袁娟 YUAN Juan；陳蓉 CHEN Rong

（①國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓中心，成都 610000；②成都興通電研電力科技有限公司，成都 610000）

0 引言

近年來，隨著分布式能源的大量接入，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃法已無法滿足當前大規(guī)模配電網(wǎng)的需求，但主動配電網(wǎng)必須具有可控性、實時性和靈活性，因此當下的配電網(wǎng)要求給電網(wǎng)規(guī)劃工作帶來了新的挑戰(zhàn)[1，2]。目前，針對不同的區(qū)域特點和發(fā)展階段，相關研究人員提出了主動配電網(wǎng)規(guī)劃技術的方案。然而，主動配電網(wǎng)規(guī)劃的供電安全評價仍缺乏量化指標，難以滿足配電網(wǎng)精益發(fā)展的要求[3，4]。面對外部社會環(huán)境壓力，運行風險和對配電網(wǎng)要求的提高，如圖1 所示，配電網(wǎng)規(guī)劃面臨著新的更加艱巨的挑戰(zhàn)。

圖1 配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的挑戰(zhàn)

針對傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃存在規(guī)劃質量不高、綜合考慮因素不全、供電水平和可靠性較低的問題，特別在目前供電安全標準中的分析包含了不同區(qū)域的供電分區(qū)類型、設備指標、運行指標等要素，其評價方法較傳統(tǒng)的容負荷比分析方法更為復雜，而在主動配電網(wǎng)規(guī)劃中的應用研究較少。隨著數(shù)學、運籌學和計算機科學與技術的發(fā)展，更多新方法、新理論應運而生，也逐漸被運用到配網(wǎng)規(guī)劃當中[5-6]。目前，配網(wǎng)架規(guī)劃的研究方法主要有兩種：啟發(fā)優(yōu)化方法和數(shù)學優(yōu)化方法，具體分類如圖2 所示。與傳統(tǒng)的容荷比分析方法相比，將供電安全標準分析方法應用于主動配電網(wǎng)規(guī)劃中，可以加強主動配電網(wǎng)規(guī)劃的深度，診斷的力度，系統(tǒng)分析的維度，深刻挖掘電網(wǎng)突出問題，有效提高主動配電網(wǎng)規(guī)劃方案的可操作性。

圖2 電網(wǎng)規(guī)劃的研究方法

1 供電安全標準的分析方法

供電安全標準中明確了單個設備發(fā)生故障時的2 個要素，分別是該負載故障或停機后的允許損耗、恢復供電時間，設備運行的用電負荷越大、停電損失越大，進而對供電可靠性的要求越高，對供電恢復時間的要求也越短。根據(jù)用電的大小，配電網(wǎng)的供電安全等級可分為三個等級。如表1 所示。

表1 配電網(wǎng)供電安全標準

如表1 所示，一級安全標準主要適用于低壓線路故障、配電變壓器故障或具有特殊安全設計的中壓線段故障。二次安全標準主要涉及中壓線路故障。根據(jù)飽和負荷密度的不同，供電區(qū)從A+到E 分為六類。不同的供電區(qū)域故障線路的非故障段供電恢復時間都具有不同的嚴格要求。

2 擴容規(guī)劃方法

本文提出的基于供電安全標準分析的配電網(wǎng)擴容方法需要首先計算變電站或線路等電力元件的供電能力。通過從實際負載中減去電力供應容量，以獲得電力短缺或電力供應的裕度，如果出現(xiàn)電力短缺，則意味著不符合供電安全標準；否則，這說明了此處有一個電力供應的裕度。

在傳統(tǒng)的供電容量計算方法中，將變電容量除以容載比得到供電容量。這種方法既不能反映電網(wǎng)結構優(yōu)化后供電能力的增量、下級電網(wǎng)轉移能力的增量，也不能反映二次系統(tǒng)的差異對供電能力的影響以及不同供電地區(qū)不同供電安全標準的要求，這與有源配電網(wǎng)的智能規(guī)劃要求不一致。本文基于供電安全標準的擴建規(guī)劃方法是通過多維度、多因素共同考慮后的指標進行有機結合，如：供電區(qū)域類型、設備指標、網(wǎng)絡框架指標和運營指標，采用綜合指標對電網(wǎng)是否滿足要求進行評價，使電網(wǎng)規(guī)劃在主動配電網(wǎng)中得到更全面和充分的應用。

該方法用于規(guī)劃四川省西部某縣35kV 變電站的配電網(wǎng)擴建，如圖3 所示。該變電站位于C 供電區(qū)，有兩臺主變壓器，容量為（10+5）MVA，主變壓器電壓為35/10kV。變電站內有兩條電力進線，為單鏈結構，LGJ-240 為進線1，LGJ-50 為進線2。變電站高壓側為單母線配置，低壓側主接線為單母線段，母聯(lián)開關狀態(tài)為常開。本水平年變電站最大負荷為12.5MW，下電網(wǎng)可轉移負荷為3MW。

