CN104766140A - 一种分层分区模式化电网规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分层分区模式化电网规划方法，该方法包括如下步骤：根据不同电压等级对电网进行分层，分为高压配电网规划模型和中压配电网规划模型；对同一中压配电网规划模型的各个低压供电区的电网规划进行组合，确定低压配电网规划模型；对同一高压配电网规划模型的中压供电区的电网规划进行组合，确定中压配电网规划模型；然后结合整个供电区域电网规划对高压电网规划方案进行优化，确定高压配电网规划模型；将高级电网模型反馈到低级电网模型，对低级电网调整规划，确定整个供电区域的电网规划。分层分区电网有利于调度员在任何情况下都可以更加方便地控制潮流，既有利于事故处理，也有利于事故预案的编制与运行方式的调整。

Description

一种分层分区模式化电网规划方法

技术领域

本发明属于电力供电技术领域，具体涉及一种分层分区模式化电网规划方法。

背景技术

电力企业是国民经济的主要部门之一，它既为国家的现代化建设提供必需的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的联系。电力系统规划研究通常包括电源规划和电网规划两部分内容，而电网规划直接关系到电源发出的电能能否可靠地送出，以及电力系统供电的安全性及经济性能否实现的问题，在整个电力系统规划中占据着非常重要的地位，电力网络投资巨大、影响范围巨大、电力市场和国民经济发展迫切需要等特点决定了电网规划的重大意义。分层分区：是电网发展的必经之路。分层指不同电压等级的分层，分区是同一电压等级内的分区。按不同电压等级，电网可分为输电网络(或称送电网络)，高压配电网络和中压配电网络；各级电力网分区运行，合理的分层分区会给电网的安全运行带来许多好处。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种分层分区模式化电网规划方法，分层指不同电压等级的分层，分区是同一电压等级内的分区。按不同电压等级，电网可分为输电网络(或称送电网络)，高压配电网络和中低压配电网络；各级电力网分区运行。

本发明的技术方案是：一种分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、根据不同电压等级对电网进行分层，分为高压配电网规划模型和中压配电网规划模型，在同一电压等级下进行供电区域的划分；步骤二、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各低压供电区域进行电网规划；对同一中压配电网规划模型的各个低压供电区的电网规划进行组合，确定低压配电网规划模型；步骤三、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各中低压供电区域进行电网规划；对同一高压配电网规划模型的中压供电区的电网规划进行组合，然后结合高压变电站布局对中压供电层电网规划进行优化，确定中压配电网规划模型；步骤四、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各高压供电区域进行电网规划；然后结合整个供电区域电网规划对高压电网规划方案进行优化，确定高压配电网规划模型；步骤五、将高压配电网规划模型反馈到中压配电网规划模型，对中压配电网规划模型进行优化调整，将优化后的中压配电网规划模型反馈到低压配电网规划模型，对低压配电网规划模型优化调整，确定整个供电区域的电网规划。

在同一电压等级下依据行政级别或规划水平年的负荷密度将电网区域划分为A⁺供电区域、A供电区域、B供电区域、C供电区域、D供电区域、E供电区域六类供电区域。所述A⁺供电区域σ≥30，A供电区域负荷密度30＞σ≥15,B供电区域15＞σ≥6,C供电区域6＞σ≥1,D供电区域1＞σ≥0.1,E供电区域σ＞0.1，其中σ为供电区域的负荷密度。在同一电压等级下的同类供电区域电网结构相同，其中为A⁺供电区域、A供电区域、B供电区域的110～35kV变电站采用双侧电源供电。所述电网规划方法包含纵向组合和横向优化两个过程；纵向组合是从低压供电区域到中压供电区域，再到高压供电区域的过程，为组合过程；横向优化是对供电区域某电压等级进行电网优化的过程，包括电网配置优化和电网设计优化。所述电网配置优化包括电网装备优化、供电单元优化及电网结构优化。所述电网设计优化包括电压等级匹配、供电半径优化和电网布局优化。

所述高压配电网规划模型包括变电站选址优化，包括以下步骤：从GIS系统中读出个备选站址的地理信息数据，结合电网信息确定对备选站址对象的原始评价数据矩阵；确定所需的白化权函数类型，按照相应的白化权函数表达式确定对于各灰类的白化权函数；计算各指标的灰色聚类熵权权重；根据得到的白化权函数、聚类权重及原始评价数据矩阵计算灰色定权聚类系数；判断各对象所属灰类，确定最优站址。

所述高压配电网规划模型包括电网结构优化，设置进线电源至少为双电源模式，具体采用以下三种方式：方式一、电源来自两发电厂，或一个发电厂和一个变电所，或两个变电所；方式二、电源来自同一变电所一个半断路接线不同串的两条母线，或同一个变电所两条母线分段的母线；方式三、电源来自同一个变电所双母线的正、副母线。

