國網(wǎng)蘭州供電公司 海曉燕 慕俊強 楊小冬

電力系統(tǒng)重要安全指標之一是可用輸電容量，它既能衡量系統(tǒng)可靠性，也能反映網(wǎng)絡資源利用效率。而變電站分配的變電容量直接影響到中壓出線間隔的利用情況，決定中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的最終形態(tài)。電網(wǎng)運行的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟性，配電網(wǎng)的建設成本都將受到中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的直接影響，因此變電站出線間隔資源分配是配電網(wǎng)規(guī)劃的核心內(nèi)容。

文獻[1]提出了一個完整的配電網(wǎng)格化（層級）模型（DSMT），從電力需求側(cè)（Demand）、電力供給側(cè)（Supply）和電網(wǎng)運行管理（Management）三個維度對配電網(wǎng)格的層級劃分及其管理目標進行了統(tǒng)一的定義，并給出了面向網(wǎng)格的配電網(wǎng)規(guī)劃設計體系結(jié)構(gòu)；文獻[2]總結(jié)了優(yōu)化整合配電間隔的幾種方法，包括將處于輕載狀態(tài)的間隔直接合并、采用環(huán)網(wǎng)單元接線、合理布局開閉站等，但文中未在前期配電網(wǎng)規(guī)劃決策中對間隔資源的統(tǒng)籌分配進行系統(tǒng)研究，只能針對配電網(wǎng)現(xiàn)狀中的間隔資源緊張問題進行被動改造。文獻[3]以各個變電站間隔利用率均衡為目標，對負荷與變電站及間隔之間的接入關系進行了優(yōu)化配置，并提出一種優(yōu)化計算的思路，為變電站間隔資源優(yōu)化提供參考，但沒有考慮目前配電網(wǎng)網(wǎng)格化規(guī)劃過程中網(wǎng)格碎片化對間隔資源分配利用的影響。本文以配電網(wǎng)網(wǎng)格化中的供電網(wǎng)格為單位，通過中壓線路理論需求計算模型設計、中壓線路聯(lián)絡（布局）模型設計，得到變電站間隔資源的統(tǒng)籌分配優(yōu)化流程方法，消除網(wǎng)格碎片化對間隔資源優(yōu)化利用的影響，并在電網(wǎng)規(guī)劃前期決策中實現(xiàn)變電站間隔資源的科學高效利用。

1 配電網(wǎng)格（供給側(cè)）模型

根據(jù)變電站間隔資源優(yōu)化分配需要，參照DSMT配電網(wǎng)格化（層級）模型定義[1]，提出變電站間隔資源優(yōu)化的網(wǎng)格模型（圖1）。其中與變電站間隔資源分配相關的網(wǎng)格定義為：供電網(wǎng)格。為簡化配電網(wǎng)規(guī)劃及調(diào)度運行管理，供電網(wǎng)格是一個中壓網(wǎng)架相對獨立的配電分區(qū)，也是一個可作為獨立區(qū)域來進行配電網(wǎng)“專項”規(guī)劃的、規(guī)模適度的供電區(qū)域；站間聯(lián)絡組。根據(jù)變電站遠景規(guī)劃布點（位置、規(guī)模）及遠景空間負荷預測結(jié)果（地塊、負荷），按“站間單聯(lián)絡”為規(guī)劃目標而建立的變電站間線路聯(lián)絡關系（變電站名稱、線路數(shù)量、供電區(qū)域邊界）。為便于線路優(yōu)化布局，當一個聯(lián)絡組規(guī)模較大時可把一個聯(lián)絡組拆分為幾個聯(lián)絡單元。

