基于提升供电能力的配电网协调规划探析

于 明 郭 华 潘 珍 王纪勇 莫昌明

（1. 广西电网有限责任公司，南宁 530023；2. 天津天大求实电力新技术股份有限公司，天津 300000）

随着时代的发展，配电网的建设越来越呈现出矛盾的一面。一方面，经济在快速增长，用电需求也直线上升；另一方面，因空间资源的紧张，变电站用地及线路走廊日趋匮乏。这就要求我们必须变革传统的以扩张为手段的配电网规划方法，而是深入挖潜，围绕提升配网供电能力进行精细化规划。

所谓配网供电能力（TSC），是指满足“N-1”准则和运行约束的一定供电区域的最大负荷供应能力。TSC的大小取决于变电站主变与配电线路的转供能力。基于TSC的规划的本质是充分发挥网络互连的优势，因此更适用于配网自动化有所发展的城市配电网优化。

现有文献多侧重于介绍供电能力指标计算，缺乏将其和配网规划相结合。文章在这方面寻求突破。

1 TSC理论概述

“供电能力”概念是随着配电网建设水平的提升而出现的。其发展经历了3个阶段：①以变电容量评估配网供电能力，该方法以传统规划中的容载比法为代表；②以馈线负荷来估计网络转供能力，以最大负荷倍数法、负荷能力法等为代表；③综合考虑“N-1”安全准则、变电站主变负载率和配网转供能力的“最大供电能力”。显然，以上三阶段在合理性、科学性上是逐次递进的。

基于TSC理论的规划与传统规划的区别：

1）传统规划方法中变电站选址定容和网架布线两个子问题独立进行，且主要依靠容载比、站内N-1（即站内主变的相互支持）等保守手段。因此，传统规划方法应新增负荷的主要对策是增加变电容量（为了将容载比控制在导则规定范围内），其结果必然是设备平均负载率偏低。而基于TSC理论的规划能有效结合馈线的负荷转供能力和变电站主变供电能力，使网架更为经济和优化。

2）传统规划的基础是准确的负荷预测，而供电能力计算的基础是已经形成的网络。因此，从难易程度上讲，基于TSC的规划要更容易实现。

3）传统规划和基于TSC的规划均要进行“N-1”计算。但前者是在给定假设负荷下进行“N-1”检验以评价配电网安全性（在假设负荷下），后者是在未知负荷情况下计算满足“N-1”的最大可能负荷。应该说，后者更适合挖掘电网的潜力。

2 基于TSC的配电网协调规划

2.1 规划措施及优先顺序

配电网规划，说到底离不开对电源点和网架的调整。但调整方法是多种多样的，在达到相同目的的前提下，采取性价比较高的方法自然是最为合理的。笔者结合多年工作经验，将可能的配电网规划措施进行罗列，并按代价从低到高作排列，如图 1所示。其中，大类的优先次序为“A＞B＞C”，小类的优先次序为“A1＞A2＞A3＞A4”（以A大类为例，其余类推）。三大类措施中，A类措施使用最广泛，但目前多基于经验进行，没有科学的模型，文章将在后续章节中予以构建。

图1 配电网规划的措施及优先顺序排列

2.2 基于TSC的规划流程

基于TSC的规划流程如图2所示。相关分析：

1）预测总负荷小于现有网络最大供电能力的情形。显然，这完全可通过A类措施进行新负荷消纳。

2）预测总负荷在现有网络最大供电能力与全联络供电能力（即假设所有主变两两互联而形成的TSC）之间的情形。显然，这种情况下主变容量足够，所需做的是加强网架（即 B类措施），之后进行分布校验，不通过再采取A类措施。

3）预测总负荷大于全联络供电能力的情形。这时首先得采取C类措施以弥补变电容量不足，然后视实际情况去综合采取B类、A类措施。另外，当存在供电盲区或已有变电站技术性重载（即无法通过任何方法来满足新增负荷），也必须新增变电站。

