配电网多电压级协调供电模型及过渡方案

李科，田春筝，刘巍，刘洪，范博宇

（1.国网河南省电力公司经济技术研究院，郑州450000；2.国网河南省电力公司，郑州450000；3.天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072）

配电网多电压级协调供电模型及过渡方案

李科1，田春筝1，刘巍2，刘洪3，范博宇3

（1.国网河南省电力公司经济技术研究院，郑州450000；2.国网河南省电力公司，郑州450000；3.天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072）

针对当前配电网规划只考虑单电压级的问题，提出了多电压级协调模型及过渡方案。首先，提出了多电压级协调程度的衡量指标，在此基础上，分析了变电站互联对多电压级协调程度的影响；然后，以三座站互联为例，构建供电模型，提出模型属性参数合理取值的计算方法；最后，构建了可尽量平滑过渡到远景年供电模型的过渡方案，为区域电网各个阶段的建设提供指导。

配电网；多电压级；协调规划；过渡方案

配电网是电能传输的最后一环，与用户联系十分紧密，是保证可靠优质供电的基础，对其进行科学的规划，可以保证电网改造的合理性以及电网运行的安全性和经济性，提高配电网的供电质量。当前的配电网规划主要考虑单电压级内部的协调。根据现行配电网规划技术导则，主变容载比总体宜控制在1.8～2.2范围之间[1]，即主变负载率控制在50%以下，本电压级的内部协调即可满足故障时负荷转供的需求。随着自动化水平提高，下级电网可对上级提供支持，只考虑单电压级无法充分发挥配电网负载能力，但当前规划没有计及多电压级之间的协调。

为此，本文对配电网多电压级协调供电展开了研究。首先，提出了多电压级协调供电程度的衡量指标，在此基础上，分析了变电站互联对多电压级协调程度的影响，得出最佳互联变电站数目；然后，以三座站互联为例，构建供电模型，提出属性参数合理取值的计算方法；最后，构建了可尽量平滑过渡到远景年供电模型的过渡方案，为区域电网各个阶段的建设提供指导。

1 配电网协调程度评估

1.1 配电网协调程度衡量指标

配电网多电压级协调需要解决用于描述协调程度的衡量指标及其评估方法的问题，协调程度的衡量可以通过综合负载能力的评估来实现。综合负载能力的评估经历了从单电压级到多电压级的发展过程。配电网多电压级协调已由高压变电站与中压配电网的两级协调[2-4]、经高压配电网/高压变电站/中压配电网的三级协调[5]、逐步过渡到由220 kV变电站至低压配电网的全电压等级序列之间的协调[6-8]，主变的负载能力也随着协调程度的提高而变化。通过负载能力的评估可以对配电网的协调程度进行描述。

1.2 变电站互联与负载能力的关系

负载能力的提高可以反映配电网协调程度的加深，变电站互联会对负载能力产生影响，从而影响配电网的协调程度。

1）变电站互联的意义

在以前配电网自动化程度不高的条件下，当主变发生故障时，异站转供需人工操作，造成的停电时间长，所以只考虑站内转供。随着自动化水平不断提高，通过远程的“三遥”开关，不同变电站的主变之间可以通过下级电网互联，在主变发生故障时不仅可以进行站内转供，且可以通过站间联络进行转供，转供对象增加，从而提高了主变的负载能力。

2）负载能力与互联规模的关系

为了进一步探究针对负载能力提升的最佳互联规模，分析在站间联络充足的情况下，不同互联规模对应的主变负载能力变化。互联变电站座数少，网络的联络关系简单，但网络的负荷转移对象少，从而导致系统负载能力水平低；互联变电站座数多，网络的联络关系复杂，但转供对象增加，负载能力相应提高。