圖1 配電網(wǎng)格（供給側(cè)）模型

圖2 各供電網(wǎng)格變電站容量統(tǒng)籌調(diào)配示意圖

1.1 中壓線路理論需求計算及線路平衡

供電網(wǎng)格中壓線路平衡的結(jié)果如表1，其中供電網(wǎng)格線路理論需求計算的基本步驟為：現(xiàn)狀線路數(shù)量。根據(jù)供電網(wǎng)格劃分對現(xiàn)狀中壓線路的網(wǎng)格歸屬進行梳理并統(tǒng)計；間隔預留。負荷種類有“城鎮(zhèn)負荷”、“用戶專線”及“鄉(xiāng)村”三種，其中“專線”用戶及“鄉(xiāng)村”分散用戶是兩類特殊的用戶（負荷），基于供電網(wǎng)格的飽和負荷預測及容量統(tǒng)籌平衡情況的分析，結(jié)合對網(wǎng)格內(nèi)專供負荷、鄉(xiāng)村分散負荷的專家預判，并根據(jù)供區(qū)的中壓電壓等級，對線路需求計算相關參數(shù)進行專家設置；城鎮(zhèn)公共線路需求計算。根據(jù)供電網(wǎng)格的飽和負荷預測與單條電纜或架空線路的供電能力，計算所需城鎮(zhèn)公共線路數(shù)量；線路需求平衡計算。根據(jù)各供電網(wǎng)格計算出的城鎮(zhèn)公共線路數(shù)量與預留間隔數(shù)量（非城鎮(zhèn)公共）得到線路需求總數(shù)。線路需求總數(shù)與現(xiàn)狀已有線路之間的數(shù)量差額即為現(xiàn)狀差額。

1.2 中壓線路聯(lián)絡組規(guī)劃

供電網(wǎng)格內(nèi)的中壓線路聯(lián)絡組劃分結(jié)果如表2，其中聯(lián)絡組的劃分步驟為：以現(xiàn)狀線路走向及變電站遠景布點規(guī)劃為基礎，以“站間聯(lián)絡”為網(wǎng)架規(guī)劃目標，對現(xiàn)狀線路進行逐條分析，規(guī)劃設定相對合理的聯(lián)絡變電站；兼顧變電站投運年限、中壓線路現(xiàn)狀走向、改造難度及地理約束等影響因素，按照三個基本原則，即“易識別的邊界”、“供電范圍的不交叉”、“線路規(guī)模的適度”，對中壓線路聯(lián)絡組進行初步劃分；根據(jù)飽和負荷計算聯(lián)絡組的線路理論需求數(shù)據(jù)，對變電站之間的聯(lián)絡線數(shù)量進行統(tǒng)計，對變電站間隔總量進行平衡校驗。

2 變電站間隔資源統(tǒng)籌分配優(yōu)化流程

根據(jù)供電網(wǎng)格飽和負荷預測及變電站規(guī)劃布點，以“線路需求數(shù)量最小”為優(yōu)化目標，以“站間聯(lián)絡”及線路平均負載率在合理區(qū)間為約束，基于聯(lián)絡組初步劃分結(jié)果對各聯(lián)絡單元的邊界進行優(yōu)化調(diào)整，使線路負載及變電站間隔利用率相對均衡。變電站間隔資源的統(tǒng)籌分配優(yōu)化的流程為：計算調(diào)配需求-初設邏輯站-確定調(diào)配路線-優(yōu)化調(diào)配-變電站間隔（預）分配-供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計算-中壓線現(xiàn)狀線路聯(lián)絡分析及分拆處理-中壓現(xiàn)狀線路網(wǎng)格劃分及站間單聯(lián)絡規(guī)劃-飽和年變電站資源統(tǒng)籌分配-近中期線路需求基準數(shù)量計算-近中期變電站建設時序-近中期變電站間隔統(tǒng)籌分配。流程說明如下：

計算并調(diào)整容量需求：科學預測負荷及電源發(fā)展，差異化地將目標容載比值設定給各供電網(wǎng)格，接著計算需調(diào)配容量的大小，得到各供電網(wǎng)格間的容量初步調(diào)配結(jié)果；邏輯站的初步選址：考慮調(diào)配后的各供電網(wǎng)格不同的容量需求，根據(jù)變電站已有供電范圍及遠景年變電站布局規(guī)劃，再調(diào)配優(yōu)化各個變電站的容量，明確各個變電站的初步供電范圍，確定各供電網(wǎng)格邏輯站的位置；確定調(diào)配路徑：按容量調(diào)配“確定性”由“強→弱”的規(guī)劃思路，確定容量調(diào)配路徑。