本发明有如下积极效果：合理的分层分区会给电网的安全运行带来许多好处：一是减小系统短路电流；二是有利于调度员在任何情况下都可以更加方便地控制潮流，既有利于事故处理，也有利于事故预案的编制与运行方式的调整；三是从电网结构上有利于发现故障，并有效隔离故障，控制事故的波及范围；四是有利于地区小系统安全自动解列装置的整定，在发生大的事故时，可有效确保地区小系统的安全运行。因此，电网的分层分区运行是电网发展中具有战略意义的举措之一。分层分区的原则要首先体现在电网规划中，有计划地随着电网的发展主动实施分层分区运行。

附图说明

图1为本发明具体实施方式电网规划模型图解；

图2为本发明具体实施方式模式化电网规划设计步骤；

图3为本发明具体实施方式典型白化权函数图像；

图4为本发明具体实施方式上限测度的白化权函数坐标图；

图5为本发明具体实施方式下限测度的白化权函数图像；

图6为本发明具体实施方式适中测度的白化权函数；

图7为本发明具体实施方式基于熵权的灰色定权聚类决策模型的变电站选址流程图；

图8为本发明具体实施方式开关站接线示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

模式化的电网规划设计方法基于区域供电思想，从区域供电需求出发，选择相适应的供电模式制定电网规划方案。该方法采用由下至上的规划设计顺序，制定各供电区域的电网规划方案，进而优化组合确定全供电区的电网规划方案。按照经济水平、负荷性质、区域功能等对供电区域(含供电分区、子区域)进行划分，并可提炼出具有代表性的典型供电区域，实际供电区域可以分解为一个或多个典型供电区域。同类型供电区由于负荷特性、供电需求等各方面与某典型供电区域相同或相近，可直接采用该典型供电区域的供电模式。因而，采用区域供电思想进行电网规划时，各区域可采用相应的供电模式同时进行规划。

供电模式以电网规划理论、规程规范为支撑，在电压等级匹配、供电半径优化、电网布局优化等基础上，对电网结构、供电单元和电网装备等供电系统主要组成要素进行优化配置。

以某具有高、中、低压供电区域的电网规划方案为例说明其方案制定步骤，具体内容如下：

(1)将规划区域划分为若干个低压供电区(如村)、中压供电区和高压供电区(若只需1座变电站则无需划分高压供电区)；

(2)对于低压供电区，根据经济、负荷等(其中一项或者多项指标)指标选择低压供电模式，并制定各低压供电区的电网规划方案。将同一中压供电区的低压电网规划方案进行组合，即可得到低压电网规划方案。由于低压电网通常不相互联络且互供电能力低、供电范围小，一般情况下不需要进行不同区域间的规划优化；

(3)对于中压供电区，根据经济、负荷等指标选择中压供电模式，并制定各中压供电区的中压电网规划方案。将同一高压供电区的中压规划方案进行组合，然后结合高压变电站布局对中压电网规划方案进行优化，优化对象主要包括各回路供电范围、线路路径、形成某种接线方式的回路(即回路间联络)等，最后确定中压规划方案；

(4)对于高压供电区，根据经济、负荷等指标选择高压供电模式，并制定各高压供电区的高压电网规划方案，然后结合上级电网规划方案对高压电网规划方案进行优化，优化对象主要包括各变电站供电范围、高压电网结构、高压线路路径等，确定高压电网规划方案；

(5)根据高压电网规划方案对中压电网规划方案进行优化调整，确定中压电网最终规划方案，最后将低压网规划方案、中压网规划方案、高压网规划进行组合，即得到包含了各电压等级的电网规划方案。

根据“分层”思想，以《配电网规划设计技术导则》为指导，按不同电压等级进行模型建立，可分为高压配电网网架规划模型和中压配电网网架规划模型。1高压配电网规划模型

高压配电网的规划建设要贯彻电力与经济、社会、环境协调发展的方针，加强高压配电网的建设与改造，满足社会经济发展和人民生活水平的提高，满足用户对供电可靠性和供电质量越来越高的新要求。电网规划的基本原则是在保证将电力安全可靠地输送到负荷中心的前提下，使电网的建设和运行费用最小。

在高压配电网规划工作中应体现如下四点原则：(1)合理利用能源的原则。要认真研究，科学分析能源分布，合理规划和布局城市高压配电网的骨干网架结构。(2)电网配套发展原则。电力的生产、供应和销售是相对独立但又不可分割的统一过程，必须同时加大输变电设施、调度通信自动化设施等的规划和建设。(3)提高经济效益的原则。对于新建的输变电工程项目，必须从城市经济建设的整体利益出发，通过严格的科学计算，经济分析和可行性研究，使电力建设符合客观经济规律，充分发挥投资效益，同时提高供电企业的经济效益。(4)有利于环境保护的原则。城市高压配电网的规划建设要采用新技术、新设备，淘汰可能对环境造成严重污染的设备，切实做好环境保护工作。

