中压配电网规划中供电分区划分方法研究

何丽娟， 贺洁， 金鑫

(国网宁夏银川供电公司， 宁夏， 银川 750011)

0 引言

本文通过实地考察电力公司供电分区过程，并对配电网划分技术进行归纳总结，通过分析研究各技术方案的优缺点，为本文设计提供技术支撑，其中文献[1]采用N-1配电网电源供电方式，保证中压配电网的安全最大化，供电区利用高压候选通道进行电力输送，输电性能更加稳定。但是这种供电方式严谨性不足，输电检测力度不足导致电力资源浪费[1]；文献[2]通过建立网格化配电网划分模型，利用网格子供区的均衡划分方法对中压配电网进行均衡划分，划分出的供电区域电能供应量相对平衡，有利于配网输电的稳定。但这种均衡划分方法无法完成按需分配电能，对于用电量较大的企业容易造成间歇性断电现象[2]。

针对上述电网供电区划分技术上存在的不足，本研究通过建立供电分区自动划分系统对中压配电网电能质量进行统合调控，应用映射规约划分技术将供电区域划分为等值模型，最后由DP-TBD对等值模型输出的中压电网供电能力转化为数据显示。整体实现中压配电网合理化分区，提高电能供电质量的目的[3]。

1 供电分区自动划分系统

本文主要创新点在于：

(1)通过映射规约技术将中压配电网划分为不同区域，在各自区域内建立供电分区等值模型[4]，从而形成完整的供电循环，使电能质量大大增加，是系统架构的核心技术;

(2)利用DP-TBD算法对划分的供电分区输电数据进行分析，通过编写的算法程序精准把控电网电压流向，使中压配电网能够最大化利用电能。

配电网自动分区系统如图1所示。

图1 配电网自动分区系统

本文根据现场中压配电网络的电力组成结构，设计出供电区自动划分系统，整个系统由中压配电网络供给电力数据，与中压配电室进行数据互通，中压配电网络电力数据由供电分区管理平台录入，便于后续分区划分。中压配电室根据互通数据对用户分区进行调度，分区管理平台与用户分区调度系统完成功能配合，加快电力信息分析和供区划分。供电分区管理主要由分区信息统合技术、映射规约划分技术及区域等值模型完成自动划分功能，分区电网信息主要包括供电量、输电量和用电量。区域等值模型建立了供电、输电、用电和调度区域，各区域所完成的电力功能不同。用户分区调度系统由运行模式分析技术、供电区数据采集和DP-TBD算法完成数据调度，由此分析系统输电方式、电力类型、约束条件和最佳配电方案[5]。

自动划分系统能够合理规划电力输送区域，对整个输配电工程具有重要作用，能够根据电力用户需求合理规划电力资源。系统划分的供电区数据经过算法处理，实现电力信息的实时监控，保证分区电力安全，同时对配电网输送电能进行检测，保障分区的用电质量，对电力事业的发展具有重要意义[6]。

2 映射规约划分技术

对于中压配电网的分区划分，本文通过建立自动划分系统实现供区的划分，系统功能的实现主要依托于映射规约技术，利用该技术的自动划分能力实现电力的分配，为中压配电网的分区划分提供重要依据[7]。映射规约技术如图2所示。

图2 映射规约技术图

映射规约技术的核心功能是将配电网划分为多个等值模型，加强中压配电网的输电能力。主要根据电网统合过程输电数据设计规划，按照自定义格式进行设置，由此解析出5个功能文件，即整合、编程、分区、筛选和储存，整合文件功能是采集电网信息并进行数据整合，使分区规划具有条理性；编程文件主要负责技术方案的编写和程序运行；分区文件将各电力信息分类划分，使电力规划具有逻辑性；筛选文件负责筛选无用电力数据文件，将算法程序中产生的垃圾文件进行删减；储存文件负责保存电网分区数据的保存和提交。

3 供电分区等值模型

由规约技术划分的等值模型通过仿真的形式展现出来，通过对供电区域电力运行数据进行分析，根据现场运行结构显示，经过同类对比方式优选出最佳模型结构，由此得到供电分区等值模型如图3所示。

图3 供电分区等值模型

供电分区等值模型的建立基于映射规约技术，根据规约中的电网数据进行划分供电区域，将各区域通过三角形联结成图3所示等值模型。该模型外网母线电压为10 kV，内网电压为6 kV，涵盖了中压电网电压等级范围，外网与内网设有熔断器，保证输电线路的安全。内外网联结方式均参考了三角形联结方式，外网与内网之间变压器采用双线输电方式进行传输，增加中压配电区域的电能质量，而且三角形式的接法对电网稳定性具有增益效果。等值模型的输电范围为6 kV～10 kV，满足中压配网用户的普遍需求，一定程度上实现了配电网的按需分配策略。

4 DP-TBD划分算法

架设中压配电网等值模型为理想状态，对于任一供电区域电能输送数据记录为

xn,k+1=fn(xn,k,qn,k),n=1,2,…,Nk

(1)

