CN103839116B - 一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述方法适用于35～110千伏变电站容量配置；所述方法包括以下步骤：（1）确定各类供电区域配置方案；（2）确定电网总建设规模；（3）确定各类约束性指标；（4）通过年费用法对各种所述配置方案的经济性进行比较。该方法根据各类供电区域的负荷特点选择合理的35～110千伏变电站容量，以在满足技术要求的前提下实现经济性的最优。
Description
技术领域：
本发明涉及一种变电站容量配置方法，更具体涉及一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法。
背景技术：
配电网规划是指导配电网建设和改造的重要依据。国网公司系统覆盖面积广，各地发展情况和电网特点差异明显，若按照统一标准建设配电网，则不能充分利用设备资产，在技术、经济上不合理。国家电网公司按照“统筹考虑城网和农网发展需求，统一配电网规划设计技术标准，实施差异化原则”的思想，编制了《配电网规划设计技术导则》(Q/GDW1738-2012)(以下简称《导则》)。标准首次明确了供电区域划分原则，并将公司经营区分为A+、A、B、C、D、E六类供电区域，并明确了各类供电区域的规划目标。配电网设备应根据供电区域的类型差异化选配。其中变电站容量配置的合理与否，是电网规划中的一项主要内容，直接关系到电网的安全可靠性和运行经济性，并能节省建设投资。变压器经济容量选择研究一直是配电网研究领域的研究热点，但是针对六类供电区域的110～35kV变电站主变容量优化研究还尚未开展。本专利提出了一种基于不同供电区域的110～35kV变电站容量配置方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，该方法根据各类供电区域的负荷特点选择合理的110～35kV变电站容量，以在满足技术要求的前提下实现经济性的最优。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述方法适用于35～110千伏变电站容量；其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤(1)确定各类供电区域配置方案；
步骤(2)确定电网总建设规模；
步骤(3)确定各类约束性指标；
步骤(4)通过年费用法对各种所述配置方案的经济性进行比较。
本发明提供的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述步骤(1)中的配置方案通过各类供电区域的负荷密度、变电站主变容量序列、电网结构和设备负载率确定。
本发明提供的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，其特征在于：所述各类供电区域的变电站主变容量序列通过《变电站典型设计》和当前变电站的实际情况确定；所述各类供电区域的电网结构包括高压电网结构和中压电网结构并通过各类供电区域的供电要求确定。
本发明提供的另一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述各类供电区域的设备负载率包括变电站负载率、配电变压器负载率和线路负载率并通过所对应的、满足供电安全的所述各类供电区域的高压电网结构和中压电网结构确定。
本发明提供的再一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述步骤(2)中电网总建设规模通过根据所述各类供电区域的电网结构和设备负载率取值确定的变电站数量、配电变压器数量、导线合理输送容量条件下的出线回路条数和线路长度确定。
本发明提供的又一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述步骤(3)中的各类约束性指标通过步骤(1)和(2)确定；所述约束性指标包括短路电流、供电可靠性和电压质量；A+、A、B、C类供电区域短路电流以40kA为限定值；D、E类供电区域短路电流以31.5kA为限定值；供电可靠性以各类供电区域的可靠性要求为约束条件；电压质量以7％为约束条件。
本发明提供的又一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，高压电网所述变电站数量根据下式(1)确定：
高压电网所述出线回路条数根据下式(2)确定：
高压电网单条线路长度根据下式(3)确定：
其中，曲折系数根据实际线路走廊走向和联络线路的长度确定；供电半径按照供电面积及220kV变电站数量计算确定；
中压电网所述出线回路条数通过下式(4)确定：
中压电网单条线路长度通过下式(5)确定：
其中，主干线长度依据上级变电站供电半径和曲折系数进行计算；分支系数根据电网结构特点确定。
本发明提供的又一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述步骤(4)中的年费用法为不同供电区域各类配置方案的单位面积年费用，根据所述单位面积年费用最小的配置方案为最优方案，选择出不同供电区域的变电站最优容量配置；所述单位面积年费用为单位面积的年建设投资费用、年运行维护费用以及年线损费用之和。
本发明提供的又一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述年建设投资费用依据所述电网建设规模和各类变配电设备综合造价水平确定；
所述年建设投资费用包括高压配电线路及变电站投资、中压以下线路和配电变压器投资；所述变配电设备综合造价水平以国网公司实际设备价格和工程实施的平均报价为基础；
所述线损包括高压变压器空载损耗、高压变压器负载损耗、高压配电线路损耗、中压配变空载损耗、中压配变负载损耗、中压配电线路损耗和低压主干线路损耗；
所述运行维护费用根据电网建设总体投资确定。