1.1 当地电源布局

在我国电力体制改革前，电网建设滞后于电源建设，电网作为电源的配套送出工程，以保证电厂的电能送出去为目的，成为各个电厂接入系统设计工作的综合，存在“以点带网”的现象，致使电网结构薄弱。为了提高电网供电可靠性，电网规划应“以网带点”，保证电力系统安全稳定运行

1.2 空间负荷预测

空间负荷预测是指，不仅要预测负荷的量，还要预测负荷增长的位置。空间负荷预测是城市电网规划的基础，只有在确定了负荷空间分布的基础上，才能准确地进行电网的变电站布点和线路走廊的规划。

1.3 高压电网负荷分布及容载比

通常电网容量应满足最大负荷的要求，并有一定裕度。在《配电网规划设计技术导则》中要求：220kV电网变电所容载比1.6—1.9，35kV—110kV电网变电所容载比1.8—2.1。

1.4 高压变电站选址原则

高压变电所及其进出线规划原则；变电所是电网中变换电压、交换、汇集和分配电能的设备，变电所的布局、数量和容量直接关系到以后为本区域供电的能力以及直接影响着整体网架结构的优劣，对本地区配电网络的可靠性、经济性和电能质量有着直接的影响。搞好高压变电所及其进出线廊道规划，对用地的留、占地面积的估算和经济性评估、区域的整体规划和产业的布局具有重要意义。

高压变电所选址原则；城市变电所的所址选择应考虑审定的本地区电力系统远景发展规划，综合考虑网络结构、负荷分布、城建规划、土地征用、出线走廊、交通运输、水文地质、环境影响、地震烈度等因素，通过技术经济比较和经济效益分析，选择最佳方案。其具体原则如下：1)变电所的设立要有利于电力系统运行性能的提高，便于系统的控制和管理，110kV及以下变电所应接近负荷中心；2)充分考虑出线条件，避免或减少相互交叉跨越；3)注意节约用地，尽量不占或少占耕地，减少拆迁，占地面积要充分考虑最终规模的要求；4)交通运输方便；5)站址应避免对临近设施的影响，如军事设施、通讯电台、飞机场、导航台、风景旅游区等，应与相关单位或部门达成协议；6)站址不宜设在易燃、易爆、大气污染地区和严重盐雾地区；7)远离通信设施，避免电网发生接地故障时变电所电位升高对临近通信设施产生危险影响，无法远离时应通过计算和试验，必要时采取措施，实施由双方协商确定；8)充分考虑地质条件、防洪、防震等有关规定；9)对于城市变电所而言，要求容量大、占地少、可靠性高、外形美观、噪音小和建设费用恰当。

1.5 变电站选址模型：

(1)信息熵和熵权在信息论中，常用熵的概念来表示不确定性的量度，用于衡量一个随机变数出现的期望值。它代表了在被接收之前，讯号传输过程中损失的资讯量，又被称为信息熵。信息熵也称信源熵、平均自信息量。在1948年，克劳德·艾尔伍德·香农将热力学的熵，引入到信息论，因此它又被称为香农熵。设需要评估的n个对象，共有m个评价指标，则这些评价数据组成的矩阵为

该n×m阶矩阵称为原始评价数据矩阵。该矩阵中，要求矩阵中的元素均为正数，若在评价过程中，出现了为负的评价数据，则应采用相应的方法进行正化处理，在变电站选址评价指标中，不存在负数评价数据，因此也不需要正化处理。

在得到符合要求的原始评价矩阵后，为了满足在熵中变量须在区间[0，1]内取值，须对原始评价数据矩阵进行归一化预处理，得到新的矩阵P。

其中，

$k_j=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{ij}}}(j=\mathrm{1,2},...,m)---(1-3)$

在进行预处理完毕后，即可根据矩阵P中的元素计算针对各指标的信息熵。对于指标j(j＝1，2，3，…，m)，其信息熵为

$E_j=-\frac{1}{\ln n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(p_{\mathrm{ij}}\ln p_{\mathrm{ij}}\right)---(1-4)$

那么，指标j的熵权w_j可按以下公式进行计算

$w_j=\frac{1-E_j}{m-\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{E}_j}---(1-5)$

