浅析配电网规划理论与方法

2011-12-30王悦

中国新技术新产品 2011年22期

王悦

（四川省电力公司资阳公司，四川资阳 641300）

前言

配电网作为电力系统规划中的核心组成部分，同时又是其最主要负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安全可靠和供电质量要求高等特点。同时，电力工业的发展水平不仅会对国民经济产生巨大影响，而且还涉及到能源消耗、巨额资金投入及其可持续发展的战略性问题。因此，合理地进行有效电力系统规划，结合实际进行系统的可靠性研究，充分掌握配电网规划中的基本理论和方法成为当今的热点。

1.我国配电网的发展现状

由于我国配电规划起步较晚，其水平和建设相对落后，尤其是老城区的配电网，在一定程度上滞后于城市的经济发展，成为约束城市发展的明显瓶颈。同时，由于负荷发展过快、网架结构薄弱、电力设备更新不及时、事故发生率高、线路严重过载、可靠性较差、电压质量低等问题同样是我国城市配电网发展存在的普遍性问题。

2.配电网规划的基本思路及内容

2.1.规划的基本思路

配电网的规划和设计主要包括长期规划、网络规划和施工设计三项内容。长期规划用于明确将来的主要投资项目和主网架的结构；网络规划用于处理近期的各种投资项目；而施工设计多用在考虑各个网络元件的结构设计，以及考虑能否获得各种所需的设备和材料。

2.2.规划内容

所谓的配电网规划是指在结合分析和研究未来负荷增长情况以及城市配电网现状的基础上，设计规划出一套系统性扩建和改造的计划。以实现在尽可能满足未来用户容量和电能质量的前提下，对可能存在的各种接线方法方式，不同的线路数和不同的传输导线截面，以运行经济性为指标，选择最好或较好的方案作为改造规划方案，最大程度的提高供电可靠性保障和降低线损，确保电力公司及其相关部门获得最大利益的过程。为了达到这个目标要求，需要实现三个互相协调的功能：负荷预测、长期配电规划和短期配电规划。这也是配电网规划的基本功能和主要研究内容。

3.配电网规划的基本方法与过程

3.1.配电网规划的基本方法

3.1.1.配电网规划的基本条件

配电网规划的最后结果关键取决于对原始资料的收集及最好的规划方法。没有足够的和可靠的原始资料，任何一个优秀的规划方法也不可能取得很实际的规划方案。任何一个好的电网规划必须以坚实的准备工作为基础，包括搜集整理系统的电力负荷资料，区域性的社会经济发展情况，电源点和配电线路方面的原始资料等。

3.1.2.配电网规划的基本方法

当前主要的配电网规划方法还处在传统的数学方法和规划方法并用的状态。通常传统的配电网规划方法以设计方案为基础。此类方法是根据线路的允许传输容量，确定出满足电力输送要求，而且投资及运行费用较小的一个或几个方案，然后通过技术经济对比择优选用好的方案。通常情况下，参加对比的方案是根据规划人员的丰富经验提出的，并不一定代表客观上的最佳方案，因此主观的因素占据十分重要的因素。根据对规划期间处理的不同，规划方法可分为单阶段扩展规划和多阶段扩展规划。

单阶段规划是根据规划期开始的数据寻求规划末尾（即水平年）的最佳网络结构方案。

多阶段规划中，前一阶段的规划结果对后一阶段有明显影响，因此，每一扩展方案既要考虑本阶段的要求，又要考虑整个规划期的要求。多阶段规划可采用动态规划方法也可采用静态规划方法来实现。考虑整个规划期最优扩展方案的方法称为动态规划方法。把多阶段中每一阶段都作为单阶段规划来优化，把上阶段优化结果作为下阶段的输入，这种处理叫做静态规划。动态规划处理要比静态规划复杂的多，但静态规划不能给出整个规划期的最优解。

3.2.配电网规划的基本过程

电网规划是一项非常复杂的工作，按规划期的时间长短，可分为近期规划(1~5年)、中期规划(6~15年)和远期(16~30年)规划。远期规划主要决策城市电网发展的重大问题和发展方向(如建立新的电压等级、论证规划末期的城市需电量以及城市可能发生的改造和扩展方向)，为中期和近期规划制定目标。电网规划一般是以长期规划指导中期和近期规划，以中期、近期规划落实和调整长期规划。配网规划主要包括以下几个方面的内容：

