徐超，蘇黎，方昀暉，張樹永，何紅斌

（1.國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，長沙410000；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，長沙410000；3.北京清軟創(chuàng)新科技有限公司，北京100085）

湖南天易示范區(qū)全電壓等級電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性評價

徐超1，蘇黎2，方昀暉2，張樹永3，何紅斌2

（1.國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，長沙410000；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，長沙410000；3.北京清軟創(chuàng)新科技有限公司，北京100085）

為了更有效地規(guī)劃電網(wǎng)，從協(xié)調(diào)性角度評價全電壓等級電網(wǎng)規(guī)劃，將供電可靠率、綜合電壓合格率、設(shè)備利用率與綜合線損率列為全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價的四大關(guān)注目標。通過18個實質(zhì)性參數(shù)量化評價指標，并計算獲取各項指標的權(quán)重、理想值與評分標準，逐步建立全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價體系?；谝呀ǔ傻脑u價體系評估湖南天易示范區(qū)的電網(wǎng)現(xiàn)狀，采取布設(shè)或改善變電站與線路的方式優(yōu)化電網(wǎng)，將示范區(qū)全電壓等級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性評分從69.15提高至94.82，有效地保證了電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性與可持續(xù)性。

全電壓等級；電網(wǎng)協(xié)調(diào)性；電網(wǎng)評價；評價體系；量化評價指標

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，整個社會對電的依賴程度日益提高。作為未來電網(wǎng)發(fā)展模式的智能電網(wǎng)，所提供的高質(zhì)量電力產(chǎn)品在社會經(jīng)濟發(fā)展中越來越重要。構(gòu)建堅強的智能電網(wǎng)需要各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以實現(xiàn)電網(wǎng)安全性、可靠性和經(jīng)濟性的提升，確保電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展。

電網(wǎng)規(guī)劃的主要任務(wù)是解決現(xiàn)有電網(wǎng)存在的問題用以確保用戶獲取優(yōu)質(zhì)可靠的電力供應(yīng)，同時滿足電源接入與負荷發(fā)展需要，這就要求對現(xiàn)狀電網(wǎng)進行整體評價。目前，在電網(wǎng)評價方面，國內(nèi)外的研究主要集中于經(jīng)濟評價和技術(shù)評價兩個方面［1-2］。經(jīng)濟評價主要側(cè)重供電量與網(wǎng)損等方面；技術(shù)評價主要涉及可靠性，即電網(wǎng)的充裕度和安全度，通過優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的算法提高預(yù)測電網(wǎng)可靠性的準確度［3-5］?，F(xiàn)有的研究較少考慮不同電壓等級間與不同區(qū)域間電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性［6-7］。全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性可將電網(wǎng)運行和負荷增長緊密結(jié)合，能夠更全面地對電網(wǎng)進行整體評價，對電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行與后續(xù)規(guī)劃優(yōu)

化有重要的指導(dǎo)意義。

因此，從評價目標、評價指標與評價標準等方面建立全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價體系，并以湖南湘潭天易示范區(qū)為例，評價其現(xiàn)狀電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，提出該地區(qū)電網(wǎng)的改善措施，逐步實現(xiàn)最適宜該區(qū)域發(fā)展的全電壓等級電網(wǎng)。

1 全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價體系

1.1 評價目標

從電力用戶角度出發(fā)，主要關(guān)注供電可靠率與綜合電壓合格率；對于供電企業(yè)而言，企業(yè)效益體現(xiàn)為設(shè)備利用率；在節(jié)能環(huán)保的社會大趨勢下，綜合線損率顯得尤為重要［8］。因此，供電可靠率、綜合電壓合格率、設(shè)備利用率與綜合線損率是全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價的四大關(guān)注目標，它們由電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和外部負荷的現(xiàn)狀與變化規(guī)律決定。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)由電源、變電站與線路3部分組成，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)置影響不同等級電壓間的協(xié)調(diào)與不同區(qū)域電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)。負荷分布呈現(xiàn)分地區(qū)、分階段、分時段的特點，負荷分布不均可能導(dǎo)致電網(wǎng)局部重過載。

供電可靠率主要體現(xiàn)在發(fā)生故障時能夠盡快將負荷轉(zhuǎn)出，并盡量縮小故障影響的范圍，主要受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電源數(shù)量、線路分段數(shù)、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)方式與聯(lián)絡(luò)效率等影響。綜合電壓合格率即為用戶獲取優(yōu)質(zhì)可靠電力的比例，主要與線路長度和重載負荷有關(guān)。綜合線損率包含固定損耗率與可變損耗率，其中固定損耗由線路長度和截面決定，而可變損耗由電壓等級與重載負荷決定。設(shè)備利用率為供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，不僅與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電源數(shù)量、電容配比、轉(zhuǎn)供能力、電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)效率等有關(guān)，同時變電站、線路與主變的負荷對其產(chǎn)生重要影響。

