配电网最大供电能力的规划与应用

王海蓉，余英杰

(国网黄石供电公司，湖北 黄石 435002)

配电网最大供电能力的规划与应用

王海蓉，余英杰

(国网黄石供电公司，湖北 黄石 435002)

基于配电网最大供电能力的理论分析现状中压配电网存在问题，提出新的规划与改造建议，运用Lingo软件进行优化计算，通过对比改造前后配电网的最大供电能力计算结果，有效挖掘配电网供电能力，为配电自动化在县域城区的推广应用打下坚实基础。

配电网；最大供电能力；N-1校验；站间联络

1 引言

配电网直接面向用户，其最直接的目标是最大限度地满足供电区域内用户的用电需求[1]。配电网供电能力的大小是电网建设与改造的关键成效指标，相同投资条件下，供电能力激发越大，设备利用率越高，收益越大。同时，随着社会经济的不断发展，用电质量的要求的提升，县域城区配电自动化的推广应用，对配电网一次网架结构，N-1通过率等水平也提出了新的要求。然而，在配电网规划与建设过程中，仍存在很多问题缺乏理论工具支撑和指导，其中与供电能力有关的问题有：供电能力的准确计算；常规按照容载比法[2]进行配电网规划建设后，造成容载比高与供电可靠性低同时并存，电网建设的经济性差。因此，在配电网满足安全性要求的前提下，在城区高负荷密度而电力廊道困难环境下，最大限度的挖掘配电网供电能力，提高设备利用率将越来越重要。

配电网供电能力的计算方法研究主要有容载比法[3]、网络最大流法[4]、最大负荷倍数法[5]以及结合主变容量与馈线转供能力综合分析的最大供电能力研究法[6-10]。文献[6]首次提出基于主变N-1安全性的城市配电网供电能力的概念；文献[7]在线路满足N-1原则的前提下，着重考虑主变N-1原则下所能提供的最大负荷，给出了城市中压配电网最大供电能力的数学模型。文献[8]提出来计及主变过载和联络容量约束的配电系统供电能力计算方法；文献[9-10]分别建立了最大供电能力模型和最优馈线联络建设次序的数学模型；文献[11]建立了适用于多电压等级配电网的供电能力和协调性综合评价模型，采用鱼骨图分析法找出影响供电能力的主要因素，用层次分析法建立评价体系结构，并用德尔菲法进行指标赋权。

本文主要利用最大供电能力理论，结合县域城区配电网实例进行问题分析与探讨，并列出合理的电网规划和建设建议，为配电自动化推广应用前一次电网的改造提供参考依据。

2 最大供电能力的概念

配电网最大供电能力(Total Supply Capability)是一定供电区域内配电网满足N-1安全准则条件以及各种实际运行约束下的最大负荷供应能力[12]。本文最大供电能力是指在综合考虑主变容量和馈线转移能力的条件下，电网具有的最大供电负荷，包括站内最小容量主变最大允许负荷和馈线间最大转移负荷。站内最小容量主变最大允许负荷是指同一变电站为满足N-1安全准则，站内任一台主变故障或检修时，所带负荷首先可通过母线间的联络开关转移到站内其它主变，但该负荷不能超过站内最小容量主变的最大负载能力；馈线间最大转移负荷是指具备联络关系的线路，在任一线路故障或检修时，均能通过联络馈线将负荷转移至非故障线路，从而提高配电网运行的灵活性和主变的负载率。馈线负荷转移通常可作为平衡变电站主变负载率的手段，其大小受变电站站内接线和站间连接方式影响，同时受电网负载水平限制[13]。

中压配电网主要的馈线联络方式[14-16]：(1)柱上开关联络；(2)环网箱联络；(3)开关站联络。本文主要考虑在主变满足N-1条件下，馈线间如何建立联络以满足负荷增长的需要，提高配电网供电能力。

3 最大供电能力计算模型

由N座变电站组成的供电区域，其最大供电能力目标函数为：

(1)

约束条件：

(2)

(3)

(4)

Pi.j.kKi.j.k+Pi.j.k≤PLmaxi.j.k

(5)

模型注解：

式中TSC为最大供电能力负荷值；Pi为第i变电站站内主变间转移负荷和站间馈线转移负荷之和；N为供电区域内变电站数量总和；PGi为第i变电站站内主变间转移负荷；Pi.j.k为第i座变电站与第j座变电站通过第k条站间联络线转移的负荷；m表示第i座变电站与第j座变电站之间联络馈线总数；Ki.j.k为0-1变量，当Ki.j.k=1表示负荷Pi.j.k由第i座变电站转移至第j座变电站供电，否则，仍由第i座变电站供电；Ni表示第i座变电站的主变总数；PTi.y表示第i座变电站第y台主变额度容量；PTmaxi为第i座变电站单台主变额定容量最大值；PLmaxi.j.k表示联络馈线最大极限输送容量。

4 县域城区电网实例分析

县域城区电网现状：第1座变电站为220kV变电站，主变容量为120+180MVA，变比为220/110/10，10kV馈线间隔16个，其中公用间隔9个，专用间隔7个，无备用间隔；第2座变电站为110kV变电站，主变容量为50 +31.5 MVA，变比为110/10，10kV馈线间隔为16个，其中公用间隔13个，专用间隔2个，备用1个、第3座变电站为110kV变电站，主变容量为2×50MVA,变比110/35/10，10kV馈线间隔14个，其中公用间隔7个，专用间隔6个，备用间隔1个。新增负荷点为F1～F5,每个新增负荷点为10MVA左右负荷，即新增50MVA负荷。馈线联络关系如图1所示，现状电网站间联络线数据如表1。