规划区内的电量、负荷以及分布情况，收集相关资料，进行负荷预测；分区分片确定规划区内目标年及中间年的配电网变电站的位置、容量以及供电范围；确定规划期内高压变、配电站目标年以及中间年的站址及容量，计算各变电站的供电范围；进行现状年中压配电网的分析，规划目标年及中间年的中压配电网络；进行现状年高压配电网络的分析，规划目标年以及中间年的高压配电网络，完成目标年以及中间年的无功电源的规划；其他方面的规划工作，如配电自动化系统规划等；规划效益评估。对规划电网投资与增加用电量所产生收益、电网供电可靠性、线损率、电压合格率等指标进行评估。

4.配电网规划的技术原则

配电网结构的确定是配电网规划设计的主体，应根据规划区的经济状况和负荷情况合理选择和具体确定电压等级、供电可靠性、接线方式、设备选型等技术原则。

4.1.城市配电网规划的基本原则

城市配电网是城市重要的基础设施，其规划应与城市的总体规划相结合，应反映时代特点，并与城市的环境相适应；同时应能满足技术先进、结构合理、安全可靠和适度超前的原则。

城市配电网规划应从分析电网现状入手，充分研究城市电力负荷增长的规律，解决电网薄弱环节，优化电网结构，提高网络供电的能力和适应性。

城市配电网规划的年限应与国民经济发展规划和城市的总体规划年限一致，一般近期为5年、中期10年、远期为15年及以上。城市配电网的网架结构应力求简化，并逐步向规范化、标准化的模式过渡。

4.2.电压等级的选择

当前，高压配电网一般选用35~110kV，中压配电网选用10kV，低压配电网选用380/220V。电压等级是根据技术经济综合论证确定的，它和国家经济发展，尤其是电气设备制造技术水平密切相关。由于城市经济的迅速发展，电力负荷大幅度上升，有的城市负荷密度已达3~4万kW/km2，个别小区高达几十万kW/km2。所以，增大配电网容量是目前城网的突出任务，其中提高城网配电电压成为大家关注的问题。

根据简化电压等级、减少变压层次、优化网络结构的原则，宜逐步取消市区及县城范围内的6kV、35kV供电电压等级，在负荷密度大、供电范围大的新区，当技术经济合理时，可采用20kV电压等级供电。

4.3.配电系统的可靠性

配电网络规划考虑的可靠性是指电网设备停运时，对用户连续供电的可靠程度。在城市配电网规划中，应从满足电网供电安全准则和满足用户用电要求两方面来考核，具体说明如下。

4.3.1.电网安全准则

对城市配电网必须满足的"N-1"供电安全准则，我们分别从高压、中压及低压配电网三方面给予介绍：

1)A.高压配电网的设计应满足"N-1"的供电安全准则，具体要求如下：

①高压变电站中失去任何一回进线或一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供电。35kV及以上变电站的主变压器、进线回路应按"N-1"准则进行，至少应配置两台及以上变压器，达到双电源要求。②高压配电网中一条架空线或一条电缆、变电所中一组降压变压器发生故障停运时，要求做到：在正常情况下，除故障段外应不停电，并不得发生电压过低情况，运行设备不得超过事故过负荷的规定；在计划停运情况下，又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定时间内恢复供电。

2)中压配电网应有一定的备用容量，其供电安全应满足以下要求：

①当电源变电站一条10kV母线检修或故障时，应能使其馈线所带负荷通过配电网转移，继续向用户供电。②中压配电网中任何一回线路或一台变压器故障停运时，要求做到：在正常允许方式下，除故障段外经操作应在规定时间内恢复正常供电，其他设备不过负荷；在计划停运情况下，又发生故障停运时，允许局部停电，但应在规定时间内恢复供电。

3)低压线路发生故障时，允许局部停电，但应在规定时间内恢复供电。

4.3.2.满足用户用电程度

电网故障造成用户停电时，允许停电的容量和恢复供电的目标时间要求如下：

①两回路供电的用户，失去一回路后，应不停电，满足100%供电；②三回路供电的用户，失去一回路后，应不停电，满足100%供电，再失去一回路后，应满足50%供电；③单回路和多回路供电的用户，电源全停时，恢复供电的目标时间为一回路故障处理的时间；④开环网络中的用户，环网故障时需通过电网操作恢复供电的，其目标时间为操作所需的时间。

5.配电网络接线方式选择

根据各级电压电网的接线应标准化、高压配电网接线力求简化、下一级电网应能支持上一级电网的要求来合理的确定配电网的接线方式。具体的配电网拓扑结构在2.3节已作了详细的讨论。此外，电网的可靠性、灵活性、建设投资、占用空间、环境保护和配网自动化技术推广应用等等都是评价配电网接线方式的重要指标，因此，在选择具体接线方式时，应综合考虑这几方面的影响。