CN105046577B - 节能模式下的低电压改造技术比选优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，包括：A、确定方案的项目建设内容和投资，分析与项目密切相关的电网结构、参数和负荷；B、对相关电网进行负荷预测得到现状、近期、中期和远景的负荷预测结果；C、计算全寿命周期内方案涉及项目的初始投资和每年的运维费用；D、计算全寿命周期内的增供电量效益、节能量效益和可靠性效益；E、计算投资效益比，作为方案比选或排序的依据。采用本发明的方法，通过采取配电网低电压改造技术比选，提出比选模型及优化方案，得到适用于合同能源管理，满足多指标管理要求和多种约束条件的配电网低电压改造项目包，使低电压改造效果及经济性达到最优组合。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的低电压改造与配网节能技术，尤其涉及一种节能模式下的低电压改造技术比选优化方法。
背景技术
“低电压”改造是指根据变电站母线电压、中低压线路供电半径及负载水平、配变台区出口电压、配变容量及负载水平、配变低压三相负荷不平衡度等因素综合分析问题产生原因，按照变电站、线路、配变台区逐一制定整改措施。
对于电压无功控制系统及装置(AVC或VQC)控制策略设置不完善、配变分接头运行档位不合理、配变低压三相负荷不平衡、低压无功补偿装置运行异常等情况，优先采取运维管控措施改造。
对于变电站中压母线“低电压”及无功电压调节能力不足等问题，应加强输变电设备技术改造，提高变电站中压母线电压质量。
对于中压配电线路末端“低电压”问题，应考虑采取增加变电站布点、缩短配电线路供电半径、35千伏配电化、实施配电设备技术改造等措施进行改造。
除变电站母线和中压配电线路原因以外的配变台区“低电压”问题，应根据实际情况采取新增配变布点、改造低压线路及无功补偿装置、更换有载调压(调容)配变等技术手段进行改造。
综上，低电压改造技术的方案有多种，但是哪些方法适合应用节能的模式进行配电网改造？如何将这些低电压的改造技术措施进行优化，使其低电压改造效果和节电量工程都能科学合理？
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，通过采取配电网低电压改造技术比选，提出比选模型及优化方案，得到适用于合同能源管理，满足多指标管理要求和多种约束条件的配电网低电压改造项目包，使低电压改造效果及经济性达到最优组合。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，包括如下步骤：
A、确定方案的项目建设内容和投资，分析与项目密切相关的电网结构、参数和负荷；
B、对相关电网进行负荷预测得到现状、近期、中期和远景的负荷预测结果；
C、计算全寿命周期内方案涉及项目的初始投资和每年的运维费用；
D、计算全寿命周期内的增供电量效益、节能量效益和可靠性效益；
E、计算投资效益比，作为方案比选或排序的依据。
其中，步骤E之后进一步包括：
F、确定最优低电压改造方案。
所述低电压，按照低电压现象在配电网中位置的不同，分为：变电站母线低电压、中压配网线路末端低电压以及配变台区低电压。
步骤D所述增供电量效益的计算过程，具体为：
计算出的建设项目逐年新增负荷，乘以最大负荷利用小时数，再乘以该电压等级电网单位电量收益，得到建设项目投资后第i年增供电量效益：
BQi＝ΔPi*Tmax*B；
其中：BQi为投资后第i年增供电量效益；△Pi为第i年增供负荷；Tmax为该电压等级电网最大负荷利用小时数；B为该电压等级电网单位电量收益。
步骤D所述节能量效益BO的计算公式为：
BO＝ΣBSi+ΣBqi+ΣBLi
其中：ΣBSi为配变节电量效益之和；ΣBqi为无功补偿设备节电量效益之和；ΣBLi为线路节电量效益之和。
