农村电网经济供电半径和经济功率因数的研究

秦榛

摘 要：目前，中国农村正处于一个电气化的时代，农村电网的用电量和用电的负荷也随着用户的增加而剧增，现在实行的电气设备已经不能够满足村民的需要。因此，该文对怎样选取一个更优化的农村电网进行了研究，并提出了新的方法。这种方法是以国家规定的农村电网建设为约束，确定了电压的允许偏差数值，把单位供电的面积年费用（经济指标）最小作为目标函数，分别在最小负荷和最大负荷的情况下，建立以电压等级供电的半径大小为优化变量的模型。通过对该方法的应用不仅考虑了技术经济因素，同时能够符合现下农村电网的实际状况，有利于农村电网的改造和发展。

关键词：经济供电半径 优化模型 经济功率因数 农村电网

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0086-01

在规划设计和使用管理农村电网的时候，要充分考虑供电半径、功率因素这两个经济技术指标，这两个指标对电能损耗、电网的经济运行、电压质量、电网的结构这些方面都有着十分重要的影响。现在许多学者都在研究怎样合理的确定功率因素值和供电半径，让电网运营成本达到最小。本文在以往对功率因素和供电半径的研究基础上，把设备另外的三个因素考虑进来作为目标函数，这三个因素包括电能损耗费用、维护运行费用和一开始对电网的建设投资，在满足国家对电压允许偏差值的有关规定下，来分析供电半径和功率因素在何时使得单位供电面积年费用最小，从而使供电成本最经济。

1 电网模型的构建

1.1 数据的搜集

在调研统计的基础上得到了本文的基础数据。作者搜集了变压器台数、导线型号、最大负荷、最大负荷利用率、各地区电网供电的面积、容量不同的变电站的投资等资料。在采集了各种数据后，对这些数据进行了回归拟合，获得了不同等级变电站容量和造价的函数关系，线路投资造价和截面积的函数关系等一系列的有关函数。

1.2 原则

坚持下列基本原则：（1）按照供电的面积，对负荷均匀的分布；（2）将农村电网设计为圆形区域，把变电站设置在圆心，成辐射状；（3）把变电站和变电站出线单独设为一个单元，计算到中压配电网；（4）电网中的线路导线的截面积都要按照经济电流密度选取。

1.3 基本思想

本文选取的数学模型是以单位的供电面积年费用为目标函数的，公式表达如下：

fa+fb+fc=min（fo）

其中fo表示的是目标函数，单位是万元/每千米的平方；fa表示的是单位的供电面积的维护费用；fb表示单位供电的面积的设备投资造价的费用；fc表示单位供电的面积在电能损失方面的费用，单位均与fo相同。

fa=kaz；fb=kbz

kc=i（1+i）n/（1+i）n-1

其中z为建设总投资；ka为设备维修率；kb为投资的等年值系数；i是年投资收益率；n表示投资的收益年限。

2 模型的建立

2.1 线路的投资

通常情况下来说，截面积与单位长度线路的全部投资造价是呈现线性相关的，接下来把单位长度的线路投资近似的表示为下列式子：

Zm=d+eSj

式子中的d表示与导线的截面积没有关系的部分，单位是万元/每千米；e表示与导线的截面积有关系的部分费用，单位是万元/km*mm2；Sj表示的是导线的截面积，这个数据是由统计而得到的，单位mm2。

假设变电站有n条回出线：

n=Sb/Smax

出线总造价为：

Zm=（d+eSj）nL

单位供电面积线路的造价是：

[Zm]=Zm/S=B3αL；B3=KP（d+eSj）/√3JSjUn

其中KP为容比载；J是线路的电流的密度，单位A/mm2；Un是表示线路电压的额定值，千伏为单位。

因此由最后一个式子，我们可以看出，在负荷密度不变的基础上，单位的面积线路的投资造价是供电半径的函数。

2.2 变电站的投资

在一定的区域内，变电站的总造价可以表示为：

Zx=g+hSx

式子中的g表示与变电站的容量没有关系的部分，单位是万元；h表示与变电站的容量有关系的部分费用，单位是万元/KVA；Sx表示的是变电站的容量，这个数据是由统计而得到的，单位mm2。

单位变电站供电面积是：

[Zx]=Zx/S=B1/L2+B2α；B1=g/3.14；B2=hKP

从上一个表达式，可以看出，在符合密度一定的时候，单位供电面积在变电站上投资数额是与供电半径成二次相关的函数关系。

3 建立电压偏差约束模型

根据我国规定的电压允许偏差数值（不同等级的电压数值不同），该文对电网运行时最大负荷和最小负荷时线路的不同端点进行了约束，约束了电压允许偏差值。本文是针对农村电网通常使用的供电方式作为例子，供电方式为110/35/10 kV，借此来解释电压偏差约束模型的。

最小负荷的时候，分别对0.4 kV与10 kV的线路首端进行了电压偏差约束。

最大负荷的时候，分别对10 kV，35 kV，0.4 kV线路的末端处进行电压偏差约束。

4 优化模型

本文选择了罚函数发对优化模型的求解，而不是平常使用的非线性有约束最优化问题的求解方式。求解这一类型的问题时，罚函数法也是具备一定的代表性。在求解的过程中，罚因子取的数值的变化也会影响目标函数最优解的变化，结果会收敛在原始问题的最优解上面。外点法、内点法、混合型点法是如今最常使用的三种方法。

因此，能求出不同的供电等级和不同的负荷下，功率因素和供电半径的数值。当单位面积供电年费用达到最小时，相应得到的功率因素和供电的半径就是所求的数值，此时，电网的用电及投资成本是最为经济的。

5 结语

现下我国使用的农村电网采用的方式，其经济性是最低的，电能的损耗严重，因此急需对我国农村电网形式进行整改，减少变电站的层次，简化电压的等级。我国农村电网目前的供电半径较大，应参考模型计算得出的数值，恰当地对供电半径进行调整，从而使农村电网的结构合理化。本文依据一系列的方法建立了最优模型，所计算出的结果能有效地帮助农村电网的建立和整改，使得其更加符合经济适用性的原则。

参考文献

[1] 赵飞，许跃进，王宁.农村电网经济供电半径和经济功率因数的研究[J].电力科学与工程，2011（12）：8-11.

[2] 顾雨嘉，许跃进.尹志.农村电网优化电压制式及经济供电半径的研究[J].农业工程学报，2010（S2）：146-150.endprint