表1 现状电网站间联络线数据

运用最大供电能力计算模型，采用Lingo软件对该县域城区配电网进行计算分析，计算结果如表2 所示。

表2 现状配电网最大供电能力

注：由于220kV变电站110kV侧有负荷需要供应，因此，本文研究时结合220kV变电站110kV侧负荷情况，考虑该站10kV侧变电站供电能力为100MVA。

从计算结果分析，现状电网存在问题：

(1)该区域配电网主变的供电潜力未能得以充分应用。电网建设和运行中，未结合3座变电站进行统筹安排，导致3座变电站实际运行中负荷极不均匀，2站负荷重，3站负荷低。

图1 现状电网联络简图

(2)由于配电网站间联络数较少，站间转移能力弱。一旦存在某一变电站失压，将造成站内负荷无法转移出去，负荷损失较大，特别是2站负荷，年度最大负荷达到57.33MVA，一旦故障，无法实现站间负荷转移来确保供电可靠性，即高容载比与低可靠性共存。

(3)根据新增负荷点情况，由于整个地区负荷现已达到107.1MVA，再增加50MVA，负荷将为157.1MVA，按照现在网络最大供电能力为129MVA，配电网无法满足需求。

(4)按照容载比法计算，在新增负荷情况下，最大负荷为157.1MVA，则容载比为1.79，低于导则规定，将需要新增变电站1座。

(5)2站主变50 MVA +31.5 MVA，但在实际运行中，出现2#主变负荷大于1#主变负荷情况，导致2#主变过载，1#主变负载率仅50%情况。

根据存在问题，给出的改造建议有：

(1)加强馈线站间联络，提升该区域配电网供电能力，满足新增负荷需求。结合地理位置，负荷分布情况，考虑在1站与2站之间站间建立6条站间联络，2站与3站之间形成3条站间联络，1站与3站之间建立1条站间联络；

(2)由于1站与3站之间距离相对较远，因此，在进行供电能力转移时，应考虑压降因素相应的降低供电能力运行。

(3)加强馈线站内联络与负荷分段，在主变满足条件下，站内馈线线路上出现故障时，可以通过线路进行站内负荷转移，减少停电损失。

(4)针对2站出现的负荷分布情况，建议通过调换出线电缆进行1#、2#主变负荷调整，或者通过站内馈线联络将负荷转移至1#主变，再者通过站间馈线联络将负荷转移至1站或3站。

按照建议进行改造后联络图如图2所示，改造后站间联络数据如表3。

表3 改造后站间联络线数据

同样，运用最大供电能力模型验证计算，Lingo软件计算结果如表4所示。

图2 改造后站间联络简图

变电站123合计站内转移负荷(MVA)4031.550121.5站间转移负荷(MVA)26.4511.312.2550总负荷(MVA)66.4542.862.25171.5负载率66.45%52.52%62.25%60.92%容载比1.501.901.611.64

由计算结果可知：

(1)规划方案实施后，正常运行条件下，可通过站间联络将2站负荷转移至1站、3站，2站满足N-1校验。

(2)配电网最大功能为171.5MVA，满足新增50MVA负荷需求。

(3)3座变电站负载率均在50%～70%之间，主变处于经济运行状态，供电能力得到全面应用。

5 结束语

(1)最大供电能力的应用，可挖掘供电区域配电网的最大供电能力，并对配电网规划和建设具有指导性。

(2)通过建立站间“手拉手”接线方式加强站间联络，不仅可以提高供电可靠性，还可以最大限度利用主变负载能力。

(3)本文实例为县域城区供电，供电半径较短，因此，本文未考虑电压降对供电能力的影响。若用于供电半径加大的区域，则应增加电压降约束条件。

(4)在实例分析时，应结合最大供电能力分析出结果，再根据实际线路运行环境、地理位置、经济性等因素考虑是否建立联络，以达到规划效果。

(5)本文实例中未对站内之间的馈线联络及线路分段做进一步分析，可在最大供电能力分析结果基础之上，做站内负荷的分配及联络规划方案。

(6)随着县域配电自动化的推广应用，运用配电网最大供电理论进行电网规划与建设，有利于配电自动化作用的有效发挥，进一步提升供电可靠性。

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Planning and Application of Maximum Power Supply Ability of a Distribution Network

WANGHai-rong,YUYing-jie

(Huangshi Power Supply Company of State Grid,Huangshi 435002,China)

The problems of the medium voltage for theoretical analysis conditions based on maximum power supply ability of a distribution netwrok,put forward new plans and suggestions and use Lingo software to optimize calculation.By contrasting the maximum power supply ability calculation result with improving the distribution network from start to end,excavate the distribution network power supply ability effictively,laying solid foundation for application of distribution automation in towns.

distribution retwork;max. power supply ability;N-1 check;communication between stations

1004-289X(2016)06-0100-04

TM72

B

2016-06-12

王海蓉(1983-)，硕士研究生，工程师，从事电力规划与评审工作； 余英杰(1989-)，本科生，助理工程师，主要从事电力调度工作。