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（國網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司，寧夏中衛(wèi) 755000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在提高中壓配電網(wǎng)供電能力的同時(shí)，對(duì)中壓配電網(wǎng)運(yùn)行方式的可靠性和靈活性等提出了更高的要求[1]。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的合理性決定了中壓配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和未來的發(fā)展空間，合理的供電半徑是確定中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架布局的重要因素之一。供電半徑的選擇不僅直接影響配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，還影響著配電網(wǎng)中變電站和線路的投資和運(yùn)行費(fèi)用[2]。

以往研究中，通過電能質(zhì)量極限值核算供電半徑的方法，忽略了配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的要求，因此越來越無法滿足配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的需要。目前對(duì)于變電站供電半徑的優(yōu)化研究，是基于以單位面積年費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)為約束條件的方法計(jì)算最優(yōu)供電半徑。

文獻(xiàn)建立以總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)、以變電站滿足“N-1”準(zhǔn)則為約束條件的變電站優(yōu)化模型，采用該優(yōu)化模型可分別計(jì)算得到變電站最優(yōu)容量、變壓器最優(yōu)臺(tái)數(shù)和變電站最優(yōu)供電半徑，但前提條件是已知三者中的兩個(gè)，這限制了該模型的應(yīng)用場(chǎng)景。文獻(xiàn)在建立單位容量年費(fèi)用函數(shù)過程中，采用固定值衡量變壓器運(yùn)行時(shí)的電能損失費(fèi)用，未對(duì)計(jì)算得到的變電站最優(yōu)供電半徑進(jìn)行電能質(zhì)量檢驗(yàn)，會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

針對(duì)以上問題，文中通過線性回歸擬合得到變壓器的電能損耗費(fèi)用與實(shí)際負(fù)載的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)考慮負(fù)荷同時(shí)率對(duì)變電站容載比的影響，并且對(duì)最優(yōu)計(jì)算求得的經(jīng)濟(jì)供電半徑在不同負(fù)荷分布場(chǎng)景下進(jìn)行電壓偏差校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)基于差異化原則確定變電站經(jīng)濟(jì)供電半徑，兼顧中壓配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的要求。

1 最優(yōu)供電半徑計(jì)算流程

配電網(wǎng)變電站最優(yōu)供電半徑計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)變電站經(jīng)濟(jì)供電半徑算法流程圖

2 算例分析

2.1 算例數(shù)據(jù)

（1）變壓器數(shù)據(jù)。

選取某區(qū)域變壓器為例，變壓器損耗如表1所示。由表1可繪制得到變壓器的空載損耗、負(fù)載損耗與變壓器容量的關(guān)系曲線，如圖2（a）和（b）所示。

圖2 變壓器空載/負(fù)載損耗與變壓器容量的關(guān)系圖

表1 變壓器損耗表（SF11)

由圖2（a）可看出變壓器空載損耗與容量存在一階線性關(guān)系，通過擬合可獲得變壓器空載損耗模型為：

由圖2（b）可看出變壓器負(fù)載損耗與容量存在一階線性關(guān)系，通過擬合可獲得變壓器負(fù)載損耗模型為：

（2）投資數(shù)據(jù)。

參考配電網(wǎng)規(guī)劃的投資單價(jià)，可測(cè)算得到變電站投資與變電站總?cè)萘恐g的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 變電站投資與變電站總?cè)萘康年P(guān)系圖

由圖3可以看出所以獲得變電站投資模型：

（3）參數(shù)選取。

配電線路額定電壓U=10 kV；線路及變壓器的功率因數(shù)cos=0.95；投資等年值系數(shù)Kd=0.13（利率為6%，規(guī)劃年限為10a）；對(duì)總投資提取的年運(yùn)行費(fèi)的年提取系數(shù)H1=H2=5%；變壓器的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)t=8760 h；電價(jià)C0=0.6 元/kW·h；單位長度電阻值ρ=0.08 Ω/km））；線路曲折系數(shù)D=1.3；假設(shè)負(fù)荷均勻分布，GU=0.5。

2.2 算例結(jié)果及分析

2.2.1 單位面積年費(fèi)用最小法計(jì)算結(jié)果

假設(shè)負(fù)荷密度為10 MW/km2，負(fù)荷同時(shí)率f為0.8，容載比KR為1.8，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)x為5500 h。

