高中压配电线路供电能力的多指标评价方法

陈永进，吴杰康

(1.广东电网公司韶关供电局，广东 韶关市 512028;2.广东工业大学自动化学院，广州 510006)

随着新能源、储能装置和电动汽车在配电网的大量接入，将有助于新能源的分布和可持续高效利用，但是同时也给原有配电网带来了电压质量严重偏高或偏低、供电阻塞等问题［1－6］。为了适应新能源的大量接入，探寻规划建设新配电网或计划改造原有配电网的方法已经成为一个迫切任务。

配电网规划或原有配电网改造计划首先应考虑技术、经济、可靠性等问题［7］－［11］。传统的配电线路供电能力评价方法主要侧重于考虑技术因素的影响，比如考虑噪音［12］、接线模式［13］、线路容量［13］、容载比［14］;有的侧重于资金投入，但往往忽略一些技术因素和供电可靠性的影响［12］以及供电可靠性的要求。本文在考虑传统的配电线路供电能力评价方法基础上，提出在高中压配电网配电线路规划或改造计划时，要增加同时考虑电压质量、网损和供电可靠性的影响因素，即多指标评价方法。

1 多指标评价方法

正常供电是指在保证电能质量及维持一定的供电可靠性和网损水平的情况下为用户负荷提供功率。配电网中110 kV、35 kV、10 kV配电线路是常见的高中低电压配电线路，评价其供电能力主要考虑电压质量、线损率、供电可靠性等指标。

1.1 电压质量指标

评价节点电压质量就是比较节点电压实际值与额定值的大小，可采用其比值的方法来评价，若节点电压实际值与额定值的比值等于1，则说明节点电压在额定值的水平上;若节点电压实际值与额定值的比值大于1，则说明节点电压比额定值偏高;若节点电压实际值与额定值的比值小于1，则说明节点电压比额定值偏低。对于单一节点电压，构建的考核指标为

式中，Ui、Uni分别为节点i电压的实际值和额定值。

评价变电站变压器增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对单一节点电压的影响，分别构建的考核指标为:

式中:NL0、NL分别为原有线路的数量、新增线路的数量，NT0、NT分别为原有变压器的数量、新增变压器的数量，ST0i、STi分别为原有和新增变压器的容量，LT0i、LTi分别为原有和新增线路长度，AT0i、ATi分别为原有和新增线路导线截面积;kUS、kUL、kUA分别称为新增单位变电容量引起的电压偏移量、新增单位线路长度引起的电压偏移量、新增单位线路截面积引起的电压偏移量。电压偏移量可以针对最大负荷和最大电源出力的情况下进行计算，也可以针对各种运行方式和条件进行计算。

从全网整体来看，评价变电站变压器增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对节点电压的影响，分别构建的考核指标为:

式中:NN0、NN分别为原有和新建网络的节点数;kVSA、kVLA、kVAA分别为是新增单位变电容量、新增单位线路长度、新增单位线路截面积引起全网电压平均偏移量。电压偏移量取全网的平均值，反映的是全网电压的平均变化。

1.2 网损指标

以电网中每条支路功率损耗在线路技改和新建前后的比值来评价线损率，若比值等于1，则说明功率损耗无变化，若比值大于1，则说明功率损耗变大，若比值小于1，则说明功率损耗变小。对于某一线路功率损耗，构建的考核指标为

式中:PLoss0i、PLossi分别为电网进行技改和新建线路之前和之后线路i在每个节点均为最大负荷下的功率损耗。

电网建设不仅追求最好的经济和技术效果，同时期望通过线路的技术改造和新建获得全网线损率的降低。如果期望电网建设线损率为λLEi，那么线损率的考核指标为

变电站变压器增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对支路功率损耗均有影响，而且单位容量、单位线路长度、电网线路导线截面积的影响对其程度也不相同。针对这种情况，可以分别称为新增单位变电容量引起的线损率、新增单位线路长度引起的线损率、新增单位线路截面积引起的线损率，并可分别构建如下的考核指标来评价:

评价变电站变压器增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对整个电网功率损耗的影响，可用的指标为:

