县域配电网供电能力评估分析

县域配电网供电能力评估分析

朱娟娟

(陕西理工学院 电气工程学院， 陕西 汉中 723000)

[摘要]通过对陕西省西乡县域配电网现状分析，基于模糊理论研究了西乡县域配电网的供电能力，分别选取了线路线损率、主干线路负载率、线路电压合格率、主变容载比及配电网“N-1”运行校验合格率等因素进行评价。利用评价结果，对西乡县域配电网的整体供电能力进行了评估分析，提出西乡配电网改造建设性的规划建议。

[关键词]配电网；供电能力；模糊评估；分析

[文章编号]1673-2944(2015)04-0017-06

[中图分类号]TM715+.3

收稿日期：2014-12-17

基金项目：陕西省教育厅科学研究计划项目(12JK0575)；汉中市科技发展专项计划项目(2013hzzx-61)；陕西理工学院科学研究计划项目(slgky13-39)

作者简介：朱娟娟(1979—)，女，陕西省礼泉县人，陕西理工学院实验师，主要研究方向为电力系统分析和电气控制技术。

配电网是电力系统中直接面向负荷的重要网络单元。科学、有效地对现有配电网架构进行优化、评估，不仅可以保证用户供电的可靠性、连续性，还可以提高供电企业的社会效益和经济效益。配电网的供电能力通常指配电网在既满足发电容量又满足任意负载不过负荷时，网络所能提供的最大负荷。传统的评估方法有容载比法、负荷倍数法、尝试法和最大负荷法等[1]。这些评估方法不仅计算繁琐，而且评估不能全面考虑相关因素。模糊理论则能较全面地反映影响配电网供电能力的各个因素，通过这些影响因素的综合来反映整个城市配电网的供电能力情况[2-3]。因此，本文基于模糊评估理论对西乡县域配电网的供电能力进行了研究，选取影响配电网供电能力的主要因素作为评价因素，利用评价结果对西乡县域配电网的整体供电能力进行了评估。

1西乡配电网现状与分析

陕西省西乡县行政区建有35 kV变电站共3座，分别为峡口变电站、十里变电站和堰口变电站。3座变电站分别通过十峡线和十堰线与十里变电站的35 kV母线联接。主变变压器共计6台，总容量33.2 MVA，干线全长60.87 km，构成了整个西乡县域配电网的主攻电源点。近几年随着经济快速增长和城镇化速度加快，现有配电网已不能满足经济发展的需要，西乡县域配电网主要存在如下问题：

(1)县域3座35 kV变电站均由110 kV西乡变电站的1回35 kV西十线供电，主变容量有限，供电电源单一，该线路供电能力已达到极限，经常处于超负荷运行，导致供电可靠性不高，供电质量较差。

(2)县城电网10 kV供电系统由35 kV十里变电站的10 kV城西线、电解线、城关线、农堰线、城北线等组成，这几条10 kV线路横贯县城东西，实现了手拉手运行，但目前还没有形成手拉手环网运行，导致电网网架结构不合理，供电能力不足，电能质量较差，电网整体经济运行水平不高。

(3)县域6座小水电站均通过这3座35 kV变电站上网，小水电运行存在季节性特点，在枯水期、丰水期时，电厂发电量忽少忽增，小水电均不能提供稳定、连续、可靠的电能。同时由于西十线输送能力有限，在丰水期大量电能不能外送，水力资源不能充分利用。

2西乡县域配电网供电能力模糊评估因素分析

影响县域配电网供电能力的因素较多，根据区域电网未来规划及关注点的不同，应合理选择影响因素作为主要研究因素。本文基于模糊理论，通过对西乡县域配电网的历史数据分析，结合目前配电网架构现状对西乡配电网进行综合模糊评估[4-5]。

2.1评估因素选取

县域配电网供电能力优劣性评价首先应该确定影响供电能力的主要影响因素。通过对西乡县域配电网的实际现状进行分析，并考虑一线工程经验因素，选取评估因素：(1)考虑配电网运行效率方面，选取线路线损率；(2)考虑配电网利用率方面，选取主干线路负载率；(3)考虑供电质量方面，选取线路电压合格率；(4)考虑变电容量的利用率方面，选取主变容载比；(5)考虑配电网的转带负荷能力方面，选择配电网N-1运行校验合格率。这5个评估因素基本能较全面、准确地反映配电网的实际运行状态，而且这些影响因素可以通过对历史数据的统计、分析、计算得到。

2.2评估因素模糊描述

按照模糊评估方法，对评估因素的统一描述。选用“良好”、“一般”和“不好”作为线路线损率、主干线路负载率、线路电压合格率、主变容载比、配电网N-1运行校验合格率的语言变量。

2.3隶属度函数确定

依据国网公司《城市电力网规划设计导则》[6]企业标准及《城市中低压配电网改造技术导则》[7]电力行业标准，并结合西乡县域配电网实际网络架构和运行情况，选取不同评估因素水平“良好”的阀值范围如下：

