考虑负荷特性的新市镇配电网网架优化研究

周江昕，余浩斌，吴万禄

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 200160)

考虑负荷特性的新市镇配电网网架优化研究

周江昕，余浩斌，吴万禄

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 200160)

随着新市镇社会经济和负荷的快速增长，对市镇配电网优化及运行提出了更高要求。考虑负荷特性，提出了新市镇配电网网架优化方案。首先，对功能型新市镇进行特征分析并分类；然后，从变电站互联模式和中压接线模式，研究配电网供电模式，并研究不同主变容量、主变理论负载率对配电网网架优化和变电站供电能力的影响；最后，选取多类型新市镇进行实例分析，建立了考虑负荷特性的新市镇配电网远景目标网架。通过相关技术指标计算分析，验证了所提优化方案的可行性和必要性。

新市镇；负荷特性；配电网供电模式；供电能力；远景目标网架

配电网网架优化是电网建设与改造的一个关键环节，是否合理将直接影响整个电力系统的经济性、供电可靠性、电能质量等[1-3]。近年来，特大型城市的不断发展，对城市建设提出了新的要求和方向，着力于建设功能型新市镇[4]。这些地区对电力需求愈来愈大，负荷快速增长，大规模建设与电网结构薄弱之间形成了较大的矛盾。可见，如何优化新市镇配电网网架，使之适应城市发展和负荷分布，具有十分重要的意义，然而现有针对新市镇配电网优化的研究还比较少，大容量主变接入配电网的适应性研究也鲜有报道[5]。

本文考虑配电网负荷特性，将功能型新市镇分类为工业型、商住型和混合型新市镇进行新市镇特征分析。然后从变电站互联模式和中压配电网接线模式出发，研究配电网供电模式，并研究不同容量主变供电、变电站供电能力对配电网网架优化的影响。最后，考虑负荷特性，建立新市镇配电网远景目标网架，并选取典型新市镇，进行技术性计算分析及对比，验证所提优化方案的可行性和必要性，目的是更好地指导快速发展型新市镇的配电网网架优化。

1 新市镇特征分析

近年来，我国越来越重视城市建设与发展模式的研究，为适应经济发展、优化产业结构、缓解市区人口压力，对新市镇有了全新的定义。实现控制中心城区发展规模、集聚新兴产业、带动区域发展，不仅仅能够满足基本的生活生产需求，并要求其拥有较高的工作质量、舒适的居住环境以及便捷的商业购物场所，于是功能型新市镇概念逐渐被人们提出和认可[6]。根据不同的新市镇功能，不同的负荷发展特性，可将其分类为：工业型、商住型和工业商住混合型新市镇，不同的功能型新市镇具有相应的发展特性，其负荷特性也各具特色。

1.1 工业型新市镇

工业型新市镇以工业生产为主，商业和居民较少，其工业用地对经济的发展有着强大的促进作用，不受苛刻的环境要求和限制，且拥有便捷的交通运输，使之成为了最理想的工业区。工业型新市镇一般建设有市级工业园区，在市级工业园区内拥有大量的国内外大型企业，涵盖了重工业、电子科技、金融、IT等高科技企业，所在地区的电网负荷量将随着工业园区的建设而迅速增加，最终将形成具有高负荷量、高可靠性要求的负荷特性。

1.2 商住型新市镇

商住型新市镇以商业和居住为主，基本不含工业用地，其内有大面积的居民小区和商业中心，要求有较高的环境舒适度、便利的交通以及便捷的购物中心。按商业住宅区的建设规模，一般可以分为小型、中型、大型和超大型商业居住区，具有繁多的商业设施，表现为用户数量多、负荷密集、远景发展空间大，对电网供电能力和供电可靠性的要求也更高。

1.3 混合型新市镇

工业商住混合型新市镇内不仅存在工业区，还有商业住宅用地。工业用地一般属于区级工业园区，拥有大量的中小型企业，经营范围涵盖了仓储、加工制造业、手工业等。工业商住混合型新市镇可视为是工业型和商住型新市镇的综合，用户负荷综合了工业型和商住型新市镇负荷的特点，但对应的用地规模和负荷量相对较小，远景期负荷密度也相对较小。

随着功能型新市镇社会经济的快速发展，新市镇功能的定位将更加明确，负荷特性更加凸显，用户负荷也将保持快速增长的趋势。不同功能型新市镇原有的配电网网架不完全相同，加之负荷空间布局和发展规律的不同，对电网供电能力和可靠性的要求也不相同。通过对上海市新市镇进行远景负荷预测可知，商住型新市镇远景负荷密度最高，为40～50 MW/km2，工业型新市镇远景负荷密度为24～30 MW/km2，工业商住混合型新市镇远景负荷密度为15～18 MW/km2。

