組成定向聯(lián)絡(luò)，對現(xiàn)有電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)氖崂?，結(jié)合重要客戶的所在區(qū)域和負(fù)荷大小，有效提升高峰用電時(shí)期的轉(zhuǎn)供能力和可靠性，用電低谷時(shí)期的設(shè)備閑置問題也迎刃而解，為之后的配電自動(dòng)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1網(wǎng)格化研究模型

1.1模型構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)

本次研究利用計(jì)算機(jī)程序來設(shè)計(jì)并建立基礎(chǔ)分析平臺，并植入匹配結(jié)果、計(jì)算模塊、負(fù)荷密度設(shè)置、邊界參數(shù)設(shè)置、配電網(wǎng)組網(wǎng)模型、網(wǎng)格化供電單元模型、高壓電源點(diǎn)模型等功能。配電網(wǎng)基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)置包含環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)置、供電能力、高中壓設(shè)備參數(shù)、位置、面積、負(fù)荷、定為坐標(biāo)等，將6至40MW/ 作為負(fù)荷密度的范圍?；A(chǔ)參數(shù)不同時(shí)，研究對象也會(huì)發(fā)生變化，分析平臺依據(jù)實(shí)際情況來選擇應(yīng)用模塊，這種層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有應(yīng)變能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，其計(jì)算結(jié)果也會(huì)更貼近實(shí)際電網(wǎng)。

1.2高壓電源點(diǎn)分布建模

高壓電源點(diǎn)在分布建模時(shí)必須符合一個(gè)前提，即上級高壓電源點(diǎn)符合下級的出現(xiàn)要求，首先35kV和110kV變電站的高壓電源點(diǎn)分布建模時(shí)會(huì)采用同樣的空間坐標(biāo)，這是為后續(xù)研究作基礎(chǔ)；其次，一個(gè)圓形區(qū)域即一個(gè)高壓電源點(diǎn)的供電范圍，必須均勻出線，四個(gè)同規(guī)模的高壓電源點(diǎn)正好形成一個(gè)正方形的供電區(qū)域。

1.3網(wǎng)格化供電單元

將正方形供電區(qū)域網(wǎng)格化劃分成更小的供電網(wǎng)格，將其作為最小的供電單元進(jìn)行研究；供電網(wǎng)格一般會(huì)根據(jù)普通街道的形成方式或小區(qū)變電器的供電距離來劃分，網(wǎng)格的單元邊距一般在0.5至1km以內(nèi)；供電網(wǎng)格劃分完成后，每個(gè)網(wǎng)格會(huì)依據(jù)所在的空間位置，配備面積、負(fù)荷、定位編號這三個(gè)基本參數(shù)；網(wǎng)格面積和負(fù)荷密度的關(guān)系可進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，也可單獨(dú)修改，具有較好的拓展性。

1.4可靠性計(jì)算單元

在分析基礎(chǔ)平臺頁面上有可靠性計(jì)算參數(shù)設(shè)置，用戶可以結(jié)合管理特征或區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置參數(shù)不同，其計(jì)算結(jié)果也不盡相同；接線方式、負(fù)荷密度與可靠性計(jì)算單元關(guān)系密切，接線模式從最初的架空線到四聯(lián)絡(luò)，從單環(huán)網(wǎng)的電纜到雙環(huán)網(wǎng)，組成不同的分段數(shù)，構(gòu)成接線方式的不同，負(fù)荷密度也從0.6至40MW/ 不等。

2配電網(wǎng)可靠性分析

2.1可靠性分析方法

配電網(wǎng)可靠性的評估方式包括近似法、網(wǎng)絡(luò)簡化法、狀態(tài)空間圖評估法、可靠度預(yù)測分析法、故障模式后果分析法，目前較常用也最符合實(shí)際的就是故障模式后果分析法，這種方法可以清晰反應(yīng)配電系統(tǒng)的運(yùn)行特征和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文依據(jù)《城市配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)技術(shù)原則》，采取故障模式后果分析法，先計(jì)算網(wǎng)格單元在負(fù)荷密度不同情況下的區(qū)域面積，依照不同的接線模式，最后計(jì)算網(wǎng)格單元的供電可靠率。

2.2可靠性分析計(jì)算

計(jì)算分析可靠率時(shí)，需要提取若干線路組合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中輸入采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)后方可進(jìn)行可靠率計(jì)算，將環(huán)狀供電和典型線路作為基礎(chǔ)，以概率分析的方法推算出整體樣本的供電可靠性。配電網(wǎng)正常運(yùn)行的指標(biāo)之一就是供電可靠性的計(jì)算結(jié)果，試驗(yàn)將會(huì)反復(fù)核實(shí)校驗(yàn)?zāi)K參數(shù)和計(jì)算結(jié)果，并與實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行對比，依次確定合適的計(jì)算參數(shù)，但鑒于不同地區(qū)的運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備檢修時(shí)間有所出入，因此計(jì)算可靠率時(shí)加入了人工輸入端的設(shè)置，使計(jì)算結(jié)果能夠更加貼近于實(shí)際地區(qū)特點(diǎn)。

