面向供电网格的变电站间隔资源统筹分配优化方法研究

2021-06-09国网兰州供电公司海晓燕慕俊强杨小冬

电力设备管理 2021年5期

国网兰州供电公司海晓燕慕俊强杨小冬

电力系统重要安全指标之一是可用输电容量，它既能衡量系统可靠性，也能反映网络资源利用效率。而变电站分配的变电容量直接影响到中压出线间隔的利用情况，决定中压网架结构的最终形态。电网运行的电能质量、可靠性、经济性，配电网的建设成本都将受到中压网架结构的直接影响，因此变电站出线间隔资源分配是配电网规划的核心内容。

文献[1]提出了一个完整的配电网格化（层级）模型（DSMT），从电力需求侧（Demand）、电力供给侧（Supply）和电网运行管理（Management）三个维度对配电网格的层级划分及其管理目标进行了统一的定义，并给出了面向网格的配电网规划设计体系结构；文献[2]总结了优化整合配电间隔的几种方法，包括将处于轻载状态的间隔直接合并、采用环网单元接线、合理布局开闭站等，但文中未在前期配电网规划决策中对间隔资源的统筹分配进行系统研究，只能针对配电网现状中的间隔资源紧张问题进行被动改造。文献[3]以各个变电站间隔利用率均衡为目标，对负荷与变电站及间隔之间的接入关系进行了优化配置，并提出一种优化计算的思路，为变电站间隔资源优化提供参考，但没有考虑目前配电网网格化规划过程中网格碎片化对间隔资源分配利用的影响。本文以配电网网格化中的供电网格为单位，通过中压线路理论需求计算模型设计、中压线路联络（布局）模型设计，得到变电站间隔资源的统筹分配优化流程方法，消除网格碎片化对间隔资源优化利用的影响，并在电网规划前期决策中实现变电站间隔资源的科学高效利用。

1 配电网格（供给侧）模型

根据变电站间隔资源优化分配需要，参照DSMT配电网格化（层级）模型定义[1]，提出变电站间隔资源优化的网格模型（图1）。其中与变电站间隔资源分配相关的网格定义为：供电网格。为简化配电网规划及调度运行管理，供电网格是一个中压网架相对独立的配电分区，也是一个可作为独立区域来进行配电网“专项”规划的、规模适度的供电区域；站间联络组。根据变电站远景规划布点（位置、规模）及远景空间负荷预测结果（地块、负荷），按“站间单联络”为规划目标而建立的变电站间线路联络关系（变电站名称、线路数量、供电区域边界）。为便于线路优化布局，当一个联络组规模较大时可把一个联络组拆分为几个联络单元。

图1 配电网格（供给侧）模型

图2 各供电网格变电站容量统筹调配示意图

1.1 中压线路理论需求计算及线路平衡

供电网格中压线路平衡的结果如表1，其中供电网格线路理论需求计算的基本步骤为：现状线路数量。根据供电网格划分对现状中压线路的网格归属进行梳理并统计；间隔预留。负荷种类有“城镇负荷”、“用户专线”及“乡村”三种，其中“专线”用户及“乡村”分散用户是两类特殊的用户（负荷），基于供电网格的饱和负荷预测及容量统筹平衡情况的分析，结合对网格内专供负荷、乡村分散负荷的专家预判，并根据供区的中压电压等级，对线路需求计算相关参数进行专家设置；城镇公共线路需求计算。根据供电网格的饱和负荷预测与单条电缆或架空线路的供电能力，计算所需城镇公共线路数量；线路需求平衡计算。根据各供电网格计算出的城镇公共线路数量与预留间隔数量（非城镇公共）得到线路需求总数。线路需求总数与现状已有线路之间的数量差额即为现状差额。

1.2 中压线路联络组规划

供电网格内的中压线路联络组划分结果如表2，其中联络组的划分步骤为：以现状线路走向及变电站远景布点规划为基础，以“站间联络”为网架规划目标，对现状线路进行逐条分析，规划设定相对合理的联络变电站；兼顾变电站投运年限、中压线路现状走向、改造难度及地理约束等影响因素，按照三个基本原则，即“易识别的边界”、“供电范围的不交叉”、“线路规模的适度”，对中压线路联络组进行初步划分；根据饱和负荷计算联络组的线路理论需求数据，对变电站之间的联络线数量进行统计，对变电站间隔总量进行平衡校验。