2 配电网供电模式

在配电网供电模式中，由多个变电站进行联合供电，以提升供电能力和供电可靠性[7]。变电站主接线、联络方式、主变台数、主变容量、接线模式等，均会对配电网优化和经济运行产生影响。本文从变电站互联模式和中压配电网接线模式出发，对配电网供电模式进行研究。

2.1 变电站互联模式

针对当前新市镇常用的主变容量20 MVA、31.5 MVA、40 MVA、80 MVA，就两变电站两主变、两变电站三主变、三变电站两主变、三变电站三主变互联模式，计算分析主变、线路理论负载率和供电能力提升水平。为计算简便，统一选取功率因数0.95，10 kV线路额定电流I取400 A，供电容量取6.928 MVA。变电站互联模式的计算分析如表1所示。

表1 变电站互联模式的计算分析

由表1可知，随着互联变电站和主变台数的增加，主变和线路理论负载率呈递增趋势；采用三站三主变互联模式，通过加强变电站间的联络可提高供电能力，主变理论负载率可高达88.9%，为较高水平；采用20 MVA容量主变进行供电，10 kV线路理论平均负载率较低(约为30%)，主要是受变电容量过小所致；随着主变容量的增大，10 kV线路理论平均负载率逐渐增大，线路利用率将得到提高，对于80 MVA主变，线路理论平均负载率可高达64.2%。

2.2 中压配电网接线模式

中压配电网接线模式是否合理，关系到配电网供电能力、负荷转移能力、供电可靠性、供电经济性、运行灵活性，以及变电容量释放等问题[8]。中压配电网分为“架空网络”和“电缆网络”，两者具有不同的特点和适用范围，相辅相成。新市镇将逐渐形成架空网络采用多分段多联络，电缆网络采用开关站的供电方式。为此对常用的中压配电网接线模式进行技术分析和对比，寻找适合新市镇配电网网架优化的接线模式，见表2。

表2 中压配电网接线模式技术分析

由表2可知，对于架空网络，通过加强线路之间联络，可提高线路供电可靠性和供电能力。对于电缆网络，采用双拼型开关站或二供一备开关站供电，与二进线开关站相比供电能力提高了一倍，其中二供一备开关站只增加了一回进线和一个开关，经济性更佳。伴随新市镇负荷快速增长，对供电能力和可靠性提出了更高的要求，多分段多联络和改进型开关站将受到广泛的应用，以适应大容量主变接入配电网。

3 变电站供电能力

影响变电站供电能力的因素众多，现从负荷密度分布、主变负载率、主变容量等，对变电站供电能力进行计算分析，为简化变电站供电半径求解，假设变电站供电范围内负荷分布均匀，变电站位于中心，则有：

nMηcosφ=πR2S

(1)

供电半径计算公式：

(2)

式中n——主变台数；

M——主变变电容量；

η——负载率；

cosφ——功率因数；

S——负荷密度。

针对新市镇远景期负荷分布情况，本文研究中负荷密度取15～45 MW/km2，远景期主变台数n统一取3，对不同情况进行分析讨论，计算结果如图1所示。

图1 变电站供电半径分析计算

由变电站供电能力及供电半径计算可知：若采用相同容量主变，当负荷密度一定时，变电站供电半径随主变负载率增大而增大；当主变负载率不变，负荷密度高的地区供电半径较小；当负载率和负荷密度均相同时，采用较大容量主变的变电站进行供电，供电半径也会随之增大，供电范围增大，与20 MVA主变相比，同等条件下主变容量80 MVA的变电站供电半径增大了一倍。

由图1，若变电站采用20.0、31.5、40.0 MVA主变，针对新市镇远景负荷分布，变电站供电半径均能够控制在2 km以内，且不受负载率大小的约束；若采用20 MVA等小容量主变对高负荷密度新市镇进行供电，供电半径将达到几百米，势必对变电站及电力线路走廊的选择造成严重的考验；但若均采用80 MVA主变，变电站供电半径将可能超过技术导则所规定的数值，从而受负载率的约束。因此，针对不同的新市镇及负荷分布特性，宜采用相适应的主变进行供电，提升变电站供电能力。

