考虑地区负荷密度的电压等级序列优化研究_张秀钊.pdf

考虑地区负荷密度的电压等级序列优化研究张秀钊，吴世浙，王文飞，钱纹，杨玉琴，冯磊，万航羽（云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心，云南 昆明 ；云南电网有限责任公司电力调度控制中心，云南 昆明 ；中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 ）摘要：随着国家清洁电力需求的增长，中压配电系统受到了广泛的关注。以负荷密度为基础，确定技术上可行的电压等级序列备选方案对经济发展具有极其重要的意义。为此，对典型地区不同负荷密度下所提出的各种电压等级序列方案进行电网规模、电网损耗、可靠性评估、综合费用、总占地面积的分析；然后利用相对劣化度函数对关键指标归一化；最后运用层次分析法获得各电压等级序列方案的综合评估指数，从而证明了所提方案的可行性和有效性。关键词：负荷密度；中压配电；电压等级序列；层次分析法中图分类号：，（，；，；，）：，：；收稿日期：作者简介：张秀钊（），高级工程师，从事电网规划、电力系统分析工作。引言随着电网规模的扩大，输电电压等级不断提高，我国输配电网电压层次逐渐增多。电压等级开始承担大负荷中心高压配电功能，与原作为高压输电电压功能重复。同时，配电网线路走廊资源出现紧缺，严重阻碍了配电网的发展。地区电网电压等级序列方案的选取，受负荷要求与分配制约、装备技术制约、土地资源制约、电源分布约束等复杂因素的影响。对一个已具备相当规模的电网进行电压层级的调整和改造更需要充分考虑电网的现状、用户的制约、改造工程实施的可行性等，继而因地制宜、循序渐进地进行科学的规划和计划。我国现采用的电压等级序列是经过多年形成的，短期内无法轻易改变，但仍有必要深入研究电压等级序列的合理配置。当前，电压等级序列合理配置需要解决的问题不是针对具体用户，而是针对 公 共 电 网 的 电 压 等 级 序 列 合 理 配 置，特 别 是 的电压等级序列配置问题。在 年修编的 标准电压中 配电电压正式成为中压配电电压等级。中压配电电压等级的制定与地区负荷密度、传输容量、传输电压以及线路损耗相关。衢州东港工业区采用 提高园区供电能力，青岛地区、珠海市横琴新区、大连长兴岛地区、广州地区、临安青山科技城 也陆续开展了 电网规划研究。电压等级具有简化供电电压等级、提高供电效率、提升供电可靠性等优点。鉴于此，本文针对不同地区负荷密度的特点，利用层次分析法计算各电压等级序列方案的综合评估指数，分析不同电压序列配置方案的优劣，经权衡比较后给出不同负荷密度下推荐的电压序列优化结果，以验证该电压等级序列方案的必要性和可行性。建立综合评估方案 构建电压等级序列方案评估指标体系电压等级序列方案评价指标的选取，必须充分考虑电电工技术系统解决方案网的实际情况以及相关规程规范的技术要求，保证指标的实用性和可操作性。电压等级序列方案评估指标涉及的因素较多，评价体系也较为庞大，指标间的耦合性及冗余度均较高，因此有必要从中挑选出最能反映电网真实情况的关键性特征指标作为代表，从而方便对电压等级序列方案的合理性做出正确评估。地区电网电压等级序列方案的评价指标可由技术层面、经济层面和社会层面共同组成。综合技术、经济和社会个方面得到电压等级序列方案评估的个关键性指标 综合线损率、供电可靠率、综合费用和设备总占地面积。综合费用可细分为建设费用、运维费用、线损费用、维护费用；设备总占地面积可细分为线路走廊占地面积、配变占地面积、变电站占地面积。因此，电压等级序列方案综合评价指标体系如图所示。综合评估模型（）网络规模估算模型。网络规模估算模型就是用来计算不同电压等级序列方案的电网规模，其输出参数是进行网络损耗估算、可靠性图电压等级序列方案综合评价指标体系估算、综合费用估算和占地面积估算的基础，因此网络规模的估算结果对电能损耗、网络投资和占地面积等估算结果有很大的影响。网络估算模型通常需要类数据，分别为区域和负荷信息、高压变电站技术规范、高压线路技术规范、中压馈线技术规范以及中压配变技术规范。