高國(guó)美（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司章丘市供電公司，山東濟(jì)南250200）

配電系統(tǒng)供電能力優(yōu)化分析

高國(guó)美（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司章丘市供電公司，山東濟(jì)南250200）

配電系統(tǒng)作為電力輸送到用戶的最后一環(huán)，與用戶的聯(lián)系最為緊密，對(duì)用戶的影響也最為直接，是保證供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、創(chuàng)新用戶服務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合配電系統(tǒng)供電能力的相關(guān)原理，分析了優(yōu)化供電能力的思路。

配電系統(tǒng)；供電能力；優(yōu)化

前言

配電系統(tǒng)是城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著改造后配電系統(tǒng)運(yùn)行中暴露的問(wèn)題越來(lái)越多，配電系統(tǒng)的管理和運(yùn)行人員需要挖掘更深層次的配電系統(tǒng)相關(guān)信息，從經(jīng)濟(jì)性、安全性、供電可靠性、系統(tǒng)協(xié)調(diào)性、發(fā)展適應(yīng)性等多方面掌握量化指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)配電系統(tǒng)間的橫向量化比較、系統(tǒng)改造建設(shè)前后的縱向量化分析，挖掘配電系統(tǒng)存在的技術(shù)瓶頸，確定已建成配電系統(tǒng)的供電能力、滿足未來(lái)負(fù)荷需求增長(zhǎng)的能力、城市核心地區(qū)的抗大面積停電能力等等。

1配電系統(tǒng)供電能力概述

配電系統(tǒng)的主要職能是將輸電系統(tǒng)傳輸來(lái)的電能高效、可靠地分配給電力用戶。為了使配電系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，需要基于配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合運(yùn)行約束，對(duì)供電能力進(jìn)行合理評(píng)估，以在電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)控制，避免出現(xiàn)超出供電能力運(yùn)行的不安全狀況。科學(xué)地計(jì)算評(píng)估配電系統(tǒng)的供電能力，已成為當(dāng)前配電網(wǎng)精細(xì)化評(píng)估與規(guī)劃工作的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、指導(dǎo)配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行，具有重要意義［1］。

有關(guān)配電系統(tǒng)供電能力的研究，傳統(tǒng)上主要借鑒了輸電網(wǎng)輸電能力的概念，基于配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)負(fù)載一定水平的負(fù)荷，通過(guò)配電網(wǎng)潮流計(jì)算校核網(wǎng)絡(luò)負(fù)載該負(fù)荷水平的能力，以確定配電系統(tǒng)的供電能力，具有優(yōu)化問(wèn)題中對(duì)于目標(biāo)值試探性逼近和對(duì)約束條件后驗(yàn)試滿足的典型特點(diǎn)。其分析方法一般比較繁瑣，在網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜情況下不一定能夠得到準(zhǔn)確的結(jié)果，作為優(yōu)化問(wèn)題還容易陷入“NP”難境地，不能快速找出網(wǎng)絡(luò)的瓶頸設(shè)備，且沒(méi)有考慮配電網(wǎng)供電安全的“N-1”準(zhǔn)則要求。同時(shí)，常規(guī)的供電能力分析方法不能明確給出配電系統(tǒng)的最大供電能力、站內(nèi)供電能力、網(wǎng)絡(luò)供電轉(zhuǎn)移能力等；對(duì)規(guī)劃電網(wǎng)無(wú)法明確評(píng)判該電網(wǎng)滿足負(fù)荷的能力，不能很好地為配電系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃工作提供有效建議。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文以聯(lián)絡(luò)單元為基本分析單位，用解析的數(shù)學(xué)方法明確得到系統(tǒng)所能達(dá)到的最大供電能力以及各臺(tái)主變的最大負(fù)載率，確定系統(tǒng)現(xiàn)有的供電能力相對(duì)實(shí)際系統(tǒng)所帶負(fù)荷的適應(yīng)程度，并通過(guò)對(duì)主變運(yùn)行方式、接線模式的分析提煉影響系統(tǒng)供電能力水平的關(guān)鍵因素，從而為現(xiàn)狀配電網(wǎng)優(yōu)化改造提供有效的建議。

