CN103986160A - 一种用于10kv中压配电网分层分区的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于10KV中压配电网分层分区的方法，10KV中压配电网包含：多个变电站、多个开关站及多个配电站；每个变电站分别与多个开关站连接，每个开关站与多个所述的配电站连接；该方法包含如下步骤：步骤1，根据变电站与开关站之间的空间布局，构建主干配电网络结构；步骤2，根据每个开关站供电范围内需设置的配电站的数量，构建次级配电网络模型。本发明进一步细化和明确了中压配电网的层次结构及功能定位。以供电能力理论计算方法和供电块内主变联络结构优化模型为基础，建立了基于开关站供电模式下的典型供电块联络模型、变电站及开关站空间布局的约束性分析模型，并利用在典型供电模式下对开关站进行具体配置计算。

Description

一种用于10KV中压配电网分层分区的方法

技术领域

本发明涉及电力配电网络系统，具体涉及一种用于10KV中压配电网分层分区的方法。

背景技术

随着城市电力负荷的增长和中压配电网逐步扩容升级，城市配电网架日益复杂化，所以有效梳理和规范10千伏配电网网架结构对于提高城市电网运行管理水平有着越来越显著的意义。

在我国大多城市，由于地区负荷发展不平衡以及中低压配电网网架没有统一、整体的规划，10千伏配电网网架一直存在着复杂、参差不齐的状态。这种运行状态无论是从管理调度的方便性上，还是从配电网运行的安全可靠性上来讲，都是有隐患的。目前关于10千伏中压配电网网架结构的研究工作，主要体现在接线模式的适应性、经济性和可靠性等方面的研究上，而10千伏接线模式涉及到的大多数是主干线路，对于从开关站分出来的次级10千伏线路的研究并不多，没有相关成型的结论，这恰恰正是10千伏配电网混乱的地方所在。因此，有必要对10千伏中压配电网次级网络的结构及功能特性开展相关研究工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于10KV中压配电网分层分区的方法，对主干网络和次级网络进行明确定义；进而分别构建了配电网主干网络和次级网络的结构梳理方法，其中主干网架结构从开关站的数量规模配置和空间布点两方面进行分析，次级网架结构从馈线装接配变容量和开关站串接配电站的规模配置两个层次进行分析。本文的结论结合城市电网建设、运行的实情，在中压配电网架结构优化方面提出了有益建议。

一种用于10KV中压配电网分层分区的方法，10KV中压配电网包含：多个变电站、多个开关站及多个配电站；每个上述的变电站分别与多个开关站连接，每个开关站与多个配电站连接；该方法包含如下步骤：

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

步骤1，根据上述的变电站与上述的开关站之间的空间布局，构建主干配电网络结构；

步骤2，根据每个上述的开关站供电范围内需设置的上述的配电站的数量，构建次级配电网络模型。

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤1包含如下步骤：

步骤1.1，设定上述的变电站或上述的开关站的供电范围为圆形区域，变电站或开关站的位置落在圆心处，计算变电站及开关站的供电半径；

步骤1.2，计算变电站与开关站之间的距离上限值d_lim；

步骤1.3，计算开关站具体的空间布局位置。

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤2包含如下步骤：

步骤2.1，通过下式构建10KV线路装接配变容量的分析模型：

式中，U为线路平均电压，I^l _max为线路安全载流量上限，Tl为线路所允许的最大负载率，为线路平均功率因数，S_l为线路允许装接的配变容量，T_lt为配变的经济运行负载率，为配变平均功率因数，a为负荷同时率，β为用户配变备用系数；

步骤2.2，开关站串接配电站的规模配置分析模型；

步骤2.3，根据地区的实际情况选取合适的参数对上述的步骤2.1-步骤2.2中各模型进行简化和计算，实现负荷的有效释放。

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤1.1包含如下步骤：

步骤1.1.1，设定所述的变电站中每台主变的容量或所述的开关站电源进线容量为R，站内主变台数或电源进线数目为n，主变的负载率或电源进线负载率为T，供电半径为r，假定供电区域负荷密度均匀且都为M，主变的功率因数或电源进线的功率因数为