具体输出参数见表。表网络规模估算模型输出参数电压等级 项目单位符号估算模型备注 变电站座数座 （），（）（），（）为容载比，（）表示为对数取整，（）表示为对数取小数位主变压器总台数台 为单台主变容量高压变电总容量 变电站座数座 （），（）（），（）主变压器总台数台 为单台主变容量高压变电总容量 线路条数条 （）线路长度 为供电区面积 变电站座数座 （），（）（），（）主变压器总台数台 为单台主变容量高压变电总容量 如上所述线路条数条 （）（）为高压线路负载率线路长度 （）（）配电变压器总台数台（）（）（）（）（）为单台配变容量配电变压器总容量 （）（）（）（）（）为中压线路负载率线路条数条（）（）（）（）（）为最大负荷同时率线路长度 （）（）（）（）（）、分别为中压线路供电半径和线路曲折系数（）网络损耗估算模型。综合损耗功率主要由线路损耗和变压器损耗组成，计算式为：（）式中，为供电区最大负荷；为第条线路的功率损耗；为第台变压器的功率损耗，包括变压器的空载损耗和负载损耗。（）可靠性评估模型。供电可靠率指标指电力系统对用户持续供电的能力，系统解决方案电工技术 计算式为：（）式中，、分别为变电站、中压主干线和中压分支线的供电可靠率。（）综合费用估算模型。电压等级序列方案的经济评估指标包括建设费用、运维费用、线损费用，计算式为：（）（）（）（）（）（）式中，、分别为综合费用、初期投资费用、后期改造投资费用、运维费用、电能损耗费用以及停电损失费用；、分别为供电区总变电容量、变电站高压进线总长度、中压公变总台数、中压馈线总长度以及中压馈线的分支线总长度；、分别为单位变电容量、每 高压线路、单台配变、每 中压主干线以及分支线各自的综合造价；为改造投资费用；为后期改造次数；为每次投资时间；为运维系数；为折现率；为年最大负荷；为年最大负荷的功率损耗；为年利用小时数；为年最大利用小时数；为电价；为综合供电可靠率；为单位电量产值。（）占地面积估算模型。设备总占地面积指标包括全区变电站总占地面积、高压线路走廊宽度、单台配变占地面积、中压线路走廊宽度。考虑到 和 的线路和配变通常不需要额外征地，并且 及以上电压等级高压线路走廊的宽度受气象条件、杆塔档距、杆塔型式以及导线的最大风偏、安全距离、排列方式等因素影响在不同地区可能存在较大偏差，为计算方便，设备总占地面积可简化为仅计算变电站的占地面积。评估指标归一化化个关键指标从不同层次反映了电压等级序列方案的优劣，且影响程度各不相同。为便于将所有指标放置于同一个标准基础之上进行比较，需建立统一的综合评价指标，因此利用相对劣化度 对各项指标进行归一化处理，取值范围在，。考虑到综合线损率、设备总占地面积以及年费用个分项指标的数值大小与所体现的性能呈现反向变化特点（指标值越大，性能越差），归一化处理表达式为：（），（）考虑到供电可靠率指标越大，性能越好，则采用的归一化处理表达式为：（），（）式中，、分别为指标计算值、指标允许的最小值和最大值。、值根据指标的相关标准或实际统计结果确定。层次分析法权重是状态指标在电压等级序列方案综合评估结果下的相对重要程度，可通过层次分析法确定各个评价指标的权 重。层 次 分 析 法（，）是一种基于两个互相比较的辅助决策方法，使评估结果具有科学性和准确性，其关键是依据实际问题及其影响因素建立适当的层次模型。层次分析法可用于定量标准和定性标准的判断，主要有三个步骤：第一步根据决策问题构建层次结构，第一层次为总目标，第二层次为标准和子标准，第三层次为决策选项；第二步从标准和备选方案的矩阵中获得相对重要程度；第三步汇总整个层次结构权重来确定综合权重。判断矩阵表示层次结构中同一准则层相邻两指标比较重要程度。此处判断矩阵采用标度法，见表。表 标度法标度含义表示两个因素具有同等重要性表示因素影响略强于因素表示因素影响强于因素表示因素影响明显强于因素表示因素影响绝对强于因素、表示以上相邻判断的中间值 如果因素与因素的相对重要性的比率为，那么因素与因素的相对重要性的比率 一致性检查和权重计算：判断矩阵的一致性测试结果用一致性比率 表示，判断矩阵一致性的定量指标用 （）（）表示，其中 为判断矩阵特征值，为判断矩阵阶数。