设研究区域内共有n座变电站，可将其分别编号为1，2，…，n，对应的各座变电站的主变台数分别为N1，N2，…，Nn。正常运行时第i座站各台主变的平均负载率为

若各座站各台主变容量均一致，则有

式中：i=1，2，…，n，表示第i座变电站；j=1，2，…Ni，表示第i座变电站的j号主变；Ri，j表示第i座变电站的j号主变容量；k为主变短时允许过载系数，可取k=1.3[9-11]。假定互联的各座变电站均含3台相同容量的主变，主变负载能力与互联变电站座数间的关系如图1所示。

由图1可知，互联变电站座数与主变负载能力间大致呈对数型关系，当互联站数增加到一定值时，主变负载能力趋于饱和。

3）互联规模对经济性的影响

变电站互联可以提高主变的负载能力，在所供负荷一定的情况下，可以减少变电站建设规模。但与此同时，站间联络也需增加一定的投资。最佳互联规模的确定需要综合考虑这两个方面[12]。

站内联络通常在线路接近末端的某处建立联系，该处之后的线路可采用分支线路。站间联络则需在末端建立联系，主干线路长度近似为供电半径。因此，与站内联络相比，站间联络末端相应线路的线径及投资会增加。

经济性评估以全寿命周期成本为基础。全寿命周期成本指的是电网经济寿命周期发生的总费用，分建设、运维、残值3个部分，其中建设成本为主要成本，且运维成本和残值会随建设规模的增加而等比例增加。在简化估算中，只考虑建设成本。采用单位负荷的投资才展示不同方案间的经济性对比。

在某一供电区域中，变电站的规格为3×50 MV·A，其对应的成本为5 000万元/座，主干线路的电缆型号选为YJV22-3×300，导线载流量为552 A，线路容量为9.56MV·A，造价为95万元/km，分支线路的电缆型号选YJV22-3×185电缆线路，导线载流量为370 A，线路容量为6.41MV·A，造价为70万元/km。站内联络在线路末端1/3处建立联系，线路全长2.4 km。线路负载率为50%。计算结果如图2所示。

从图2可以看出，3座或4座变电站互联时投资比较接近，且明显低于互联变电站座数为其他值时的投资。

2 多电压级协调供电模型

互联变电站座数以3座或4座为宜，下面将以三角形供电模型为例分析多电压级协调模式。

2.1 三角形供电模型结构特征

模型中3个高压变电站呈三角形分布，在变电站单侧的区域，馈线相互手拉手形成站内单环网，每个站内单环网作为一组站内馈线供电单元。在变电站之间的区域，每条馈线的远端点与对侧站所出馈线的远端点构成一个站间联络，形成单联络接线，每两条形成单联络的出线作为一组站间馈线供电单元。对于不同站内主变配置，该模型可配备多组供电单元[13-15]。模型结构特征如图3所示。

2.2 模型参数合理取值

充足的站间联络是多电压级协调的基础，但联络过度也将造成一定的浪费。在保证联络容量充足的前提下，确定单台主变出线条数和单台主变站间联络数的最小值，可以提高模型的经济性。

主变所能供应的负荷通过线路来供应，所以单台主变出线条数应为主变所供负荷量与一条线路可供负荷量的比值，即

式中：n1为单台主变出线条数；S为单台主变的额定容量；T为主变平均负载率；θ为主变功率因数，取0.95；η为站间馈线供电单元线路最大负载率；S0为对应线路安全电流限值的线路容量；Ф为线路功率因数，取0.90。

当主变发生故障时，一部分负荷由站内其余主变转供，一部分通过站间联络由其他变电站转供，单台主变站间联络数应为需通过站间联络转供的负荷量与一条站间联络线路可转供的负荷量的比值，即

式中：n2为单台主变站间联络数；N为单座站内主变台数；S为单台主变的额定容量；T为主变平均负载率；θ为主变功率因数，取0.95；η为站间馈线供电单元线路最大负载率；S0为对应线路安全电流限值的线路容量；Ф为线路功率因数，取0.90。其中(N-1)S(1-T)θ为站内转供的负荷量。