步骤1.1.2，上述变电站的供电半径与主变的负荷供应能力的开方成正比，与负荷密度的开方成反比；上述的开关站的供电半径与电源进线的负荷供应能力的开方成正比，与负荷密度的开方成反比；则变电站及开关站的供电半径计算均如下：

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤1.2包含如下步骤：

步骤1.2.1，设上述的变电站的主变台数为n，主变容量为R，主变的运行负载率为T，功率因数为上述的变电站的供电半径为r；设上述的开关站电源进线数目为n1，电源进线容量为R1，线路负载率为T1，线路功率因数为，上述的开关站的供电半径为r1，供电区域内平均负荷密度为M；

步骤1.2.2，由于上述的开关站的供电区域落在上述的变电站的供电区域内，从几何的角度上，当上述的开关站的圆形供电区域与上述的变电站的圆形供电区域相内切时，开关站与变电站的距离最远，此距离可称为变电站与开关站间的距离上限d_lim；具体计算方法如下：

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤1.3包含如下步骤：

步骤1.3.1，在变电站与多个上述的开关站之间距离满足上述的步骤1.2.2中距离上限d_lim时，当三个上述的开关站的圆形供电区域相切时，三个上述的开关站的位置分别为三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3，供电半径为r1；以O1、O2、O3为顶点构成边长为2r1的等边三角形，并确定该三角形的重心G的位置；

步骤1.3.2，将三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3沿等边三角形中垂线的方向向着上述的重心G移动；

步骤1.3.3，分别判断圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离是否大于供电半径r1；当距离大于供电半径r1时，返回至步骤1.3.2；当距离小于供电半径r1时，执行步骤1.3.4；

步骤1.3.4，当圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离均为供电半径r1时，即得到上述的开关站之间的最小距离为，则可判断，开关站之间的合理距离区间为

上述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，上述的步骤2.2包含如下步骤：

步骤2.2.1，上述的开关站与上述的配电站的数量配置与配电站所带负荷有关，则以负荷等价为纽带构建上述的开关站与上述的配电站规模配置的一般模型如下式所示：

z_e＝f(y_e,L)

式中，e可表示配电站；Z_e为一座开关站允许装接的配电站数量；y_e为开关站每段母线仓位出线中装接配电站数量；L为一座配电站所带的负荷，其中配电站所带负荷包括10千伏仓位出线所带负荷和站内配变所带负荷两部分；

步骤2.2.2，建立求解上述的步骤2.2.1中一般模型的多变量不等式方程组如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_e=\underset{i=1}{\overset{y_e}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i^{\left(j\right)}\\ y_P\≤n\\ N_i^{\left(j\right)}=\frac{2R_j{T}_j}{L_j+\mathrm{\β}{S}_e{T}_e}\end{array}\right.$

式中，n为开关站每段母线允许出线的仓位数；β为配电站内配变台数系数，配电站分为带配变为PTZ站、不带配变为PF站，当为PTZ站时，β＝2；当为PF站时，β＝0；N_i ^(j)为开关站每段母线一条出线以及对应另一段母线出线共同所带配电站的数目，其中j＝1,2,3分别代表开关站出线电缆型号为YJV--3×70、YJV--3×120、YJV--3×240；Lj为电源进线型号为j时，每个配电站10千伏出线所带负荷的大小；Te、Se分别为配电站站内配变的经济负载率及单台配变容量大小；

步骤2.2.3，根据上述的步骤2.2.2中上述的开关站不同型号电缆出线及负载率区间分析上述模型的多种计算结果为基础，分析上述的开关站在不同出线组合方案下分别带的PTZ站、PF站得最大数目，并采用最佳平方逼近统计出开关站分别装接配电站中PTZ站、PF站得最大的期望数量分别为4个PTZ站、12个PF站。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

提出了中压配电网分层分区的概念，定义了主干网络和次级网络的基本概念，进一步细化和明确了中压配电网的层次结构及功能定位。以供电能力理论计算方法和供电块内主变联络结构优化模型为基础，建立了基于开关站供电模式下的典型供电块联络模型、变电站及开关站空间布局的约束性分析模型，并利用在典型供电模式下对开关站进行具体配置计算。根据地区实际情况，选取合适的参数对各模型进行简化和计算，相关分析结果对于梳理和规范次级网络结构起到了重要的指导作用，为负荷的有效释放提供了合理、经济、可靠的通道。

