基于网格化理念的城市中心区配电网规划策略

国网江苏省电力有限公司灌云县供电分公司 商晓平

城市中心区是都市政治、经贸、文化活动的聚集地区，区域内配电网规划面临的问题更加明显。传统城市规划战略已不适用于城市中心区发展现状，需要探索一个全新的规划战略。本文提出了配电网网格化规划方案：其通过将配电网区域划分为多个分区，以各分区现状与差异为规划标准，最终实现网格化供电。与传统方式相比，网格化规划模式能够实现对配电网资源的全面优化整合，有助于提高电网运行效率。

1 传统城市中心区配电网规划方法存在的问题

城市中心区配电网规划存在诸多问题：第一，配电网结构不清晰，导致转供电作业过程复杂。第二，由于供电价格负载的不平衡，导致各种设施利用率差别极大。第三，城市配电网络规划与城市总体发展计划不符合。第四，城市配电网规划自动化和智能化水平不够，导致城市配电网运营效率偏低。

问题的主要原因如下：其一，外部环境压力，主要是城市规划频繁调整、电磁辐射干扰和能源新政策等因素带来的。其二，城市化进程加快对城市配电网络规划提出了更高要求，但传统城市配电网规划模式还存在诸多问题尚未克服。其三，运营风险高，主要表现在城市配电网的负载压力增大、分布式网络结构电源增多、电网之间互连程度提高等[1]。

2 基于网格化理念的城市中心区配电网规划

2.1 城市中心区配电网网格化规划的必要性

为解决传统配电网规划中存在的问题，提升区域供电可靠性，我国已在多个地区试行配电网网格化规划方法。配电网网络化建设，是采用了系统化信息交互技术的新型城市规划管理模式，其将网格环境设定为基本单元，用以促进网格环境中的资源协调利用与有效共享，使各部分间紧密联系并构成有机整体。而进行网格化管理则首先要进行电源分区，以确定城市中心区的电源区域、设备布置以及供电基本状况，同时进一步进行单元划分，并将单元作为管理单位实施饱和负荷实测。

第一，其是以用户需求为目标，结合饱和年负荷预测的长远规划方法，能够切实满足规划区域长期用电需求。第二，其是综合考虑区域规划与负荷空间分布的统筹规划方法，能够避免区域内用电负载不均等问题的出现。第三，其通过将城市中心区划分为多个网格，能够实现对故障问题的精准定位，并将故障影响范围限制在网格内部，尽可能避免大面积停电维修，提高区域供电质量与可靠性。

2.2 网格规划主要流程

首先，确定规划区域规划目标，收集网格规划所需的数据资料。并根据收集到城市中心区域实际情况，对规划区域进行网格划分。其次，在网格划分的基础上，结合区域内电网现状进行对划分结果进行优化调整。再次，对规划区域空间负荷进行预测，包括供电单元、供电网格、供电区域规划年和饱和年负荷值等。最后，根据网格划分结果及负荷预测结果，对配电网网架和线路进行规划，并预设过渡年规划方案及饱和年规划方案。

图1 网格划分

2.3 网格划分方法

供电区域划分一般是为电网分析、梳理供电关系、确定建设标准等服务的。基于国家规定，网格划分有以下几种方法，如表1所示[2]。

表1 网格划分办法与优缺点分析

2.4 城市中心区配电网网格化规划应用现状

我国已在多地试行了城市中心区配电网网格化规划策略，效果显著。例如：应用网格化规划后，北京A+类供电区域未来几年内供电可靠性水平将提升至99.995%，停电平均时长低至30s/户以下。综上所述，应用配电网网格化规划策略后，规划区域整体供电质量与供电可靠性明显提升，线路故障问题发生的可能性降低。

3 城市中心区配电网网格化规划中的网格划分问题

科学合理的网格划分是网格规划的关键。相比于传统配电网规划，网格化规划有很大的优势，但我国在其实行过程中仍存在许多问题亟需解决。其一，网格划分依赖于规划人员主观经验。目前我国各地区多采用人工进行网格划分，规划人员需根据网格划分原则并结合城区规划要求对规划区域进行网格划分，过程完全依赖工作人员的主观经验。同时，划分过程中规划人员需要对多项指标进行统计与重复计算，过程易出错[3]。此外，还存在缺乏固定标准，规划区域负荷预测同时率与负荷密度指标选取困难等问题。

4 城市中心区配电网网格化规划中的空间负荷预测问题

4.1 空间负荷预测方法

在网格规划过程中不仅需要对规划区域负荷总量进行预测，负荷空间分布信息也同样重要。传统的负荷总量预测方法无法满足网格规划对负荷空间分布信息的需要，因此，网格规划多采用空间负荷预测法。常用空间负荷预测法主要包括负荷密度指标法、户均配变容量法和大用户+自然增长率法。