2配電系統(tǒng)供電能力分析方法

2.1變電站站內(nèi)供電能力

設(shè)研究區(qū)域內(nèi)共有n座變電站，將其分別編號(hào)為1，2，…，n，各變電站主變臺(tái)數(shù)分別為N1，N2，…，Nn。根據(jù)定義，變電站i的站內(nèi)供電能力ci可表示為：

若變電站的主變?nèi)萘恳恢?，即Ri，1=Ri，2=…=Ri，Ni=Ri時(shí)，有：

對(duì)應(yīng)圖1，c1=kR1，c2=kR2，c3=kR3，于是C=k（R1+R2+R3）。

圖1網(wǎng)絡(luò)互連與供電能力示意圖

圖2變電站及主變聯(lián)絡(luò)單元示意圖

2.2配電系統(tǒng)最大供電能力

從整體來(lái)看，如果變電站之間負(fù)荷轉(zhuǎn)移通暢，則電網(wǎng)的最大供電能力是所有設(shè)備中容量最大的主變停運(yùn)情況下系統(tǒng)所具備的最大供負(fù)荷能力。假定最大單臺(tái)容量主變出現(xiàn)在第M座變電站，m∈［1，n］，則電網(wǎng)最大供電能力可表示為：

等式右端表示對(duì)于這，z座變電站的整體，當(dāng)?shù)趍座變電站的最大容量主變故障停運(yùn)時(shí)，站內(nèi)其余主變以短時(shí)允許過(guò)載系數(shù)k過(guò)載帶負(fù)荷運(yùn)行，其他站的主變以滿負(fù)荷運(yùn)行。若變電站i的單臺(tái)主變?nèi)萘恳恢聻镽i，則有：

此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)具備的轉(zhuǎn)移能力即為系統(tǒng)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)供電轉(zhuǎn)移能力Lopt，滿足等式Smax=C+Lopt。

從資源利用的角度來(lái)看，當(dāng)上式成立時(shí)，變電站的可供容量得到了最充分的利用，網(wǎng)絡(luò)綜合供電能力達(dá)到最大，可以認(rèn)為此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)供電轉(zhuǎn)移能力是最優(yōu)的。

當(dāng)k=1時(shí)，上式可寫為：

該公式表明，若各站主變?nèi)萘恳恢拢W(wǎng)絡(luò)最優(yōu)供電轉(zhuǎn)移能力為扣除單臺(tái)主變?nèi)萘孔畲蟮淖冸娬竞笃溆喔髯冸娬靖魅∫慌_(tái)變壓器的容量之和；具體到兩座站互聯(lián)區(qū)域，其最優(yōu)負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力為最小的單臺(tái)主變?nèi)萘浚粚?duì)于三座變電站互聯(lián)區(qū)域，其最優(yōu)負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力就是單臺(tái)主變?nèi)萘枯^小的兩座變電站的單臺(tái)主變?nèi)萘恐?。?duì)應(yīng)圖1的最優(yōu)負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力Lopt=R1+R2，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)供電能力達(dá)到最大為：2R1+2R2+R3。

上述有關(guān)最大供電能力的結(jié)論主要從電源（變電站）滿足用戶負(fù)荷的宏觀角度對(duì)配電系統(tǒng)的供電能力進(jìn)行了分析，實(shí)際上存在著配電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移通暢和設(shè)備容量充足的假定。只有假定系統(tǒng)中各座變電站主變并列運(yùn)行，各座變電站之間都互相聯(lián)絡(luò)，且聯(lián)絡(luò)線路極限傳輸容量足夠大，才能使得整個(gè)配電系統(tǒng)站間負(fù)荷轉(zhuǎn)移暢通，則能利用上述公式計(jì)算得到系統(tǒng)的最大供電能力。