步骤D所述可靠性效益Br(P)的计算公式为：
Br(P)＝(QSq％-QSi％)×Qi×ks；
其中：Br(P)为10kV电网可靠性收益；QSq％为投产前损失电量比；QSi为投产后损失电量比；Qi为投资后供电量；ks为单位电量停电损失。
所述投资效益比R＝(增供电量效益BQ+可靠性效益Br+降损效益BS)/(初始投资CI+运维费用CM)。
本发明节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，具有以下优点：
按照本发明的低电压改造技术比选模型和效益计算方法，对低电压改造项目进行优选，能够通过配电网方案比选，整理得到适用于合同能源管理的、满足多目标要求的、多种约束条件的配网改造项目包，使低电压治理效果及经济性达到最优组合。
附图说明
图1为本发明节能模式下的低电压改造技术比选优化方法流程示意图；
图2为供电能力与负荷发展模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明节能模式下的低电压改造技术比选优化方法作进一步详细的说明。
图1为本发明节能模式下的低电压改造技术比选优化方法流程示意图。如图1所示，该优化方法包括如下步骤：
步骤1：确定方案的项目建设内容和投资等，分析与项目密切相关的电网结构、参数和负荷等参数。
步骤2：对相关电网进行负荷预测得到现状、近期、中期和远景的负荷预测结果。
步骤3：计算全寿命周期内方案涉及项目的初始投资和每年的运维费用。
步骤4：计算全寿命周期内的增供电量效益、节能量效益和可靠性效益；
步骤5：最后计算投资效益比，作为方案比选或排序的依据。
下面为本发明节能模式下的低电压改造技术比选优化方法的具体实施例以及上述步骤中对各种指标和相关物理量进行计算的具体过程。
本发明按照低电压现象在配电网中位置的不同，将“低电压”分为三大类，分别为：1)变电站母线低电压；2)中压配网线路末端低电压；3)配变台区低电压。
合同能源管理(EPC)是以减少的能源费用来支付节能项目成本的一种市场化运作的节能机制。
低电压改造技术要适用合同能源管理方式运作，必须在改造低电压的同时具有一定的节能总收益。因此，改造范围限于产生节电收益的改造方案。适用于合同能源管理的低电压改造措施见下表1，采用合同能源管理方式运作时，可选取以下单独改造方案或组合方案。
表1：适用于合同能源管理的低电压改造方法
配电网低电压改造技术比选主要用于多方案排序，即计算每个方案的投资效益比，得到资金受控条件下的最优方案组合。
本发明低电压改造技术比选优化方法在合同能源管理的基础上，采用收益成本比(B/C)评估法，既考虑了项目投资的成本，也考虑到项目的收益，适用于多属性规划方案的比选。
收益增量成本增量比法(iB/C法)是基于收益增量与成本增量比值的评估方法，为多属性规划，这个比值有时也称为B/C增量比或B/C边际比，其中收益增量是当前方案与相邻方案(比当前方案收益稍差的方案)间的收益差值，成本增量是当前方案与相邻方案间的投资成本差值。收益增量/成本增量的值可以用来衡量方案决策的有效性，为选择一个合理的方案而不是一个更便宜的方案提供依据。iB/C法在进行项目评估和排序时，能够尽可能地将预算资金分配给备选方案。
1、具体方案比选原理如下。
投资效益比(R)＝投资效益(B)/电网项目投资(C)
＝(增供电量效益BQ+可靠性效益Br+降损效益BS)/(初始投资CI+运维费用CM)。
其中：(1)增供电量效益：是电网供电能力提高而增供的电量所产生的效益，由某一电压等级电网的增供电量乘以该电压等级单位电量利润得到。
(2)降损效益：是指电网线损率降低节约电力电量所带来的效益。适用于合同能源管理的降损效益亦称节电量效益，配网改造中具有显著节电量效益的设备包括线路、变压器、无功补偿设备。