式中，kLossSA、kLossLA、kLossAA分别反映的是新增单位变电容量、新增单位线路长度、新增单位线路截面积造成的全网总功率损耗。

1.3 供电可靠性指标

每个负荷点供电可靠性在线路技改和新建前后都会有变化，每个负荷点供电可靠性在线路技改和新建前后比值的大小可以用来评价电网供电可靠性的变化。当比值等于1时，则说明线路技改和新建对负荷点供电可靠性无影响，当比值大于1时，则说明线路技改和新建对负荷点供电可靠性增大了负荷点供电可靠性，当比值小于1时，则说明线路技改和新建降低了负荷点供电可靠性。对于某一负荷点供电可靠性，构建的考核指标为

式中，λD0i、λDi分别为电网技改和新建前后负荷点i供电可靠性的实际值。

如果对供电可靠性有一种期望值λDEi，那么供电可靠性的考核指标为

考核变电站增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对负荷点供电可靠性影响程度，可以分别用新增单位变电容量增大的供电可靠性、新增单位线路长度增大的供电可靠性、新增单位线路截面积增大的供电可靠性三个指标，即

评价变电站变压器增容、线路长度变化、线路导线截面积变化对整个电网功率损耗的影响，分别用的三个指标为:

式中:kλSA、kλLA、kλAA分别反映的是新增单位变电容量、新增单位线路长度、新增单位线路截面积形成的所有负荷点供电可靠性平均变化量。

1.4 电压质量、网损、供电可靠性综合评价指标

从全网的角度考虑所有节点电压水平、所有支路功率损耗以及所有负荷点供电可靠性相对应技改和新建前的计算值，分别构建的考核指标为:

式中ND0、ND分别为技改和新建前后负荷点数。

考虑经济和技术效益的要求以及考核指标的约束，构造电压质量、网损、供电可靠性综合评价模型:

VEiλEikLossEi分别为期望达到的节点电压考核指标、期望达到的负荷点供电可靠性考核指标、期望达到的线路功率损耗考核指标，i为区域的指引。

2 实例计算与分析

假设10 kV、35 kV、110 kV变电站单位容量投资值为 15万元/MVA、25万元/MVA、40万元/MVA，10 kV、35 kV、110 kV 线路单位长度投资值为10万元/km、20万元/km、50万元/km。在区域负荷40 MVA且导线截面积为120 mm2、300 mm2下10 kV、35 kV、110 kV线路供电能力综合评价如表1、表2所示;在区域负荷200 MVA且导线截面积为120 mm2、300 mm2下 10 kV、35 kV、110 kV 线路供电能力综合评价如表3、表4所示。

从表1至表4可以看出，在30 km至60 km的线路长度范围内，35 kV线路供电能力综合评价值均高于10 kV和110 kV线路;在一定的线路长度范围内，10 kV线路供电能力综合评价值会高于35 kV和110 kV线路，而35 kV线路供电能力综合评价值均高于110 kV线路。

表1 负荷为40 MVA且导线截面积为120 mm2时10 kV、35 kV、110 kV线路供电能力综合评价Tab.1 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 120 mm2and the load power being 40 MVA

表2 负荷为40 MVA且导线截面积为300 mm2时10 kV、35 kV、110 kV线路供电能力综合评价Tab.2 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 300 mm2and the load power being 40 MVA

如果输送功率相同，在确保电压质量并实现期望的供电可靠性水平、最低网损率的情况下，需要的110 kV线路数量小于35 kV、10 kV线路，比如:导线截面积为300 mm2的110 kV线路在供电半径为20 km时并输送功率200M VA功率时，110 kV线路需要4条，35 kV线路需要12条，10 kV线路需要135条，可见在节省占地方面110 kV线路优势非常明显。

表3 负荷为200 MVA且导线截面积为120 mm2时10 kV、35 kV、110 kV线路供电能力综合评价Tab.3 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 120 mm2and the load power being 200 MVA

表4 负荷为200 MVA且导线截面积为300 mm2时10 kV、35 kV、110 kV线路供电能力综合评价Tab.4 Hybrid assessment of power supply capability of 10 kV、35 kV、110 kV distribution lines with conductor sectional area being 300 mm2and the load power being 200 MVA

3 结论

1)单纯从电压质量、供电可靠性和网损率的综合评价指标看，在30 km至60 km的线路长度范围内35 kV线路好于10 kV、110 kV线路。

2)从节省占地来看，110 kV线路优于10 kV、35 kV线路。

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