1)线路线损率≤l%，隶属度为l；≥3%，隶属度为0；

2)主干线路负载率100%，隶属度为0；50%~70%，隶属度为l；0%，隶属度为0；

3)线路电压合格率100%，隶属度为l；≥105%或≤95%，隶属度为0；

4)主变变压器容载比>2.2，隶属度为0；1.8~2.2，隶属度为l；<1.8，隶属度为0；

5)配电网N-1校验合格率<85%，隶属度为0；>90%，隶属度为1。

通过对评估因素的阀值范围选取，并设定阈值范围不能突变。因此，选取半梯形和梯形做为这些评估因素的隶属度函数曲线[3]。

根据这些隶属度函数曲线分别建立上述评估因素的隶属度函数。

2.3.1线路线损率

(2)

2.3.2主干线路负载率

(4)

2.3.3线路电压合格率

(6)

2.3.4主变容载比

(8)

2.3.5配电网N-1校验合格率

(10)

2.4计算各因素平均隶属度值

式中t1,t2为各个区间的下限和上限。

2.5评估因素模糊评估分析

通过对近年来的线路线损率、主干线路负载率、线路电压合格率、主变容载比和配电网N-1校验合格率进行历史统计，利用模糊评估方法进行分析。

2.5.1线路线损率评估分析

根据线路线损率的隶属度函数式(1)和式(2)计算频数和频率分布如表1所示。

表1　线路线损率频数和频率分布表

根据表1中不同区间频率比值及隶属度值计算线路线损率水平“良好”、“一般”与“不好”的概率为：

P(G)=0.020 83×1+0.062 5×0.75+0.083 3×0.25=0.088 53，

P(M)=0.062 5×0.25+0.083 3×0.652+0.187 5×0.217=0.110 6，

P(B)=0.083 3×0.348+0.187 5×0.783+0.645 8×1=0.824 3。

由上述结果可知，西乡县域配电网干线线路线损水平“良好”的可能性为8.85%，“一般”的可能性为11.06%，“不好”的可能性为82.43%。

2.5.2主干线路负载率

根据线路负载率的隶属度函数式(3)和式(4)计算频数和频率分布如表2所示。

表2　线路负载率频数和频率分布表

根据表2中不同区间频率比值及隶属度值计算线路负载率水平“良好”、“一般”与“不好”的概率为：

P(G)= 0.033 3×0+0.05×0+0.091 7×0.25+0.275×0.75+0.383×1+

0.058 3×0.5+0.041 7×0+0.058 3×0+0.008 3×0=0.641 3，

P(M)= 0.033 3×0+0.05×0.17+0.091 7×0.5+0.275×0.25+0.383×0+

0.058 3×0.5+0.041 7×0.75+0.058 3×0.25+0.008 3×0=0.198 1，

P(B)= 0.033 3×1+0.05×0.83+0.091 7×0.5+0.275×0.17+0.383×0+

0.058 3×0+0.041 7×0.25+0.058 3×0.75+0.008 3×1=0.229 9。

由上述结果可知，西乡县城网10 kV干线线路负载率水平“良好”的可能性为64.13%，“一般”的可能性为19.81%，“不好”的可能性为22.99%。

2.5.3线路电压合格率

表3　电压合格率频数和频率分布表

根据线路负载率的隶属度函数式(5)和式(6)计算如表3所示的频数和频率分布表。

根据表3中不同区间频率比值及隶属度值计算线路电压水平“良好”、“一般”与“不好”的概率为：

P(G)=0.166 7×1+0.666 7×0.83+0.166 7×0.33=0.775 1，

P(M)=0.166 7×0+0.666 7×0.17+0.166 7×0.375=0.175，

P(B)=0.166 7×0+0.666 7×0+0.166 7×0.625 =0.104 2。

由上述结果可知，西乡县域配电网干线线路电压水平“良好”的可能性为77.51%，“一般”的可能性为17.5%，“不好”的可能性为10.42%。

表4　主变容载比合格率频数和频率分布表

2.5.4主变容载比

根据主变容载比的隶属度函数式(7)和式(8)计算如表4所示的频数和频率分布表。

根据表4中不同区间频率比值及隶属度值计算主变容载比水平“良好”、“一般”与“不好”的概率为：

P(G)=0.010 95×0+0.298 6×0.5+0.413 7×1+0.153 4×0.5+0.123 3×0=0.639 7，

P(M)=0.010 95×0+0.298 6×0.5+0.413 7×0+0.153 4×0.5+0.1233×0=0.226，

P(B)=0.010 95×1+0.298 6×0.5+0.413 7×0+0.153 4×0.5+0.123 3×1=0.360 1。

由上述结果可知，西乡县域配电网主变容载比水平“良好”的可能性为63.97%，“一般”的可能性为22.6%，“不好”的可能性为36.01%。

2.5.5配电网N-1校验合格率

表5　N-1校验合格率频数和频率分布表

根据N-1运行校验合格率的隶属度函数式(9)和式(10)计算如表5所示的频数和频率分布表。

根据表5中不同区间频率比值及隶属度值计算N-1运行校验合格水平“良好”、“一般”与“不好”的概率为：

P(G)=0.835 6×0+0.164 4×0.25+0×0+0×1=0.041 1，

P(M)=0.835 6×0+0.164 4×0.5+0×0.25+0×0=0.082 2，

P(B)=0.835 6×1+0.164 4×0.5+0×0+0×0=0.917 8。

由上述结果可知，西乡县域配电网干线线路“N-1”校验合格水平“良好”的可能性为4.11%，“一般”的可能性为8.22%，“不好”的可能性为91.78%。