（1）當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，經(jīng)濟(jì)供電半徑隨負(fù)荷同時(shí)率f 變化情況如圖4所示。

圖4 經(jīng)濟(jì)供電半徑隨負(fù)荷同時(shí)率變化圖

由圖4可見，當(dāng)負(fù)荷同時(shí)率遞增時(shí)，經(jīng)濟(jì)供電半徑的取值遞減。在負(fù)荷密度一定的情況下，負(fù)荷同時(shí)率越高，變電站最大負(fù)荷越大，線路負(fù)荷越重，線路經(jīng)濟(jì)供電半徑相應(yīng)減小。

（2）當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，經(jīng)濟(jì)供電半徑隨容載比變化情況如圖5所示。

圖5 經(jīng)濟(jì)供電半徑隨容載比變化圖

由圖5可見，當(dāng)容載比遞增時(shí)，經(jīng)濟(jì)供電半徑的取值遞減。容載比變化時(shí)，地區(qū)變電站總的配置容量也隨之發(fā)生變化，地區(qū)變電站的總損耗隨著總、線路投資、線路損耗也隨著變化，最終使容載比與經(jīng)濟(jì)供電半徑成反比的關(guān)系。

（3）當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，供電半徑隨最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)變化情況如圖6所示。

由圖6可見，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)對(duì)供電半徑的計(jì)算影響較小，當(dāng)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)遞增時(shí)，經(jīng)濟(jì)供電半徑的取值遞減。最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與變壓器損耗和線路損耗有關(guān)，其中起主要作用的是線路損耗，所以供電半徑隨最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)的增大而減小。在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀況下，最大負(fù)荷利用小時(shí)取值范圍在3 000～6 000h 之間。

圖6 經(jīng)濟(jì)供電半徑隨最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)變化圖

（4）10 kV 線路經(jīng)濟(jì)電流密度與導(dǎo)線型號(hào)、最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)有關(guān)，其值在0.8-1.3之間，本次測(cè)算中將線路經(jīng)濟(jì)電流密度取為常用值1.05。

（5）線路的投資會(huì)影響經(jīng)濟(jì)供電半徑的求取。

表2給出了常用的線路型號(hào)及其單價(jià)。當(dāng)線路投資最低，即LGJ-150的情況下能得到經(jīng)濟(jì)供電半徑的高值，而線路投資較高時(shí)，能得到經(jīng)濟(jì)供電半徑的低值。

表2 線路型號(hào)單價(jià)推薦表

通過分析可知，對(duì)供電半徑范圍影響較大的參數(shù)是容載比、負(fù)荷同時(shí)率及負(fù)荷密度。供電區(qū)域負(fù)荷密度劃分如表3所示。

表3 供電區(qū)域負(fù)荷密度

參考表3的供電區(qū)域負(fù)荷密度劃分，采用單位面積年費(fèi)用最小法計(jì)算不同參數(shù)配合下的經(jīng)濟(jì)供電半徑，如表4所示。

表4 經(jīng)濟(jì)供電半徑高值

綜合表4的計(jì)算結(jié)果，可得不同負(fù)荷密度供電區(qū)域下的供電距離，如表5所示。

表5 不同負(fù)荷密度供電區(qū)域的供電距離

2.2.2 基于電壓損失的供電半徑計(jì)算結(jié)果

計(jì)算獲得滿足電壓損失的各類供電區(qū)域供電半徑范圍，如表6所示。

表6 電壓損失法測(cè)算供電半徑（Wkm)

2.2.3 綜合結(jié)果

結(jié)合以上結(jié)果，綜合考慮單位面積年費(fèi)用最小，并滿足供電半徑內(nèi)電壓損失的要求，得到不同負(fù)荷密度下各類供電區(qū)域的供電半徑推薦值，如表7所示。

表7 不同類別供電區(qū)下供電半徑推薦值

3 結(jié)束語

文中綜合考慮配電網(wǎng)變電站的變壓器和線路的建設(shè)及運(yùn)行參數(shù)，全面分析不同負(fù)荷密度、不同負(fù)荷構(gòu)成和不同負(fù)荷分布對(duì)變電站供電半徑的影響，獲得涵蓋各類規(guī)劃運(yùn)行情況的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)供電半徑。所提出的變電站經(jīng)濟(jì)供電半徑優(yōu)化求解算法能指導(dǎo)地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃工作，提高地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性。