地区配网规划与评估系统开发

王 庆 单来支 王发祥 荣 鹏

（国网山东省电力公司泰安供电公司，山东 泰安271000）

0 引言

近年来，随着智能电网的发展，人们对电网经济和安全运行的要求越来越高，因此对电网的合理规划和各种安全指标的正确评估将直接影响到系统的安全经济运行。地区电网规划的目的在于以恰当的投资提高电网的供电能力与供电质量，满足用电需求。科学的规划对于指导城市电网建设与改造至关重要，对电网的经济建设、合理布局以及提高供电可靠性具有重大指导意义。

供电可靠性评估、供电能力评估、供电质量评估、供电经济性评估、短路电流评估、N－1评估等评估指标的建立为电网经济安全运行提供了强有力的保障。完善的评估体系能够及时发现电网中的安全隐患，做出预警，避免设备事故，将事故的损失降到最低。同时可根据评估指标优化电网经济运行和调度，提升电网的整体运行水平。本项目充分利用电力公司的数据资源，建立高效的多部门协作的网络规划工作平台，该平台能在电网规划、建设、运行等部门间实现合理高效的规划编制、实施等的管理流程，大大提高规划工作效率。规划辅助评估决策工具将为建设坚强合理的电网、优化巨量电网、优化使用建设资金等提供科学依据与技术手段。

1 综合量化评估

衡量配网规划与评估软件平台的性能指标一般体现在以下5个方面：

（1）供电安全性。配电网的供电安全性是指在供电的任意一个时间断面，针对一组预想故障电网能够保持对负荷正常持续供电的能力。在规划中一般只需考虑全年最大负荷时的安全性，对电网发生预想事故后能否保持以及在多大程度上保持持续供电的能力进行量化评价，由此设计的评价指标有“N－1校验”和“抗大面积停电能力”。

（2）供电可靠性。供电可靠性指电网稳定运行时，在电网元件容量、母线电压和系统频率等的允许范围内，考虑电网中元件的计划停运以及合理的非计划停运条件下，向用户提供全部所需的电力和电量的能力。

（3）经济性。电网规划方案的经济性评价是电网建设项目决策科学化、减少和避免决策失误、提高项目经济效益的重要手段。电网的“运行经济性”主要是从网损率和设备利用率角度进行分析的。电网的“建设经济性”主要从资金投入、供电收益以及售电收入等角度出发，详细分析电网投资在资金流动过程中带来的供电满足程度和经济效益。电网的“年费用”则是对电网的投资、运行维护费用和损耗费用进行折算，以便于方案之间的经济比较。

（4）适应性。电网规划以负荷预测为基础，负荷预测的不确定性要求电网应该为后续发展留有余地，因此需要对电网适应负荷发展的能力进行评价。电网适应性指标包括资源裕度、供电能力裕度和电网扩展裕度3项。

（5）协调性。电网是一个密不可分的整体，局部负载过重或过轻，都会给电网的安全、可靠和经济供电造成巨大影响。高中压电网之间也需要良好配合，否则较弱的电网将会削弱较强电网的供电水平。这里所说的电网配合主要体现在高中压配电网供电能力匹配、各等级电网变电站容量匹配和负荷均衡等方面。

2 配网规划与评估系统的主要功能

地区配网规划与评估系统通过解析GIS系统导出的DXF文件获取地区电网的拓扑结构，解析SCADA系统导出的E文件获取电网运行的数据，利用数据库同步方式获取系统的运行记录数据，并用以上数据进行负荷预测、负荷密度分析、电网规划、潮流计算、可靠性评估、电能质量评估、N－1评估。其主要功能拓扑图如图1所示。