根据信息熵及其熵权的计算可以得知，如果针对某个指标，各对象的对于该指标的原始评价数据波动越大，变异程度越强，那么在决策过程中，该指标越容易通过各对象评价数据的差异，来对各对象在指标上的优劣程度进行评判。这样的特性反映在其信息熵上，则是信息熵数值越小。这样的指标在决策过程中应更被看重，说服力也更强，即所占的权重应较大，其熵权也较大。反之，若对于某个指标的各对象原始评价数据波动较小，那么在该指标下评价各对象优劣程度将越困难，其信息熵将较大，熵权将较小，在极端情况下，若某指标的信息熵值为1，则该指标各对象的原始评价数据均相等，这样的指标在决策过程中起不到任何作用，完全可以剔除。

(2)白化权函数

在灰色系统理论中，灰数和灰类中各元素取值可能性的大小，用数学函数形式进行表达，即可构造成为白化权函数。白化权函数的确定是灰色聚类决策过程中由定性分析向定量计算的关键步骤。

白化权函数是根据决策者掌握的已知信息设计的，对一个灰数或灰类对其取值范围内不同数值取值的可能性大小的判断，并对各数据点隶属于该灰数或灰类的程度给出定量刻画，这种决策者的主观设计应当建立在客观反映已知信息的基础之上。

白化权函数的确定主要依赖灰数灰类并借助坐标图形，其一般形式为存在转折点的分段线性函数。这种一般形式因其简单方便且计算量小，得到了较为广泛的引用。由白化权函数的一般特性可以得知，确定函数表达式的主要工作就是各折点的确定。

白化权函数的常用基本形式有4种，下面分别做简要介绍。

1)典型白化权函数

若将参与决策的n个对象，根据指标j(j＝1，2，…，m)的取值划分为s个灰类，则每一个灰类均可称为是指标j的子类。设k为s个子类的其中之一，则记指标j中子类k的典型白化权函数为

$f=f_j^k(x_j^k\left(1\right),x_j^k\left(2\right),x_j^k\left(3\right),x_j^k\left(4\right))---(1-6)$

其中，表示典型白化权函数的折点。典型白化权函数的坐标图如图3所示。

典型白化权函数的表达式，根据图像中的折点，可以表示为如下形式：

$f_j^k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}0,x\∉[x_j^k\left(1\right),x_j^k\left(4\right)]\\ \frac{x-x_j^k\left(1\right)}{x_j^k\left(2\right)-x_j^k\left(1\right)},x\∈[x_j^k\left(1\right),x_j^k\left(2\right)]\\ 1,x\∈(x_j^k\left(2\right),x_j^k\left(3\right)]\\ \frac{x_j^k\left(4\right)-x}{x_j^k\left(4\right)-x_j^k\left(3\right)},x\∈(x_j^k\left(3\right),x_j^k\left(4\right)]\end{array}\right.---(1-7)$

2)上限测度的白化权函数

若典型白化权函数的折点和不存在，这样的白化权函数被称为上限测度的白化权函数。上限测度的白化权函数的图像如图4所示。

上限测度的白化权函数的表达式为：

$f_j^k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}0,x<x_j^k\left(1\right)\\ \frac{x-x_j^k\left(1\right)}{x_j^k\left(2\right)-x_j^k\left(1\right)},x_j^k\left(1\right)\&le;x\&le;x_j^k\left(2\right)\\ 1,x>x_j^k\left(2\right)\end{array}\right.---(1-8)$

3)下限测度的白化权函数

若典型白化权函数的折点和不存在，这样的白化权函数被称为下限测度的白化权函数。下限测度的白化权函数如图5所示。

下限测度的白化权函数的表达式为：

$f_j^k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{1,0}\&le;x\&le;x_j^k\left(3\right)\\ \frac{x_j^k\left(4\right)-x}{x_j^k\left(4\right)-x_j^k\left(3\right)},x_j^k\left(3\right)<x\&le;x_j^k\left(4\right)\\ 0,x>x_j^k\left(4\right)\end{array}\right.---(1-9)$

4)适中测度的白化权函数

当典型白化权函数的折点和重合时，这样的白化权函数被称为适中测度的白化权函数。适中测度的白化权函数的图像如下图所示，由于函数图像为三角形，所以适中测度的白化权函数又被称为三角白化权函数。如图6

适中测度的白化权函数的表达式为：

$f_j^k\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}0,x\&NotElement;[x_j^k\left(1\right),x_j^k\left(4\right)]\\ \frac{x-x_j^k\left(1\right)}{x_j^k\left(2\right)-x_j^k\left(1\right)},x\&Element;[x_j^k\left(1\right),x_j^k\left(2\right)]\\ \frac{x_j^k\left(4\right)-x}{x_j^k\left(4\right)-x_j^k\left(2\right)},x\&Element;(x_j^k\left(2\right),x_j^k\left(4\right)]\end{array}\right.---(1-10)$

常见白化权函数的构造方法有三种。第一是累积百分频率法，这种方法的操作方式为：首先由观测对象的实际值做出百分频率曲线，将灰类的白化值确定为曲线上不同百分频率对应的数值；第二是三角白化权函数法，此法按照评估要求所需须划分灰类数，将各指标相应划分称为区间，区间的划分由相关情况、实际的规范和标准等得到；第三是由定性分析或参照行业的规范标准得到。