式中，xn,k表示中压配电网划分初始区域，xn,k+1表示配电网划分相邻区域，qn,k表示划分的供电区域受外界影响噪声，fn表示供电区域等值模型函数，Nk表示配电网划分等值模型总数。

通过采集各项中压配电网数据信息，据此推算等值模型建立的条件[8]，根据是否采集到目标数据建立不同模型，即：

(2)

根据现场环境条件，通过辨识各数据之间的关系，对于建立模型时造成的约束条件统一记为

(3)

其中，Δx表示影响因素造成的模型横坐标差值，Δy表示影响因素造成的模型纵坐标差值，Ik表示模型建立过程中影响因素，b表示中压电网输送电能参数，m表示等值模型中横坐标变化系数，n表示等值模型中纵坐标系数，xk表示理论上建立模型横坐标，yk表示理论建立的模型纵坐标。

对模型建立过程中外界受到的噪声进行分析，由此得出信噪比展开式为

(4)

其中，SNR表示模型运行中产生的信噪比，σ表示采集数据时噪声感应的影响力。

建立模型过程中，在外界影响的基础上配电网输送的电能质量可用下式表达：

(5)

分析等值模型函数与模型承受能力之间的关系，利用等值差原理分析得到：

I(m,n)(s1)=z(m,n)

(6)

式(6)表明配电网输送电能承受力度与模型函数关系呈正比，即电能输送能力与外界之间的差值转换为

Φ(s1)=0

(7)

其中，Φ(s1)表明等值模型输电能力与配网环境之间没有直接关系。

对建立的电力配电形式进行能力验证，计算其最大输电量表示为

(8)

根据输电量的变化推算出等值模型输电能力变化函数，即

Φ(s1)=arg max(I(m,n)(sk-1))

(9)

通过DP-TBD算法对等值模型的数据对比和函数验算相对传统电网输电模型数据敏感性更强，可划分区域更多。

5 试验结果与分析

本研究通过实地调研城镇配电网络数据，利用Simulink软件建立中压配电网等值模型，并在此模型下进行实验并记录数据。实验用计算机应用Win10系统，采用CPU内存为64+256 GB，硬件参数为Intel core i9 9600KF。环境参数设置精度为95%以上，电网信息采集精度为90%[9]，算法计算误差不超过2.0%，输电通道采用中压输电方式。实验参数配置如表1所示。

表1 环境参数与配置软件

本研究在6～10 kV中压配电网进行实验，采用Windows x86计算机系统，最终显示测试数据如表2所示。

表2 供电分区数据表

通过表2数据分析，发现本研究供电分区等值模型变电容量为750 MV·A，输电电压为10 kV达到中压配电网上限，输电配送效率达到95.7%，电网超调量为85.31%，表明本研究模型稳定性较好[10]；文献[1]采用的N-1模型变电容量为550 MV·A，输电电压为6.3 kV,邻近中压配电网下限，输电配送效率为85.4%，电网超调量为64.58%，表明该供电区模型稳定性较差，输电能力相对较弱；文献[2]提出的网格化模型变电容量为520 MV·A，输电电压为7.0 kV，为中压配电网平均配电程度，输电配送效率为82.3%，电网超调量为72.61%，表明此供电模型稳定性一般。对比发现本研究供电分区等值模型性能更加优越。

为验证本研究分区模型输电能力，通过对比各模型对中压配电网络的输电量曲线，得到输电能力曲线对比如图4所示。

图4 模型输电能力曲线

分析图4中3种供电分区模型的输电量，发现本研究等值模型在输电时间为10 h达到最大限度，最高输电量为6.0 kV，之后稳定在5.5～6.0 kV，整体输电量较高,更为符合中压配电网络发展需求。

通过显示各供电区电网稳定性进一步验证本研究的优越性，利用Plexim Plecs 软件对各模型造成的电网波动进行仿真，得到电网稳定性对比仿真如图5所示。

图5 电网运行稳定性对比

通过对比发现本研究供电分区等值模型稳定性在85%以上，整体波动范围较小，对电网影响不大；文献[1]设计的供电分区N-1模型稳定性在65%以上，整体波动范围较大，严重影响电网稳定；文献[2]设计的供电分区网格化模型稳定性在70%以上，整体波动范围在电网承受范围之内，但由于稳定性较差，增加了电网运行压力。分析可知本研究等值模型稳定性较好。

6 总结

本研究主要技术研究如下：

(1) 通过建立配电网自动划分系统实现中压配电网的合理分区，将复杂的用户网络整理统一;

(2) 通过映射规约技术建立配电网络等值模型，将供电分区各输电线路进行整合，提高分区输电能力，增加电网安全性;

(3) 利用DP-TBD算法对模型输电能力进行验算，通过计算其运行过程中的约束条件验证其最大输电能力，使配电网能够最大化利用电能。

通过实验电力数据表和仿真对比图分析，上述研究符合电力市场供电需求。但是本研究在实验过程仍存在不足，输电中外界环境仍会对配电网造成影响，电力用户过多仍会造成较大的输电压力等。