(3)可靠性效益：是指年度地区电网投资后供电可靠性较上年度的提高，为供电企业多供的电量以及减少预安排停电和故障停电给用户避免的停电损失。应用基于指标数据的可靠性评估模型对中低压电网具体线路和配变的可靠性损失电量进行计算。
(4)初始投资：指年度建成投产项目的投资。若项目已部分投资，但未建成投产，则不应计入年度电网投资；若项目是上一年度开始建设，在本年度建成投产，此投资应折算为现值后计入年度电网投资。
(5)运维费用：指年度电网运行中发生的自营材料费、外包材料费、外包检修费和其他运行费用等，此费用每年均会发生。
2、增供电量效益计算。
增供电量，是由于供电能力增加导致的售电量增加值，供电企业需要用增加的售电量收益来偿还投资。因此，增供电量收益是方案比选最重要的收益。增供电量效益适用于线路扩径，配变增容改造等明显具有提高供电能力的电网改造方案。增供电量收益能在多大程度实现取决于两个因素，首先有没有足够的负荷增长，如果没有负荷增长，再大的供电能力也不能实现收益的增加；其次，有没有合适的供电能力，没有供电能力的支撑，大量负荷增长会使得电网处于不安全供电状态，超出安全供电部分的电量也不能计算成增供电量收益。
(1)增供负荷。
如图2所示的供电能力与负荷发展模型。
其中：第0年表示投运前，第1年表示投运后，第i年表示投运后i年。C0～C1线段表示供电能力，C0表示投运前供电能力，C1表示投运后供电能力。P0～Pi线段表示负荷值，P0表示投运前负荷，P1表示投运后负荷，Pi表示投运后第i年负荷。
例如，第1年建设项目新增负荷：
投资前电网的负荷大于供电能力(P0>C0)，电网存在过载负荷：P0-C0。投资后电网新增供电能力C1，供电能力大于负荷(C1>P1)。说明新建项目解决了原有电网整体存在的过载负荷(P0-C0)问题，且使电网新增了部分负荷(P1-P0)，所以投资后第1年建设项目的新增负荷为原电网过载负荷与新增负荷之和，计算公式如下：
Pi＝(P0-C0)+(P1-P0)＝P1-C0；
其中，第i年(i<n)建设项目新增负荷，在预测负荷未达到供电能力的年份，建设项目新增负荷与第1年情况一致，第i年建设项目新增负荷的计算公式为：
Pi＝Pi-C0
第i年(i>＝n)建设项目新增负荷，第i年(i>＝n)较第0年增长负荷的计算，与上文电网投资滞后情况相同，增长值为C1-P0，第0年过载负荷依然为P0-C0，那么第i年(i>＝n)建设项目新增负荷为：
Pi＝C1-C0
将以上的两种情况综合，得到建设项目新增负荷的计算公式：
上式中：Pi为第i年电网负荷预测值，C1为投资后电网供电能力，C0为投资前电网供电能力，n为负荷值达到供电能力的年份。
(2)增供电量。
预测各评价年最大负荷利用小时数，取平均值，计算增供电量：
其中：△E为第i年的增供电量，△Pi为第i年的增供负荷；为第i年最大负荷利用小时数平均值。
(3)增供电量效益。
首先计算出的建设项目逐年新增负荷，乘以最大负荷利用小时数，再乘以该电压等级电网单位电量收益，得到建设项目投资后第i年增供电量效益：
BQi＝ΔPi*Tmax*B
其中：BQi投资后第i年增供电量效益；△Pi为第i年增供负荷；Tmax为该电压等级电网最大负荷利用小时数；B为该电压等级电网单位电量收益。
3、降损效益计算。
配电网建设改造项目均能降低网损，新建变压器、线路可用均衡负荷，缩短供电半径，从而降低网损；改造高损耗变压器、小截面导线，可以降低变压器空载损耗、减小线路阻抗降低线路损耗。增加无功设备，优化无功潮流从而降低网损。
基于合同能源管理的降损效益也称节电量效益，包括低电压改造项目中的变压器节电量效益、无功补偿节电量效益、线路节电量效益。
(1)变压器节电量效益。
变压器损耗电量计算：
PiT＝8640×(P0+0.05×I0×Sn/100)+Tβ×(Pk+0.05×Uk×Sn/100)
