中低压电网联合规划分析

张祥龙 赵昱翰

（贵州电网有限责任公司遵义供电局）

0 引言

电网络设计通常基于一个或几个最坏的负载情况， 如果电网足以满足所有最极端情况下的电力供应， 那么它也足以满足负载和发电的其他变化。传统上， 战略电网规划是分别针对低压和中压级别执行的。为此， 对于每种考虑的最极端情况， 电压值被定义为将可用电压带分配给两个电压的MⅤ/LⅤ电压极限[1-2］。然后规划中压电网， 使得在最极端的负载情况下， 任何电压都不会违反相应的限制。另一方面， 低压电网是在最极端情况下规划的， 即中压/低压连接点的电压等于中压/低压电压限制。这种单独规划的优点是它相对简洁， 事实上， 为了决定单个LⅤ电网是否需要加固， 电网规划只需要考虑电网本身， 而不需要计算其他电网。然而， 中压/低压变电站沿中压馈线的位置在单独的规划中被忽略， 尽管它对低压电网中预期的最坏情况电压有很大的影响。这导致LⅤ网格中的增强超过了必要的数量， MⅤ电平的投资也可能被高估。如果连接到MⅤ馈线的任何低压网络没有电压越界， 就没有必要加强MⅤ馈线。

我们比较了基于MⅤ和LⅤ组合规划的电网加固支出与两个电网级别的分离规划。单独和联合方法的资本支出比较是基于社区中压电网和低压电网。低压配电馈线的电压控制采用有载分压变压器， 以补偿由分散式发电引起的电压波动。OLTC 变压器可以用来扩大低压电网中的电压带， 从而降低对传统增强分散式发电的需求[3-5］。有载调压变压器在特定电网中是否可行的决策应该基于常规加固支出与有载调压变压器和剩余电网加固支出的比较。

1 技术分析

中低压电网是城市电网的重要组成部分， 其规划与建设对于实现城市节能减排和智能化建设具有重要意义。中低压电网联合规划分析可以实现对城市电网的全面优化和协调发展， 具有重要的理论和实践价值。中低压电网联合规划分析的基本内容包括电网架构设计、 电能质量控制、 电网稳定性分析、 电网优化调度等方面。其中， 电网架构设计是中低压电网联合规划分析的重要部分， 其目的是确定电网输电线路和电源配置方案， 保证电能的稳定供应和合理调度。电网稳定性分析是中低压电网联合规划分析的关键技术， 通过对电网运行的稳定性进行分析和评估， 为城市电网的智能化建设提供了科学依据。

电能质量控制是中低压电网联合规划分析的另一重要方面， 通过对电能质量进行监测和控制， 可以提高电网的供电质量和稳定性， 保证电能的有效利用。电网优化调度则是中低压电网联合规划分析的理论价值所在， 通过对电能供应量和能源消耗进行优化调度， 可以实现中低压电网的高效配置和资源利用， 真正实现城市电网的智能化建设和可持续发展。

综上所述， 中低压电网联合规划分析是城市电网优化和协调发展的重要手段， 具有重大的理论研究和实际应用价值。在未来的城市电网建设中， 中低压电网联合规划分析将成为智能电网建设的核心技术之一， 为实现城市能源高效利用和可持续发展提供有效保障。

2 网格数据和场景

本文以中低压电网为基础， 在正常运行模式下，对于电网的所有201 个中压/低压变电站， 相应的低压电网模型也包括在分析中。所有的计算都是使用开源电力系统仿真软件。

假设LⅤ （低压） 发电机具有cos( )ϕ( )P控制策略， MⅤ （高压） 发电机的有功功率采用定义的Q （Ⅴ）特性进行控制。额外的发电会导致多条母线上的过电压和两个电压水平下的线路过载。图1 中的电压跌落图说明了一个馈线例子的情况。所展示的电压曲线代表了最极端情况假设下的预期电网状态。也就是说，它从代表高压/中压变压器低压侧的松弛节点开始可视化馈线上的电压。由于电压以单位系统表示， 因此可以将两个电压电平的网格绘制在一起， 包括中压/低压变压器。可以看出， 中压馈线和一些低压电网中的电压远远高于规定的限值根据其抽头位置， 一些中压/低压变压器会增加电压， 而另一些则会降低电压。