图1 系统主要功能拓扑图

2.1 配电网数据管理

系统以GIS为配网数字化模型管理与展示手段，提供对电网各电压等级变电站、配电室、架空线路、电缆线路的综合管理功能。其能够进行变、配电站址编辑，对不同类型站所的地理分布位置进行编辑，可以方便地将变电线路、电站进线、电站出线、母线以及站内开关、流变、避雷器、站内刀闸等设备图形绘制出来，并考虑电网的连接关系、电站出线与中压电网的连接和拓扑关系、站内设备的定位方式等因素。系统采用坐标录入、手工调整以及数据文件导入等多种方式对线路进行编辑维护，实现在地理图上添加配电站、架空导线、发电站并显示出用户指定的文字标注信息，同时提供便捷的工具处理设备的连接关系及电缆进站。系统在绘制线路时提供设置设备属性、设计设备内部性能等功能，并提供配网线路设备包括公用变压器、用户变压器、开关、刀闸、避雷器、电容器、故障指示器等的编辑功能，同时可建立设备同线路间的连接关系。

2.2 配电网评估

配电网评估是电网后规划时期的重要指标，是保证电网经济、安全、可靠运行的重要评估指标，通过对各项电网运行指标的智能优化和计算，达到实时监控电网运行状态和自动调整电网运行方式的目的。其主要目的是找出供电区的用电特征，影响供电可靠性、电压质量的主要原因以及各电压等级电网网架、供电设施主要存在的问题。采用图模一体化接线模式解析生成拓扑数据、潮流计算、短路电流计算、N－1计算等多种分析手段，对电网规模、电网结构、电源比例、安全性和可靠性（包括容载比、负载率、线损率等）、技术合理性、运行经济性进行定性和定量分析，能够得出全面反映电网现状特点的实用指标。该系统配电网评估的主要功能有供电可靠性、供电能力、供电质量、经济性、短路电流、N－1、综合评估等。

通过以上7种评估系数的测试评估和实时监控计算，全面考虑电网规划和运行阶段的经济安全运行要求，从而达到合理规划建设和可靠运行的目的。评估系统的功能实现结构图如图2所示。

图2 配电网评估功能

2.3 配电网评估专题图管理

配电网专题图的生成与数字电网模型的完整性、正确性密切关联。各种专题图的数据都来自电网的运行数据，但有别于电网运行数据的显示，专题图侧重显示电网设备之间的相对关系，根据需要确定是否精确地表示地理位置，并将重要的设备属性信息以文本的方式标注在专题图上。系统完成电网建模后，可通过专题图生成功能，根据一定的业务规则，自动生成专题图。系统为每种专题图的数据放置建立了相应的图层，图层结构与电网结构同样，都建立几何网络结构，当电网数据修改后，系统提供更新功能来更新变化的部分，保证专题图同电网数据的一致。系统实现的专题图包括负荷分布专题图、负荷预测专题图、可靠性专题图等。

2.4 配电网规划

（1）规划基础数据采集。配电网规划的基础是数据，基础数据的准确性与及时性是科学规划、正确决策的前提条件。基础数据采集整理模块的作用是通过自动采集与整理保证数据的准确性与及时性。根据电力公司关于规划的管理规定，规划部门是规划管理的归口单位，各相关单位按职责收集整理的规划基础数据需要上报到规划部门，再由规划部门对其进行汇总、统计、比较与分析处理，形成全公司的完整规划数据。系统设计的数据上报的主要途径是数据接口自动采集，上报单位需要备份规定时间断面的数据，再通过数据接口传输到规划部门；暂不具备接口自动采集的数据采用电子文档上报，相关单位按规划管理规定的要求定期将自行统计、整理的电子文档传送到规划部门。基础数据采集整理模块包含数据接口和电子文档上报2部分。

（2）负荷分析与预测。负荷分析与预测应实现总电量、总负荷分析与预测，分行业电量、负荷分析与预测，分行业最大负荷利用小时数、负荷同时率、负荷曲线分析。绘制负荷分布图，并实现任意划定区域内的负荷统计等功能。分析各分区的负荷密度、增长率、各级变电容载比、电网密度与负荷的匹配情况，实现负荷预测结果数据的自动汇总功能，可以通过图形、表格等形式对各区域、各年份的负荷预测结果进行比较，为电网建设改造项目的安排和电网规划的滚动修订提供定量的依据。按年度分区、分电压等级收集和积累最大负荷数据。

（3）DXF文件的解析。该系统开发出DXF文件的接口，能够对DXF文件和配电网的组成部分做出正确的解析。同时可以进行解析数据的导出和导入，为进一步生成拓扑、拓扑转化和潮流计算、短路电流计算等评估功能提供可靠的数据来源。

