负荷密度特性在新城区电网规划中的应用

姚 刚，张海彪，李满堂

(1.上海电力学院，上海 200090;2.湖州电力局，浙江 湖州 313013)

经过近几年对各地城市负荷密度的研究，以及不同类型城市的负荷密度变化与城市电网建设发展历程关系的分析，我们发现采用负荷密度指导城市新区电网规划与建设的效果明显.

本文主要针对城市新区的特点，利用负荷密度与电网建设的关系，设计了一套城区电网规划辅助系统.这套系统可以提高城区电网规划的效率以及可操作性.

1 城市新区电网规划主要内容

城市新区电网规划主要分为需求预测、高压规模与布局、中压规划、结果分析4个部分，这4部分内容的编制过程均与负荷密度息息相关［1，2］.利用负荷密度的特性，结合计算机辅助系统.可以大大减轻规划编制的工作量，尤其适用于发展较为迅速的城市新区，其具体流程见图1.

图1 利用负荷密度进行城市新区电网规划流程示意

1.1 电力需求预测

电力需求预测环节由负荷特性分析、空间负荷预测和数学模型预测3个部分构成.在开展工作时将系统规划区负荷特性信息录入系统，由系统计算得出计算结果，作为电力需求分析的基础资料.

电力需求预测模块工作流程见图2.

图2 电力需求预测模块工作流程

1.2 高压电网布局最优模型分析

城市配电网高压电源点的布局与结构，对下级中压配电网的建设会产生决定性影响.变电站布局优化模型需要考虑能量最小原理，即在满足安全供电的前提下，变电站所在的位置到供区内各个街区(矩阵模型中各矩阵点)距离与街区负荷乘积最小，其中还需考虑负荷密度、土地复杂系数等，模型计算方法可参见文献［3］至文献［5］.

高压电网最优模型建立时，首先利用电力需求模块形成的负荷分布矩阵，通过最优模型计算出变电站初步布局方案，再结合规划区的实际建设情况，对初步方案进行局部修正，(由于部分街区无法满足建设变电站的条件，如产生这种结果应排除，或指定新变电站地址.)反复计算后得出相对合理的技术方案，并与相关部门进行讨论，确定最终布点方案.将最终方案输入系统，得出变电站最优供区计算结果，并以此建立高压电网最优供电模型，作为后续中压配电网规划的依据.

1.3 中压配电网规划方案设计

中压配电网规划方案的设计思路主要是模拟人工配电网规划过程，在高压变电站(所)地址及供电范围确定的情况下，根据中压配电网线路的供电能力及接线方式，形成最优的目标网架拓扑结构及线路供电方案.

在中压配电网规划方案设计模块中，较为重要的步骤是根据目标年各街区的负荷分布及负荷密度情况，通过匹配分析，设定各街区目标年的供电线路接线方式，以此作为后续规划的依据.其匹配过程如下.

(1)从传统接线方式资料库中调取接线方式模型及相关参数，根据规划区目标年平均负荷密度，初步选定接线方式.

(2)根据规划区目标年高压变电站供电模型及负荷分布矩阵模型［6］，计算采用不同接线方式的匹配得分.其匹配得分主要由供电可靠性、电压降、理论线损、线路负载水平、负荷转移能力、电网建设运行单位投资等6个部分构成.

(3)匹配计算过程中应考虑将规划区配电网接线方式按照负荷密度划分为若干等级，在此基础上按照配电网全部采用该接线方式时各项匹配指标的计算结果，然后通过匹配函数模型计算最终匹配得分.通过比较得分来选定目标年规划区中压配电网的主要接线方式.

(4)匹配函数模型由隶属度函数演变而来，以规划区电网规划技术导则中规定的匹配指标限额为边界条件(如10kV线路电压降指标边界条件为-7% ～+7%)，通过隶属度函数将其转化为相互之间有可比性的匹配得分，再根据各项得分权重差异，计算最终得分，以此作为比较依据.

通过匹配分析后，选定规划区目标网架的主要接线方式，对于部分负荷密度较高的街区，可以根据匹配计算结果另行选定，并在此基础上形成规划区目标网架接线方式的最优方案，与高压电网模型及相关信息一同输入配电网规模计算模块及配电网拓扑结构模块，得出目标年规划区中压配电网拓扑结构图及线路供电方案.