附图说明

图1为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的实施例之一。

图2为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的实施例之二。

图3为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的实施例之三。

图4为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的实施例之四。

图5为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的实施例之五。

图6为本发明一种用于10KV中压配电网分层分区的方法的整体流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

10KV中压配电网包含：多个变电站、多个开关站及多个配电站；每个上述的变电站分别与多个开关站连接，每个开关站与多个配电站连接。

如图1所示，主干网络，即从110千伏变电站低压侧所出的10千伏主干线路，主要包括开关站的进线、以及少量10千伏专用线路等。本发明是构建以开关站供电模式为主的主干网络。

如图2所示，次级网络，主要指开关站、配电站出线所构成的10千伏网络，次级网络在主变负荷的分配及如何释放等方面起着重要的作用。

如图6所示，一种用于10KV中压配电网分层分区的方法包含如下步骤：

步骤1，根据变电站与开关站之间的空间布局，构建主干配电网络结构。该步骤包含如下步骤：

如图3所示，步骤1.1，设定变电站或开关站的供电范围为圆形区域，变电站或开关站的位置落在圆心处，计算变电站及开关站的供电半径。上该步骤包含如下步骤：

步骤1.1.1，设定所述的变电站中每台主变的容量或所述的开关站电源进线容量为R，站内主变台数或电源进线数目为n，主变的负载率或电源进线负载率为T，供电半径为r，假定供电区域负荷密度均匀且都为M，主变的功率因数或电源进线的功率因数为

步骤1.1.2，上述的变电站或开关站的供电半径与主变或电源进线的负荷供应能力的开方成正比，与负荷密度的开方成反比，则变电站及开关站的供电半径计算如下：

步骤1.2，计算变电站与开关站之间的距离上限值d_lim。该步骤包含如下步骤：

步骤1.2.1，设上述的变电站的主变台数为n，主变容量为R，主变的运行负载率为T，功率因数为，上述的变电站的供电半径为r；设上述的开关站电源进线数目为n1，电源进线容量为R1，线路负载率为T1，线路功率因数为，上述的开关站的供电半径为r1，供电区域内平均负荷密度为M。

步骤1.2.2，由于上述的开关站的供电区域落在上述的变电站的供电区域内，从几何的角度上，当上述的开关站的圆形供电区域与上述的变电站的圆形供电区域相内切时，开关站与变电站的距离最远，此距离可称为变电站与开关站间的距离上限d_lim；具体计算方法如下：

步骤1.3，计算开关站具体的空间布局位置。该步骤包含如下步骤：

如图4所示，当三座开关站的圆形供电区域相切时，必然会造成一部分供电死区，因此此还需进一步缩小开关站间的距离，但距离也不能太小，以免造成大范围供电重叠。因此，必须寻求合适的距离区间来设置开关站间的相对位置，使得各开关站的供电重叠区域最小。

如图4所示，步骤1.3.1，在变电站与多个上述的开关站之间距离满足上述的步骤1.2.2中距离上限d_lim时，当三个上述的开关站的圆形供电区域相切时，三个上述的开关站的位置分别为三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3，供电半径为r1；以O1、O2、O3为顶点构成边长为2r1的等边三角形，并确定该三角形的重心G的位置。

如图5所示，步骤1.3.2，将三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3沿等边三角形中垂线的方向向着上述的重心G移动。

步骤1.3.3，分别判断圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离是否大于供电半径r1；当距离大于供电半径r1时，返回至步骤1.3.2；当距离小于供电半径r1时，执行步骤1.3.4。

步骤1.3.4，当圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离均为供电半径r1时，即得到上述的开关站之间的最小距离为，则可判断，开关站之间的合理距离区间为

步骤2，根据每个开关站供电范围内需设置的上述的配电站的数量，构建次级配电网络模型。该步骤2包含如下步骤：

步骤2.1，在充分考虑中压线路装接配变容量大小的影响因素的情况下，构建了10千伏线路装接配变容量的分析模型通过下式构建10KV线路装接配变容量的分析模型：

式中，U为线路平均电压，I^l _max为线路安全载流量上限，Tl为线路所允许的最大负载率，为线路平均功率因数，S_l为线路允许装接的配变容量，T_lt为配变的经济运行负载率，为配变平均功率因数，a为负荷同时率，β为用户配变备用系数。

