基于负荷特性的户均配变容量分析

全少理，李应闯，张永斌，廖祖金，张醒狮，李　响（.国网河南省电力公司经济技术研究院，郑州　0000；.上海电力学院电气工程学院，上海　00090；.国网河南省电力公司，郑州　0000；.上海博英信息科技有限公司，上海　000；.国网河南省电力公司南阳供电公司，河南南阳　7000）

Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics

QUAN Shao⁃li1，LI Ying⁃chuang2，ZHANG Yong⁃bin3，LIAO Zu⁃jin4，ZHANG Xing⁃shi5，LI Xiang4（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）



基于负荷特性的户均配变容量分析

全少理1，李应闯2，张永斌3，廖祖金4，张醒狮5，李响4
（1.国网河南省电力公司经济技术研究院，郑州450000；2.上海电力学院电气工程学院，上海200090；3.国网河南省电力公司，郑州450000；4.上海博英信息科技有限公司，上海200240；5.国网河南省电力公司南阳供电公司，河南南阳473000）

户均配电变压器容量的研究是地区配电系统规划的重要内容，直接关系到该地区电力供应的可靠性以及改造的经济性评价［1—4］，因此合理的选择户均配电变压器容量，不仅可以有效地指导供用电部门进行合理经济地投资，对配电变压器的节能经济运行也起着关键作用。

国家电网公司“十三五”规划报告中明确了统计户均配变容量指标，各地电力部门也开展了调查并采取改善措施，取得了良好的效果。“十一五”、“十二五”期间，浙江省海盐县加大居民生活用电设施的投资建设力度，至2012年末户均配变容量达4.7 kVA；2013年山东蓬莱供电公司针对农村电网覆盖面广、供电人口多、部分农村供电能力不足等现象，组织开展农村居民户均配变容量调查工作，并于2014年深入推进户均配变容量提升工程；自2013年江苏电网增加电力供应、加快配网基础建设后，至2015年江苏省农村户均配变容量达到3.75 kVA；2015年河南省部分地区也开始进行中压配电网目标网架规划的编制，至2020年户均配变容量将会得到很大提升。

在户均配变容量指标得到重视、户均配变容量得到提升、居民生活的改善的同时，也存在以下问题。

（1）户均配变容量是体现一个区域配电网基础建设、供电能力的关键指标，对其进行合理的配置是解决用电“卡脖子”、“大马拉小车”现象的关键措施［5］，但事实表明，国内尚无户均配变容量相应的技术原则。

（2）户均配变容量的提高会满足用户的用电需求，但户均配变容量过高会导致电力设备轻载甚至空载，造成电力部门及国家投资浪费，经济效益差。

综上所述，在各地开展户均配变容量调查、推进户均配变容量提升工程的背景下，为了避免配网建设中出现供电能力不足或电力资源浪费等现象的发生，对河南省部分典型地区开展了基于用户行为的均配变容量研究。

1　配变容量的影响因素

1.1行政区位因素

行政区位是一个国家结构体系的安排，具有层次性和空间性，并承担一部分行政管理职能［6］。国家根据相关的法律规定，遵循一定的原则，充分考虑经济、政治、地理、文化、历史、民族、风俗等客观因素，在空间上将其领土划分为若干层次，每一层次对应一级行政区域，并在每级行政区域设置对应的国家地方管理机关，进行政权建设、经济建设和行政管理。不同的行政区位在人口、经济发展水平、建筑面积等方面都不相同［7］。表1是对2014年全国5个不同行政区位的城市人口、GDP、人均住房面积、日最大负荷、总住房面积等的对比。

表1　全国不同城市人口、GDP、最大负荷、住房面积数据对比

从表1中可以看出，不同的行政区位，各项指标的差异比较明显。东部沿海较发达地区的人口多，经济发展水平较好，尽管在单位住房面积上不占优，但总住房面积非常大。相应的电力需求，东部沿海城市则要高于中西部城市。同时，地理位置、气候对于电力的使用也是有影响的。例如：宿迁和信阳2个城市人口数量接近，经济发展水平接近，住房面积信阳占优，但日最大负荷宿迁较高。不同的行政区位，需要实地调研才可以对户均配变容量进行准确的规划和制定。