3西乡县域配电网整体供电能力评估

影响西乡县域配电网供电能力的几个主要因素的量化模糊结论已经得到，接着从宏观角度给出西乡县域配电网整体供电能力的量化结论。

1)评估因素集构造

2)评语集的构造

3)不同评估因素的模糊分析组成的不同因素的评判集：

Z1=(0.088 5,0.110 6,0.824 3)， Z2=(0.641 3,0.198 1,0.229 9)，

Z3=(0.775 1,0.175 0,0.104 2)， Z4=(0.639 7,0.226 0,0.360 1)，

Z5=(0.041 1,0.082 2,0.917 8)。

4)构造西乡县域电网供电能力的模糊评判矩阵

5)根据专家经验和工程实际及有关数据，选定各个因素对西乡县域配电网整体供电能力影响性的权重值如表6所示，表示成模糊集合。

表6　评估因素权重值

因此，Q=(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)=(0.15,0.3,0.15,0.3,0.1)。

6)西乡县域配电网整体供电能力评估结果为

G=(g1,g2,g3)=Q·R=(0.518 0,0.178 3,0.408 0)。

7)经归一化处理得到

综上分析可知，西乡县域配电网供电能力处于“良好”水平的程度为46.92%，处于“一般”水平的程度为16.15%，处于“不好”的程度为36.96%。

4规划建议

从现状电网的评估结果来看，西乡县域配电网的供电能力水平已达到现状负荷水平的临界点。利用上述分析结果对西乡县域配电网改造、规划提出如下建议：

1)随着负荷的进一步增加，这些线路应全线路进行升级改造，同时对电流互感器进行增容更换，保护定值进行调整。

2)从“N-1”校验合格率来看，整个县域配电网主要干线的网架结构不合理，远期应实行10 kV主干线路形成“手拉手”环网运行，以提高供电的可靠性。

3)从统计计算的主变变压器容载比结果可知，随着负荷的快速发展，主变将会出现过载现象。35 kV十里变电站急需扩容改造，同时从110 kV西乡变电站再引1回35 kV线路，或着从110 kV葛石变电站引1回35 kV线路用于县域用户供电，以解决目前西乡县域电源点单一、供电能力受限的格局。

4)西乡县在县城北部已经形成了以樱桃沟为中心的旅游景点开发，可以考虑在县城北部建一座35 kV变电站，不仅可以解决北部用电问题，而且还可以形成横贯县城南北的网架结构，将大大提升县城供电能力和供电可靠性。

5结束语

本文基于模糊理论对西乡配电网的供电能力进行了评估分析，利用这些评估因素的分析结果对整个县域配电网供电能力进行了研究，提出了今后配电网规划、改造的具体建议，这些规划建议对提升配电网的供电能力有一定的参考价值。

[参考文献]

[1]肖峻，谷文卓，郭晓丹,等.配电系统供电能力模型[J].电力系统自动化，2011,35(24)：48-52.

[2]刘洪，郭寅昌，葛少云,等.配电系统供电能力的修正计算方法[J].电网技术，2012,36(3)：217-222.

[3]孙士云，刘宗宾，胡泽江,等.昆明城市电网供电能力模糊评估[J].昆明理工大学学报:理工版，2008,33(1)：65-69.

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[5]方莹.基于模糊BP神经网络的抑郁症分诊系统[J].陕西理工学院学报:自然科学版，2010,26(2)：22-24.

[6]中华人民共和国国家经济贸易委员会.Q/GDW156-2006城市电力网规划设计导则[S].北京：中国电力出版社，2007.

[7]关城，陈光华，项昌富，等.《城市中低压配电网改造技术导则》DL/T599-2005条文解释[M].北京：中国电力出版社，2006.

[责任编辑：张存凤]

Evaluation of power supply capacity in county distribution network

ZHU Juan-juan

(School of Electrical Engineering, Shaanxi University of Technology,

Hanzhong 723000, China)

Abstract:Based on an analysis of the present situation of Xixiang county distribution network, and fuzzy theory, the study mainly probes into the power supply capacity of the distribution network in Xixiang county. Factors, such as wire loss rate, wireload rate, voltage qualification rate, the main transformer capacity load and distribution network “N-1” check qualification rate, are selected as major variables for evaluation. After an analysis of the factor evaluation, suggestions on future planning and building of power distribution network are made.

Key words:distribution network;power supply capacity;fuzzy evluation;analysis