本发明提供的又一优选的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述年建设投资费用为将建设投资费用折算到每年，运营期为25年，折算率取8％；所述年线损费用按照购电价与线损电量乘积确定；所述年运行维护费用按照工程固定资产原值的运行维护费率进行确定，所述运行维护费率取1.5％。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明的方法能够指导规划人员选择满足各类供电区域要求的技术经济最优的110～35kV变电站容量，提高设备资产的利用率；
2、本发明的方法在满足技术要求的前提下实现经济性的最优；
3、本发明的方法为各类供电区域的110～35kV变电站主变容量优化研究奠定了基础。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明的A+类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图；
图3为本发明的A类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图；
图4为本发明的B类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图；
图5为本发明的C类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图；
图6为本发明的D类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图；
图7为本发明的E类供电区域110kV主变选取不同容量时单位面积年费用示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1-7所示，本例的发明方法为110千伏变电站容量配置：
(1)依据“供电区域划分表”(如表1所示)，确定各类供电区域的负荷密度参考值。
A+～E类供电区域负荷密度分别取35、20、10、4、0.5、0.05MW/km2。
(2)依据《变电站典型设计》及当前变电站的实际情况，确定可选的主变容量序列。
变电站规模选择常用容量序列及台数配置，其中，220kV变电站主变台数选择3台，220/110kV单台主变容量为240MVA，110kV变电站主变台数选择2台或3台，110kV单台主变容量按照6.3、8、10、12.5、20、31.5、40、50、63MVA9种模式考虑。
(3)依据各类供电区域的供电要求，确定各类供电区域对应的高、中压电网结构。
高压110kV配电网采用架空网，但A+类供电区域采用电缆网。A+、A类供电区域采用双链结构，B、C类供电区域采用双环网结构，D类区域采用双辐射结构，E类区域采用单辐射结构。
中压10kV配电网采用架空网，但A+类供电区域采用电缆网。A+类供电区域10kV电缆线路采用双环式结构；A、B类供电区域10kV架空线路采用三分段两联络接线方式；C、D类供电区域10kV架空线路采用单联络接线方式；E类供电区域采用辐射状结构。
(4)依据电网结构确定满足供电安全要求的变电站、配变及线路负载率取值。
高压110kV变电站负载率按照满足主变N-1设置，2台主变时负载率控制在50％，3台主变时负载率控制在67％。110kV配电线路负载率控制在50％。
A、B类供电区域中压10kV线路负载率控制在67％；C、D、E类供电区域中压10kV线路负载率控制在50％，配变负载率控制在50％。
(5)根据各类供电区域的电网结构方案以及设备负载率取值，确定需要新增变电站数量以及考虑导线合理输送容量条件下的出线回路条数及线路长度，得到电网总建设规模。
①变电站数量根据供电区域的负荷、单台主变容量、变电站内主变台数以及变电站负载率进行计算得到，公式如下：
②高压110kV配电线路建设规模按照线路输送容量以及负载率确定出线回路条数，公式如下：
③110kV配电线路长度按照供电半径并考虑线路曲折系数进行确定。其中曲折系数主要考虑实际线路走廊走向以及联络线路的长度；供电半径按照供电面积及220kV变电站数量计算得出。公式如下：
④中压10kV配电线路建设规模按照线路输送容量以及负载率确定出线回路条数，公式如下：
⑤中压10kV配电线路长度依据主干线长度和分支系数进行确定。其中主干线长度依据上级变电站供电半径并考虑曲折系数进行计算；分支系数根据电网结构特点确定。公式如下：
⑥10kV配变容量选取315kVA。
(6)根据配置方案及建设规模计算分析各类约束性指标。
约束条件包括基于各种主变容量模式的电网建设方案应在满足区域负荷发展需要的基础上，满足《配电网规划设计技术导则》对供电安全、短路电流水平、电压质量上的要求。其中，考虑到A+、A、B、C类供电区域负荷较为集中，电网末端电压基本能满足要求的情况，故直接以年费用为目标函数进行比较；D、E类供电区域供电面积大、负荷极度分散以及现状电网末端电压不能满足要求的特殊情况，以电压质量(电压降落值)作为目标函数的约束条件，进行年费用的比较。
计算各类供电区域不同变电站容量配置方案下的短路电流水平、供电可靠性水平以及电压质量(电压降落值)，A+、A、B、C类供电区域短路电流以40kA为限定值，D、E类供电区域短路电流以31.5kA为限定值；供电可靠性以各类供电区域的可靠性要求为约束条件；电压质量以7％为约束条件。
(7)依据电网建设规模，结合给定的各类变配电设备综合造价水平计算建设投资费用。
建设投资费用包括110(66)kV配电线路及变电站投资、10kV及以下线路及配电变压器投资三部分。变配电设备综合造价水平以国网公司实际设备价格和工程实施的平均报价为基础。
(8)结合电网规模计算各级电网线损电量及损耗费用。
线损包括110(66)kV变压器空载及负载损耗、110(66)kV高压配电线路损耗、中压配变空载及负载损耗、中压配电线路损耗(包括主干线路和分支线路)、低压主干线路损耗。基于以下几点假设进行简化的理论线损计算：
①同一电压等级变压器负载率、功率因数及运行电压相同；
②某一电压等级线路负载率、负荷分布情况相同；