1.2经济因素

经济的发展、生活水平的提高、城市化加速对居民的用电需求有很大的影响。表2是2005—2012年某市经济发展水平和用电量水平的对比。

从表2中可以看出GDP的增长、人均用电量的增长、人均生活用电量增长三者之间呈正相关，三者总的涨幅有高有低但都保持着增长的态势。近10年中，GDP增长幅度最大的年份在2007年，达到14.2%；相应的人均用电量及人均生活用电量也在该年达到极大的涨幅，分别为13.83%、20.62%。

因此，从户均配变容量的角度来说，逐年增长的居民人均生活用电量的增加会影响到容量的规划和配置。

1.3电力需求因素

一般而言，中长期电力负荷走向趋势曲线往往是S型曲线［8—9］。初期增长较为缓慢，到一定阶段后有个快速增长期；到趋于饱和后，增长再度变缓，总体呈现一个S型，如图1所示。

图1　S型电力负荷发展曲线

表2　2005—2012年经济发展水平和用电量水平的对比

不同发展阶段，对户均配变容量要求也不相同。处于高速发展期的负荷，配变建设要跟上负荷增长，否则会造成户均配变容量偏低；电力需求接近饱和时，随着负荷渐渐趋于饱和后，配变容量需要增长不宜太快，否则会造成户均配变容量过剩，造成资源浪费。

2　负荷特性分析

2.1居民负荷特性分析

以M市小区一、N市小区一为例，对这2个小区2013年、2014年负荷曲线（如图2—图5）分析负荷特性。

对比2个小区2013年与2014年负荷曲线可以发现，负荷曲线的走势大致相同，都表现为“两峰两谷”，波峰时间段一般处于12：00～13：00、20：00左右。波谷一般处在4：00、17：00左右。0：00～7：00负荷较低，7：00～9：00是一天工作的开始，负荷曲线开始缓慢上升，负荷增长较快，到中午时间，由于气温升高，以及电炊具的使用，至12：00左右，负荷曲线达到第一个波峰，之后负荷开始缓慢下降，到17：00左右达到第二个波谷，之后由于大量的家用电器投入使用，负荷曲线开始上升，至晚间20：00左右，负荷上升到最高点，出现第二个波峰，之后负荷开始下降。

M市小区一和N市小区一2013年、2014年的负荷特性指标如表3所示。

图2　2013年M市小区一典型日负荷特性曲线

图3　2014年M市小区一典型日负荷特性曲线

图4　2013年N市小区一典型日负荷特性曲线

表3　2小区负荷特性指标

从上表3指标可以看出，户均最大负荷、日平均负荷、日最小负荷率、日峰谷差、日峰谷差、日峰谷差率呈逐年上升趋势，最大负荷利用小时基本是下降趋势，说明居民最大负荷逐年上升，波谷与波峰差增大，这样会导致设备利用率降低，如果不能够合理配置配变容量，配变在最大负荷时就可能发生过载现象，而在最小负荷时设备利用率比较低。

2.2居民负荷预测

以L市小区一为例，以2030年为远期饱和年，由于其在A类区域，用电指标选取为70 W/m2，需要系数选取0.35。

2030年负荷预测值=2 864户×77.91 m2/户× 70 W/m2×0.35/1 000=5 467 kW。

根据L市小区一2014年最大负荷为2 835 kW，2014年至2030年自然增长率为1.046，则

2020年负荷预测值=2 835 kW×1.0466≈3 587 kW。

对各类典型小区2020年及2030年负荷进行预测结果如表4所示。

表4　不同地区典型小区最大负荷预测表

2.3配变经济运行区间的确定

根据统计的居民小区常用配变的型号、参数，计算出综合空载损耗、综合短路损耗、最佳负载率及经济运行下限负载率等参数。

根据这些参数可以确定变压器最佳经济运行区间和经济运行区间（如表5）。由于一个区域电网由各种型号容量配变组成，若考虑所有配变的公共区间，则经济运行区间太小，对负荷的稳定性要求高；若考虑所有配变的最大区间，则在此区间内运行可能会导致非最佳经济运行区间，所以在考虑一个区域电网的配变经济运行区间可以取平均值。

