趙雄光，喬 立，羅芳繪，趙紅生，王 博，魏 聰

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077；2.中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430223）

0 引言

目前，電網(wǎng)的經(jīng)濟性評評價主要分為兩大類，一類側(cè)重于評價電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟性，另一類側(cè)重于評價電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。

電網(wǎng)規(guī)劃的經(jīng)濟性評價研究較多。目前國內(nèi)外研究已從傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟的角度逐漸向更寬廣的維度拓展，從單純考慮電網(wǎng)的經(jīng)濟效益到涵蓋國民經(jīng)濟、社會發(fā)展、能源資源分布、能源政策、環(huán)境保護等各個方面，由單一財務(wù)評價向綜合評價演變[1-3]。經(jīng)濟性評價的方法有很多，財務(wù)評價方法有：凈現(xiàn)值法，內(nèi)部收益率法，投資回收期法等，財務(wù)評價方法主要考慮電網(wǎng)的各部分成本，計算大電網(wǎng)的售電收益、凈現(xiàn)值、投資回收期等；而將多種因素考慮在內(nèi)的綜合評價方法則較為復(fù)雜，針對多種影響因素的電網(wǎng)的綜合評價通常采用模糊綜合評判法、層次分析法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法等來衡量電網(wǎng)的綜合效益。

電網(wǎng)運行類的經(jīng)濟性評價偏重于分析電網(wǎng)的運行效率[4]。分析電網(wǎng)運行的損耗、線路和變壓器的利用效率、負荷的分布情況等。目前，國內(nèi)外對輸電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性分析仍較缺失，研究文獻較少。對現(xiàn)有電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性水平，電網(wǎng)運行的不經(jīng)濟、不合理之處，以及導致這些運行不經(jīng)濟的主要因素研究較少，亟需進一步研究。電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的經(jīng)濟性評價通常歸類為電網(wǎng)運行類的經(jīng)濟性評價。目前，國內(nèi)已有的研究對電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的評價偏重于開環(huán)后的N-1校驗、短路電流校驗、穩(wěn)定水平校驗、最大供電能力校驗等，對經(jīng)濟性評價這方面通常只是比較開環(huán)前后電網(wǎng)的網(wǎng)損大小，其他方面的研究鮮有涉及。

需要說明的是，同一電網(wǎng)的安全性和運行經(jīng)濟性往往是矛盾的。通過增加投資，可加強網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，則犧牲了一定的經(jīng)濟性，而不采取任何措施，節(jié)省投資，則往往使得電網(wǎng)在極限甚至過載情況下運行，影響電網(wǎng)的安全性。因此，本文討論的經(jīng)濟性是在電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)后能保證一定的運行安全性前提下進行。本文通過分析輸電網(wǎng)的運行情況，根據(jù)電網(wǎng)運行準則中的相關(guān)要求，遵循指標體系的建立原則，秉承包含重要指標且不冗余的思想，提出了一種評價電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)前后電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的方法，建立了一套電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行的經(jīng)濟性評價指標體系，主要包括電網(wǎng)損耗指標、電網(wǎng)運行效率指標和電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)濟性指標。

1 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)經(jīng)濟性評價指標體系建立原則

評價指標體系建立的好壞直接影響評價結(jié)果的準確性和可信度。因此有必要研究建立科學合理的評價指標體系從而進行電網(wǎng)運行經(jīng)濟性評價。電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的經(jīng)濟性評價指標體系須遵循如下原則：

（1）指標體系的建立要本著系統(tǒng)科學的原則，全面、有效地反映電網(wǎng)經(jīng)濟運行的各種影響因素；

（2）評價指標體系的建立要符合待評對象的預(yù)定目標，能夠準確、全面地反映待評價對象的實際情況，從而起到連接電網(wǎng)運行經(jīng)濟性與各影響因素之間的橋梁作用；

（3）指標體系中的各項指標首先能夠互相補充，從整體角度可以反應(yīng)電網(wǎng)運行的技術(shù)特征和狀況；

（4）各項指標盡量保持獨立性，避免或減少指標冗余的情況；

（5）指標的建立要考慮使用實際情況，具有可操作性。

依據(jù)上述原則，建立電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的經(jīng)濟性評價指標體系，考慮電網(wǎng)的損耗、負荷、設(shè)備的情況，全面反映各因素與經(jīng)濟性之間的關(guān)系。

