一种电磁环网开环运行的经济性评价方法

赵雄光，乔 立，罗芳绘，赵红生，王 博，魏 聪

（1.国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北 武汉 430077；2.中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北 武汉 430223）

0 引言

目前，电网的经济性评评价主要分为两大类，一类侧重于评价电网规划的经济性，另一类侧重于评价电网运行的经济性。

电网规划的经济性评价研究较多。目前国内外研究已从传统的技术经济的角度逐渐向更宽广的维度拓展，从单纯考虑电网的经济效益到涵盖国民经济、社会发展、能源资源分布、能源政策、环境保护等各个方面，由单一财务评价向综合评价演变[1-3]。经济性评价的方法有很多，财务评价方法有：净现值法，内部收益率法，投资回收期法等，财务评价方法主要考虑电网的各部分成本，计算大电网的售电收益、净现值、投资回收期等；而将多种因素考虑在内的综合评价方法则较为复杂，针对多种影响因素的电网的综合评价通常采用模糊综合评判法、层次分析法、主成分分析法、灰色关联分析法、数据包络分析法等来衡量电网的综合效益。

电网运行类的经济性评价偏重于分析电网的运行效率[4]。分析电网运行的损耗、线路和变压器的利用效率、负荷的分布情况等。目前，国内外对输电网运行的经济性分析仍较缺失，研究文献较少。对现有电网运行的经济性水平，电网运行的不经济、不合理之处，以及导致这些运行不经济的主要因素研究较少，亟需进一步研究。电磁环网开环的经济性评价通常归类为电网运行类的经济性评价。目前，国内已有的研究对电磁环网开环的评价偏重于开环后的N-1校验、短路电流校验、稳定水平校验、最大供电能力校验等，对经济性评价这方面通常只是比较开环前后电网的网损大小，其他方面的研究鲜有涉及。

需要说明的是，同一电网的安全性和运行经济性往往是矛盾的。通过增加投资，可加强网架结构，提升电网的安全稳定水平，则牺牲了一定的经济性，而不采取任何措施，节省投资，则往往使得电网在极限甚至过载情况下运行，影响电网的安全性。因此，本文讨论的经济性是在电磁环网开环后能保证一定的运行安全性前提下进行。本文通过分析输电网的运行情况，根据电网运行准则中的相关要求，遵循指标体系的建立原则，秉承包含重要指标且不冗余的思想，提出了一种评价电磁环网开环前后电网运行经济性的方法，建立了一套电磁环网开环运行的经济性评价指标体系，主要包括电网损耗指标、电网运行效率指标和电网设备经济性指标。

1 电磁环网开环经济性评价指标体系建立原则

评价指标体系建立的好坏直接影响评价结果的准确性和可信度。因此有必要研究建立科学合理的评价指标体系从而进行电网运行经济性评价。电磁环网开环的经济性评价指标体系须遵循如下原则：

（1）指标体系的建立要本着系统科学的原则，全面、有效地反映电网经济运行的各种影响因素；

（2）评价指标体系的建立要符合待评对象的预定目标，能够准确、全面地反映待评价对象的实际情况，从而起到连接电网运行经济性与各影响因素之间的桥梁作用；

（3）指标体系中的各项指标首先能够互相补充，从整体角度可以反应电网运行的技术特征和状况；

（4）各项指标尽量保持独立性，避免或减少指标冗余的情况；

（5）指标的建立要考虑使用实际情况，具有可操作性。

依据上述原则，建立电磁环网开环的经济性评价指标体系，考虑电网的损耗、负荷、设备的情况，全面反映各因素与经济性之间的关系。

2 电磁环网开环经济性指标建立

根据上述分析和指标体系的建立原则，本文建立电磁环网开环的经济性评价指标见表1。

表1 电磁环网开环经济性评价指标Tab.1 The economic evaluation index of unlocking the electromagnetic loop

其中一级指标包括电网损耗、电网运行效率、电网设备经济性三个指标，二级指标包括线路损耗率、主变损耗率、线路负载率及方差、主变负载率及方差、线路截面合格率、主变容量合格率等指标。各个指标的具体含义和计算方法如下。

1）电网损耗

电网损耗是衡量电网公司经济效益的重要指标，同时也反映了电网运行的经济性。电网中的主要设备为线路和变压器，故选取线路损耗率和主变损耗率作为电网损耗的两个二级指标。

①线路损耗率。根据电网的结构和运行参数，通过潮流计算，得出电网的线路损耗率如下式所示。

式中：η1为线路的理论损耗率；ΔAlΣ为待评价电网中所有线路的损耗电量；Ag为待评价电网的供电量。

②主变损耗率。主变损耗率是变压器损耗电量与供电量之比的百分数，该指标反映主变的损耗情况，表达式如下

式中：η2为主变的理论损耗率；ΔAlΣ为待评价电网中所有主变的损耗电量；Ag为待评价电网的供电量。

2）电网运行效率

电网运行效率主要体现在线路和主变的利用率上，反映了电网规模与负荷的匹配情况，从而反映电网的经济效益。电网中输电设备（线路和变压器）的平均负载率直接反映了电网的运行效率。另外，实际电网中，还会存在线路和电网的平均负载率比较合理，但仍然存在局部设备重载，局部设备轻载的情况，电网设备负载的不均衡性也影响着电网的经济运行，故还需要考虑输电设备负载率方差这一影响因素。即线路负载率方差与主变负载率方差，负载率方差越大，其输电设备的负荷越不均衡，说明电网结构存在不合理的地方，负载率方差越小，说明负荷分布均衡，电网结构合理，给运行带来便利。故电网的运行效率从两个方面进行考察，一是线路和主变的平均负载率，二是线路和主变的负载率方差。