（4）变电站选址定容。按综合区块容量、负荷密度和经济实用等条件确定变电站的容量，同时进行优化选址，使确定后的变电站不仅能够满足区块的负荷需求，且建设投资成本降至最低，同时保证安全可靠运行。

（5）高中低压网络规划。变电站选址和定容以后，通过3种优化模式计算如何进行网络规划使得网络布线美观而且节省投资资金。网络可以沿道路规划也可直线规划，应综合各方面考虑，最终选择一种安全可靠经济的规划结构。

2.5 查询功能

该配网规划与评估系统平台提供了强大的查询功能，极大程度上方便了使用者的各种操作和学习应用。查询功能如下：设备的定位和查找；设备的信息查询和数据导入、导出；设备基本参数设置，如电压等级设置、设备型号设置、区域划分设置、负荷同时率设置等。详细的查询功能，不论是在初期软件学习阶段，还是在后期熟练使用阶段，都是从使用者的使用习惯出发进行合理的开发，如图3所示。

图3 供查询全网设备信息

3 山东泰安地区电网的配网规划及评估

结合山东泰安地区电网现有的设备容量和历史运行数据，对泰安地区配电网进行规划，需满足具体的相关规划和建设要求。综合规划评估要求开发软件平台，从以下4个方面进行分析预测：

3.1 负荷密度分析

通过分析负荷密度可以很好地掌控电网规划的预期计划，为正式规划做好一切准备工作。检测某一地区变压器容量是否是当前所需，是否满足预测所需，从而保证电网经济可靠地长期运行下去。负荷密度公式为：负荷密度＝分块地区总负荷容量／分块地区总面积。不同的分块地区负荷密度不一样，在分配电能的同时要综合考虑这些信息，使电能合理分布，经济合理调度，安全可靠运行。

3.2 负荷预测

负荷预测在电网规划中处于首要位置，精确地预测才能保证电网正常跟随时代的发展，才能促进社会的进步。进行预测的方法很多，但都是根据以往每年的负荷实时数据来分析预测未来N年的负荷需求，并作为规划建设初期的指导性指标。

3.3 站点规划及配网规划

变电站的选址建设（图4）和合理的容量分配，不仅关系到电网的经济运行，还关系到整个城市建设的发展和整个电网的可靠运行。合理的配网规划包括高中压配网规划（图5）和低压配网规划（图6）。优化的配网规划不论从选址建设还是线路长度损耗上都能达到经济最优化和城市美观化的效果，也能从根本上降低电网事故率。

图4 站点规划图

图5 高中压配网规划布线（未沿实际路线布线）

图6 低压配网规划布线（沿实际路线布线）

3.4 规划评估

结合泰安地区的经济发展状况和近几年的负荷增长数据以及现实的规划需求，应用规划评估软件平台进行规划合理性和可靠性验证，形成最终的规划方案，保证电网正常运行后的经济效益，长期发展的目的得以实现。

4 结语

配网规划与评估软件平台的成功应用，为泰安地区电网经济安全可靠运行提供了有力的保障。该平台可实现负荷预测、负荷密度计算、变电站选址、线路规划等功能，并通过综合指标评估为规划方案进行量化评估。实践证明，该平台可减少规划人员的工作量，为智能电网快速发展提供有力的规划工具。

［1］牛东晓，曹树华，卢建昌，等.电力负荷预测技术及其应用［M］.第2版.中国电力出版社，2009

［2］陈章潮，唐德力.城市电网规划与改造［M］.第2版.中国电力出版社，2007

［3］彭小青.城市电网建设及低压配电网改造［J］.广东科技，2011（14）

［4］卢强.数字电力系统（DPS）——新世纪电力系统科技发展方向［J］.物理与工程，2001（3）

［5］《中国电力百科全书》编辑委员会，等编.中国电力百科全书：电力系统卷［M］.中国电力出版社，1995

［6］吴敬儒，陈剑波.我国电力工业发展规划问题［J］.中国电力，2005（9）

［7］张运洲.我国电网规划与发展中的几个具体问题［J］.中国电力，2003（9）