表5　配变最佳经济运行区间和经济运行区间%

取SCB10和SCB11常用型号变压器的最佳运行区间下限的平均值，为26%；取S9、S10、S11常用型号变压器的最佳经济运行区间的平均值，为19%。

根据不同供电区域的划分标准，配变经济运行区间的选取分别应考虑以下因素：

（1）A类区域

郑州及洛阳市区中心区。居民小区里可能会出现中型商业，所以尽量满足安全性（考虑允许配变过载20%），但也避免出现大马拉小车的现象。

（2）B、C类区域

B类区域为18个省辖市市区（郑州、洛阳A类地区除外），C类区域为108县城城区。在运行中要避免轻载，在最大负荷时满足应急照明、电梯等的安全运行，在负荷逐年上升的过程中处于最佳经济运行区间。

（3）D类区域

全省县域4.3万个行政村。考虑农村负荷特性曲线的峰谷比较大，相较于波峰，农村负荷处于波谷时间较长，所以变压器的经济负载率应该避免变压器的长期低于临界负荷率运行，同时又应该满足农忙需求以及未来负荷增长需求，D类区域配变容量在结合农村负荷曲线特性、考虑未来负荷发展需求的前提下，以经济区间下限为依据，尽可能提高变压器的负载率。

3　户均配变容量及效益分析

3.1户均配变容量的确定

在负荷预测的基础上，对配变容量进行选取，选取公式为

配变容量=负荷预测值/（负载率×功率因数）

根据A、B、C、D类的配变容量选取原则分别计算配变容量，以A类地区为例，如表6所示。

表6　A类地区典型小区优化配变容量

根据2020年、2030年负荷预测值和配变运行的要求，对比2014年A类区域各个典型小区配备的配变容量，如图6所示。

图6　A类区域典型小区的配变容量比较

A类供区的3个典型小区2020年的配备基本能满足用电需求，但至2030年时，3个小区的配变虽然能够在不超载的条件下满足用户需求，但最大负载率均达到87%、69%、89%，不能满足配变经济运行要求及大中型商业的供电安全性要求。

根据配变容量及用户数，计算各类供电分区的户均配变容量优化值及现有配置如表7。

根据不同的户均面积和用电指标，可得出户均配变容量优化值如表8所示。

表7　A类区域典型小区户均配变容量优化值

表8　A类供电区域的户均配变容量优化值

3.2经济效益分析

暂不计居民小区的商业停电损失，A、B、C、D类供电区域的效益主要体现在售电效益，假定4类供电区域的最大负荷利用小时数分别为2 200 h、2 100 h、2 000 h、1 600 h，则线路所带负荷与最大负荷利用小时数即可得到年售电量，收益年值如表9所示。

利用投资年值、效益年值，求得投资效益比，如表10所示。

表9　不同地区收益年值

表10　投资效益比

3.3敏感性分析

对4类供电区域的配变容量进行投资敏感性分析，如表11所示。

表11　配变投资敏感性分析

由表11可以看出，A、B、C、D类地区每千伏安的配变所需投资分别为1 377元、1 590元、2 101元、15 421元，依次增大，即如果对用户每提升1 kVA的配变容量，A、B、C、D类供电区域的投资分别为1 377元、1 590元、2 101元、15 421元。

D类区域每提升1 kVA投资远高于其他区域的主要原因是供电距离长，架设线路成本高。

4　结束语

本文从配变的经济运行区间考虑，计算居民常用配变的最佳负载率、经济运行区下限、最佳经济运行下限，结合A、B、C、D类供电分区的供电要求及城乡居民不同负荷特性，合理选取的配变经济运行区间，分别建立适应于各个供电分区的配变经济运行区间。考虑各个区域经济发展不平衡、同一区域城乡发展不平衡等因素影响，各地负荷密度指标的不相同，针对国家电网对负荷密度进行的供电区域划分，选取不同的配变经济运行区间，建立基于供电区域的户均配变容量的差异化标准。

