配电网变电站经济供电半径的研究

王福莹

（国网宁夏电力有限公司中卫供电公司，宁夏中卫 755000）

随着社会经济的发展，在提高中压配电网供电能力的同时，对中压配电网运行方式的可靠性和灵活性等提出了更高的要求[1]。网架结构的合理性决定了中压配电网运行的可靠性和未来的发展空间，合理的供电半径是确定中压配电网网架布局的重要因素之一。供电半径的选择不仅直接影响配电网的电能质量，还影响着配电网中变电站和线路的投资和运行费用[2]。

以往研究中，通过电能质量极限值核算供电半径的方法，忽略了配电网经济性的要求，因此越来越无法满足配电网规划建设的需要。目前对于变电站供电半径的优化研究，是基于以单位面积年费用最小为目标函数，各项技术指标为约束条件的方法计算最优供电半径。

文献建立以总费用最小为目标函数、以变电站满足“N-1”准则为约束条件的变电站优化模型，采用该优化模型可分别计算得到变电站最优容量、变压器最优台数和变电站最优供电半径，但前提条件是已知三者中的两个，这限制了该模型的应用场景。文献在建立单位容量年费用函数过程中，采用固定值衡量变压器运行时的电能损失费用，未对计算得到的变电站最优供电半径进行电能质量检验，会影响计算结果的准确性与合理性。

针对以上问题，文中通过线性回归拟合得到变压器的电能损耗费用与实际负载的函数关系，同时考虑负荷同时率对变电站容载比的影响，并且对最优计算求得的经济供电半径在不同负荷分布场景下进行电压偏差校验，实现基于差异化原则确定变电站经济供电半径，兼顾中压配电网经济性和电能质量的要求。

1 最优供电半径计算流程

配电网变电站最优供电半径计算流程如图1所示。

图1 配电网变电站经济供电半径算法流程图

2 算例分析

2.1 算例数据

（1）变压器数据。

选取某区域变压器为例，变压器损耗如表1所示。由表1可绘制得到变压器的空载损耗、负载损耗与变压器容量的关系曲线，如图2（a）和（b）所示。

图2 变压器空载/负载损耗与变压器容量的关系图

表1 变压器损耗表（SF11)

由图2（a）可看出变压器空载损耗与容量存在一阶线性关系，通过拟合可获得变压器空载损耗模型为：

由图2（b）可看出变压器负载损耗与容量存在一阶线性关系，通过拟合可获得变压器负载损耗模型为：

（2）投资数据。

参考配电网规划的投资单价，可测算得到变电站投资与变电站总容量之间的关系曲线，如图3所示。

图3 变电站投资与变电站总容量的关系图

由图3可以看出所以获得变电站投资模型：

（3）参数选取。

配电线路额定电压U=10 kV；线路及变压器的功率因数cos=0.95；投资等年值系数Kd=0.13（利率为6%，规划年限为10a）；对总投资提取的年运行费的年提取系数H1=H2=5%；变压器的年运行小时数t=8760 h；电价C0=0.6 元/kW·h；单位长度电阻值ρ=0.08 Ω/km））；线路曲折系数D=1.3；假设负荷均匀分布，GU=0.5。

2.2 算例结果及分析

2.2.1 单位面积年费用最小法计算结果

假设负荷密度为10 MW/km2，负荷同时率f为0.8，容载比KR为1.8，最大负荷利用小时数x为5500 h。

（1）当其他参数不变时，经济供电半径随负荷同时率f 变化情况如图4所示。

图4 经济供电半径随负荷同时率变化图

由图4可见，当负荷同时率递增时，经济供电半径的取值递减。在负荷密度一定的情况下，负荷同时率越高，变电站最大负荷越大，线路负荷越重，线路经济供电半径相应减小。

（2）当其他参数不变时，经济供电半径随容载比变化情况如图5所示。

图5 经济供电半径随容载比变化图

由图5可见，当容载比递增时，经济供电半径的取值递减。容载比变化时，地区变电站总的配置容量也随之发生变化，地区变电站的总损耗随着总、线路投资、线路损耗也随着变化，最终使容载比与经济供电半径成反比的关系。

（3）当其他参数不变时，供电半径随最大负荷利用小时数变化情况如图6所示。

由图6可见，最大负荷利用小时数对供电半径的计算影响较小，当最大负荷利用小时数递增时，经济供电半径的取值递减。最大负荷利用小时数与变压器损耗和线路损耗有关，其中起主要作用的是线路损耗，所以供电半径随最大负荷利用小时数的增大而减小。在实际电网运行状况下，最大负荷利用小时取值范围在3 000～6 000h 之间。

图6 经济供电半径随最大负荷利用小时数变化图

（4）10 kV 线路经济电流密度与导线型号、最大负荷利用小时数有关，其值在0.8-1.3之间，本次测算中将线路经济电流密度取为常用值1.05。

（5）线路的投资会影响经济供电半径的求取。

表2给出了常用的线路型号及其单价。当线路投资最低，即LGJ-150的情况下能得到经济供电半径的高值，而线路投资较高时，能得到经济供电半径的低值。

表2 线路型号单价推荐表

通过分析可知，对供电半径范围影响较大的参数是容载比、负荷同时率及负荷密度。供电区域负荷密度划分如表3所示。

表3 供电区域负荷密度

参考表3的供电区域负荷密度划分，采用单位面积年费用最小法计算不同参数配合下的经济供电半径，如表4所示。

表4 经济供电半径高值

综合表4的计算结果，可得不同负荷密度供电区域下的供电距离，如表5所示。

表5 不同负荷密度供电区域的供电距离

2.2.2 基于电压损失的供电半径计算结果

计算获得满足电压损失的各类供电区域供电半径范围，如表6所示。

表6 电压损失法测算供电半径（Wkm)

2.2.3 综合结果

结合以上结果，综合考虑单位面积年费用最小，并满足供电半径内电压损失的要求，得到不同负荷密度下各类供电区域的供电半径推荐值，如表7所示。

表7 不同类别供电区下供电半径推荐值

3 结束语

文中综合考虑配电网变电站的变压器和线路的建设及运行参数，全面分析不同负荷密度、不同负荷构成和不同负荷分布对变电站供电半径的影响，获得涵盖各类规划运行情况的配电网经济供电半径。所提出的变电站经济供电半径优化求解算法能指导地区配电网规划工作，提高地区配电网规划方案的经济性和可行性。