白化权函数的构造步骤分为以下三步：

1)确定各灰类的边界

灰色聚类决策中，正确确定各灰类白化权函数的前提是正确地按照要求进行灰类的额划分和界定。灰类边界的确定应当根据实际情况采取定性分析的方式来确定。

2)确定白化权函数的基本形式

确定白化权函数的形式，应根据灰类中元素的取向性进行。若元素越大，越能体现该灰类的明确性和适当性，则应选取上限测度的白化权函数；反之，若元素越小，越能体现该灰类的明确性和适当性，则应选取下限测度的白化权函数。若元素的取值居中分布，才能体现该灰类的明确性和适当性，则还应分为两种情况进行讨论，若元素可分布于一个区间内，并在区间左右递减，则可采用典型白化权函数，若元素围绕某居中的点变化，则采用适中测度的白化权函数。

(3)灰色定权聚类决策

设有n个参与决策的对象，m个评价指标，s个不同的灰类。根据第i个对象关于第j个指标的观测值x_ij，将第i个对象归入第k个灰类，这个过程称为灰色聚类。

如(1-1)所示的原始评价数据矩阵，若j指标k子类的权与k无关，即对任意的k_i和k_j，总有此时便可定义

${\mathrm{\&sigma;}}_i^k=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_j{f}_j^k\left(x_{\mathrm{ij}}\right)---(1-11)$

为对象i属于k灰类的灰色定权聚类系数，(1-11)中省去上标的w_j为“定权”。根据灰色定权聚类系数的值对聚类对象进行归类，称为灰色定权聚类。若选取的权值为熵权，则称为基于熵权的灰色定权聚类决策。

(4)变电站选址步骤，如图7。

1.5 进出线通道规划原则

城市规划中所涉及的高压走廊为110kV及以上电力线路走廊。按照城市总体规划，统筹安排市政高压走廊及电缆通道的定线和用地。确定的高压走廊范围内不得有任何建筑物，电缆通道经过位置地下不得有任何管网等市政设施。

(1)城市中心地区110kV线路可在资金到位的情况考虑采用电缆暗敷；

(2)架空线路应根据城市地形、地貌特点和城市道路规划要求，沿山体、河渠、绿化带、道路架设，路径选择宜短捷、顺直，减少同水渠、道路、铁路的交叉。对110kV及以上的电力线路应规划专用高压走廊，并应加以控制和保护。架空线路尽可能沿高压走廊集中架设；

(3)架空线路不宜沿山脊线架设；

(4)架空线路应避开易燃易爆危险区；

(5)新建架空线路走廊位置不应选择在极具发展潜力的地区，应尽可能避开现状发展区、公共休憩用地、环境易受破坏地区、或严重影响景观的地区。电缆通道一般电力电缆通道沿道路东侧、南侧人行道或绿化带布置。在负荷密度高、电缆集中的城市中心地段，可采用电缆隧道。城市主、次干道及集中出线处应设置电缆管道，电缆管道应采用隐蔽式。

1.6 高压配电网结构优化规划

高压配电网主要包括高压线路及变电所，变电所主接线及变电所间的点线连接方式决定了电网结构根据“N-1”的准则要求，35kV及以上变电所的进线电源至少要达到双电源及以上的要求。可按双电源可靠性水平的不同将双电源分成三级：

第一级，电源来自两发电厂，或一个发电厂和一个变电所，或两个变电所，也就是手拉手形式；

第二级，电源来自同一变电所一个半断路接线不同串的两条母线，或同一个变电所两条母线分段的母线；

第三级，电源来自同一个变电所双母线的正、副母线。

1.7 高压配电网投资估算

为了客观、全面、准确地反映电网工程单位容量造价，需要建立健全科学的电网工程造价指标统计与评价体系。对于配套变电工程，要综合考虑变电容量规模、出线规模因素，计算单位工程造价；对于线路工程，需要综合考虑导线截面、输送容量、走廊宽度等因素，计算单位工程造价。

2 中压配电网规划模型

2.1 总负荷预测与分区负荷预测

在预测方法中，采用的主要是确定性的预测方法，即把电量和电力负荷预测用一个或一组方程来描述，它与变量之间有明确的一一对应关系。如用电量方面采用了弹性系数法、时间序列法、指数平滑法、参数同归法、分行业时问回归法、分行业的参数回归法以及综合产值单耗法；最大负荷方面主要是通过分别对最大负荷和最大负荷利用小时数进行时间回归法预测，取适当的均值得以预测。

