配電網網格化規劃設計研究

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摘要：配電網規劃的意義在于對方案的可靠性與經濟性進行權衡和決策，尋找出兩者之間的最佳平衡點。文中探索利用供電網格劃分與組負荷分級思路理念的統一，將供電安全標準作為配電網網格化規劃現狀電網評估的依據，建立標準化應用體系，并以此為導向，開展規劃設計工作，以促進方案成果更具系統性、時效性和可操作性。

關鍵詞：配電網；規劃；組負荷；供電安全標準；網格化

1配電網網格化規劃的深度要求

配電網網格化是指根據道路和河流，結合地塊功能分區和客戶用電性質劃分為若干供電網格。以供電網格為基本單元，進行配電網建設、運行維護和系統管理。配電網網格化因具備供電范圍清晰、運行方式靈活、網架結構簡單和擴展性優良等特性，已逐步被公眾所認可。然而正因為這些特點，對配電網規劃設計提出了更深層次的要求。首先，供電網格強調模塊化和精細化，需要以用戶側和需求側為基本，對用電負荷進行歸集整合。從方法論的角度出發，采用層次法進行深化，由點、面和從下至上，充分探索和挖掘現有資源潛力，引導配電網建設工作。而傳統的配電網規劃方法是以變電站和中壓線路為基本單元，開展現狀電網分析和評估，以及規劃方案制定工作。相較網格化要求，研究深度和嚴謹度明顯不夠，規劃方案與供電網格無法有效的契合，可操作性不強，導致形式大于應用。其次，由于網格化對供電分區進行了細致的功能網格劃分，需要平衡電網建設時效性與經濟性的關系，由于過于追求供電可靠性，往往導致投資和運營成本的過高。特別在老城區電網建設成熟的區域，存量電網較多，改造難度加大，這就需要我們去尋找可靠性與投資最佳平衡點，依據新的供電安全標準，因地制宜，對現狀電網進行評估、改造和建設，避免鋪張浪費。

2組負荷分級與供電網格劃分

2012年國家能源局的《城市電網供電安全標準》（簡稱“供電安全標準”），參考了英國供電安全標準ERP2/5的應用方法報告，引用了大量的可靠性研究成果，充分考慮我國城市電網現狀和經濟社會發展需求，汲取城市電網多年的建設經驗，明確了最低的供電安全水平[1]。該標準融入了組負荷的概念，按組負荷大小劃分的配電網在最大負荷情況下應達到的最低安全水平，即停運后在規定時間內必須恢復的最低負荷。根據組負荷規模的大小，配電網安全水平可分為三級，配電網供電安全水平見表1。組負荷分級與供電網格的劃分方法存在一定的相似之處，并可以建立一定的聯系。各級組負荷的對應范圍依次是：低壓線q路、配電變壓器（第一級）、中壓線路（第二級）和變電站（第三級），對應電網層次分別為低壓配電網、中壓配電網和高壓配電網。而配電網格化構建的是“供電區域、供電網格和供電單元”三級網絡，對應電網層級：高壓配網、中壓目標網架和中壓項目方案。網格化劃分三級網絡關系見圖1，網以電網層級作為參考，三級網絡與各級組負荷形成對應關系，并且使供電單元得到了進一步的細化和分解。“供電安全等級”與“網格化”規劃思路的結合，不僅增加電網基礎現狀評估的科學性和拓展規劃思路的同時，而且有利于對配電網建設投資的把握，并進一步提升規劃方案的可實施性。

3配電網供電安全標準評估

傳統的配電網現狀評估方法主要是對整座變電站、整臺主變和整條線路進行供電水平及轉供能力進行評估。依據年最大負荷時刻數據，對整體的供電裕度進行N-1校核。該方法較為簡單和寬泛，準確性和實用性不強，特別是對負荷損失和故障恢復時間沒有綜合的進行考慮。而“供電安全標準”中，對最小損失負荷進行了明確，并根據組負荷分級，確定故障修復及供電恢復時間要求，以保證配電網系統的供電可靠性。配電網現狀評估最為常見的為中壓線路評估，本文選取一回10kV線路進行案例分析，介紹安全準則評估方法（第二級組負荷評估流程見圖3）。例：以中壓主干線路為評估對象，基于標準中的第一、二級組負荷，考慮N-1工況。10kV線路A：基準年最大負荷為6.2MW，采用三分段兩聯絡接線模式，聯絡線路分別為變電站乙10kV線路B、變電站丙10kV線路C，根據基準年最大負荷測算，可轉供負荷裕度分別為4.5MW和3.2MW。10kV線路A及其聯絡線路運行數據情況統計見表3，10kV線路A分段情況統計見表4。10kV線路A分段簡化及設定故障點示意圖見圖4?；鶞誓?0kV線路A最大負荷為6.2MW，為第二級負荷組；線路無雙電源用戶。1）當10kV線路A出線開關發生故障后，損失全部負荷（最大為6.2MW），通過人工操作（1）將負荷調整至10kV線路B上，負荷（6.2MW-4MW=2.2MW）＞2MW（根據分段位置），不滿足標準要求；（2）將負荷調整至10kV線路C上，負荷（6.2MW-1.8MW=4.4MW）＞2MW（根據分段位置），不滿足標準要求；（3）將負荷分段2、分段3分別調整至10kV線路C、B上，負荷（6.2MW-4MW=4.4MW）＞2MW（根據分段位置），不滿足標準要求。2）當分段1內發生故障，通過人工操作隔離故障段，分段2負荷調整至10kV線路C，分段3負荷調整至10kV線路B，線路損失負荷為：2.2MW>2MW，不滿足標準要求。3）當分段2內發生故障，通過人工操作隔離故障段，分段1負荷維持原有供電，分段3負荷調整至10kV線路B，線路損失負荷為：1.8MW<2MW，滿足標準要求。4）當分段3內發生故障，通過人工操作隔離故障段，分段1和分段2負荷維持原有供電，線路損失負荷為：2.2MW＞2MW，不滿足標準要求。因此，在線路單聯絡工況下，損失負荷超限，不滿足安全標準，聯絡線路屬于非完全有效聯絡。在線路兩聯絡同時使用工況下，損失負荷等于分段負荷，當分段負荷超過2MW時，不滿足標準要求，此時需要對線路分段位置及負載分配進行合理調整。

