CN103700034A - 一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法 - Google Patents

Abstract

一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法，主要包括以下步骤：步骤S10，确定所有可能的规划方案，形成规划方案集合；步骤S20，针对某待评估的规划方案，进行可靠性评估，得到各负荷点可靠性指标，并据此求出该方案年停电损失费用；步骤S30，求出该方案的投资成本，并转化为等年值；步骤S40，分别求出停电损失和投资费用按照负荷归一化之后的值；步骤S50，求出边际成本效益比，并根据该值所处范围作出方案取舍决策；步骤S60，重复S20～S50的步骤，直至所有待评估的规划方案完成，根据各方案的成本效益比值，确定配电网最佳规划方案。

Description

一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法

技术领域

本发明涉及一种电网配电系统可靠性效益的评估分析方法，尤其是涉及一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法。

背景技术

随着国民经济不断发展和人民生活水平的不断提高，社会各行各业对电力的需求与日俱增，对供电可靠性的要求也越来越高。尤其是涉及国计民生的重要用户，其停电带来的损失是十分巨大的，因此供电部门对供电可靠性的重视程度越来越高，提高供电可靠性成为电力工业的长期使命。

但是，随着配电网供电可靠性的提升，提升单位可靠性需要付出的投资（即边际投资成本）越来越高，可靠性提升带来的收益可能远远超过了投资付出的成本。由于投资金额的限制，供电部门不可能无限制投入资金来提升可靠性，在配电网规划建设中需要兼顾可靠性和经济性。目前大多数配电网规划中已经考虑到了可靠性指标，但是却没有考虑可靠性的量化效益，更没有与经济性综合考虑。针对若干配电网网架规划方案，如何从可靠性和经济性两方面综合进行考虑，量化可靠性效益并进行成本效益分析，是配网规划面临的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种能够综合考虑配网可靠性效益的基于边际成本理论的配电网网架规划方法。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤S10，确定所有可能的规划方案，形成规划方案集合；

步骤S20，针对某待评估的规划方案，进行可靠性评估，得到各负荷点可靠性指标，并据此求出该方案年停电损失费用（都是现有技术,配电网可靠性评估是目前较为成熟的技术方法，所以这里就没有详细说明，一般认为配网可靠性评估结果为各节点的故障率及平均停运时间）；

步骤S30，求出该方案的投资成本，并转化为等年值；

步骤S40，分别求出停电损失和投资费用按照负荷归一化之后的值；

步骤S50，求出边际成本效益比，并根据该值所处范围作出方案取舍决策；

步骤S60，重复S20～S50的步骤，直至所有待评估的规划方案完成，根据各方案的成本效益比值，确定配电网最佳规划方案。

所述的步骤S20具体为：对于某待评估的配电网网架规划方案，根据其网架规划情况进行可靠性评估，得到各节点的故障率λ_i和平均停运时间r_i(i∈ND)，其中ND为负荷点集合；

采用缺供电能费用模型，求取各方案的年停电损失费用：设各节点的单位缺供电量损失为IEAR_i(i∈ND)，负荷量为P_Li(i∈ND)，则该规划方案年停电损失费用如式(11)所示：

$L=\underset{i\∈\mathrm{ND}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{IEAR}}_i\·{\mathrm{\λ}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}---\left(6\right)$

式中：IEAR_i(i∈ND)为节点i单位缺供电量经济损失，单位一般为元/kWh；λ_i和r_i分别为节点i的故障率（次/年）和平均停运时间（小时/次）；P_Li(i∈ND)为节点i的负荷量（kW）；L为全系统年停电损失费用（元）。

所述的步骤S30具体为：求取该规划方案的成本：设该规划工程有M类设备，第k类设备的个数和单价分别为n_k和C_k，则该规划方案的投资成本的等年值如式(12)所示：

$I=\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\·\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k{C}_k=\mathrm{\α}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k{C}_k---\left(7\right)$

式中：r为折现率，n为工程年限；

所述的步骤S40具体为：分别求取停电损失费用和投资费用的归一化值，得到单位负荷年停电损失费用和投资成本，如式(13)和(14)所示：

$\stackrel{\‾}{L}=\frac{\underset{i\∈\mathrm{ND}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{IEAR}}_i\·{\mathrm{\λ}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}}{\underset{i\∈\mathrm{ND}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(8\right)$

$\stackrel{\‾}{I}=\frac{\mathrm{\α}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k{C}_k}{\underset{i\∈\mathrm{ND}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(9\right).$

