一种基于供电安全标准的配电网扩容规划方法

袁娟 YUAN Juan；陈蓉 CHEN Rong

（①国网四川省电力公司技能培训中心，成都 610000；②成都兴通电研电力科技有限公司，成都 610000）

0 引言

近年来，随着分布式能源的大量接入，传统的配电网规划法已无法满足当前大规模配电网的需求，但主动配电网必须具有可控性、实时性和灵活性，因此当下的配电网要求给电网规划工作带来了新的挑战[1，2]。目前，针对不同的区域特点和发展阶段，相关研究人员提出了主动配电网规划技术的方案。然而，主动配电网规划的供电安全评价仍缺乏量化指标，难以满足配电网精益发展的要求[3，4]。面对外部社会环境压力，运行风险和对配电网要求的提高，如图1 所示，配电网规划面临着新的更加艰巨的挑战。

图1 配电网规划面临的挑战

针对传统配电网规划存在规划质量不高、综合考虑因素不全、供电水平和可靠性较低的问题，特别在目前供电安全标准中的分析包含了不同区域的供电分区类型、设备指标、运行指标等要素，其评价方法较传统的容负荷比分析方法更为复杂，而在主动配电网规划中的应用研究较少。随着数学、运筹学和计算机科学与技术的发展，更多新方法、新理论应运而生，也逐渐被运用到配网规划当中[5-6]。目前，配网架规划的研究方法主要有两种：启发优化方法和数学优化方法，具体分类如图2 所示。与传统的容荷比分析方法相比，将供电安全标准分析方法应用于主动配电网规划中，可以加强主动配电网规划的深度，诊断的力度，系统分析的维度，深刻挖掘电网突出问题，有效提高主动配电网规划方案的可操作性。

图2 电网规划的研究方法

1 供电安全标准的分析方法

供电安全标准中明确了单个设备发生故障时的2 个要素，分别是该负载故障或停机后的允许损耗、恢复供电时间，设备运行的用电负荷越大、停电损失越大，进而对供电可靠性的要求越高，对供电恢复时间的要求也越短。根据用电的大小，配电网的供电安全等级可分为三个等级。如表1 所示。

表1 配电网供电安全标准

如表1 所示，一级安全标准主要适用于低压线路故障、配电变压器故障或具有特殊安全设计的中压线段故障。二次安全标准主要涉及中压线路故障。根据饱和负荷密度的不同，供电区从A+到E 分为六类。不同的供电区域故障线路的非故障段供电恢复时间都具有不同的严格要求。

2 扩容规划方法

本文提出的基于供电安全标准分析的配电网扩容方法需要首先计算变电站或线路等电力元件的供电能力。通过从实际负载中减去电力供应容量，以获得电力短缺或电力供应的裕度，如果出现电力短缺，则意味着不符合供电安全标准；否则，这说明了此处有一个电力供应的裕度。

在传统的供电容量计算方法中，将变电容量除以容载比得到供电容量。这种方法既不能反映电网结构优化后供电能力的增量、下级电网转移能力的增量，也不能反映二次系统的差异对供电能力的影响以及不同供电地区不同供电安全标准的要求，这与有源配电网的智能规划要求不一致。本文基于供电安全标准的扩建规划方法是通过多维度、多因素共同考虑后的指标进行有机结合，如：供电区域类型、设备指标、网络框架指标和运营指标，采用综合指标对电网是否满足要求进行评价，使电网规划在主动配电网中得到更全面和充分的应用。

该方法用于规划四川省西部某县35kV 变电站的配电网扩建，如图3 所示。该变电站位于C 供电区，有两台主变压器，容量为（10+5）MVA，主变压器电压为35/10kV。变电站内有两条电力进线，为单链结构，LGJ-240 为进线1，LGJ-50 为进线2。变电站高压侧为单母线配置，低压侧主接线为单母线段，母联开关状态为常开。本水平年变电站最大负荷为12.5MW，下电网可转移负荷为3MW。

图3 变电站的电气主接线图

该扩容规划方法主要分为以下四步。

2.1 计算N-1 容量SN-1

首先计算主变N-1 的容量，然后计算进线N-1 的容量，取两者中较小的值作为变电所N-1 的容量。扣除最大主变压器容量（10MVA）后，剩余变压器容量之和为5MVA。考虑功率因数为0.95，因此，主变压器N-1 容量为5×0.95=4.75MW。