2 典型应用实例分析

2.1 规划区基本情况

本文以宁波市城区核心区块(以下简称核心区)为例.该核心区是宁波市未来的新城市中心，以商业、办公、居住用地为主，核心区内将集中政府主要职能部门、大型商业购物广场、商务办公区、五星级酒店、高档生活小区，以及公园等建筑群，开发面积约为5.8 km2.

2.2 空间负荷预测

在对核心区进行空间负荷预测前，先将核心区分为40个街区，由40个街区构成东、西、南3个分区，并将该分区结果输入规划辅助系统，建立规划区矢量化模型.根据系统计算结果可知，核心区块饱和负荷预测结果为8.24×104～1.069×105kW，区内平均负荷密度为1.42×104～1.84×105kW/km2.

2.3 高压电网布局规划

通过调研及分析可知，前期本规划区内无35kV及以上专用用户.目前核心区周边有A和B两座110kV变电站，其中A变电站为核心区的主供电源，未来还将新建C变电站以满足区域负荷的增长.

新建变电站(所)的位置及最优供电分区由规划辅助系统完成，在分析核心区各街区负荷、负荷密度以及周边变电站为核心区提供的供电能力等数据后，通过变电站布局最优模型［7］分析计算得出C变电站的位置及最优供区，如图3所示.

考虑到3-3#街区为居住用地及公园绿地，街区内建设电力设施难度较大，通过与当地规划部门协调讨论后，将该位置调整至1-4#街区，将此次调整结果输入规划辅助系统后，形成规划区高压变电站布局及供电分区方案，并作为后续中压配电网规划的依据.

图3 变电站址位置及最优供电范围划分示意

2.4 核心区中压配电网规划

核心区中压配电网规划的主要思路是由远及近、分区分片规划，并且力求中压配电网设备及网络结构简单化、规范化.由于本次规划区内部分街区负荷密度的不均衡度较大，考虑到目标网架供电的可靠性及电网建设的经济性，需对规划区目标年中压配电网接线方式与负荷密度进行匹配分析.

从接线方式与负荷密度匹配分析结果可知，核心区内3-6#，4-6#街区由于负荷密度较高，用户供电可靠性较高，因此建议采用大型开关站供电，其余地区采用环网方式供电，目标网架考虑采用双环网方式.

在进行中压配电网拓扑结构规划前，仍需进行专用用户、用户专线的识别.从识别结果看，1-3#街区、4-7#街区内建有五星级酒店，规划中作为专用用户处理，采用一回10kV专线主供，周边10kV公用线路作为备用方式供电.并将此信息录入规划模块，通过辅助系统设置规划区开关站位置及供电范围，并最终形成线路拓扑结构示意图.

根据规划结果可知，目标年作为核心区块供电的110 kW有5座，其中区内3座，区外2座，10kV供电线路共计34回;线路联络化率为100%;10kV开闭所8座，环网站26座;10kV线路平均挂接负荷为3 042 kW.

过渡年规划编制过程与目标年规划编制过程相似，但高压电网结构需作相应的调整，同时在拓扑结构图的形成过程中，按照目标网架规划结果，需设置部分约束条件.

3 结语

负荷密度是表征城市电网尤其是城市配电网建设与发展程度的重要指标，其特性对城市配电网规划、建设等方面都有影响.本文将负荷密度特性与先进规划理念相结合，设计了一套配电网规划辅助系统.通过该规划辅助系统与规划人员的配合使用，可以极大地提高规划的编制效率、精确度及可操作性，这对城市配电网尤其是城市新区配电网的规划具有重要的意义，同时也可以为今后的智能电网建设打下良好基础.

［1］ 蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建设改造［M］.北京:中国电力出版社，2004:1-2.

［2］ 陈章潮，唐德光.城市电网规划与改造［M］.北京:中国电力出版社，1998:47-48.

［3］ 赵希正.中国电力负荷特性分析与预测［M］.北京:中国电力出版社，2002:52-55.

［4］ 王成山，王赛一，谢莹华，等.城市电网规划工作的复杂性及新技术应用［J］.浙江电力，2004(1):1-5.

［5］ 杨薛明，苑津莎，王剑峰，等.基于云理论的配电网空间负荷预测方法研究［J］.中国电机工程学报，2006，26(6):30-36.

［6］ 申刚，徐光虎，顾洁，等.电力系统中长期负荷预测软件包的开发［J］.电网技术，2002，26(5):1-4.

［7］ 高炜欣，罗先觉，朱颖.贪心算法结合Hopfield神经网络优化配电变电站规划［J］.电网技术，［2004-07-17］.http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS200407017.htm.