所述的步骤S50具体为：按照式（5）求出成本效益比η：

$\mathrm{\η}=\stackrel{\‾}{I}/\stackrel{\‾}{L}---\left(10\right)$

根据η所处的范围，可对该网架规划方案作出决策：

（1）若η<1，说明该方案的投资的边际成本小于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资小于减小的停电损失，总成本边际效应为正，说明该工程对应的供电可靠性还未达到最优可靠性点，该投资方案对于可靠性提升作用明显；

（2）若η=1，说明说明该方案的投资的边际成本等于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资与减小的停电损失相等，总成本边际效应为0，说明该工程对应的供电可靠性达到了最优可靠性点，该投资方案属于可靠性经济性综合最优方案；

（3）若η>1，说明说明该方案的投资的边际成本大于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资大于减小的停电损失，总成本边际效应为负，说明该工程对应的供电可靠性已经超过了最优可靠性点，该投资方案总成本边际效应变差，对可靠性提升不明显。

有益效果：本发明针对若干配电网网架规划方案，从可靠性和经济性两方面综合进行考虑，量化可靠性效益并进行成本效益分析，使得配网网架规划可靠性和经济性两者兼顾达到最佳。

附图说明

图1为本发明的基于边际成本理论的配电网网架规划方法流程图；

图2为本发明提供的链型接线方式的演变关系图；

图3为本发明提供的T型接线方式的演变关系图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

请参阅图1，图1为本发明提供的一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法流程图，包括如下步骤：

步骤S10，确定所有可能的网架规划方案，形成规划方案集合；

步骤S20，对于某待评估的配电网网架规划方案，根据其网架规划情况进行可靠性评估，得到各节点的故障率λ_i和平均停运时间r_i(i∈ND)，其中ND为负荷点集合；

采用缺供电能费用模型，求取各方案的年停电损失费用：设各节点的单位缺供电量损失为IEAR_i(i∈ND)，负荷量为P_Li(i∈ND)，则该规划方案年停电损失费用如式(11)所示：

$L=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{IEAR}}_i\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}---\left(11\right)$

式中：IEAR_i(i∈ND)为节点i单位缺供电量经济损失，单位一般为元/kWh；λ_i和r_i分别为节点i的故障率（次/年）和平均停运时间（小时/次）；P_Li(i∈ND)为节点i的负荷量（kW）；L为全系统年停电损失费用（元）。

步骤S30，求取该规划方案的成本：设该规划工程有M类设备，第k类设备的个数和单价分别为n_k和C_k，则该规划方案的投资成本的等年值如式(12)所示：

$I=\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k=\mathrm{\&alpha;}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k---\left(12\right)$

式中：r为折现率，n为工程年限；

步骤S40，分别求取停电损失费用和投资费用的归一化值，得到单位负荷年停电损失费用和投资成本，如式(13)和(14)所示：

$\stackrel{\&OverBar;}{L}=\frac{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{IEAR}}_i\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}}{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(13\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k}{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(14\right);$

步骤S50，按照式（5）求出成本效益比η：

$\mathrm{\&eta;}=\stackrel{\&OverBar;}{I}/\stackrel{\&OverBar;}{L}---\left(15\right)$

根据η所处的范围，可对该网架规划方案作出决策：

（1）若η<1，说明该方案的投资的边际成本小于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资小于减小的停电损失，总成本边际效应为正，说明该工程对应的供电可靠性还未达到最优可靠性点，该投资方案对于可靠性提升作用明显；

（2）若η=1，说明说明该方案的投资的边际成本等于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资与减小的停电损失相等，总成本边际效应为0，说明该工程对应的供电可靠性达到了最优可靠性点，该投资方案属于可靠性经济性综合最优方案；

（3）若η>1，说明说明该方案的投资的边际成本大于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资大于减小的停电损失，总成本边际效应为负，说明该工程对应的供电可靠性已经超过了最优可靠性点，该投资方案总成本边际效应变差，对可靠性提升不明显；

步骤S60，针对所有待评估方案，重复S20～S50的步骤，对每种方案均求出其成本效益比；在网架规划中，应选择使η=1的规划方案作为目标电网结构，使η<1的网架规划方案作为过渡网架结构。

实施例一

本发明所属的配电网规划方法基于我国南方某城市供电局数据进行模拟计算，具体步骤如下：

（1）根据《中国南方电网公司110千伏及以下配电网现有典型接线方式》，选择了14个典型接线方案，并分别对其进行了可靠性评估，各典型方案的供电可靠率如表1所示，从而可得到各方案基于可靠性的演变过程，如图2和图3所示。