从河南4类供电区域选取典型居民小区，分析河南各个供电区域的历年负荷数据、配变容量、用户数等指标，对比现状数据与户均配变容量进行优化，建立A、B、C、D 4类供电分区的户均配变容量的配置原则。针对不同供电分区分别提出电网建设方案与户均配变容量配置，对各个供电分区的电网建设进行投资效益分析和敏感性分析，得出每提升居民1 kVA的配变容量所需投资。

本文基于用户行为的均配电容量的研究主要有以下几点作用：

（1）可以保障电网安全运行、降低电网损耗、提高供电可靠性和电能质量。

（2）使得配电网能够最大限度地满足社会经济的发展和人民生活水平的提高对用电的需求。

（3）能够有效地缩小配变容量要求，减少施工投入，提高电力公司人力、物力资源的利用率，达到节电和降低电网运行成本的目的。

参考文献：

［1］郝晓晓.住宅小区用电负荷及配变容量的测算［J］.华北电力技术，2011，（8）：16-19.

［2］马振东，王录.住宅小区配变容量的合理选择［J］.农村电气化，2003，（5）:14-15.

［3］高宇博.中压配电变压器经济容量的研究［D］.上海：上海交通大学，2010.

［4］胡导福，杜勇，徐颖娟，等.城市住宅小区配电变压器容量的合理选择［J］.湖北电力，2008，32（6）：30-32 .

［5］陈小鹏.基于全寿命周期成本理论的配电变压器容量优化决策［D］.广州：华南理工大学，2013.

［6］邢建旭.基于需要系数法的住宅小区配变容量配置［J］.湖州师范学院学报，2006，28（S1）：274-278.

［7］马占海.居住区配变容量配置的计算机辅助计算［J］.电子技术，2009（12）：61-63.

［8］卢建昌，裴乐萍.中长期电力负荷的灰色残差修正组合预测［J］.电气技术，2013（7）:7-10.

［9］范镕.中国电力需求影响因素解析［J］.管理学家（学术版），2012（11）:57-67.

Analysisofaveragecapacityofthedistributiontransformersbasedonloadcharacteristics

QUAN Shao⁃li1，LI Ying⁃chuang2，ZHANG Yong⁃bin3，LIAO Zu⁃jin4，ZHANG Xing⁃shi5，LI Xiang4
（1. State Grid Henan Economic Research Institute，Zhengzhou 450000，China; 2. School of Electric Power Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China; 3. State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China; 4. Shanghai Proinvent Information Tech. Ltd.，Shanghai 200240，China; 5. State Grid Nanyang Power Supply Company，Nanyang 473000，China）

摘要：结合河南省部分地区典型小区配电变压器的特点，首先对户均配变容量的影响因素进行分析，在充分调研不同典型小区居民负荷特性的基础上，对居民负荷及用户数进行预测；之后确定了典型居民小区的配变容量的选取，并对配电变压器的经济运行区间进行分析；最后对典型居民小区现有的配变容量进行了优化，并对配电变压器的投资进行了经济效益分析、敏感性分析等。提出了配变容量优化方案。

关键词：配电变压器；居民小区；负荷特性；户均配变容量；效益分析

Abstract：This paper considers with the characteristics of typical residential distribution transformers in some areas of Henan Province. Firstly，this paper analysises the influence factors of average capacity of the distribution transformers; based on the full investigation of the different typical residential load character⁃istics，the residents load and the number of consumers is predict⁃ed; Then it determines distribution transformers capacity selection of the typical residenteial area，and analyzes the economic opera⁃tion interval of the distribution transformers. Then the existing dis⁃tribution transformer capacity in typical residential area is opti⁃mized. Finally the the economic benefit and sensitivity of the in⁃vestment of distribution transformer is analysised. In this paper，the optimized scheme of distribution capacity is put forward.

Key words：distribution transformers; resident areas; load characteristics; average capacity of the distribution transformer; benefit analysis

DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2016.03.003

收稿日期：2016-01-08；修回日期：2016-02-23

作者简介：全少理（1981），男，河南淅川人，本科，电力系统工程师，研究方向为配电网规划；李应闯（1991），男，河南邓州人，硕士研究生，研究方向为配电网可靠性及规划；张永斌（1976），男，河南汝南人，硕士研究生，电力系统高级工程师，研究方向为配电网规划。

中图分类号：TM714

文献标志码：B