3供電能力分析的最優(yōu)化方法

以圖2為例，說(shuō)明基于聯(lián)絡(luò)單元求取式定義的系統(tǒng)供電能力的基本思路。

圖2中各變電站以Si標(biāo)識(shí)，主變以Ti標(biāo)識(shí)。為簡(jiǎn)潔，圖中僅對(duì)S1變電站給出了其全部聯(lián)絡(luò)關(guān)系情況。

首先給出變電站聯(lián)絡(luò)單元的定義說(shuō)明：在圖2中，變電站S1與S2、S3、S4及S5存在直接聯(lián)絡(luò)關(guān)系，在S1發(fā)生主變“N-1”故障，即S1的最大容量主變故障時(shí)，故障負(fù)荷能夠由S1～S5共同分擔(dān)轉(zhuǎn)帶，因此稱S1與S2、S3、S4及構(gòu)成以變電站S1為中心的變電站聯(lián)絡(luò)單元，同時(shí)稱S1為該變電站聯(lián)絡(luò)單元的中心變電站，基于這個(gè)聯(lián)絡(luò)單元可以分析出滿足中心變電站（S1）主變“N-1”準(zhǔn)則條件下各變電站能夠達(dá)到的最大負(fù)載率；同理，基于各變電站聯(lián)絡(luò)單元都可分析出滿足其中心變電站主變“N-1”準(zhǔn)則的變電站最大平均負(fù)載率。綜合各變電站聯(lián)絡(luò)單元的分析結(jié)果可得到滿足所有變電站主變“N-1”準(zhǔn)則的最大平均負(fù)載率，從而求得系統(tǒng)最大供電能力。

按照上述分析思路，可進(jìn)一步定義主變聯(lián)絡(luò)單元。如，主變T1與T2、T3、T6、T7、T9、T11存在直接聯(lián)絡(luò)，T1故障時(shí)其負(fù)荷能夠由其它主變共同分擔(dān)，因此稱T1構(gòu)成了以T1為中心的主變聯(lián)絡(luò)單元，同時(shí)稱T1為該聯(lián)絡(luò)單元的中心主變，基于這個(gè)聯(lián)絡(luò)單元可以分析出滿足中心主變（T1）“N-1”準(zhǔn)則條件下各臺(tái)主變能夠達(dá)到的最大負(fù)載率；同理，基于各主變聯(lián)絡(luò)單元可分析出滿足其中心主變“N-1”準(zhǔn)則的主變最大負(fù)載率。綜合可得滿足所有主變“N-1”準(zhǔn)則的主變最大負(fù)載率及系統(tǒng)最大供電能力。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于低壓側(cè)單母分段接線的三主變變電站（如圖2中變電站S1）來(lái)說(shuō)，雖然其1#主變與3#主變不直接相連，但是由于現(xiàn)今的變電站自動(dòng)化技術(shù)能夠保證1#主變?cè)诠收锨闆r下只經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間其負(fù)荷就被均勻轉(zhuǎn)移至2#主變和3#主變，因此，考慮1#主變的負(fù)荷在站內(nèi)經(jīng)由2#主變?cè)儆?#主變轉(zhuǎn)供屬于一種特殊的一次轉(zhuǎn)供。所以，圖2中以T1為中心的主變聯(lián)絡(luò)單元包含T3。

4結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)配電系統(tǒng)供電能力的優(yōu)化研究，可為未來(lái)的配電系統(tǒng)規(guī)劃和改造建設(shè)提供有針對(duì)性的依據(jù)，進(jìn)而提高系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及供電可靠性。同時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)供電能力的優(yōu)化分析也是全面提升配電系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行和管理水平的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。對(duì)于實(shí)際大規(guī)模配電系統(tǒng)，管理者既要從整體上進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)，又要在關(guān)鍵點(diǎn)上得到細(xì)致的量化指標(biāo)，這樣才能科學(xué)地獲取完整、系統(tǒng)、宏觀與微觀兼顧的量化評(píng)價(jià)結(jié)果，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的科學(xué)、合理的優(yōu)化配置。

［1］李彩華.變壓器并列運(yùn)行概述［J］.科技資訊，2014（21）.

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2015-12-29