表1给出了3座变电站互联情况下中压网络接线分别采用多分段单联络和多分段两联络时满足联络容量充足所需主变出线和站间联络的条数。

3 供电模型过渡方案

在上述供电模型最终形态的基础上，需针对区域电网各个发展阶段的差异，分析供电模型的过渡过程，建立可尽量平滑过渡到远景年供电模型的过渡方案。

3.1 供电模型过渡思路

供电模型的建设分为3个阶段，起步建设阶段、全面开发阶段和发展完善阶段[16]，部分模型由于站点较少、接线模式较为简单或能够在某模型实现的基础上进行过渡，因此可简化其过渡阶段。每个过渡阶段可从以下3个因素考虑模型的过渡：接线模式、变电站互联情况、主变台数。

3.2 三角形单联络供电模型过渡方案

以三角形单联络供电模型为例来说明过渡方案的建立过程。三角形单联络供电模型过渡方案如图4所示。

起步建设阶段地区初步发展，负荷较少，新建一座变电站，站内主变配置为两台，满足供电区域用户负荷需求。

全面开发阶段随着负荷增加，负荷水平超过一座站的供电能力，建立第2座变电站。为充分发挥站间转供负荷的能力，站间出线条数为相同主变配置下的三角形单联络供电模型两座站站间出线条数，且站间联络出线和第2座站的选址要综合考虑未来第3座站的情况。相反的，若站间出线条数不多于相同主变配置下的三角形单联络供电模型两座站站间出线条数，与上述情况相比，站间联络通道减少，负载能力降低。

发展完善阶段当负荷进一步增加，超出两座站的最大供电能力时，建议首先新增站点，并同原有站建立站间联络，以优先获取变电站用地及线路廊道资源。当负荷继续增加，超出站内两主变配置模型的供电能力时，根据负荷发展所处区域逐个为各站增加一台站内主变，最终达到站内三主变的配置。

4 结语

本文针对配电网多电压级协调展开了研究，解决了协调程度的衡量、最佳互联规模的确定、供电模型主变出线和站间联络数的计算等问题，并建立了可尽量平滑过渡到远景年供电模型的过渡方案。研究成果可为配电网规划提供指导。

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M ulti-voltage Coordinated Power Supp ly M odelof Distribution Grid and Its Transition Scheme

LIKe1，TIANChunzheng1，LIUWei2，LIUHong3，FANBoyu3
（1.Economic Research Institute，State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China；2.StateGrid Henan Electric Power Company，Zhengzhou 450000，China；3.Key Laboratory of SmartGrid ofMinistry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Considering that current research only focuses on the single voltage in the planning of distribution grid，a multi-voltage coordinatedmodel and its transition scheme are proposed.First，themeasurement index ofmulti-voltage coordination degree is formulated，and theeffectofsubstation interconnection on the same degree isanalyzed according⁃ly.Then，the interconnection of three substations is taken as an example to establish the power supplymodel，and the calculation method of reasonable values for the parameters in the proposed model is given.Finally，the transition scheme that can smoothly transit to the power supplymodel in the long-range years is established，which can provide guidance for the construction of regionalgrid in differentstages.

distribution grid；multi-voltage；coordinated planning；transition scheme

TM711

A

1003-8930（2017）03-0126-05

10.3969/j.issn.1003-8930.2017.03.021

李科（1987—），男，硕士，高级工程师，研究方向为配电网规划技术。Email：like9@ha.sgcc.com.cn

2016-08-21；

2016-09-30

刘洪（1979—），男，博士，副教授，博士生导师，主要从事城市配电网规划与评估、分布式电源与电动汽车充电站接入等方面的研究。Email：liuhong@tju.edu.cn

田春筝（1982—），男，硕士，高级工程师，研究方向为配电网规划技术、智能电网技术。Email：tianchunzheng@ha.sgcc. com.cn

刘巍（1983—），男，硕士，高级工程师，研究方向为配电网规划技术、智能电网技术。Email：liuwei62@ha.sgcc.com.cn