1.2 指標選取

利益相關(guān)者對全電壓等級電網(wǎng)的要求不同，可以選出關(guān)鍵的效果類指標；具體要求內(nèi)容如圖1所示。效果類指標反映的是全電壓等級電網(wǎng)下相關(guān)利益者的關(guān)注點，是最終全電壓等級電網(wǎng)運行的結(jié)果。

通過圖1可知，電力用戶要求的是高質(zhì)量電能，主要體現(xiàn)為供電可靠率以及綜合電壓合格率；對于社會，要求的是節(jié)能環(huán)保，可歸結(jié)為減少損耗（不考慮分布式能源接入），故選取綜合線損率作為指標；而對于電力企業(yè)而言，效益是它們所追求的，同時又要保證高質(zhì)量的電能供應(yīng)，故需要通過減少損耗，提高設(shè)備的使用效率來提高效益，因此選取綜合線損率和設(shè)備利用率作為指標。所以，效果類指標包括供電可靠率、綜合電壓合格率、綜合線損率和設(shè)備利用率4個指標。

圖1 效果類指標選取

1.3 評價指標

由前文分析得，供電可靠率、綜合電壓合格率、綜合線損率與設(shè)備利用率等為效果類指標，無法進行量化處理與數(shù)學(xué)計算。實際運行管理中需要考慮各項指標的可量化性，即實質(zhì)性指標。四大關(guān)注目標與下列實質(zhì)性指標具備顯著相關(guān)性，見表1。利用18個具體的實質(zhì)性指標建立全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價指標體系，依據(jù)每個區(qū)域電網(wǎng)的實際情況分別計算其實質(zhì)性指標的數(shù)值，可用于比較分析，為不同區(qū)域的電網(wǎng)規(guī)劃提供借鑒指導(dǎo)。

全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價屬于多屬性綜合評價范疇，綜合評價方法的可信程度取決于評價指標權(quán)重選擇的合理性，這和權(quán)重的賦值方法密切相關(guān)?？陀^賦值法基于單項指標在整體指標體系中的變異程度與對其他指標的影響程度選定該指標的權(quán)重值，忽略了指標的內(nèi)在含義；主觀賦值法重點考慮各項指標的內(nèi)在屬性以及對電網(wǎng)的意義，根據(jù)指標的重要程度獲取權(quán)重值，可有效指導(dǎo)城市電網(wǎng)的建設(shè)與規(guī)劃。通過主觀賦權(quán)法確定的權(quán)重大小可以反映該指標相對于其他指標重要性的高低。研究利用三角模糊數(shù)的理論來求取指標權(quán)重，首先綜合了多位電力專家對于配電網(wǎng)評價指標重要性的認識，再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)學(xué)計算。本研究結(jié)合德爾菲法、三角模糊評價法與層次分析法，對全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價中的18個實質(zhì)性指標進行權(quán)重賦值，見表2。

表1 全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價指標

表2 全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價中各項指標的權(quán)重值

從表2可知，在18個可量化的實質(zhì)性指標中，主變與線路上的負載分布對全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的影響最大，線路與線路站間的聯(lián)絡(luò)效率以及線變與上下級的容量配比的影響次之，相對而言權(quán)重較小的指標為變電容載比、中壓線路平均分段數(shù)、線路的最大與平均負載率、變電站平均負載率、單電源線率與單變率、變電站、主變與線路的“N-1”平均失電率。

項目研究中，將上述的18個實質(zhì)性指標，根據(jù)影響電網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性因素，即①不同電壓等級互聯(lián)、②網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、③電網(wǎng)供電能力的增長速度、④電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供能力、⑤負荷的不確定性、⑥負荷特性、⑦負荷分布；將各指標進行歸類分層和層次權(quán)重設(shè)置。

1）將線變?nèi)萘颗浔?、上下級變電容量配比歸納為全電壓等級電網(wǎng)內(nèi)部供電容量配比協(xié)調(diào)性指標（權(quán)重占比為0.11，匹配影響因素為①）；

2）將變電站單電源線率、變電站單變率、線路聯(lián)絡(luò)率、線路站間聯(lián)絡(luò)率、中壓線路平均分段數(shù)歸納為全電壓等級電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)性指標（權(quán)重占比為0.24，匹配影響因素為②）；

3）將變電容載比、變電站平均負載率、線路最大負載率、線路平均負載率歸納為全電壓等級電網(wǎng)規(guī)模和負荷發(fā)展相協(xié)調(diào)性指標（權(quán)重占比為0.14，匹配影響因素為③⑤⑥）；