4.1.1 负荷密度指标法

在城市中心区配电网网格规划过程中应用负荷密度指标法的基本思路为：先根据各供电单元面积和负荷密度指标，计算得出各供电单元用电负荷。再结合各用电单元用电负荷和同时率，计算得出各供电网格用电负荷。最后将各供电网格负荷相加得到供电区域的用电负荷。负荷密度法基本流程如图2所示。

图2 负荷密度法基本流程图

4.1.2 户均配变容量法

户均配变容量法是综合指标法的一种，该方法通过用电区域用户个数与户均配变容量指标对用电区域进行负荷预测，特点是相对简单且不需要大量数据支持。目前国内10kV 配变分为公用配电与专用配变两种类型，公用配变一般用于居民生活区域，专用配变一般用于工业生产区域。《配电网规划设计技术导则》对10kV 公用配变和专用配电饱和年户均配变容量指标参考值进行了规定，如表3所示。

表2 《配电网规划设计技术导则》部分参数规定

4.1.3 大用户+自然增长率法

前两种预测方法都是对饱和年进行负荷预测，属于长期负荷预测方法，而对过渡年负荷预测并未给出明确的指标。为解决这一问题，业界提出了“大用户+自然增长率法”，其能够对用电区域过渡年负荷值进行预测。“大用户+自然增长率法”是依据区域历史负荷趋势，选用合适的增长率指标对预测区域过渡年负荷进行预测，在得到过渡年负荷预测值的同时可以预测区域负荷增长趋势，已被广泛应用于区域过渡年负荷预测中。

4.2 空间负荷预测问题分析

针对有详细规划的城市地区，依据城市规划对供电区域饱和年负荷进行预测是配电网网架结构、电源分布、供电线路的重要依据。然而目前我国网格规划过程中，城市地区负荷预测普遍存在以下几方面问题：

其一，在网格划分过程中供电网格划分结果与之前供电所、变电站等电力系统管理范围不一致，这就需要对部分供电网格历史负荷数据进行重新汇总。其二，在传统配电规划过程中并没有对供电区域进行细致的网格划分，在运用空间负荷预测法的过程中只考虑了规划区域各个地块之间的同时率。而在网格规划背景下，供电区域划分为供电网格与供电单元，需要更加精确的同时率选取方法。目前我国网格规划体系并没有给出明确的同时率选取方法，导致确定不同类型用地之间的同时率非常困难。其三，目前负荷密度指标选取主要参考给出的负荷密度指标参考值，可以看出这些标准给出了各类型地块负荷密度上下限，但没有明确该范围内的具体选值方法。而负荷密度与城市气候、发展水平等密切相关，若均采用统一指标而不针对当地情况进行调整，会造成较大的预测误差。

5 实例分析

以广州金融片区配电网为例进行网格化规划。此城市中心区域由4个街道组成，总规划面积约9km[4]。具体包括：网格划分、网格化规划及校验3部分。

5.1 网格划分

规划范围属于A+类供电分区，按街道进行网格划分。按照国家供电网格规划原则，把若干个邻近的、供电特性以及对电源安全性要求基本相同的地块划定为一个网格区，每一网格面积限制在0.5～1.5km2内，并分别加以编号。

5.2 网格化规划

以划分出的01号网格为例。0l 号网格内共有110kV 变电站2座，35kV 变电站l 座。区外另有35kV 变电站1座，用以向网格内提供部分电源。采用负荷密度指标法预测网格总负荷。

5.3 校验分析

应用配电网网格化规划评价模型，对配电网网格化规划成果进行量化评分。评分结果如表3。

表3 配电网网格化规划量化评分结果

分析评分结果可以看出，在应用配电网网格化规划策略后，城市中心区配电网不论是经济性、可靠性、负载均衡程度均十分优秀，负荷适应性也在及格线上。

6 城市中心区配电网网格化规划的优化方针

6.1 超前优化

为强化配电网抵御外界干扰的能力，进一步确保配电网运行稳定安全，配电网规划需同时兼顾近期发展需要与远期发展需要，推动改造和创新同步进行。包括淘汰落后电力设备、合理结合配电站点布局、针对当前配电网络薄弱环节开展重点调整、对网络结构进行强化处理等，确保配电网可以保持稳定协调发展[5]。

6.2 智能优化

开展智能配电网优化工作，即以信号检测系统和大数据监控所得信息系统为建设基础，以网格设置系统为基本单元，着重建设一个集智能网控制、运检和用电服务为一身的综合性网络平台，为配电网网格化规划提供智能支撑。

根据中国城市配电网整体规划现状，亟需在现代计算机技术的帮助下，综合考虑我国城市配电网建设的实际需求，对其实施整体智能化的优化升级，并力求为城市整体发展建设提供更加有效的配电网体系保障。网格化理念在当前的城市核心区输配电网络建设工作中使用比较广泛，其实用性也较好。既能够给城市供电带来安全保护，同时又能够接纳新型清洁能源，从而切实推动城市核心区配电网系统优化。