4供電安全標準在網格化規劃方案制定中的深度應用

傳統的配電網規劃多為隨負荷發展為導向，自然形成無規則和不斷延伸的供電網絡。普遍存在著網架復雜、結構不清晰、聯絡無序、供電范圍交叉和負荷不均衡等問題。這也導致了線路利用率不高，潛在供電能力得不到釋放，特別是后期會極大地影響配電自動化的實施。近年來，通過不斷深入的探索，以及經驗的總結，國網公司提出了配電網網格化的理念，旨在構建“網絡清晰、聯絡有序、負荷均衡和可靠性高”的目標網架，統籌配電網自動化、通信和無功規劃，引領配電網標準化建設，實現網格化供電[3]。網格化理念可以有效地解決傳統配電網規劃的不足，然而在具體實施之中也遇到了瓶頸，可操作性遇到了挑戰。傳統的規劃方法采用“自上而下”規劃思路，糾結于網格邊界的劃分和接線模式的選擇，當深入到供電單元層級的時候，往往會遇到負荷如何分配、分配多少最為合理的問題，而引入供電安全標準的目的正是為了解答這一問題。如前文所述，供電安全標準與網格化規劃思路有著某種相似之處，并且存在著一定的聯系。供電安全標準關鍵之處在于組負荷的定義，以及邊界范圍的劃分。利用組負荷的供電安全等級，突破常規思路，以用戶需求側為出發點，采用“自下而上”規劃理念，層次性拓展電網層級規劃工作。由于配網偏重于10kV和20kV電壓等級，本文重點對中壓配電網規劃方法進行分析和探討。按照功性能劃分大致可概括為范圍定義、接線模式選擇和方案制定三大環節。范圍定義前提必要條件是進行地塊和用戶的用電負荷預測，在此基礎上，根據實施流程依次開展第一級組負荷范圍劃分、第二級組負荷范圍劃分、供電單元劃分（第三級組負荷）和供電網格劃分工作。各級組負荷范圍劃分如圖5所示。1）第一級組負荷控制范圍≤2MW，根據負荷預測結果，結合用電性質及地理位置，對小區地塊和用戶進行分類歸集。對應層級一般包括配變和線路段。需要注意的是，對于大用戶和點負荷，需要進行獨立區分，供電方案根據相關標準采用專線、或者其他方式供電。2）第二級組負荷劃分，由若干一級組負荷組成，控制范圍為2～12MW，對應層級一般定義為中壓線路。3）供電單元屬第三級組負荷，以二級組負荷為基礎，結合道路邊界、市政分區，充分考慮變電站布點位置，進行范圍劃分。供電單元劃分應遵循電網發展需求相對一致的原則，一般由若干個相鄰的、開發程度相近和供電可靠性要求基本一致的地塊（或用戶區塊）組成。4）供電網格由供電單元組成，一般結合道路、河流和山丘等明顯的地理形態進行劃分，不應跨越供電區域（A+～E），不宜跨越220kV供電分區。為便于建設、運維和供電服務管理權限落實，可按照供電營業部（供電所）管轄地域范圍作為一個供電網格。中壓線路根據線路類型分為電纜線路和架空線路。其中電纜線路常用接線模式包括單輻射、單環網、雙射、雙環網、N供一備和花瓣式等。架空線路常用接線模式包括單輻射、單聯絡、多分段適度聯絡和“井字形”聯絡組團等[2]。在國網公司的《配電網規劃設計技術導則》中，根據不同供電分區的供電可靠性要求，對各分區目標網架結構進行了推薦。雖然中壓線路的接線模式種類繁多，但不同接線模式的單回線路供電裕度要求以及各分段容量分配標準是可以確定的，根據前期的組負荷劃分工作，可以清晰地展現出線路段、單回線路的分布情況，在此基礎上，進行模塊化組合歸集，依據推薦的線路接線模式，構筑目標網架結構。某供電單元規劃方案示意見圖6。

5結語

供電安全標準制定的核心思路是尋找可靠性與投資的最佳平衡點，是基于理性目標的綜合考慮[4]。將此標準應用到配電網規劃設計中，可以建立起連貫統一和較為全面的監控體系，特別是對規劃方案的比選和成效具體分析提供了權威的理論依據。配電網規劃的方法是一個動態論證，不斷優化的過程，基于供電安全標準的制定理念與網格化規劃思路的統一，供電安全標準在配電網網格化規劃中的應用，更有利于現狀電網評估的準確性和規劃方案制定的合理性，為配電自動化的實施創造了優良條件。此外新能源的應用，電動汽車的推廣、多元化負荷的接入也是應當考慮的重點，對其融入組負荷分級的影響需進行綜合論證。

參考文獻：

[1]DL/T256—2012，城市電網供電安全標準[S].

[2]Q/GDW1738—2012，配電網規劃設計技術導則[S].

[3]Q/GDW12-017-2016，安徽省配電網規劃設計技術細則[S].

[4]WILLISHL.配電系統規劃參考手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2013.

作者:趙學會 梁駿 王克峰 單位:國網合肥供電公司