4）將主變重載率、主變輕載率、線路重載率、線路輕載率歸納為全電壓等級電網(wǎng)建設(shè)和負荷分布相協(xié)調(diào)性指標（權(quán)重占比為0.41，匹配影響因素為③⑦）；

5）將變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率、線路“N-1”平均失電率（0.33）歸納為全電壓等級電網(wǎng)轉(zhuǎn)供能力指標（權(quán)重占比為0.1，匹配影響因素為④⑤）。

其中，對協(xié)調(diào)性影響程度來說，全電壓等級電網(wǎng)建設(shè)和負荷分布協(xié)調(diào)性是電網(wǎng)協(xié)調(diào)性規(guī)劃的基石，最重要；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是物質(zhì)基礎(chǔ)，其先進與否直接決定了電網(wǎng)能否實現(xiàn)各種高效的控制與電能分配，影響程度性次之；全電壓等級電網(wǎng)規(guī)模和負荷發(fā)展的相協(xié)調(diào)，其與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水平有一定的聯(lián)系，影響程度再次之；電網(wǎng)內(nèi)部供電容量配比與轉(zhuǎn)供電能力，相比前面三個，影響程度更次之。因此，一方面可以根據(jù)考慮的角度和重點不一樣，選取合理的權(quán)重值大指標進行分析；另一方面如果數(shù)據(jù)全面也可以選取全部指標，進行全面分析。

1.4 全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價標準

基于《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》的要求，各項指標的類型和理想取值通過搭建模型或利用經(jīng)驗等方法確定，進而制定全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價

標準。通過一定的標度體系，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一規(guī)范的格式，多采用百分制、十分制和五分制。綜合多位電網(wǎng)專家的經(jīng)驗，確定各項指標的類型與理想值，根據(jù)等差法進一步確定適用于全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的百分制評價標準，結(jié)果如表3所示。

表3 全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價標準（百分制）

《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》中，對于變電容載比，其合理數(shù)值是隨著負荷增長速度的變化而變化的，分為三段，一般是負荷增長速度越快，相應(yīng)變電容載比合理取值越大，負荷增長速度越慢，相應(yīng)變電容載比合理取值越小。因此，在設(shè)置同一電壓等級變電容載比時，提供了不同段范圍值，如表3所示，比如110 kV下的變電容載比有［0，1.50）∪（2.20，∞），即兩個不同段范圍值，考慮以滿足不同負荷增長協(xié)調(diào)性問題。

評價體系中指標類型分為正指標、中間值指標和負指標。其中正指標為該指標取值越高，全電壓等級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性越好，中間值指標為該指標取值處于某個數(shù)值區(qū)間時電網(wǎng)協(xié)調(diào)性最優(yōu)，負指標為該指標取值越低電網(wǎng)協(xié)調(diào)性越好。從表3可知，在18個可量化的實質(zhì)性指標中，正指標2個，即線路聯(lián)絡(luò)率與線路站間聯(lián)絡(luò)率；負指標9個，分別為變電站單電源線率、變電站單變率、主變重載率與輕載率、線路重載率與輕載率、變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率與線路“N-1”平均失電率；中間值指標7個，包含線變?nèi)萘颗浔?、上下級電容量配比、變電容載比、中壓線路平均分段數(shù)、線路的最大負載率、線路平均負載率與變電站平均負載率。

2 天易示范區(qū)全電壓等級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)評價

2.1 基本情況

天易示范區(qū)位于107國道、京珠高速公路與天易高等級公路的交會處，是湖南省湘潭縣的政治、經(jīng)濟、文化中心，長株潭城市群“兩型社會”綜合配套改革的試驗區(qū)。天易示范區(qū)包含易俗河鎮(zhèn)全部及梅林橋鎮(zhèn)部分用地，總面積99 km2。

2.2 電網(wǎng)現(xiàn)狀

天易示范區(qū)內(nèi)含有1座220 kV變電站、2座110 kV變電站和1039臺10 kV的配電變壓器；含有7條220 kV線路、7條110 kV線路與28條10 kV的電力線路。基于天易示范區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與外部負荷現(xiàn)狀，該區(qū)域全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價指標的數(shù)值、評分與評價總分如表4所示。

從表4可知，天易示范區(qū)的全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的總評分為69.15，因此，該區(qū)域?qū)Σ煌燃夒妷旱膮f(xié)調(diào)性一般。從各項指標的單獨評分可知，在天易示范區(qū)的現(xiàn)狀電網(wǎng)中，110 kV的線變?nèi)萘颗浔取⒕€

路最大負載率等指標的數(shù)值達到最佳；220 kV與110 kV的變電容載比、10 kV線路的平均負載率等指標不合理，需要增加變電站與優(yōu)化電網(wǎng)線路，可將相應(yīng)的優(yōu)化措施納入電網(wǎng)的近期或遠期規(guī)劃中。

