CN104200400A - 一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法 - Google Patents

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张铭泽
秦旷宇
仇成
李亦农
徐涛
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Abstract

本发明涉及一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法,包括以下步骤:1)获取理想变电站建设条件;2)根据变电站建设条件建立变电站成本模型;3)根据变电站成本模型的最终优化模型和条件获得变电站供电半径的最佳选择。与现有技术相比,本发明具有准确、适用范围广等优点。

Description

一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法
技术领域
本发明涉及电力领域,尤其是涉及一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法。
背景技术
上海电网是华东地区乃至全国密度最高的负荷中心,是城乡一体化电网,其供电范围覆盖上海市全部。根据上海电网“十二五”规划,预计2015年上海电网最高用电负荷为37120MW,年用电量为1715亿kW·h。“十二五”上海最高用电负荷年均增长率分别为8.2%。综合新建和改扩建项目,至“十二五”末上海电网220kV变电站达到140座,总变电容量达到63460MVA,电网容载比达到1.93。
目前,35kV变电站在上海高压配网中占绝大多数,其主变容量最高配置为31.5MVA,并且很难再有上升空间。为解决负荷密度日益增高、变压器长期重载的问题,需要建设的变电站越来越多,从而造成电网建设和土地紧缺的矛盾越来越突出,新规划变电站落实困难,供电能力的发展受到诸多限制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法,包括以下步骤:
1)获取理想变电站建设条件;
2)根据变电站建设条件建立变电站成本模型,包括以下步骤:
21)计算配电网投资成本C:
C = C b + C l H + C l L
Cb=ab0+(ab+bbΔS)M
C l H = ( a l H + b l H L ) M
L=βl
C l L = ( a l L + b l L l ) MN
其中,Cb为变电站投资成本,为进线投资成本,为出线投资成本,ab0为变电站建设的固定成本,M为变压器台数,ab为单台变压器的固定成本,bb为与变压器容量相关的成本系数,ΔS为单台变压器容量,为每条进线的固定成本,为单位长度进线投资成本,L为进线平均长度,β为曲折系数,l为变电站供电半径,为每条出线的成本,为单位长度出线投资成本,N为出线条数;
22)计算变电站年运行费用F:
F=Fb+Fl+Fw
Fb=FK+F0
F l = F l H + F l L
F0=ωMΔP0T
F w = r b C b + r l H C l H + r l L C l L
其中,Fb为变电站运行费用,Fl为线路运行费用,Fw为设备维护费用,FK为负载损耗,F0为空载损耗,为进线运行费用,出进线运行费用,ω为单位电价,ΔPd为变压器负载损耗,为变压器功率因数,τ为最大负荷利用小时数,σ为变电站供电区域内的负荷密度,ΔP0为变压器空载损耗,T为变压器运行的时间,为进线电压等级,rH为进线单位等效电阻,为进线功率因数,为出线电压等级,rL为出线单位等效电阻,为出线功率因数,rb为变电站维护率,为进线维护率,为出线维护率;
23)构建目标函数:
min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
( P / F , i , n ) = ( 1 + i ) n - 1 i ( 1 + i ) m - 1
其中,PVC为变电站总成本,A为规划区域的面积,i为电力工业平均收益率,n为规划期年数;
24)获得目标函数的约束条件:
“N-1”约束:即当其中一台变压器因故障退出运行时,其余变压器承担全部负荷而不过载,此时变压器容量和台数应满足下式:
其中,k为变压器短时允许过载率,
容载比约束条件:
R s = MΔS πl 2 σ
其中,Rs为容载比;
25)获得最终优化模型和条件为:
Obj . min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
其中,Rs min为110kV配电网容载比的最小值,Rs max为110kV配电网容载比的最大值;
3)根据变电站成本模型的最终优化模型和条件获得变电站供电半径的最佳选择。
所述的步骤3)中通过变电站负载率λr,得到供电半径l和变电站个数ns与负荷密度σ的关系为:
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
一、计算准确,通过建立理想变电站的成本数学模型,准确的得出了最低成本以及最优半径。
二、适用范围广,该数学模型可推广至全国其他各省市的变电站。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为30MW总成本和供电半径之间的关系图。
图3为100MW总成本和供电半径之间的关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例:
本项目所建立的优化模型以变电站建设运行总成本最小为目标,并满足“N-1”条件和容载比约束,优化参数为变压器供电半径。变电站建设运行总成本包括配电网建设投资成本和每年的运行费用;配电网投资成本主要由变电站投资成本(变电站主体建设成本以及变压器投资成本)、进线投资成本以及出线投资成本组成;运行费用则由变压器运行费用、线路运行费用和设备维护费组成;这六项成本构成了目标函数的基础。
如图1所示,一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法,包括以下步骤:
1)获取理想变电站建设条件;
2)根据变电站建设条件建立变电站成本模型,包括以下步骤:
21)计算配电网投资成本C:
C = C b + C l H + C l L
Cb=ab0+(ab+bbΔS)M
C l H = ( a l H + b l H L ) M
L=βl
C l L = ( a l L + b l L l ) MN
其中,Cb为变电站投资成本,为进线投资成本,为出线投资成本,ab0为变电站建设的固定成本,M为变压器台数,ab为单台变压器的固定成本,bb为与变压器容量相关的成本系数,ΔS为单台变压器容量,为每条进线的固定成本,为单位长度进线投资成本,L为进线平均长度,β为曲折系数,l为变电站供电半径,为每条出线的成本,为单位长度出线投资成本,N为出线条数;
22)计算变电站年运行费用F:
F=Fb+Fl+Fw
Fb=FK+F0
F l = F l H + F l L
F0=ωMΔP0T
F w = r b C b + r l H C l H + r l L C l L
其中,Fb为变电站运行费用,Fl为线路运行费用,Fw为设备维护费用,FK为负载损耗,F0为空载损耗,为进线运行费用,出进线运行费用,ω为单位电价,ΔPd为变压器负载损耗,为变压器功率因数,τ为最大负荷利用小时数,σ为变电站供电区域内的负荷密度,ΔP0为变压器空载损耗,T为变压器运行的时间,为进线电压等级,rH为进线单位等效电阻,为进线功率因数,为出线电压等级,rL为出线单位等效电阻,为出线功率因数,rb为变电站维护率,为进线维护率,为出线维护率;
23)构建目标函数:
min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
( P / F , i , n ) = ( 1 + i ) n - 1 i ( 1 + i ) m - 1
其中,PVC为变电站总成本,A为规划区域的面积,i为电力工业平均收益率,n为规划期年数;
24)获得目标函数的约束条件:
“N-1”约束:即当其中一台变压器因故障退出运行时,其余变压器承担全部负荷而不过载,此时变压器容量和台数应满足下式:
其中,k为变压器短时允许过载率,
容载比约束条件:
R s = MΔS πl 2 σ
其中,Rs为容载比;
25)获得最终优化模型和条件为:
Obj . min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
其中,Rs min为110kV配电网容载比的最小值,Rs max为110kV配电网容载比的最大值;
3)如图2和图3所示,根据变电站成本模型的最终优化模型和条件获得变电站供电半径的最佳选择。

