针对主配网协同的电网规划方法

朱刘佳 国网四川省电力公司凉山供电公司

城市电网规划作为供电企业的一项重要工作，当前仍存在着诸多方面的问题，例如：电网供电稳定性不高、电网智能化水平落后、电网规划设计不协调等等，这极大降低了电力服务效率及质量。电网中，主配网不协调会破坏电网整体的稳定运行以及电网内部电源的运行，甚至会造成局部区域的瘫痪。因此合理地设计电网架构在提高系统稳定性、降低系统运行成本、减轻系统碳排放、保证系统电源安全稳定出力以及提升区域内新能源的消纳能力和稳定运行能力等方面具有重要意义。

一、城市电网规划的重要性概述

为更好地满足城市发展需求，供电部门要高度重视电网建设及规划工作，提升电力服务效率及质量，满足用户用电需求[1]。在电力系统建设中，认真做好电网规划设计工作至关重要。当前电网存在电路乱搭、混搭的现象，严重影响着人们的安全使用，同时也威胁着电网的正常运转。不仅如此，在电网规划设计的过程中，设计人员更为注重的是规划设计的经济性，在一定程度上忽视了输电线路检修及维护规划工作，没有充分考虑到事故的发生概率，当电网投入应用后，就会威胁到输电线路安全，引发诸多的安全风险问题。在这种情况下，积极做好城市电网规划工作就显得至关重要，落实城市电网规划工作，能够在满足城市各个领域用电需求的同时，保障电网系统的安全、高效运转，减少安全事故的发生概率，保障城市正常运转。

二、基于主配网协同的电网规划

国内外在智能电网规划方面进行了诸多研究，但随着智能电网的不断发展，仍然存在着诸多问题，目前我国智能电网规划中主要存在以下问题：在电网规划模型中主配网的协同规划不协调、不匹配的问题日益凸显；目前实际电网规划中考虑电网网损方面较少，网损的计算十分复杂，而且电网网损和线路规划有密切关系；在实际的电网输电线路建设中，待建线路之间并不是相互独立的，存在约束关系，目前研究中考虑线路约束关系较少。针对以上智能电网规划中存在的问题，本文对线损和线路建设约束分别进行建模，并将之嵌入到传统的电网规划模型中，构建考虑网损与线路建设约束的电网规划模型，并结合电网成本模型进行经济可靠的规划[2]。

本文的规划优化模型会将模型与所规划的时间内每一年不同的场景下系统的运行模型相结合，根据场景模拟考虑系统运行的边界问题，同时综合考虑了电网规划建设成本、运行成本等相关因素，保证规划结果可行可靠。

三、规划成本

目标函数规划模型不仅要考虑电网的稳定运行，而且要考虑规划的经济性，因此需要建立成本计算模型，即成本目标函数。规划成本主要分为两部分：一部分为前期的系统投资成本，一部分为后期运行成本。

（一）系统投资成本

系统投资成本不仅包括规划周期内的投资成本，还会影响下个周期的投资成本。系统投资成本主要为电网规划线路建设的成本，因此投资成本会随线路的改动而变动，属于规划期内的动态成本。

系统的投资属于动态成本，与线路的规划有直接关系，线路合理规划不仅对现有规划投资成本有影响，同时也会产生残值，影响下一期电网规划投资成本。

（二）运行成本

分析电网规划方案不同会造成规划线路不同，从而为电网系统功率传输提供不同的选择，因此需要在规划方案时考虑系统内所有的影响因素，例如发电机的运行经济参数、线路的参数及潮流分布和流向等。

系统发电成本与电网各个发电机组的有功功率有直接关系，可以用有功出力的二次曲线之和的形式表示。

四、电网规划模型

模型针对主配网待建线路，在目标规划时间范围内的每一年都建立投建状态变量，同时由于每次的规划方案都会对下一期有影响，因此此次同时在规划模型末尾增加了整个周期内每次会建立待建线路的建设状态变量以及依次建立的耦合约束关系，结合前面的规划模型组成整个周期的投资决策模型。

在每一年的约束模块中，为了精确详细地描述电网运行的电力电量流动与平衡过程，在多年内选取不同的负荷场景（每个负荷场景要有明显的区别）。针对选择的每个负荷场景建立系统负荷平衡约束模型、发电机组出力约束模型和线路潮流约束模型等，然后将所有的约束模型与该年待建线路的投建状态变量之间建立耦合关系[3]。

在构建电网模型规划过程中，本文为解决目前电网规划中存在的问题建立了网损模型和线路建设约束模型，以达到电网能够安全经济运行的目标。

（一）基于直流潮流的网损模型

本文根据网损特点以及网损与线路潮流之间的关系，建立基于直流潮流的网损模型。基于直流潮流的网损模型实现了支路潮流方程中原本相互耦合的线性项与非线性项、支路功率与网损功率、电压幅值与相角的解耦，数学表达清晰明确，推导过程中仅使用两条合理的假设条件，计算网损更加准确。

根据待建线路网损和已建线路网损，合理规划线路，能够使电网运行成本减小，满足电网的经济运行要求。在主配网规划区域内如果含有DG，DG 的具体选址和容量不合理都可能会使线路网损增加，从而导致线路过载，因此本文在进行电网规划时默认DG 选择合理。虽然线路网损不能彻底消除，但可以将网损降低到最低水平，另外降低线路网损对于保护线路、减小电压降、改善电压水平等有积极的作用，并带来其他环境效益和经济效益。

（二）线路约束模型

在实际的线路规划建设方案中，待建线路之间并不是相互独立的关系，存在着同塔双回、线路先后建设、线路互斥建设和线路π 接方案等约束。同塔双回约束要求两条线路要么都不投建要么同时投建，线路先后建设约束要求某条线路必须先于另一条线路先投建，线路互斥建设约束是指两条线路由于自然原因或者人为因素使得两条线路不可能都建设，线路π 接方案则是指在原来某条已建线路的基础上，从中间某位置拆分该线路，然后在原来线路机组上同时新建两条线路连接第三个节点，如图1 所示。

规划模型中将规划待建线路之间的约束或者制约关系分为四种：同时约束、先后约束、互斥约束、π 接约束。

图1 线路π接方案示意图

（1）同时约束关系。即两条线路同时建设时，会存在相互约束的关系。这两条线路在建设过程中会存在相互制约的关系，因此建设过程中要满足双方线路要求。

（2）先后约束关系，两条线路中一条线路先于另一条线路先建设，先建设的线路会对后建设的线路有约束。

（3）互斥关系。两条线路之间存在相互排斥关系，由于要求不同，存在互斥关系。

（4）π 接约束。两条线路共接在同一条线路上，线路之间会存在相互约束的关系。

在电网线路规划时要充分考虑几种约束关系，结合网损模型，充分考虑电网规划建设方案的投资成本和运行成本，合理地对主配网建设进行规划，提出相对经济的规划方案。主网和配网各自的规划本身十分复杂，而要将两者结合，则需考虑更多的因素，因此主配网规划的方案在满足经济环保的前提下还要稳定安全，难度十分大，方案也会相对复杂。

五、结束语

综上所述，近年来随着城市发展建设的不断加快，对于电力资源的需求量越来越大，为更好地满足城市各个领域用电需求，要重点做好城市电网规划工作，本文针对目前规划中存在的问题，结合电网规划成本，建立包含网损模型和线路约束关系模型的主配网协同的电网规划模型，以期提升城市电网规划水平，提高电力服务效率及质量，满足城市用电需求。