表1各典型网架规划方案的可靠性效益评估结果

（2）分别计算各方案的年停电损失费用和投资费用，取各节点的单位停电损失费用相同：IEAR_i=13.56元/kWh并取工程年限n为20年，折现率r=8%，各工程元件造价参考《国家电网公司输变电工程通用造价110kV及以下配电工程》（分册），可计算出各规划方案的年停电损失费用和投资费用等年值，最后除以各方案的总负荷量进行归一化，得到单位负荷年停电损失费用和单位负荷投资折合年费用，如表1所示。

（3）计算各规划方案的边际成本效益比，如表1所示。根据图2和图3所示的演变过程，可分别确定以下几类合理的配电网规划演变方案：

方案A：单回辐射性→双回辐射型→双侧电源不完全双回链型→双侧电源完全双回链型（目标电网形式）；

方案B：单回辐射性→双侧电源单回链型→双侧电源不完全双回链型→双侧电源完全双回链型（目标电网形式）；

方案C：单回辐射型→单侧电源单T→双侧电源不完全双T（目标电网形式）。该方案目标电网形式成本效益比还未达到1（0.87），因此还可以向后延伸一个级别，即目标电网形式为双侧电源完全双T。

Claims (5)

1.一种基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤S10，确定所有可能的规划方案，形成规划方案集合；

步骤S20，针对某待评估的规划方案，进行可靠性评估，得到各负荷点可靠性指标，并据此求出该方案年停电损失费用；

步骤S30，求出该方案的投资成本，并转化为等年值；

步骤S40，分别求出停电损失和投资费用按照负荷归一化之后的值；

步骤S50，求出边际成本效益比，并根据该值所处范围作出方案取舍决策；

步骤S60，重复S20～S50的步骤，直至所有待评估的规划方案完成，根据各方案的成本效益比值，确定配电网最佳规划方案。

2.根据权利要求1所述的基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征在于：所述的步骤S20具体为：对于某待评估的配电网网架规划方案，根据其网架规划情况进行可靠性评估，得到各节点的故障率λ_i和平均停运时间r_i(i∈ND)，其中ND为负荷点集合；

采用缺供电能费用模型，求取各方案的年停电损失费用：设各节点的单位缺供电量损失为IEAR_i(i∈ND)，负荷量为P_Li(i∈ND)，则该规划方案年停电损失费用如式(11)所示：

$L=\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{IEAR}}_i\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}---\left(1\right)$

式中：IEAR_i(i∈ND)为节点i单位缺供电量经济损失，单位一般为元/kWh；λ_i和r_i分别为节点i的故障率（次/年）和平均停运时间（小时/次）；P_Li(i∈ND)为节点i的负荷量（kW）；L为全系统年停电损失费用（元）。

3.根据权利要求1所述的基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征在于：所述的步骤S30具体为：求取该规划方案的成本：设该规划工程有M类设备，第k类设备的个数和单价分别为n_k和C_k，则该规划方案的投资成本的等年值如式(12)所示：

$I=\frac{r{(1+r)}^n}{{(1+r)}^n-1}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k=\mathrm{\&alpha;}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k---\left(2\right)$

式中：r为折现率，n为工程年限；

4.根据权利要求1所述的基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征在于：所述的步骤S40具体为：分别求取停电损失费用和投资费用的归一化值，得到单位负荷年停电损失费用和投资成本，如式(13)和(14)所示：

$\stackrel{\&OverBar;}{L}=\frac{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{IEAR}}_i\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_i{r}_i{P}_{\mathrm{Li}}}{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(3\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{n}_k{C}_k}{\underset{i\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{\mathrm{Li}}}---\left(4\right).$

5.根据权利要求1所述的基于边际成本理论的配电网网架规划方法，其特征在于：所述的步骤S50具体为：按照式（5）求出成本效益比η：

$\mathrm{\&eta;}=\stackrel{\&OverBar;}{I}/\stackrel{\&OverBar;}{L}---\left(5\right)$

根据η所处的范围，可对该网架规划方案作出决策：

（1）若η<1，说明该方案的投资的边际成本小于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资小于减小的停电损失，总成本边际效应为正，说明该工程对应的供电可靠性还未达到最优可靠性点，该投资方案对于可靠性提升作用明显；

（2）若η=1，说明说明该方案的投资的边际成本等于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资与减小的停电损失相等，总成本边际效应为0，说明该工程对应的供电可靠性达到了最优可靠性点，该投资方案属于可靠性经济性综合最优方案；

（3）若η>1，说明说明该方案的投资的边际成本大于停电损失的边际成本，即提升单位可靠性水平需要的投资大于减小的停电损失，总成本边际效应为负，说明该工程对应的供电可靠性已经超过了最优可靠性点，该投资方案总成本边际效应变差，对可靠性提升不明显。

Images