徐驍 丁勝 饒堯

（1.南瑞集團(tuán)有限公司/國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司 江蘇省南京市 210000）

（2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢能效測(cè)評(píng)有限公司 湖北省武漢市 430074）

增供電量是定量分析電網(wǎng)建設(shè)工程后新增負(fù)荷貢獻(xiàn)的重要指標(biāo)，能夠有效評(píng)價(jià)新建電網(wǎng)工程的實(shí)際運(yùn)行效果，并能夠?qū)罄m(xù)電網(wǎng)建設(shè)起到指引作用[1]。因此，準(zhǔn)確、科學(xué)地計(jì)算增供電量及增供電量效益，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)工程的后評(píng)價(jià)有重要意義。

當(dāng)前，我國(guó)學(xué)者對(duì)電網(wǎng)增供電量及增供電量效益的作了大量的研究，主要從電網(wǎng)供電能力的評(píng)估入手[2]。具體評(píng)估方法主要有三類(lèi)，容載比法，計(jì)及網(wǎng)絡(luò)約束的方法和基于N-1 安全準(zhǔn)則的計(jì)算方法[3-9]。其研究對(duì)象主要為35kV 及以上電網(wǎng)中，考慮主變?nèi)萘俊⒕W(wǎng)絡(luò)約束及穩(wěn)定供電等條件下的供電能力評(píng)估。而對(duì)于10kV 以下的低壓配電網(wǎng)增供電量評(píng)估，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)鮮有提及，其增供電量計(jì)算及效益評(píng)估也并無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，影響了低壓配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行后評(píng)價(jià)工作的順利開(kāi)展[10-11]。

本文首先明確界定了低壓配電網(wǎng)新建工程增供電量的影響范圍，在此基礎(chǔ)上，從工程實(shí)用角度開(kāi)展了低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造面臨的多種情景，并提出了對(duì)應(yīng)情景下的增供電量計(jì)算方法，按此方法可計(jì)算出每種典型情景下的低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的增供電量，為新建電網(wǎng)工程后評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

1 低壓配電網(wǎng)增供電量計(jì)算的基本概念

1.1 增供電量的定義

新建電網(wǎng)工程會(huì)帶來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，使網(wǎng)絡(luò)的最大供電能力有所增加，系統(tǒng)整體能夠承擔(dān)的負(fù)荷增上升。由系統(tǒng)承擔(dān)的負(fù)荷電量增量即為增供電量。其計(jì)算公式為：

式中，為增供電量，為項(xiàng)目投運(yùn)后的增供負(fù)荷，Tmax為最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。

1.2 低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的影響范圍界定

在中壓及以上配電網(wǎng)中，電網(wǎng)最大供電能力是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿(mǎn)足N-1 安全準(zhǔn)則條件以及各種實(shí)際運(yùn)行約束下的最大負(fù)荷供應(yīng)能力。

而低壓配電網(wǎng)一般為供電的末端，其最大供電能力提升主要由變壓器增容改造帶來(lái)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)供電等級(jí)的劃分，低壓配電網(wǎng)的供電安全水平要求為：“N-1”停運(yùn)時(shí)，維修完成后恢復(fù)組負(fù)荷，因此一般為單回路供電，且低壓配電網(wǎng)原則上不分段，不與其他臺(tái)區(qū)低壓配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。因此，在改造臺(tái)區(qū)原帶負(fù)荷片區(qū)內(nèi)無(wú)新增臺(tái)區(qū)時(shí)，將本文所述低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的增供電量影響范圍，界定為改造配電變壓器本體及所帶低壓配電網(wǎng)（380V/220V），不涉及其他臺(tái)區(qū)，如圖1所示。

2 低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造情景分析

隨著居民生產(chǎn)、生活中電氣化水平的不斷提升，變壓器年最大負(fù)荷呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，階段性的會(huì)出現(xiàn)臺(tái)區(qū)供電容量不能滿(mǎn)足居民生產(chǎn)、生活最高用電負(fù)荷需求的情況，常存在圖2所示三種狀態(tài)：

（1）臺(tái)區(qū)供電能力大于當(dāng)前負(fù)荷；

（2）臺(tái)區(qū)供電能力小于當(dāng)前負(fù)荷；

圖1：低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的影響范圍

圖2：典型變壓器負(fù)荷增長(zhǎng)狀態(tài)

圖3：變壓器增容改造前后過(guò)負(fù)載情況分析

圖4：變壓器增容改造前后負(fù)荷特性曲線(xiàn)推算

表1：變壓器增容前后增供電量計(jì)算的9 種典型情景

（3）臺(tái)區(qū)供電能力與當(dāng)前負(fù)荷同步發(fā)展。

圖中C0、C1為變壓器增容前后的額定容量，P0、P1為變壓器增容前后最大供電負(fù)荷。根據(jù)變壓器增容前后的數(shù)據(jù)獲取情況，結(jié)合電網(wǎng)最大負(fù)荷與供電能力之間的五種狀態(tài)關(guān)系，識(shí)別出計(jì)算改造前后增供電量可能面臨的4 大類(lèi)9 小類(lèi)典型情景，如表1所示。