电源进线N-1 的容量为剩余进线的电源容量减去变电站最大电源容量的进线后的总和。根据安全电流值，进线1 的安全电流为610A，最大供电容量为36.98MVA；进线2 的安全电流为220A，最大供电容量为13.34MVA，扣除最大进线供电容量，剩余进线供电容量之和为13.34MVA，因此N-1 进线容量为13.34×0.95=12.67MW。

变电站的N-1 容量计算公式如下：

变电站N-1 容量为4.75MW。

2.2 计算变电站供电容量S

首先计算变电站N-1 在15 分钟S1内的供电能力，然后计算3h S2内的供电容量，取较小的值S 作为变电站的供电能力。

A+和A 供电区域在15 分钟内的允许损耗负载为0，B 和C 供电区域为最大（12，组负载/3），D 供电区域允许损耗所有负载。15 分钟变电站供电容量S1是变电站SN-1的N-1 容量和15 分钟允许损耗负载PS的总和。

变电站Pg的组负荷为12.5MW，位于C 供电区，该区15 分钟PS允许的负荷损失为：

因此，15 分钟内的允许损耗负载为12MW，变电站供电容量为4.75+12=16.75MW。

在正常情况下，通过手动逆合闸操作，可以在3 小时内完成下级电网的重新配置，因此，下级电网的能量转换可以在3h 内完成。3h 后，A+、A、B、C 和D 供电区的变电站不允许失去负载。

3h 变电站的供电容量为变电站N-1 容量与下层电网的转移容量之和。公式如下：

通过10kV 线路转移至其他变电站的负荷为3MW，变电站3h 供电能力为4.75+3=7.75MW，变电站S 的供电能力取最小值，可得：

因此，变电站的供电容量为7.75MW。

2.3 计算变电站Pq 的电力短缺

变电站的电力短缺Pq等于运行负载P0减去电源容量S0，公式如下：

2.4 计算变电站的供电裕度Py

变电站的电力供应裕度Py等于电力供应容量S 减去操作负载P0，公式如下：

3 电站容量扩容计划

综合电网的组网结构、运行方式、一次与二次系统的协调配合、下级电网的输电能力，采用供电安全标准的分析方法，综合分析变电站或线路的供电能力。通过以上计算分析，可以初步得出制约变电站供电能力的因素是#2变压器的容量、进线2 的导体截面、电网线路的输电能力，进而提出了以下四种电源容量的改进方案。

3.1 规划方案1

在规划方案1 中，#2 主变压器将从5MVA 扩建至10MVA。变电站的供电能力可提高到12.5MW，无电力短缺现象，可基本满足当前水平年的负荷需求。

3.2 规划方案2

在规划方案2 中，进线2 由LGJ-50 导线转换为LGJ-240 导线，由于#2 变压器的容量限制，即使扩大进线2 的容量，变电站的供电能力也无法提高，供电能力仍为7.75MW，电力短缺仍为4.75MW。

3.3 规划方案3

在规划方案3 中，对10kV 电网进行了优化，以提高下级电网的输电能力。如果通过优化变电站的供电能力可以提高到12.75MW，供电裕度为0.25MW，可以满足当前水平年的负荷需求。

3.4 规划方案4

在规划方案4 中，在该地区增加了一个新的变电站。如图4 所示，该区域新建一座容量为10MVA 的35kV 变电站。供电能力可提高到17.25MW，供电裕度4.75MW，可满足本水平年的负荷需求。

图4 方案4 电气主接线图

从上述分析，规划方案1、规划方案3 和规划方案4可以有效提高变电站的供电能力，而规划方案2 对提高变电站的电力供应能力没有作用，故通过技术和投资经济性比较可以选择出最佳方案。

4 总结

根据不同供电区域、不同负荷规模对供电可靠性的不同要求，本文通过综合考虑供电面积类型、电网指标、设备指标和运行指标等因素，更全面、更准确地评估了供电区域的供电能力。可用于配电网规划中对电网的供电能力进行有效地评估，发现供电区域的薄弱环节，提升供电能力的评估效果，为电网公司对配电网规划方案进行科学有效的评价具有参考意义。