4 新市镇配电网远景目标网架分析

负荷快速增长，大容量主变逐渐接入配电网，配电网供电方式变得更加复杂[9]，接线模式也缺乏统一的规范，对配电网灵活运行、负荷转移能力和供电可靠性等提出了更大的挑战。为此，结合新市镇特征，考虑负荷特性进行分类，针对不同新市镇远景期负荷分布，构建相应的新市镇配电网远景目标网架。

4.1 工业型新市镇配电网远景目标网架

选取了上海某工业型新市镇，记为A片区，进行远景负荷预测，总负荷为370.7 MW，用地面积1 431.3 hm2，平均负荷密度为25.9 MW/km2。远景期配置2座3×80 MVA变电站，形成两站三主变互联模式，架空网络采用四分段三联络，电缆网络采用二供一备开关站供电。远景目标网架简图及接线方式如图2所示。

图2 工业型新市镇配电网远景目标网架

4.2 商住型新市镇配电网远景目标网架

选取了上海某商业居住型新市镇，记为B片区，进行远景期负荷预测，总负荷为583.4 MW，用地面积为1 411.5 hm2，平均负荷密度为41.6 MW/km2。远景期配置3座3×80 MVA变电站，形成三站三主变互联模式，采用二供一备开关站接线模式进行供电。远景目标网架简图及接线方式如图3所示。

图3 商住型新市镇配电网远景目标网架

4.3 混合型新市镇配电网远景目标网架

选取了上海某工业和商住混合型新市镇，记为C片区，进行远景期负荷预测，总负荷为223.5 MW，用地面积1 339.4 hm2，平均负荷密度为16.7 MW/km2。远景期配置3座3×31.5 MVA变电站，形成三站三主变互联模式，采用三分段一联络及二进线开关站进行供电，配电网远景目标网架简图及接线方式如图4所示。

图4 混合型新市镇配电网远景目标网架

4.4 远景目标网架相关指标计算分析

采用提出的配电网供电模式，考虑新市镇负荷特性，分别构建了工业型、商住型和混合型配电网远景目标网架，配电网网架优化后各项指标得到了显著提高，相关计算结果如表3所示。

由表3各项指标可知，采用所提出的供电模式优化配电网网架，能够提高主变及10 kV线路利用率，充分挖掘配电网供电能力；远景期变电站理论和实际负载率均能达到较高水平，并仍留有一定裕度；主变“N-1”校验均合格，且负荷转移能力强，能够保证故障或检修情况下负荷不间断供电，供电可靠性高；变电站平均供电半径基本都在1.5 km以内，满足技术导则要求；其中10 kV线路平均负载率将达到47.2%～61.6%，与现有20%～30%相比，得到了显著提高，经济性优势明显。

表3 新市镇配电网远景期相关指标汇总

5 结语

本文根据新市镇电网的负荷特性，研究了快速发展型新市镇的配电网网架优化，将提出的配电网供电模式应用于新市镇配电网实例优化，验证了优化方案的可行性和必要性。

(1) 新市镇社会经济发展快速，其负荷空间布局和发展规律特征明显，对配电网优化和运行将产生重要的影响。

(2) 针对大容量主变逐渐接入配电网，采用所提出的配电网供电模式可充分释放变电容量，提高大容量主变变电站的适应性。

(3) 结合新市镇负荷特性和变电站配置，通过优化变电站互联模式和中压配电网接线模式，建立的配电网远景目标网架具有较强的可行性和必要性，可指导城市配电网建设及优化过渡。

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(本文编辑：杨林青)

Distribution Network Structure Optimization of the New Town Considering Load Characteristics

ZHOU Jiang-xin，YU Hao-bin，WU Wan-lu

(Songjiang Power Supply Company，SMEPC，Shanghai 201600，China)

The fast growth of social economy and power load in the new town will put forward higher requirements for the optimization and operation of distribution network. Taking into account the load characteristics, we propose an optimization scheme of distribution network structure for the new town. Firstly, the feature analysis and classification for New Town were made. Then, it studied the power supply model of distribution network for the substation interconnection model and connection model of medium voltage, as well as the effect of different main transformer capacity, theory load rate on structure optimization and power supply capability of substation. Finally, an example analysis was conducted for selecting the multiple types of New Town. It was proposed that prospective target frameworks of distribution network for the New Town based on load characteristics. Though the calculation and analysis of related technical indicators, the feasibility and necessity of the optimization scheme proposed were verified.

new town; load characteristics; power supply model of distribution network; power supply capability; prospective target framework

10.11973/dlyny201701004

周江昕(1981-)，男，硕士，高级工程师，从事电网规划及项目前期工作。

TM715

A

2095-1256(2017)01-0016-05

2016-11-05