在电网负荷预测中，不仅要有总量预测，还要知道负荷分布，目的是使各级电压变电所建在负荷中心。方法主要是，首先，以现有高压站点10kV线路供电范围为依据进行区域划分，得出各区域的负荷地理分布，并根据现状各区域实际负荷分布数据确定总负荷分配比例值；其次，根据城市发展规划，对重点发展区域、较大的点负荷所在区域合理提高分配比例，同时配合其它比例的相应调整彤成各年度负荷分配比例；最后，将各区各年度最大负荷按上述比例分配到各地理分区，形成分年度负荷分布预测结果。在城市区的分区负荷预测中，将规划区的全部用地分负荷区域，对每个负荷区域内的用地情况分为工业、公共设施、居住及其余用用地类型(包括道路、绿地、古迹等用地)四类，根据城区中这前三类负荷的用电量和累加土地面积及各类负荷的年最大负荷利用小时数，计算出各类用地的负荷密度及用电量密度，进而得出基于各类用地负荷的分区负荷预测结果。

2.2 中压变电站规划

主要内容包括供电范围的划分、线路的供电半径、开关站和配电变压器选址等。做好这些工作必须和城市发展规划紧密结合，不仅要以经济发展规划和城市用地规划来进行负荷预测和负荷分布预测、划分各个高压变电站供电区域、确定10kV出线的供电范围、开关站的规模和配变容量，同时还要和城市建设规划相配合，确定10kV线路走廊、开关站和配电变压器的位置。在高负荷密度区建设大容量变电所能节省投资，负荷密集密度越大，效果越明显。而且选用大容量的变压器比选用小容量的变压器能提高投资效益。地理分区负荷预测可以辅助规划工作预测未来规划年需新增的高压电源点的容量，据此对新增和现有的110kV变电站的供电范围进行合理划分。对其未来的供电负荷进行合理的估测，由此明确各变电站10kV馈电线供电半径，并借此评估主网规划对110kV高压站点建设规划的合理性。

随着城市现代化发展，架空线、柱上开关、柱上变压器必然越来越被地下电缆、开关站和箱式变压器所取代，因此，电力企业有必要和城建部门积极配合，及早预留电缆沟道以及开关站，并积极争取箱式变压器和电缆分接箱的位置。在进行城规划项日时，对设备的选型时碰到了诸如此类的问题，导致无法按照规划本身的需要选取材料器件，这对投资和供电质量多少造成了影响。

对于开关站的设置，需要遵循靠近负荷中心，便于维护管理，有利于减少配电电缆长度敷设方案和节约投资。配电网开关站一般采用单母线分段接线，两回进线。如图8：

用各地块中期负荷预的结果，考虑到变压器的利用率和功率因数(0.9)，在考虑原有配变的基础上，可确定各地块中对应布置的变压器的容量。在确定变压器容量时，对于居民生活区内的配电变压器，其容量一般统一规范为200、400、630、800kVA。对于大容量用户其配电变压器的具体位置可作适当调整，为了提高供电的可靠性，变压器台数至少选定为两台，以满足N-1规则。

对于35kV变电站的电缆进线，基于经济性和方便性的原则，应合理利用电缆通道，有利于减少配电电缆长度和敷设方案，节约投资。

2.3 中压配电网网架规划

我国是发展中国家，经济增长速度较快，尤其是城市，十几年(甚至几十年)前规划建设的配电网早已不符合现在日新月异的发展形势，满足不了人们对电能质量的要求，这迫切需要对电网进行重新规划、投资建设和改造，逐步使城市主要中低压配电线路的运行管理基本实现自动化。提高城网可靠性的关键是要建设一个灵活可靠的网架。《城市电力规划导则》中要求，我国一般城市地区可靠性指标达到99.96％。即每户的年平均停电时间不大于3.5小时；重要城市中心区可靠性指标达到99.99％，即每户的年平均停电时间不大于0.876小时，线损、电压指标接近或达到国际先进水平。城网结构要达到分层分区、主次分明的要求，这样，各级电网应环网架设，开环运行。在城配电网规划中，城市中心区内的电缆主干线采用环网供电，开环运行方式的“二减一”接线。即不同变电站之间的10kV出线经联络开关联接起来.断开运行，这样可在事故及检修时，可灵活合上联络开关，保证对用户持续供电，正常情况下每回馈电线的最高负荷应控制在该电缆安全载流量的50％以下。当不能达到两变电站的10kV线路“二减一”接线时，至少同一变电站的来自不同母线段的10kV线路实现“二减一”接线。在后续的建设改造中。可通过增加10kV馈线，逐步形成“三减一”环网结构，满足负荷增长和供电可靠性的要求。