步骤2.2，开关站串接配电站的规模配置分析模型。该步骤包含如下步骤：

通过分析每座开关站供电范围内需设置的配电站数量，制定开关站、配电站间合理的配置规模，可为构建合理、经济、可靠的次级配电网络提供重要的参考价值。

步骤2.2.1，上述的开关站与上述的配电站的数量配置与配电站所带负荷有关，则以负荷等价为纽带构建上述的开关站与上述的配电站规模配置的一般模型如下式所示：

z_e＝f(y_e,L)

式中，e可表示配电站；Z_e为一座开关站允许装接的配电站数量；y_e为开关站每段母线仓位出线中装接配电站数量；L为一座配电站所带的负荷，其中配电站所带负荷包括10千伏仓位出线所带负荷和站内配变所带负荷两部分。

步骤2.2.2，建立求解上述的步骤2.2.1中一般模型的多变量不等式方程组如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{z}_e=\underset{i=1}{\overset{y_e}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i^{\left(j\right)}\\ y_P\≤n\\ N_i^{\left(j\right)}=\frac{2R_j{T}_j}{L_j+\mathrm{\β}{S}_e{T}_e}\end{array}\right.$

式中，n为开关站每段母线允许出线的仓位数(带站内配变的仓位除外)；β为配电站(分为2种，带配变为PTZ站，不带配变为PF站)内配变台数系数(当为PTZ站时，β＝2；当为PF站时，β＝0)；N_i ^(j)为开关站每段母线一条出线以及对应另一段母线出线共同所带配电站的数目(j＝1,2,3分别代表开关站出线电缆型号为YJV--3×70、YJV--3×120、YJV--3×240)；Lj为电源进线型号为j时，每个配电站10千伏出线所带负荷的大小；Te、Se分别为配电站站内配变的经济负载率及单台配变容量大小。

具体计算结果如下表所示：

步骤2.2.3，根据上述的步骤2.2.2中上述的开关站不同型号电缆出线及负载率区间分析上述模型的15种计算结果为基础，分析上述的开关站在不同出线组合方案下分别带的PTZ站、PF站得最大数目，并采用最佳平方逼近统计出开关站分别装接配电站中PTZ站、PF站得最大的期望数量分别为4个PTZ站、12个PF站。

步骤2.3，根据地区的实际情况选取合适的参数对上述的步骤2.1-步骤2.2中各模型进行简化和计算，实现负荷的有效释放。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种用于10KV中压配电网分层分区的方法，所述的10KV中压配电网包含：多个变电站、多个开关站及多个配电站；每个所述的变电站分别与多个所述的开关站连接，每个所述的开关站与多个所述的配电站连接；其特征在于，该方法包含如下步骤： 

步骤1，根据所述的变电站与所述的开关站之间的空间布局，构建主干配电网络结构； 

步骤2，根据每个所述的开关站供电范围内需设置的所述的配电站的数量，构建次级配电网络模型。 

2.如权利要求1所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤1包含如下步骤： 

步骤1.1，设定所述的变电站及所述的开关站的供电范围分别为圆形区域，所述的变电站、开关站的位置分别落在圆形供电范围的圆心处，计算变电站及开关站的供电半径； 

步骤1.2，计算所述的变电站与所述的开关站之间的距离上限值d_lim； 

步骤1.3，计算多个所述的开关站具体的相对空间布局位置。 

3.如权利要求1所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤2包含如下步骤： 

步骤2.1，通过下式构建10KV线路装接配变容量的分析模型： 

式中，U为线路平均电压，I^l _max为线路安全载流量上限，Tl为线路所允许的最大负载率，为线路平均功率因数，S_l为线路允许装接的配变容量，T_lt为配变的经济运行负载率，为配变平均功率因数，a为负荷同时率，β为用户配变备用系数； 