3配電網(wǎng)可靠性分布研究

3.1模型匹配可靠性計(jì)算結(jié)果

中壓配網(wǎng)組網(wǎng)模式的關(guān)鍵指標(biāo)是分段和聯(lián)絡(luò)，本試驗(yàn)從這兩者入手，逐漸導(dǎo)入有關(guān)模型來匹配分析，匯總對比試驗(yàn)結(jié)果后，在負(fù)荷密度確定的區(qū)間內(nèi)，無聯(lián)絡(luò)和無分段的情況下，改變分段數(shù)量和組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，獲得的匹配計(jì)算結(jié)果將用于基礎(chǔ)材料分析。

3.2架空網(wǎng)接線方式下的可靠性

架空網(wǎng)線路的聯(lián)絡(luò)和分段對供電可靠性的影響十分深遠(yuǎn)，分段不同、接線模式相同的供電線路出現(xiàn)故障時(shí)，停電的用戶數(shù)量是不同的，線路分段數(shù)的增加可有效提升供電可靠性，降低由線路故障引發(fā)的停電損失。

試驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)荷密度增大時(shí)，供電半徑會(huì)隨之減小，供電可靠率呈整體上升趨勢；在單輻射、單聯(lián)絡(luò)、二聯(lián)絡(luò)、三聯(lián)絡(luò)、四聯(lián)絡(luò)這四種接線模式中，單輻射的供電可靠性最低，而四聯(lián)絡(luò)的供電可靠性最高；負(fù)荷密度小于12MW/ ，分類供電區(qū)域后的有限聯(lián)絡(luò)數(shù)小于2個(gè)以內(nèi)；負(fù)荷密度大于32MW/ ，分類供電區(qū)域后的有限聯(lián)絡(luò)數(shù)小于3個(gè)以內(nèi)；在網(wǎng)格單元中，可通過局部聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的增加或采取“三雙”接線來滿足用戶的高可靠性需求；增加聯(lián)絡(luò)數(shù)或分段數(shù)，基本不會(huì)對提高供電可靠性產(chǎn)生作用，甚至還會(huì)增加對設(shè)備機(jī)械的保養(yǎng)維修費(fèi)用。

3.3電纜網(wǎng)接線方式下的可靠性

電纜網(wǎng)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)單元作用和規(guī)模和架空網(wǎng)絡(luò)存在差異，因此另作單獨(dú)分析，供電方式會(huì)以中心環(huán)網(wǎng)和復(fù)雜雙環(huán)網(wǎng)作為代表來進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果證明，由電纜網(wǎng)組成的電網(wǎng)模型擁有較高的供電可靠性，在單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)和中心環(huán)網(wǎng)站這三種組網(wǎng)模式中，雙環(huán)網(wǎng)的供電可靠性最高，單環(huán)網(wǎng)的供電可靠性最低；負(fù)荷密度逐漸上升時(shí)，單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)的供電可靠率曲線增長幾乎一致，待上升到20MW/ ，單環(huán)網(wǎng)的中心環(huán)網(wǎng)站的供電可靠率已經(jīng)十分接近了；中心環(huán)網(wǎng)站具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行簡便的優(yōu)勢，但一旦負(fù)荷密度增加，用戶數(shù)量提升，供電可靠率的增長速度也會(huì)趨于緩慢；組網(wǎng)模式采取中心環(huán)網(wǎng)站后，供電可靠率與負(fù)荷密度成正比例關(guān)系，指標(biāo)變化率漸漸趨于平均狀態(tài)。

4結(jié)語

綜上所述，供電單元的負(fù)荷密度處于6至12MW/ 時(shí)，此時(shí)單元面積居于4至1.98 時(shí)，單元負(fù)荷約為1.5至30MW，中壓配網(wǎng)的組網(wǎng)方式可采取單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、二聯(lián)絡(luò)方式，電纜接線的可靠率約在99.9983%至99.9989%，架空接線的可靠率約在99.975%至99.989%，分類供電區(qū)域后的有限聯(lián)絡(luò)數(shù)小于2個(gè)以內(nèi)。

供電單元的負(fù)荷密度處于12至22MW/ 時(shí)，此時(shí)單元面積居于1.98至1.08 時(shí)，單元負(fù)荷約為3至55MW，中壓配網(wǎng)的組網(wǎng)方式可采取單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、二聯(lián)絡(luò)方式，電纜接線的可靠率約在99.9983%至99.9990%，架空接線的可靠率約在99.981%至99.990%，分類供電區(qū)域后的有限聯(lián)絡(luò)數(shù)小于3個(gè)以內(nèi)。

供電單元的負(fù)荷密度處于22至32MW/ 時(shí)，此時(shí)單元面積居于1.08至0.74 時(shí)，單元負(fù)荷約為5.5至8MW，中壓配網(wǎng)的組網(wǎng)方式可采取雙環(huán)網(wǎng)、“三雙”接線方式、三聯(lián)絡(luò)方式，電纜接線的可靠率約在99.9990%至99.9991%，架空接線的可靠率約在99.990%至99.991%。

供電單元的負(fù)荷密度處于32至40MW/ 時(shí)，此時(shí)單元面積居于0.74至0.59 時(shí)，單元負(fù)荷約為8至10MW，中壓配網(wǎng)的組網(wǎng)方式可采取雙環(huán)網(wǎng)、“三雙”接線方式、電纜接線的可靠率是99.9991%，架空接線的可靠率是99.991%。

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