2 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)經(jīng)濟性指標建立

根據(jù)上述分析和指標體系的建立原則，本文建立電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的經(jīng)濟性評價指標見表1。

表1 電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)經(jīng)濟性評價指標Tab.1 The economic evaluation index of unlocking the electromagnetic loop

其中一級指標包括電網(wǎng)損耗、電網(wǎng)運行效率、電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)濟性三個指標，二級指標包括線路損耗率、主變損耗率、線路負載率及方差、主變負載率及方差、線路截面合格率、主變?nèi)萘亢细衤实戎笜?。各個指標的具體含義和計算方法如下。

1）電網(wǎng)損耗

電網(wǎng)損耗是衡量電網(wǎng)公司經(jīng)濟效益的重要指標，同時也反映了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。電網(wǎng)中的主要設(shè)備為線路和變壓器，故選取線路損耗率和主變損耗率作為電網(wǎng)損耗的兩個二級指標。

①線路損耗率。根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)，通過潮流計算，得出電網(wǎng)的線路損耗率如下式所示。

式中：η1為線路的理論損耗率；ΔAlΣ為待評價電網(wǎng)中所有線路的損耗電量；Ag為待評價電網(wǎng)的供電量。

②主變損耗率。主變損耗率是變壓器損耗電量與供電量之比的百分數(shù)，該指標反映主變的損耗情況，表達式如下

式中：η2為主變的理論損耗率；ΔAlΣ為待評價電網(wǎng)中所有主變的損耗電量；Ag為待評價電網(wǎng)的供電量。

2）電網(wǎng)運行效率

電網(wǎng)運行效率主要體現(xiàn)在線路和主變的利用率上，反映了電網(wǎng)規(guī)模與負荷的匹配情況，從而反映電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。電網(wǎng)中輸電設(shè)備（線路和變壓器）的平均負載率直接反映了電網(wǎng)的運行效率。另外，實際電網(wǎng)中，還會存在線路和電網(wǎng)的平均負載率比較合理，但仍然存在局部設(shè)備重載，局部設(shè)備輕載的情況，電網(wǎng)設(shè)備負載的不均衡性也影響著電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，故還需要考慮輸電設(shè)備負載率方差這一影響因素。即線路負載率方差與主變負載率方差，負載率方差越大，其輸電設(shè)備的負荷越不均衡，說明電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在不合理的地方，負載率方差越小，說明負荷分布均衡，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理，給運行帶來便利。故電網(wǎng)的運行效率從兩個方面進行考察，一是線路和主變的平均負載率，二是線路和主變的負載率方差。

線路的平均負載率計算如下

式中：η3為線路的平均負載率；ρi為待評價電網(wǎng)中第i條線路的負載率；N為待評價電網(wǎng)的線路條數(shù)。

主變的平均負載率計算如下

式中：η4為主變的平均負載率；ρi為待評價電網(wǎng)中第i臺主變的負載率；M為待評價電網(wǎng)的主變臺數(shù)。

線路的負載率方差計算如下

式中：η5為線路均負載率方差；ρi為待評價電網(wǎng)中第i條線路的負載率；N為待評價電網(wǎng)的線路條數(shù)。

主變的負載率方差計算如下

式中：η6為主變的平均負載率；ρi為待評價電網(wǎng)中第i臺主變的負載率；M為待評價電網(wǎng)的主變臺數(shù)。

3）電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)濟性

電網(wǎng)設(shè)備通常有個經(jīng)濟的運行區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，電網(wǎng)的設(shè)備使用壽命長，運行經(jīng)濟性好。例如各截面導線均具有其經(jīng)濟電流密度，經(jīng)濟電流密度是指通過各種經(jīng)濟、技術(shù)、生產(chǎn)比較而得出的最合理的電流密度，采用這一電流密度可使線路全周期投資、損耗、運行費用綜合最小。過小的導線截面不利于電網(wǎng)的安全運行，無法滿足負荷需求，過大的導線截面又會增加投資，造成浪費，當導線電流在經(jīng)濟電流密度附近時經(jīng)濟合理。因此可以通過判斷導線的最大電流與經(jīng)濟電流密度的比值來判斷導線截面是否合理。同樣，變壓器也有其經(jīng)濟運行區(qū)域，當變壓器運行在經(jīng)濟負荷區(qū)域內(nèi)時，其損耗較小，經(jīng)濟性優(yōu)。