步骤2.2，开关站串接配电站的规模配置分析模型； 

步骤2.3，根据地区的实际情况选取合适的参数对所述的步骤2.1-步骤2.2中各模型进行简化和计算，实现负荷的有效释放。 

4.如权利要求2所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤1.1包含如下步骤： 

步骤1.1.1，设定所述的变电站中每台主变的容量或所述的开关站电源进线容量为R，站内主变台数或电源进线数目为n，主变的负载率或电源进线负载率为T，供电半径为r，假定供电区域负荷密度均匀且都为M，主变的功率因数或电源进线的功率因数为

步骤1.1.2，所述的变电站的供电半径与主变的负荷供应能力的开方成正比，与负荷密度的开方成反比；所述的开关站的供电半径与电源进线的负荷供应能力的开方成正比，与负荷密度的开方成反比；则变电站及开关站的供电半径计算均如下： 

5.如权利要求4所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤1.2包含如下步骤： 

步骤1.2.1，设所述的变电站的主变台数为n，主变容量为R，主变的运行负载率为T，功率因数为所述的变电站的供电半径为r；设所述的开关站电源进线数目为n1，电源进线容量为R1，线路负载率为T1，线路功率因数为所述的开关站的供电半径为r1，供电区域内平均负荷密度为M； 

步骤1.2.2，由于所述的开关站的供电区域落在所述的变电站的供电区域内，从几何的角度上，当所述的开关站的圆形供电区域与所述的变电站的圆形供电区域相内切时，开关站与变电站的距离最远，此距离可称为变电站与开关站间的距离上限d_lim；具体计算方法如下： 

。

6.如权利要求5所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤1.3包含如下步骤： 

步骤1.3.1，在变电站与多个所述的开关站之间距离满足所述的步骤1.2.2中距离上限d_lim时，当三个所述的开关站的圆形供电区域相切时，三个所 述的开关站的位置分别为三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3，供电半径为r1；以O1、O2、O3为顶点构成边长为2r1的等边三角形，并确定该三角形的重心G的位置； 

步骤1.3.2，将三个圆形供电区的圆心O1、O2、O3沿等边三角形中垂线的方向向着所述的重心G移动； 

步骤1.3.3，分别判断圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离是否大于供电半径r1；当距离大于供电半径r1时，返回至步骤1.3.2；当距离小于供电半径r1时，执行步骤1.3.4； 

步骤1.3.4，当圆心O1、O2、O3与重心G之间的距离均为供电半径r1时，即得到所述的开关站之间的最小距离为，则可判断，开关站之间的合理距离区间为

7.如权利要求3所述的用于10KV中压配电网分层分区的方法，其特征在于，所述的步骤2.2包含如下步骤： 

步骤2.2.1，所述的开关站与所述的配电站的数量配置，与配电站所带负荷有关，则以负荷等价为纽带构建所述的开关站与所述的配电站规模配置的一般模型如下式所示： 

z_e＝f(y_e,L) 

式中，e可表示配电站；Z_e为一座开关站允许装接的配电站数量；y_e为开关站每段母线仓位出线中装接配电站数量；L为一座配电站所带的负荷，其中配电站所带负荷包括10千伏仓位出线所带负荷和站内配变所带负荷两部分； 

步骤2.2.2，建立求解所述的步骤2.2.1中一般模型的多变量不等式方程组如下式所示： 

式中，n为开关站每段母线允许出线的仓位数；β为配电站内配变台数系 数，配电站分为带配变为PTZ站、不带配变为PF站，当为PTZ站时，β＝2；当为PF站时，β＝0；N_i ^(j)为开关站每段母线一条出线以及对应另一段母线出线共同所带配电站的数目，其中j＝1,2,3分别代表开关站出线电缆型号为YJV--3×70、YJV--3×120、YJV--3×240；Lj为电源进线型号为j时，每个配电站10千伏出线所带负荷的大小；Te、Se分别为配电站站内配变的经济负载率及单台配变容量大小； 

步骤2.2.3，根据所述的步骤2.2.2中所述的开关站不同型号电缆出线及负载率区间分析上述模型的多种计算结果为基础，分析所述的开关站在不同出线组合方案下分别带的PTZ站、PF站得最大数目，并采用最佳平方逼近统计出开关站分别装接配电站中PTZ站、PF站得最大的期望数量分别为4个PTZ站、12个PF站。