2.4 可靠性分析

主要考虑开关故障和架空线对系统可靠性的影响。在进行可靠性分析时，只从35kV变电站低压母线开始考虑，同时如果10kV配电变压器在几种规划方案中的分布位置是相同的，是否考虑它也不影响比较结果。在架空线或开关出现故障后，影响用户停电时间的关键因素是开关倒闸操作时间。用户的概念采用评估中传统的用户概念，即一台10kV的公用配电变压器视为10kV电压级配电系统的一个用户统计单位。一般可以从供电可靠率(ASAI)和用户停电持续时间(CAIDI)这两个可靠性指标来说明规划方案的可靠性。

2.5 规划方案经济性比较

规划方案经济技术比较。第一步就是规划方案的潮流计算。为了确定各规划方案的线路负荷、网损及电压损失情况，需要对各个规划方案进行潮流计算，采用简化的潮流计算在项目允许的情况下可以避免繁琐的计算。计算时假定各用户均工作在最大负荷条件下，网络运行方式按正常开环运行(使每一个环上分段的负荷尽可能分配均匀)。对于双放射线路而言，为了保证在N-1的条件下线路不过负荷，正常运行方式下的线路负荷率应小于0.5。通过计算得出正常运行方式下的线路负荷水平情况及不同规划方案的网损情况。

3 电网分区规划模型

3.1 供电区域划分

根据《配电网规划设计技术导则》，对供电区域进行划分。供电区域划分主要依据行政级别或规划水平年的负荷密度，也可参考经济发达程度、用户重要程度、用电水平、GDP等因素确定，如表1所示。

表1 供电区域划分表

由表可看出，根据行政级别以及负荷密度划分为A⁺、A、B、C、D、E六类供电区域。各类供电区域应满足如下规划目标。

表2 规划目标

供电可靠性指标主要包括用户年平均停电时间、用户年平均停电次数等。在低压用户供电可靠性统计工作普及后，可靠性指标应以低压用户作为统计单位，口径与国际惯例接轨。配电网规划应分析可靠性远期目标和现状指标的差距，提出改善供电可靠性指标的投资需求，并进行电网投资项目与提升可靠性指标之间的灵敏度分析，提出可靠性近期目标。

电网建设型式主要包括以下几个方面：变电站建设型式(户内、半户内、户外)、线路建设型式(架空、电缆)、电网结构型式(链式、环网、辐射)、馈线自动化及通信方式等。各类供电区域配电网建设的基本参考标准如表3所示。

表3 各类供电区域配电网建设的基本参考标准

3.2 供电区域变电站容量配置

供电区域变电站容量配置应综合考虑负荷密度、空间资源条件，以及上下级电网的协调和整体经济性等因素，确定变电站的供电范围以及主变压器的容量序列。同一规划区域中，相同电压等级的主变压器单台容量规格不宜超过三种，同一变电站的主变压器宜统一规格。根据《配电网规划设计技术导则》，各类供电区域变电站推荐的容量配置如表4所示。

表4 各类供电区域变电站最终容量配置推荐表

应根据负荷的空间分布及其发展阶段，合理安排供电区域内变电站建设时序。变电站内主变台数最终规模不宜超过4台。变电站的布置应因地制宜、紧凑合理，尽可能节约用地。原则上，A+、A、B类供电区域可采用户内或半户内站，根据情况可考虑采用紧凑型变电站，A+、A类供电区域如有必要也可考虑与其它建设物混合建设，或建设半地下、地下变电站；B、C、D、E类供电区域可采用半户内或户外站，沿海或污秽严重地区，可采用户内站。应明确变电站供电范围，随着负荷的增长和新变电站站址的确定，应及时调整相关变电站的供电范围。

3.3 供电区域网架结构规划

合理的电网结构是满足供电可靠性、提高运行灵活性、降低网络损耗的基础。高压、中压和低压配电网三个层级应相互匹配、强简有序、相互支援，以实现配电网技术经济的整体最优。根据《配电网规划设计技术导则》，A+、A、B、C类供电区的配电网结构应满足以下基本要求：