3 低壓配電網(wǎng)變壓器增供電量計(jì)算方法

情景1 當(dāng)變壓器增容前后供電量均已知，且不存在過(guò)負(fù)載情況時(shí)，增供電量計(jì)算公式為：

式中：為增供電量；E0，E1為變壓器增容改造前、后供電量；

實(shí)際操作過(guò)程中，還應(yīng)考慮邊界內(nèi)其他因素影響、原配電變壓器存量供電能力的貢獻(xiàn)等影響，為此可將公式（2）修正為：

式中f1為邊界影響修正系數(shù)；f2為原配電變壓器存量供電能力修正系數(shù)。

情景2 當(dāng)變壓器增容前后負(fù)荷特性曲線(xiàn)已知，且不存在過(guò)負(fù)載，不存在供電能力提升帶來(lái)的增供電量。當(dāng)變壓器增容改造前、后存在過(guò)負(fù)載情況時(shí)，如圖3所示。

計(jì)算公式為：

式中，ti為第i 個(gè)過(guò)負(fù)載時(shí)段的首末時(shí)刻，為功率因數(shù)。

情景3 變壓器增容改造前負(fù)荷特性曲線(xiàn)已知，但改造后未知。此類(lèi)情景下，可根據(jù)社會(huì)用電量增長(zhǎng)率或年最大負(fù)荷增長(zhǎng)率推算得到變壓器增容改造后的負(fù)荷特性曲線(xiàn)，如圖4所示。

負(fù)荷曲線(xiàn)推算公式如下所示：

式中，S0i為改造前在i 時(shí)刻點(diǎn)的實(shí)際負(fù)荷；S1i為改造后在i 時(shí)刻點(diǎn)的推算負(fù)荷，β 為負(fù)荷推算系數(shù)，該系數(shù)可為社會(huì)用電量增長(zhǎng)系數(shù)或年最大負(fù)荷增長(zhǎng)系數(shù)

推算出改造后的負(fù)荷特性曲線(xiàn)后，可帶入公式（4）進(jìn)行計(jì)算。

情景4 變壓器增容改造前負(fù)荷特性曲線(xiàn)未知，但已知供電量、年最大負(fù)荷。變壓器增容改造后推算公式如下：

式中，E0，E1為變壓器增容改造前、后供電量；P0，P1為改造前后年最大負(fù)荷，Tmax改造后的最大負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

在此種情景下，當(dāng)改造前后不存在過(guò)負(fù)載情況時(shí)，不計(jì)及增供電量。當(dāng)改造前最大負(fù)荷不存在過(guò)負(fù)載、改造后年最大負(fù)荷存在過(guò)負(fù)載時(shí)，增供電量計(jì)算公式如下：

當(dāng)改造前最大負(fù)荷過(guò)負(fù)載，改造后最大負(fù)荷不存在過(guò)負(fù)載時(shí)，增供電量計(jì)算公式如下：

當(dāng)改造前后均存在過(guò)負(fù)載時(shí)，增供電量計(jì)算公式調(diào)整為：

4 算例

某10kV 公用臺(tái)區(qū)變壓器進(jìn)行增容改造，原有型號(hào)容量為S9-100kVA，改造后型號(hào)容量為S13-400kVA。增容改造前年供電量為682652.64kWh，年最大負(fù)荷為120.5kW。按本文的分析情景，取供電增長(zhǎng)率為6%，最大負(fù)荷增長(zhǎng)率為25%，變壓器改造后年增供電量為723611.80kWh，改造后年最大負(fù)荷為150.63kW，改造后年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4803.90h。屬于改造前存在最大負(fù)荷過(guò)負(fù)載，改造后不存在最大負(fù)荷過(guò)負(fù)載的情況，最終選擇對(duì)應(yīng)公式計(jì)算增供電量。

經(jīng)計(jì)算，可知該10kV 公用臺(tái)區(qū)的變壓器增容改造可帶來(lái)144741.51kWh 的電量增長(zhǎng)，滿(mǎn)足負(fù)荷需求，整個(gè)計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單可行，并有效提升了低壓配電網(wǎng)增供電量計(jì)算的規(guī)范程度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文明確了10kV 及以下配電網(wǎng)中增供電量的影響范圍并提出了計(jì)算方法，為相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)的理論依據(jù)；分析了10kV 及以下配電網(wǎng)變壓器增容前后增供電量計(jì)算的9 種典型情景，并對(duì)每種情景進(jìn)行了充分討論。經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，該方法計(jì)算方便，簡(jiǎn)潔，實(shí)用性強(qiáng)。