調(diào)配優(yōu)化：同步考慮現(xiàn)狀供電范圍、變電站布點等情況，優(yōu)化調(diào)配各變電站容量，得到各變電站的初步容量分配結(jié)果；變電站間隔（預）分配：根據(jù)變電站容量調(diào)配（統(tǒng)籌）結(jié)果并變電站間隔總量按比例計算變電站的等效間隔，得到變電站變電容量及出線間隔的初步分配結(jié)果；供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計算：根據(jù)供電網(wǎng)格劃分，對現(xiàn)狀中壓線路的網(wǎng)格歸屬進行梳理并統(tǒng)計。基于供電網(wǎng)格的飽和負荷預測及容量統(tǒng)籌平衡情況的分析，結(jié)合對網(wǎng)格內(nèi)專供負荷、農(nóng)村分散負荷的專家預判，并根據(jù)供區(qū)的中壓電壓等級對線路需求計算相關參數(shù)進行專家設置。分別對各供電網(wǎng)格的線路需求及平衡情況進行計算。

表1 供電網(wǎng)格中壓線路理論需求計算及線路平衡

表2 中壓線路聯(lián)絡組（初步）劃分

中壓現(xiàn)狀線路全聯(lián)絡分析及分拆處理：現(xiàn)狀線路聯(lián)絡梳理。據(jù)現(xiàn)有線路正常運行方式確定線路的主聯(lián)絡、次聯(lián)絡關系，結(jié)合線路最大負荷、線路負載率等基礎數(shù)據(jù)，按適度聯(lián)絡原則對復雜聯(lián)絡線路進行拆分；中壓現(xiàn)狀線路網(wǎng)格劃分及站間聯(lián)絡規(guī)劃：以現(xiàn)狀線路走向及變電站遠景布點規(guī)劃為基礎，以“站間聯(lián)絡”為網(wǎng)架規(guī)劃目標，對現(xiàn)狀線路進行逐條分析，規(guī)劃設定相對合理的聯(lián)絡變電站。對變電站之間的聯(lián)絡線數(shù)量進行統(tǒng)計，對變電站間隔總量進行平衡校驗；飽和年變電站資源統(tǒng)籌分配：對各供電網(wǎng)格相應變電站的間隔分配（優(yōu)化）結(jié)果進行匯總，形成飽和年的變電站間隔資源統(tǒng)籌分配結(jié)果。

計算線路在近中期的需求數(shù)量：根據(jù)近中期負荷預測結(jié)果，綜合考慮變電站容量資源裕度、線路組現(xiàn)狀供電范圍、項目精準投資目標要求的影響因素，科學設定飽和年線路平均負載率下限目標值，而后得到線路需求數(shù)量，作為統(tǒng)籌變電站近中期間隔資源分配的規(guī)劃依據(jù)；近中期變電站建設時序：根據(jù)變電站建設時序建議方案對變電站建設時序提出規(guī)劃建議；近中期變電站間隔統(tǒng)籌分配：根據(jù)近中期線路需求基準數(shù)量計算結(jié)果及變電站建設時序建議，在變電站資源裕度范圍內(nèi)，為各供電單元分配變電站當前剩余間隔并對變電站負載率進行校驗，形成變電站資源的統(tǒng)籌分配。

3 應用舉例

以某城市中心城區(qū)為例，綜合考慮區(qū)域內(nèi)各供電網(wǎng)格內(nèi)變電站容量大小、設定的目標容載比，對所有變電站進行容量統(tǒng)籌優(yōu)化分配，使各供電網(wǎng)格的變電容量得到基本滿足。根據(jù)計算，最終得到各供電網(wǎng)格及各變電站的容量統(tǒng)籌調(diào)配結(jié)果（圖2）。進行規(guī)劃區(qū)內(nèi)各聯(lián)絡組邊界調(diào)整優(yōu)化時，需要考慮地塊開發(fā)時序、變電站投運年限、已有線路改造難度、現(xiàn)狀線路走向、地理條件限制等影響因素，使區(qū)域內(nèi)線路總量最小，線路負載相對均衡，并維持站間線路聯(lián)絡組的平衡。最終經(jīng)過對各聯(lián)絡組進行調(diào)配優(yōu)化，得到規(guī)劃區(qū)各聯(lián)絡組和各供電網(wǎng)格相應變電站的間隔分配（優(yōu)化）結(jié)果，匯總變電站中壓出線間隔的優(yōu)化分配結(jié)果如表3。

表3 變電站間隔資源統(tǒng)籌分配一覽表

經(jīng)規(guī)劃實踐，本研究成果能在中心城區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃前期決策中科學合理布局變電站站址、提高變電間隔資源利用率，消除網(wǎng)格碎片化對變電站間隔資源優(yōu)化利用的影響并預留必要的間隔，有效提高電網(wǎng)運行的可靠性與經(jīng)濟性，保障客戶電源及時接入。