式中：Imax為線路的最大電流；j為線路的經(jīng)濟電流密度?？梢愿鶕?jù)需求設(shè)定一個合理區(qū)間[a,b]，當求出的比值屬于該區(qū)間時，則認為導線截面選擇合格，線路處于經(jīng)濟運行區(qū)間。通過式（8）可計算導線截面的合格率，用該指標來反映線路的經(jīng)濟性。

S為線路的最大電流與經(jīng)濟電流密度的比值，

式中：khs為待評價電網(wǎng)中導線截面合格的線路條數(shù)；N為待評價電網(wǎng)的線路條數(shù)。

同理，通過下式可計算主變?nèi)萘康暮细衤?，用該指標來反映主變的?jīng)濟性。

式中：khs為待評價電網(wǎng)中主變?nèi)萘亢细竦呐_數(shù)；M為待評價電網(wǎng)的主變臺數(shù)。

在對待評價電網(wǎng)開環(huán)前后的運行狀態(tài)的詳細分析計算基礎(chǔ)上，根據(jù)所建立指標含義及計算公式得到評價指標η1～η8的真實數(shù)據(jù)?？筛鶕?jù)開環(huán)后的電網(wǎng)這些指標評價電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，可通過對比電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)前后的指標數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)經(jīng)濟性的變化情況。

3 仿真實例

在上述指標體系下，以武漢江南電網(wǎng)為例，進行仿真分析。2020年，500 kV江南變投產(chǎn)后，鳳凰山-江夏-江南片電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行，江南變220 kV母線分母運行，鳳岳雙回斷開，開環(huán)示意圖如圖1所示。

仿真分析開環(huán)前后電網(wǎng)運行的相關(guān)經(jīng)濟性指標，通過電力系統(tǒng)綜合穩(wěn)定程序PSASP仿真計算，計算片區(qū)電網(wǎng)的供電量、主變下網(wǎng)、主變?nèi)萘?、主變損耗、線路潮流、線路損耗、導線截面、線路輸送容量等參數(shù)，可計算得出開環(huán)前后該片區(qū)電網(wǎng)的指標如表2所示。

由表2可知:開環(huán)后線路損耗率略有下降，線路平均負載率從35.4%提高至36.8%，線路的負載率方差下降，導線截面合格率上升，由于負荷分布未發(fā)生變化，主變下網(wǎng)變化不大，故主變的負載率及負載率方差等指標均變化不大。從上述指標對比可知，開環(huán)后電網(wǎng)的線路損耗略有降低，線路的潮流分布更加均衡，導線利用更加合理。

圖1 鳳凰山-江夏-江南片開環(huán)示意圖Fig.1 The open loop diagram of Fenghuangshan-Jiangxia-Jiannan power grid

表2 開環(huán)前后電網(wǎng)運行指標Tab.2 The grid operation index contrast before and after the open loop

通過計算開環(huán)后鳳凰山-江南片和江夏-江南片的指標，結(jié)果如表3所示。由表3可知:分片后鳳凰山-江南片和江夏-江南片的經(jīng)濟運行指標基本一致，局部地方有些差別。鳳凰山-江南片相比江夏-江南片的主變損耗率略低,線路平均負載率略高,主變平均負載率略低,線路和主變負載率方差均略低,線路和主變合格率略高，兩片比較來看鳳凰山-江南片的網(wǎng)架更加合理，負荷更加均衡，損耗更低，線路和主變運行的經(jīng)濟性更佳。

表3 開環(huán)后電網(wǎng)運行指標Tab.3 The grid operation index after the open loop

4 結(jié)語

本文通過分析輸電網(wǎng)的運行情況，根據(jù)電網(wǎng)運行準則的相關(guān)要求，遵循指標體系的建立原則，提出了一種電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)前后電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的評價方法，建立了一套電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行的經(jīng)濟性評價指標體系，主要包括電網(wǎng)損耗、電網(wǎng)運行效率和電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)濟性等三大類共八項指標，闡明了各項指標的具體含義和計算方法，通過仿真實例說明該指標體系的計算分析方法。該評價方法可為電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性及電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)的經(jīng)濟性評價提供重要參考。

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