(1)正常运行时，各变电站应有相互独立的供电区域，供电区不交叉、不重叠，故障或检修时，变电站之间应有一定比例的负荷转供能力；

(2)在同一供电区域内，变电站中压出线长度及所带负荷宜均衡，应有合理的分段和联络；故障或检修时，中压线路应具有转供非停运段负荷的能力；

(3)接入一定容量的分布式电源时，应合理选择接入点，控制短路电流及电压水平；

(4)高可靠性的配电网结构应具备网络重构能力，便于实现故障自动隔离。D、E类供电区的配电网以满足基本用电需求为主，可采用辐射状结构。

配电网的拓扑结构包括常开点、常闭点、负荷点、电源接入点等，在规划时需合理配置，以保证运行的灵活性。各电压等级配电网的主要结构如下：

(1)高压配电网结构主要有：链式、环网和辐射状结构；变电站接入方式主要有：T接和π接；

(2)中压配电网结构主要有：双环式、单环式、多分段适度联络和辐射状结构；

(3)低压配电网宜采用辐射状结构。

各类供电区域110～35kV电网目标电网结构推荐表如表5所示。

表5 110kV～35kV电网目标电网架构推荐表

(1)同一地区同类供电区域的电网结构应尽量统一；

(2)A+、A、B类供电区域的110～35kV变电站宜采用双侧电源供电，条件不具备或电网发展的过渡阶段，也可同杆架设双电源供电，但应加强10kV配电网的联络。

各类供电区域10kV配电网目标电网结构推荐表如表6所示。

表6 10kV配电网目标电网结构推荐表

(1)中压配电网应根据变电站位置、负荷密度和运行管理的需要，分成若干个相对独立的供电区。分区应有大致明确的供电范围，正常运行时一般不交叉、不重叠，分区的供电范围应随新增加的变电站及负荷的增长而进行调整；

(2)对于供电可靠性要求较高的区域，还应加强中压主干线路之间的联络，在分区之间构建负荷转移通道；

(3)10kV架空线路主干线应根据线路长度和负荷分布情况进行分段(一般不超过5段)，并装设分段开关，重要分支线路首端亦可安装分段开关；

(4)10kV电缆线路一般可采用环网结构，环网单元通过环进环出方式接入主干网；

(5)双射式、对射式可作为辐射状向单环式、双环式过渡的电网结构，适用于配电网的发展初期及过渡期；

(6)应根据城乡规划和电网规划，预留目标网架的廊道，以满足配电网发展的需要。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、根据不同电压等级对电网进行分层，分为高压配电网规划模型和中压配电网规划模型，在同一电压等级下进行供电区域的划分；

步骤二、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各低压供电区域进行电网规划；对同一中压配电网规划模型的各个低压供电区的电网规划进行组合，确定低压配电网规划模型；

步骤三、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各中低压供电区域进行电网规划；对同一高压配电网规划模型的中压供电区的电网规划进行组合，然后结合高压变电站布局对中压供电层电网规划进行优化，确定中压配电网规划模型；

步骤四、综合考虑负荷、经济、资源、环境因素分别对各高压供电区域进行电网规划；然后结合整个供电区域电网规划对高压电网规划方案进行优化，确定高压配电网规划模型；

步骤五、将高压配电网规划模型反馈到中压配电网规划模型，对中压配电网规划模型进行优化调整，将优化后的中压配电网规划模型反馈到低压配电网规划模型，对低压配电网规划模型优化调整，确定整个供电区域的电网规划。

2.根据权利要求1所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，在同一电压等级下依据行政级别或规划水平年的负荷密度将电网区域划分为A⁺供电区域、A供电区域、B供电区域、C供电区域、D供电区域、E供电区域六类供电区域。

3.根据权利要求2所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述A⁺供电区域σ≥30，A供电区域负荷密度30＞σ≥15,B供电区域15＞σ≥6,C供电区域6＞σ≥1,D供电区域1＞σ≥0.1,E供电区域σ＞0.1，其中σ为供电区域的负荷密度。

4.根据权利要求2所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，在同一电压等级下的同类供电区域电网结构相同，其中为A⁺供电区域、A供电区域、B供电区域的110～35kV变电站采用双侧电源供电。

5.根据权利要求1所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述电网规划方法包含纵向组合和横向优化两个过程；纵向组合是从低压供电区域到中压供电区域，再到高压供电区域的过程，为组合过程；横向优化是对供电区域某电压等级进行电网优化的过程，包括电网配置优化和电网设计优化。

6.根据权利要求5所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述电网配置优化包括电网装备优化、供电单元优化及电网结构优化。

7.根据权利要求5所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述电网设计优化包括电压等级匹配、供电半径优化和电网布局优化。

8.根据权利要求1所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述高压配电网规划模型包括变电站选址优化，包括以下步骤：从GIS系统中读出个备选站址的地理信息数据，结合电网信息确定对备选站址对象的原始评价数据矩阵；确定所需的白化权函数类型，按照相应的白化权函数表达式确定对于各灰类的白化权函数；计算各指标的灰色聚类熵权权重；根据得到的白化权函数、聚类权重及原始评价数据矩阵计算灰色定权聚类系数；判断各对象所属灰类，确定最优站址。

9.根据权利要求1所述的分层分区模式化电网规划方法，其特征在于，所述高压配电网规划模型包括电网结构优化，设置进线电源至少为双电源模式，具体采用以下三种方式：方式一、电源来自两发电厂，或一个发电厂和一个变电所，或两个变电所；方式二、电源来自同一变电所一个半断路接线不同串的两条母线，或同一个变电所两条母线分段的母线；方式三、电源来自同一个变电所双母线的正、副母线。