为判断矩阵阶数的平均随机一致性值，见表。表 平均随机一致性值阶数 为 与 的比值，当 小于 时，所构造的判断矩阵通过一致性测验，否则需要对判断矩阵进行相应调整，以通过一致性测验。电压等级序列方案评估技术路线对不同负荷密度下的典型供电方案进行分析。合理分配电压等级的原则是在满足技术要求和安全、可靠、稳定运行的前提下，使电网获得最大的经济效益。评估电压等电工技术系统解决方案级序列方案的具体过程如图所示。图 电压等级序列方案评估流程步骤：确定电压等级序列备选方案。根据电力需求预测结果，以负荷密度为基础，确定技术上可行的电压等级序列备选方案。步骤：确定电网总建设规模。根据网络损耗估算模型、可靠性评估模型、综合费用估算模型、占地面积估算模型并结合各类设备单位造价水平计算各电压等级序列方案的综合线损率、供电可率、设备占地面积、综合费用等关键指标。步骤：对各项指标利用相对劣化度进行归一化处理，并根据 方法分析计算各电压等级序列方案的综合评估指数。步骤：推荐最优电压等级序列方案。算例分析电压等级序列方案的选择，事关电网的整体布局和长远战略。对典型供电情景进行分析，不同经济水平地区的负荷水平差异较大。对某些典型地区进行研究，选取的负荷密度分别为、，结合了电网发展趋势和国内外输配电网电压序列构成，以 为电源点，给出地区电网可选的电压等级序列方案。电压等级序列方案见表。表电压等级序列方案级变压 级变压 级变压 由表可知，级变压属于简化了电压等级 后的电压等级序列；级变压中方案是城市配电网现状的主要电压序列；级变压中方案是农村配电网的主要电压序列。电网规模计算依据 节网络规模计算模型，计算种电压等级序列方案的电网总建设规模，包括新增变电站座数、配变台数、高压线路总条数、高压线路总长度、中压线路总条数、中压线路总长度等，计算结果见表。表负荷密度为 下各电压等级序列方案网络规模计算结果电压等级 项目电压等级序列 变电站 座 主变压器 台 主变压器 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 （）配电变压器 台 配电压器 线路 条 线路 表负荷密度为 下各电压等级序列方案网络规模计算结果电压等级 项目电压等级序列 变电站 座 主变压器 台 主变压器 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 （）配电变压器 台 配电压器 线路 条 线路 表 负荷密度为 下各电压等级序列方案网络规模计算结果电压等级 项目电压等级序列 变电站 座 主变压器 台 主变压器 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 变电站 座 主变压器 台 主变压器 线路 条 线路 （）配电变压器 台 配电压器 线路 条 线路 评估指标计算分析根据 节电网损耗估算模型、可靠性评估模型、综合费用估算模型、占地面积估算模型，将表中不同负荷密度下各电压等级序列方案网络规模计算结果作为上系统解决方案电工技术 述各模型的输入数据，各模型计算后输出不同负荷密度下各电压等 级 序 列 方 案 的 综 合 线 损 率（）、供 电 可 靠 率（）、变电站占地面积（）和综合费用（亿元）个评估指标，各评估指标计算结果如图所示。图 不同负荷密度下各方案的综合线损率指标对比图不同负荷密度下各方案的供电可靠率指标对比图不同负荷密度下各方案的占地面积指标对比图不同负荷密度下各方案的综合费用指标对比 综合评估结果分析由于不同评价指标对评价对象的重要性和影响程度不同，因此根据 法设置不同的权重来表示各指标的重要性，为综合评价的计算提供理论依据。结合实际工程经验，对不同负荷密度下的个关键指标赋予权重系数，可得出各关键指标权重（，）。利用相对劣化度函数对各电压等级序列方案的计算结果进行标准化处理，得到不同负荷密度下各电压等级序列方案的归