图2 配电网规划的措施及优先顺序排列

2.3 负荷在主变间再分配方法设计

该方法的实质是：对相关负荷（包括新增和已有）进行优化分配，使得在满足主变“N-1”安全准则条件下实现最好的负荷均衡性。笔者在参考文献[4]的基础上进行修改，得到负荷再分配模型如下。

1）目标函数

式中，SDI为安全裕度（即主变“N-1”安全程度），VVLR为负荷均衡度，w1、w2为权重。SDI和VVLR的计算见式（2）至式（4）所示。其中，DiS、Ri分别为主变i的安全距离和额定容量，k为变压器短时过载系数，Ti为主变i最大负载率，为与主变i同属一个站且有联络关系的其他主变集合，为与主变i不同属一个站但有联络关系的站外主变集合，LiA为负荷再分配后的主变负载。

2）约束条件

主要是两类：负荷转带约束和负荷分配平衡约束。式（5）至式（9）为详细表述。

式中，LiO为负荷再分配前的主变负载，rijT为主变i（故障时）转到主变j的负荷，LijS为根据负荷优化原则由主变i改切到主变j的负荷，LlN为新增负荷值。

3 实际算例

3.1 配网现状及负荷需求

算例 10kV配电网的结构如图 3所示。目前 3个变电所的主变总容量 240MVA，负荷约为125MW。L1—L7为规划新增负荷的位置（其中，L1—L4均为6MW，L5—L7均为12MW）。

图3 基于TSC的配电网规划算例

3.2 规划过程

因新增负荷点处于已建变电站的辐射范围内，且现有变电总容量大于预测新增负荷与原有负荷之和，因此不考虑新增变电站，而是综合采用“2.1”中的A类措施和B类措施。以下为具体过程：

1）根据文献[2]提出的最大供电能力计算方法，得到算例的TSC约为179MW，MSC（即全联络供电能力）约为250MW。因规划总负荷为185MW，介于两者之间。因此首先寻求供电能力总量调整。图3中所示点划线即为执行本项措施的体现。在切改完成后，重新计算得到新网络的TSC为200MW，满足总量校验。

2）校验供电能力分布。调用文章提出的负荷优化方法（式（1）至式（9）），设权重为 0.6、0.4，设馈线负荷均匀分布，利用 Lingo软件，得到负荷再分配情况见表1、表2。

表1 原有负荷的重新分配/MW

表2 新增负荷在各主变的分配/MW

3.3 与传统方案的比较

按照传统规划原则，城网容载比宜在2.0以上，因此需新增一座3×40MVA变电站，并建设相应的10kV出线。限于篇幅，文章不再画出传统规划方法的网架图，仅就两种方法的经济技术比较做列示。

表3 两种规划方案的比对

显然，传统方法没有从互联互通角度去充分挖掘现有配电网络的潜力，造成投资的大幅上升。

4 结论

基于提升供电能力的配电网协调规划能在不建或少建电网的情况下，安全、可靠地吸纳新增负荷。这一方面提升了电网设备的综合使用效能，另一方面也提升了电网对于负荷变化的影响速度（新建变电站或线路毕竟旷日持久）。文章建立的规划模型和方法经受了算例考验，值得进一步推广。

[1] 高彦聘. 基于提高供电能力的配电网协调规划研究[J]. 电网与清洁能源, 2012, 47(12): 17-20.

[2] 肖峻. 基于最大供电能力的配电网规划理念与方法[J]. 中国电机工程学报, 2014, 42(1): 117-120.

[3] 肖峻. 基于最大供电能力的智能配电网规划与运行新思路[J]. 电力系统自动化, 2011, 21(3): 43-45.

[4] Xiao J, Li F, Gu Wz, et al. Total supply capability and its extended indices for distribution systems: definition,model calculation and applications[J]. IET Generation Transmission & Distribution, 2011, 5(8): 869-876.