图1 中压馈线和相应的低压电网电压跌落

可以看到， 在单个低压电网中可以预期的最极端情况电压在很大程度上取决于它们在中压电网中的位置。这是因为高压/中压变压器的有载分接开关（OLTC） 控制中压侧电压小于1.03p.u.， 并且电压随着到高压/中压变电站的距离而上升。相反， 1.07p.u将被用作所有MⅤ/LⅤ变电站的MⅤ侧电压的最坏情况假设。图2 给出了使用这种最极端情况假设的示例馈线的 LⅤ的最终电压图。显然， 一些额外的LⅤ电网 （与组合方法相比， 图1） 具有电压极限越界， 并且可以在单独计划时确定用于增强。图3 总结了所考虑的中压馈线和低压电网中的电压和负载极限违规情况， 基于组合计算， 中压馈线和连接的低压电网中的最大和最小电压。根据 MⅤ/LⅤ电压限制， 5 至6 中压馈线不需要增强， 而其余馈线受到线路过载/或总线过电压的影响， 大多数中压馈线都有带有母线过电压的低压电网。

图2 LV的最终电压图

3 调整中压/低压电压限值

使用计算的中压电网的最坏情况电压而不是低压电网加固的单个固定值可以减少开支。同时， 中压电网加固的资本支出取决于中压/低压电压限制。接下来， 我们研究了改变中压/低压电压限制的影响， 并将我们的分析扩展到中压电网的所有馈线。对于两种负载情况， 电压限制都是对称调整的。针对所考虑的电压变化重复电网规划。

图4 展示了针对不同的中压/低压电压限制， 如何在中压和低压电网之间分配支出。中压电网中的加固措施仅取决于中压/低压限值， 并且对于所有调查的规划方法都是相同的。如果MⅤ电网中的可用电压带增加， 则MⅤ电网中资本支出显著降低。将中压水平的最大电压上升/下降从3%提高到4% （从1.06 p.u. 提高到1.07p. u.）， 将使中压资本支出减少约1050 万。在电压限制超过1.085p.u. 时， 中压加固支出不会进一步减少， 因为所有剩余的加固都是由线路过载引起的。

图4 成本支出与中压/低压电压限制

3.1 低压电网独立规划

在单独规划的情况下， 中压和低压电压水平的预期支出之间存在权衡。增加中压电网中允许的电压上升会减少对低压电网投资增加程度的加强。也就是说，MⅤ电压限制的增加导致LⅤ电网中加固支出的显著增加， 因为LⅤ电网中可用的电压带较少。从1.075 p.u.开始， 低压成本的资本支出高于中压水平的资本支出。

考虑到不同馈线的结果， 中压/低压限值没有最佳值， 如图5 所示。相反， 最佳值是特定于各个馈线的。例如， 如果将中压/低压限制设置为1.06p.u.， 则馈线7的中压和低压加固支出之和最低， 而馈线1的最佳电压限制为1.08p.u。

图5 单独规划： 每个支线的资本支出

3.2 电压上限

从实际的角度来看， 为了选择一个馈线方向的最佳值， 需要多次计划不同的MⅤ/LⅤ电压限值的两个电压水平。然而， 我们确定了一个可能的适应这些单独的规划方法， 可以用来减少强化， 同时保持额外的工作合理。对于这种方法， 需要另外两个步骤。首先， 每一个低压电网必须确定， 它是连接到哪个中压馈线。其次， 对基础 （非增强） 中压电网的发电情况进行简单的潮流计算， 确定每个馈线的最大电压。对负载情况也做了同样的工作， 以确定每个馈线的最小电压。然后应该选择发电情况下与馈线相关的MⅤ/LⅤ限制作为横坐标 （例如1.07p.u） 和确定的MⅤ馈线中的最高电压的固定全局值的最小值。在这种情况下， 极限值不高于所考虑的馈线中的最高出现电压。负载情况下的电压极限定义类似。我们在图6 中称这种方法为“上限”。MⅤ/LⅤ限制为1.08p.u. 导致上限方法的最低开销。

图6 综合规划： 每个支线的资本支出

3.3 联合规划

在联合规划中， 根据所考虑的负荷情况， 根据加固中压电网的潮流计算结果， 为每个变电站单独设置中压/低压电压。综合规划可实现最高的资本支出削减。组合计算中的低压加固支出随着MⅤ/LⅤ电压限制而增加了4至62倍， 这低于MⅤ水平下实现的效益。通过将中压电压限制设定为1.085p.u.， 综合规划实现了最低的总体投资资本支出。

4 结束语

中压电压限制的选择对中压和低压配电网的整体加固支出有很大影响。分配4%而不是3%作为MⅤ电平中的最大电压降/上升已经导致MⅤ电网中的高资本支出减少。结合有关低压和中压电网的信息可以帮助找到电网规划问题的更有效的解决方案。由于进一步数字化， 可能有必要提高低压和中压电网数据的可用性。

低压和中压电网的单独规划比联合规划带来了更多的加固。如果中压馈线的低压电网分配是已知的， 单独的规划仍然可以带来可接受的解决方案。如果中压和低压电网数据可用， 并且可以进行联合规划， 则建议将其作为实现最低加固支出的方法。应设置中压/低压电压限值， 以增加中压电网中的电压带， 抵消对低压电网的加固。