2 变电站间隔资源统筹分配优化流程

根据供电网格饱和负荷预测及变电站规划布点，以“线路需求数量最小”为优化目标，以“站间联络”及线路平均负载率在合理区间为约束，基于联络组初步划分结果对各联络单元的边界进行优化调整，使线路负载及变电站间隔利用率相对均衡。变电站间隔资源的统筹分配优化的流程为：计算调配需求-初设逻辑站-确定调配路线-优化调配-变电站间隔（预）分配-供电网格中压线路理论需求计算-中压线现状线路联络分析及分拆处理-中压现状线路网格划分及站间单联络规划-饱和年变电站资源统筹分配-近中期线路需求基准数量计算-近中期变电站建设时序-近中期变电站间隔统筹分配。流程说明如下：

计算并调整容量需求：科学预测负荷及电源发展，差异化地将目标容载比值设定给各供电网格，接着计算需调配容量的大小，得到各供电网格间的容量初步调配结果；逻辑站的初步选址：考虑调配后的各供电网格不同的容量需求，根据变电站已有供电范围及远景年变电站布局规划，再调配优化各个变电站的容量，明确各个变电站的初步供电范围，确定各供电网格逻辑站的位置；确定调配路径：按容量调配“确定性”由“强→弱”的规划思路，确定容量调配路径。

调配优化：同步考虑现状供电范围、变电站布点等情况，优化调配各变电站容量，得到各变电站的初步容量分配结果；变电站间隔（预）分配：根据变电站容量调配（统筹）结果并变电站间隔总量按比例计算变电站的等效间隔，得到变电站变电容量及出线间隔的初步分配结果；供电网格中压线路理论需求计算：根据供电网格划分，对现状中压线路的网格归属进行梳理并统计。基于供电网格的饱和负荷预测及容量统筹平衡情况的分析，结合对网格内专供负荷、农村分散负荷的专家预判，并根据供区的中压电压等级对线路需求计算相关参数进行专家设置。分别对各供电网格的线路需求及平衡情况进行计算。

表1 供电网格中压线路理论需求计算及线路平衡

表2 中压线路联络组（初步）划分

中压现状线路全联络分析及分拆处理：现状线路联络梳理。据现有线路正常运行方式确定线路的主联络、次联络关系，结合线路最大负荷、线路负载率等基础数据，按适度联络原则对复杂联络线路进行拆分；中压现状线路网格划分及站间联络规划：以现状线路走向及变电站远景布点规划为基础，以“站间联络”为网架规划目标，对现状线路进行逐条分析，规划设定相对合理的联络变电站。对变电站之间的联络线数量进行统计，对变电站间隔总量进行平衡校验；饱和年变电站资源统筹分配：对各供电网格相应变电站的间隔分配（优化）结果进行汇总，形成饱和年的变电站间隔资源统筹分配结果。

计算线路在近中期的需求数量：根据近中期负荷预测结果，综合考虑变电站容量资源裕度、线路组现状供电范围、项目精准投资目标要求的影响因素，科学设定饱和年线路平均负载率下限目标值，而后得到线路需求数量，作为统筹变电站近中期间隔资源分配的规划依据；近中期变电站建设时序：根据变电站建设时序建议方案对变电站建设时序提出规划建议；近中期变电站间隔统筹分配：根据近中期线路需求基准数量计算结果及变电站建设时序建议，在变电站资源裕度范围内，为各供电单元分配变电站当前剩余间隔并对变电站负载率进行校验，形成变电站资源的统筹分配。

3 应用举例

以某城市中心城区为例，综合考虑区域内各供电网格内变电站容量大小、设定的目标容载比，对所有变电站进行容量统筹优化分配，使各供电网格的变电容量得到基本满足。根据计算，最终得到各供电网格及各变电站的容量统筹调配结果（图2）。进行规划区内各联络组边界调整优化时，需要考虑地块开发时序、变电站投运年限、已有线路改造难度、现状线路走向、地理条件限制等影响因素，使区域内线路总量最小，线路负载相对均衡，并维持站间线路联络组的平衡。最终经过对各联络组进行调配优化，得到规划区各联络组和各供电网格相应变电站的间隔分配（优化）结果，汇总变电站中压出线间隔的优化分配结果如表3。