线路的平均负载率计算如下

式中：η3为线路的平均负载率；ρi为待评价电网中第i条线路的负载率；N为待评价电网的线路条数。

主变的平均负载率计算如下

式中：η4为主变的平均负载率；ρi为待评价电网中第i台主变的负载率；M为待评价电网的主变台数。

线路的负载率方差计算如下

式中：η5为线路均负载率方差；ρi为待评价电网中第i条线路的负载率；N为待评价电网的线路条数。

主变的负载率方差计算如下

式中：η6为主变的平均负载率；ρi为待评价电网中第i台主变的负载率；M为待评价电网的主变台数。

3）电网设备经济性

电网设备通常有个经济的运行区间，在此区间内，电网的设备使用寿命长，运行经济性好。例如各截面导线均具有其经济电流密度，经济电流密度是指通过各种经济、技术、生产比较而得出的最合理的电流密度，采用这一电流密度可使线路全周期投资、损耗、运行费用综合最小。过小的导线截面不利于电网的安全运行，无法满足负荷需求，过大的导线截面又会增加投资，造成浪费，当导线电流在经济电流密度附近时经济合理。因此可以通过判断导线的最大电流与经济电流密度的比值来判断导线截面是否合理。同样，变压器也有其经济运行区域，当变压器运行在经济负荷区域内时，其损耗较小，经济性优。

式中：Imax为线路的最大电流；j为线路的经济电流密度。可以根据需求设定一个合理区间[a,b]，当求出的比值属于该区间时，则认为导线截面选择合格，线路处于经济运行区间。通过式（8）可计算导线截面的合格率，用该指标来反映线路的经济性。

S为线路的最大电流与经济电流密度的比值，

式中：khs为待评价电网中导线截面合格的线路条数；N为待评价电网的线路条数。

同理，通过下式可计算主变容量的合格率，用该指标来反映主变的经济性。

式中：khs为待评价电网中主变容量合格的台数；M为待评价电网的主变台数。

在对待评价电网开环前后的运行状态的详细分析计算基础上，根据所建立指标含义及计算公式得到评价指标η1～η8的真实数据。可根据开环后的电网这些指标评价电网运行的经济性，可通过对比电磁环网开环前后的指标数据分析电网经济性的变化情况。

3 仿真实例

在上述指标体系下，以武汉江南电网为例，进行仿真分析。2020年，500 kV江南变投产后，凤凰山-江夏-江南片电磁环网开环运行，江南变220 kV母线分母运行，凤岳双回断开，开环示意图如图1所示。

仿真分析开环前后电网运行的相关经济性指标，通过电力系统综合稳定程序PSASP仿真计算，计算片区电网的供电量、主变下网、主变容量、主变损耗、线路潮流、线路损耗、导线截面、线路输送容量等参数，可计算得出开环前后该片区电网的指标如表2所示。

由表2可知:开环后线路损耗率略有下降，线路平均负载率从35.4%提高至36.8%，线路的负载率方差下降，导线截面合格率上升，由于负荷分布未发生变化，主变下网变化不大，故主变的负载率及负载率方差等指标均变化不大。从上述指标对比可知，开环后电网的线路损耗略有降低，线路的潮流分布更加均衡，导线利用更加合理。

图1 凤凰山-江夏-江南片开环示意图Fig.1 The open loop diagram of Fenghuangshan-Jiangxia-Jiannan power grid

表2 开环前后电网运行指标Tab.2 The grid operation index contrast before and after the open loop

通过计算开环后凤凰山-江南片和江夏-江南片的指标，结果如表3所示。由表3可知:分片后凤凰山-江南片和江夏-江南片的经济运行指标基本一致，局部地方有些差别。凤凰山-江南片相比江夏-江南片的主变损耗率略低,线路平均负载率略高,主变平均负载率略低,线路和主变负载率方差均略低,线路和主变合格率略高，两片比较来看凤凰山-江南片的网架更加合理，负荷更加均衡，损耗更低，线路和主变运行的经济性更佳。

表3 开环后电网运行指标Tab.3 The grid operation index after the open loop

4 结语

本文通过分析输电网的运行情况，根据电网运行准则的相关要求，遵循指标体系的建立原则，提出了一种电磁环网开环前后电网运行经济性的评价方法，建立了一套电磁环网开环运行的经济性评价指标体系，主要包括电网损耗、电网运行效率和电网设备经济性等三大类共八项指标，阐明了各项指标的具体含义和计算方法，通过仿真实例说明该指标体系的计算分析方法。该评价方法可为电网运行的经济性及电磁环网开环的经济性评价提供重要参考。

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