表4 天易示范區(qū)全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的現(xiàn)狀與規(guī)劃評價

2.3 電網(wǎng)規(guī)劃

根據(jù)電網(wǎng)現(xiàn)狀，可進行相應(yīng)的優(yōu)化措施以調(diào)整天易示范區(qū)的全電壓等級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，針對不同等級電壓電網(wǎng)規(guī)劃。

220 kV電壓電網(wǎng)的規(guī)劃。天易示范區(qū)在2030年可由周邊1座220 kV變電站供帶西北部的負荷，故園區(qū)內(nèi)無需新增220kV的變電站。通過多回220 kV線路構(gòu)建雙鏈結(jié)構(gòu)。

110 kV電壓電網(wǎng)的規(guī)劃。天易示范區(qū)將規(guī)劃新建4座110 kV變電站，110 kV電網(wǎng)將采用鏈式與不完全雙鏈等形式。

10 kV電壓電網(wǎng)的規(guī)劃。示范區(qū)內(nèi)負荷分布呈明顯的地域性，位置相對集中，需要新增線路且優(yōu)化現(xiàn)有電網(wǎng)，2030年時，需要新增55條線路與114條線路走廊數(shù)。

規(guī)劃實施后，天易示范區(qū)電網(wǎng)協(xié)調(diào)性顯著提高，評價總分由現(xiàn)期的69.15提高至94.82，詳見表4。基于全電壓等級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性評價，可采取針對性的優(yōu)化措施，提高天易示范區(qū)的供電可靠率、綜合電壓合格率與設(shè)備利用率，降低電網(wǎng)的綜合線損率，從而改善不同等級電壓間與不同區(qū)域內(nèi)的協(xié)調(diào)性，保證電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性與可持續(xù)性。

3 結(jié)語

全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評價的關(guān)注目標為供電可靠率、綜合電壓合格率、設(shè)備利用率與綜合線損率。

全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價指標為線變?nèi)萘颗浔?、上下級電容量配比、變電容載比、中壓線路平均分段數(shù)、線路的最大負載率、線路平均負載率、變電站平均負載率、變電站單電源線率、變電站單變率、線路聯(lián)絡(luò)率、線路站間聯(lián)絡(luò)率、主變重載率與輕載率、線路重載率與輕載率、變電站“N-1”平均失電率、主變“N-1”平均失電率與線路“N-1”平均失電率。

全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的評價指標中正指標2個，負指標9個，中間值指標7個，其中主變與線路上的負載分布對全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的影響最大。

天易示范區(qū)全電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的現(xiàn)狀評分與規(guī)劃后評分分別為69.15與94.82，規(guī)劃后的電網(wǎng)可有效地保證電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性與可持續(xù)性。

［1］楊衛(wèi)紅，蔡琦，何永秀，等.北京電網(wǎng)發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性評價［J］.華東電力，2009，36（10）：1 627-1 630.

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［8］范明天.中國配電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)問題研究［M］.北京：中國電力出版社，2008.

Coordination Evaluation on the Full Voltage Level Power Grid Planning of Hunan Tianyi Demonstration Area

XU Chao1，SU Li2，F(xiàn)ANG Yunhui2，ZHANG Shuyong3，HE Hongbin2
（1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Economical&Technical Research Institute，Changsha 410000，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410000，China；3.Beijing TsingSoft Technology Co.，Ltd.，Beijing 100085，China）

In order to plan the power grid more effectively，we evaluated the full level power grid planning is evaluated from the viewpoint of compatibility.Concerned target for full level power grid planning includes reliability rate of power supply，the synthetical voltage eligibility rate，the equipment utilization rate and the synthetical line loss rate，which could be quantitated with 18 specific parameters.Moreover，the weight，desired value and scoring standard for individual parameter were obtained，which formed the compatibility evaluation system of the power grid including all voltage levels.Based on the compatibility evaluation at Tianyi demonstration plot in Hunan province，the current power grid was optimized by building or improving transformer substations and power lines in local area.After adjustment，the compatibility evaluation score in Tianyi demonstration plot was increased from 69.15 to 94.82，and the safety，reliability，economy and sustainability of the power grid would be guaranteed under this circumstance.

full voltage level；power grid coordination；power grid evaluation；evaluation system；quantitative evaluation index

TM715

A

1007－9904（2016）09－0030－05

2016-04-14

徐超（1983），男，工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃方面工作；

蘇黎（1981），男，工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃方面工作；

方昀暉（1977），男，工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃方面工作；

張樹永（1982），男，工程師，從事配電網(wǎng)規(guī)劃及配網(wǎng)可靠性研究方面工作；

何紅斌（1966），女，高級工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、分布式能源接入方面工作。