Claims (2)

1.一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)获取理想变电站建设条件;
2)根据变电站建设条件建立变电站成本模型,包括以下步骤:
21)计算配电网投资成本C:
C = C b + C l H + C l L
Cb=ab0+(ab+bbΔS)M
C l H = ( a l H + b l H L ) M
L=βl
C l L = ( a l L + b l L l ) MN
其中,Cb为变电站投资成本,为进线投资成本,为出线投资成本,ab0为变电站建设的固定成本,M为变压器台数,ab为单台变压器的固定成本,bb为与变压器容量相关的成本系数,ΔS为单台变压器容量,为每条进线的固定成本,为单位长度进线投资成本,L为进线平均长度,β为曲折系数,l为变电站供电半径,为每条出线的成本,为单位长度出线投资成本,N为出线条数;
22)计算变电站年运行费用F:
F=Fb+Fl+Fw
Fb=FK+F0
F l = F l H + F l L
F0=ωMΔP0T
F w = r b C b + r l H C l H + r l L C l L
其中,Fb为变电站运行费用,Fl为线路运行费用,Fw为设备维护费用,FK为负载损耗,F0为空载损耗,为进线运行费用,出进线运行费用,ω为单位电价,ΔPd为变压器负载损耗,为变压器功率因数,τ为最大负荷利用小时数,σ为变电站供电区域内的负荷密度,ΔP0为变压器空载损耗,T为变压器运行的时间,为进线电压等级,rH为进线单位等效电阻,为进线功率因数,为出线电压等级,rL为出线单位等效电阻,为出线功率因数,rb为变电站维护率,为进线维护率,为出线维护率;
23)构建目标函数:
min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
( P / F , i , n ) = ( 1 + i ) n - 1 i ( 1 + i ) m - 1
其中,PVC为变电站总成本,A为规划区域的面积,i为电力工业平均收益率,n为规划期年数;
24)获得目标函数的约束条件:
“N-1”约束:即当其中一台变压器因故障退出运行时,其余变压器承担全部负荷而不过载,此时变压器容量和台数应满足下式:
其中,k为变压器短时允许过载率,
容载比约束条件:
R s = MΔS πl 2 σ
其中,Rs为容载比;
25)获得最终优化模型和条件为:
Obj . min PVC = A πl 2 [ C b + C l H + C l L + ( F b + F l + F w ) ( P / F , i , n ) ]
其中,Rs min为110kV配电网容载比的最小值,Rs max为110kV配电网容载比的最大值;
3)根据变电站成本模型的最终优化模型和条件获得变电站供电半径的最佳选择。
2.根据权利要求1所述的一种基于变电站成本模型的最佳供电半径的选择方法,其特征在于,所述的步骤26)中通过变电站负载率λT,得到供电半径l和变电站个数ns与负荷密度σ的关系为:
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CN113469553A (zh) * 2021-07-15 2021-10-01 上海电力大学 一种考虑负荷密度的区域能源系统供能范围规划方法

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Title
王庆等: "变电站应用大容量主变供电半径优化", 《电网与清洁能源》 *

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