圖3 變電站的電氣主接線圖

該擴容規(guī)劃方法主要分為以下四步。

2.1 計算N-1 容量SN-1

首先計算主變N-1 的容量，然后計算進線N-1 的容量，取兩者中較小的值作為變電所N-1 的容量?？鄢畲笾髯儔浩魅萘浚?0MVA）后，剩余變壓器容量之和為5MVA?？紤]功率因數(shù)為0.95，因此，主變壓器N-1 容量為5×0.95=4.75MW。

電源進線N-1 的容量為剩余進線的電源容量減去變電站最大電源容量的進線后的總和。根據(jù)安全電流值，進線1 的安全電流為610A，最大供電容量為36.98MVA；進線2 的安全電流為220A，最大供電容量為13.34MVA，扣除最大進線供電容量，剩余進線供電容量之和為13.34MVA，因此N-1 進線容量為13.34×0.95=12.67MW。

變電站的N-1 容量計算公式如下：

變電站N-1 容量為4.75MW。

2.2 計算變電站供電容量S

首先計算變電站N-1 在15 分鐘S1內的供電能力，然后計算3h S2內的供電容量，取較小的值S 作為變電站的供電能力。

A+和A 供電區(qū)域在15 分鐘內的允許損耗負載為0，B 和C 供電區(qū)域為最大（12，組負載/3），D 供電區(qū)域允許損耗所有負載。15 分鐘變電站供電容量S1是變電站SN-1的N-1 容量和15 分鐘允許損耗負載PS的總和。

變電站Pg的組負荷為12.5MW，位于C 供電區(qū)，該區(qū)15 分鐘PS允許的負荷損失為：

因此，15 分鐘內的允許損耗負載為12MW，變電站供電容量為4.75+12=16.75MW。

在正常情況下，通過手動逆合閘操作，可以在3 小時內完成下級電網(wǎng)的重新配置，因此，下級電網(wǎng)的能量轉換可以在3h 內完成。3h 后，A+、A、B、C 和D 供電區(qū)的變電站不允許失去負載。

3h 變電站的供電容量為變電站N-1 容量與下層電網(wǎng)的轉移容量之和。公式如下：

通過10kV 線路轉移至其他變電站的負荷為3MW，變電站3h 供電能力為4.75+3=7.75MW，變電站S 的供電能力取最小值，可得：

因此，變電站的供電容量為7.75MW。

2.3 計算變電站Pq 的電力短缺

變電站的電力短缺Pq等于運行負載P0減去電源容量S0，公式如下：

2.4 計算變電站的供電裕度Py

變電站的電力供應裕度Py等于電力供應容量S 減去操作負載P0，公式如下：

3 電站容量擴容計劃

綜合電網(wǎng)的組網(wǎng)結構、運行方式、一次與二次系統(tǒng)的協(xié)調配合、下級電網(wǎng)的輸電能力，采用供電安全標準的分析方法，綜合分析變電站或線路的供電能力。通過以上計算分析，可以初步得出制約變電站供電能力的因素是#2變壓器的容量、進線2 的導體截面、電網(wǎng)線路的輸電能力，進而提出了以下四種電源容量的改進方案。

3.1 規(guī)劃方案1

在規(guī)劃方案1 中，#2 主變壓器將從5MVA 擴建至10MVA。變電站的供電能力可提高到12.5MW，無電力短缺現(xiàn)象，可基本滿足當前水平年的負荷需求。

3.2 規(guī)劃方案2

在規(guī)劃方案2 中，進線2 由LGJ-50 導線轉換為LGJ-240 導線，由于#2 變壓器的容量限制，即使擴大進線2 的容量，變電站的供電能力也無法提高，供電能力仍為7.75MW，電力短缺仍為4.75MW。

3.3 規(guī)劃方案3

在規(guī)劃方案3 中，對10kV 電網(wǎng)進行了優(yōu)化，以提高下級電網(wǎng)的輸電能力。如果通過優(yōu)化變電站的供電能力可以提高到12.75MW，供電裕度為0.25MW，可以滿足當前水平年的負荷需求。

3.4 規(guī)劃方案4

在規(guī)劃方案4 中，在該地區(qū)增加了一個新的變電站。如圖4 所示，該區(qū)域新建一座容量為10MVA 的35kV 變電站。供電能力可提高到17.25MW，供電裕度4.75MW，可滿足本水平年的負荷需求。

圖4 方案4 電氣主接線圖

從上述分析，規(guī)劃方案1、規(guī)劃方案3 和規(guī)劃方案4可以有效提高變電站的供電能力，而規(guī)劃方案2 對提高變電站的電力供應能力沒有作用，故通過技術和投資經濟性比較可以選擇出最佳方案。

4 總結

根據(jù)不同供電區(qū)域、不同負荷規(guī)模對供電可靠性的不同要求，本文通過綜合考慮供電面積類型、電網(wǎng)指標、設備指標和運行指標等因素，更全面、更準確地評估了供電區(qū)域的供電能力?？捎糜谂潆娋W(wǎng)規(guī)劃中對電網(wǎng)的供電能力進行有效地評估，發(fā)現(xiàn)供電區(qū)域的薄弱環(huán)節(jié)，提升供電能力的評估效果，為電網(wǎng)公司對配電網(wǎng)規(guī)劃方案進行科學有效的評價具有參考意義。