③高压配电网的负荷按集中在线路末端计算；
④中压主干线路、分支线路负荷按照均匀分布负荷和集中在末端负荷各占50％计算。所述年线损费用按照购电价与线损电量乘积确定，即所述年线损费用CL计算公式为：
CL＝线损电量×成本电价 (6)
(9)根据电网建设总体投资确定电网运行维护费用。
年运行维护费用按照工程固定资产原值的运行维护费率进行确定，运行维护率取1.5％；即所述年运行维护费用CF的计算公式为：
CF＝固定资产原值(近似为工程投资)×运行维护率 (7)
(10)利用年费用法进行各种配置方案的经济性比较。
将建设投资费用折算到每年，运营期为25年，折算率取8％，并按照下式(8)确定折算为年值的建设投资费用CE：
CE＝投资×[折现率×(1+折现率)运营期]/[(1+折现率)运营期-1] (8)
单位面积年费用为单位面积的年建设投资费用、年运行维护费用以及年线损费用之和，即所述单位面积年费用CT计算公式为：
CT＝CE+CF+CL (9)
计算不同供电区域各类配置方案的单位面积年费用，如附图2所示。单位面积年费用最小的配置方案为最优方案，据此可以选择出不同供电区域的110kV变电站最优容量配置。
采用与110kV变电站容量配置相同的方法与流程可计算得出66kV及35kV变电站推荐容量。
表1各供电区域规划负荷密度参考值
| 供电区域类型 | 负荷密度σ的参考范围(MW/km2) |
| A+ | σ≥30 |
| A | 15≤σ＜30 |
| B | 6≤σ＜15 |
| C | 1≤σ＜6 |
| D | 0.1≤σ＜1 |
| E | ＜0.1 |
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，所述方法适用于35～110千伏变电站容量配置；其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤(1)确定各类供电区域配置方案；
步骤(2)确定电网总建设规模；
步骤(3)确定各类约束性指标；
步骤(4)通过年费用法对各种所述配置方案的经济性进行比较；
所述步骤(1)中的配置方案通过各类供电区域的负荷密度、变电站主变容量序列、电网结构和设备负载率确定；
所述各类供电区域的变电站主变容量序列通过《变电站典型设计》和当前变电站的实际情况确定；所述各类供电区域的电网结构包括高压电网结构和中压电网结构并通过各类供电区域的供电要求确定；
所述步骤(2)中电网总建设规模根据变电站数量、配电变压器数量、导线合理输送容量条件下的出线回路条数和线路长度确定，其中，所述变电站数量、配电变压器数量、导线合理输送容量条件下的出线回路条数和线路长度是通过所述各类供电区域的电网结构和设备负载率取值确定的；
高压电网所述变电站数量根据下式(1)确定：
高压电网所述出线回路条数根据下式(2)确定：
高压电网单条线路长度根据下式(3)确定：
其中，曲折系数根据实际线路走廊走向和联络线路的长度确定；供电半径按照供电面积及220kV变电站数量计算确定；
中压电网所述出线回路条数通过下式(4)确定：
中压电网单条线路长度通过下式(5)确定：
其中，主干线长度依据上级变电站供电半径和曲折系数进行计算；分支系数根据电网结构特点确定；
所述步骤(3)中的各类约束性指标通过步骤(1)和(2)确定；所述约束性指标包括短路电流、供电可靠性和电压质量；A+、A、B、C类供电区域短路电流以40kA为限定值；D、E类供电区域短路电流以31.5kA为限定值；供电可靠性以各类供电区域的可靠性要求为约束条件；电压质量以7％为约束条件。
2.如权利要求1所述的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，其特征在于：所述各类供电区域的设备负载率包括变电站负载率、配电变压器负载率和线路负载率并通过所对应的所述各类供电区域的高压电网结构和中压电网结构以及需满足的供电安全要求确定。
3.如权利要求1所述的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，其特征在于：所述步骤(4)中的年费用法为不同供电区域各类配置方案的单位面积年费用，根据所述单位面积年费用最小的配置方案为最优方案，选择出不同供电区域的变电站最优容量配置；所述单位面积年费用为单位面积的年建设投资费用、年运行维护费用以及年线损费用之和。
4.如权利要求3所述的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，其特征在于：所述年建设投资费用依据所述电网总建设规模和各类变配电设备综合造价水平确定；
所述年建设投资费用包括高压配电线路及变电站投资、中压以下线路和配电变压器投资；所述变配电设备综合造价水平以国网公司实际设备价格和工程实施的平均报价为基础；
线损包括高压变压器空载损耗、高压变压器负载损耗、高压配电线路损耗、中压配变空载损耗、中压配变负载损耗、中压配电线路损耗和低压主干线路损耗；所述年运行维护费用根据电网建设总体投资确定。
5.如权利要求4所述的一种基于不同供电区域的变电站容量配置方法，其特征在于：所述年建设投资费用为将建设投资费用折算到每年，运营期为25年，折算率取8％；所述年线损费用按照购电价与线损电量乘积确定；所述年运行维护费用按照工程固定资产原值的运行维护费率进行确定，所述运行维护费率取1.5％。
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| 《配电网中压电压层级适用范围研究》;吴涛;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 》;20131015(第10期);全文 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103839116A (zh) | 2014-06-04 |
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