式中：P0为变压器空载损耗，与变压器型号有关；β为变压器负载率；Pk为变压器额定功率下的负载损耗，I0为空载电流百分比，同样与变压器型号有关；Tβ为负载损耗利用小时数；I0、P0、Pk三参数均可在变压器参数表中查得。
变压器节电量计算：
△(△ES)＝PiT-Pi-1T
其中：△(△ES)为改造后变压器节电量；PiT为改造前损耗电量；Pi-1T为改造后损耗电量。
变压器节电量效益计算：
BSi＝△(△ES)×Cj
其中BSi为改造后变压器节电量效益；△(△ES)为改造后变压器节电量；Cj为结算电价。
(2)无功补偿设备节电量效益。
无功补偿装置年节约电量的计算公式：
△(△Eq)＝(QC×C-QC×tgδ)×τmax；
其中：QC为无功补偿装置补偿容量，单位：kVar；C为无功经济当量，单位：kW/kVar；配电变压器无功经济当量取值范围为0.08～0.10；tgδ为无功补偿装置损耗率，电容器的介质损耗角正切值，按0.0008取值；τmax为最大负荷损耗小时数。
无功补偿设备节电量效益计算：
Bqi＝△(△Eq)×Cj；
其中：Bqi为改造后变压器节电量效益；△(△Eq)为改造后变压器节电量；Cj为结算电价。
(3)线路节电量效益。
线路更换导线年节约电量的计算公式：
其中：为统计报告期的线路输送损耗电量，单位：kWh；R'为改造后导线电阻，单位：Ω；R为改造前导线电阻，单位：Ω；为改造后的均方根电流，单位：A；T为运行时间，单位：h。
线路节电量效益的计算公式：
BLi＝△(△EL)×Cj；
其中：BLi为改造后线路节电量效益；△(△EL)为改造后线路节电量；Cj为结算电价。
(4)节电量效益。
节电量效益＝配变节电量效益+无功补偿设备节电量效益+线路节电量效益
计算公式：BO＝ΣBSi+ΣBqi+ΣBLi
其中：ΣBSi为配变节电量效益之和；ΣBqi为无功补偿设备节电量效益之和；ΣBLi为线路节电量效益之和。
4、可靠性效益计算。
中压的可靠性效益，包括减少预安排停电和故障停电给用户避免的停电损失。
首先计算投资前后故障损失电量，其次计算投资前后损失电量比，最后计算10kV电网可靠性收益。即：
可靠性收益＝Σ(投资前可靠性损失电量比例–投资后可靠性损失电量比例)×投资后供电量×单位电量停电损失。
用数学公式表示为：
Br(P)＝(QSq％-QSi％)×Qi×ks；
其中，Br(P)为10kV电网可靠性收益；QSq％为投产前损失电量比；QSi为投产后损失电量比；Qi为投资后供电量；ks为单位电量停电损失。
本发明节能模式下的低电压改造方案比选优化方法，考虑资金的时间价值，对参选方案按上述计算方法分别计算项目全寿命周期内投资费用、运维费用、增供电量收益、节能量收益、可靠性提升收益，得到项目的投资效益比从而达到方案最优或排序的目的，为项目立项提供决策支持。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、确定方案的项目建设内容和投资，分析与项目密切相关的电网结构、参数和负荷；
B、对相关电网进行负荷预测得到现状、近期、中期和远景的负荷预测结果；
C、计算全寿命周期内方案涉及项目的初始投资和每年的运维费用；
D、计算全寿命周期内的增供电量效益、节能量效益和可靠性效益；
E、计算投资效益比，作为方案比选或排序的依据；
其中步骤D所述增供电量效益的计算过程，具体为：
计算出的建设项目逐年新增负荷，乘以最大负荷利用小时数，再乘以该电压等级电网单位电量收益，得到建设项目投资后第i年增供电量效益：
BQi＝ΔPi*Tmax*B；
其中：BQi为投资后第i年增供电量效益；△Pi为第i年增供负荷；Tmax为该电压等级电网最大负荷利用小时数；B为该电压等级电网单位电量收益；
其中步骤D所述节能量效益BO的计算公式为：
BO＝ΣBSi+ΣBqi+ΣBLi
其中：ΣBSi为配变节电量效益之和；ΣBqi为无功补偿设备节电量效益之和；ΣBLi为线路节电量效益之和；
其中步骤D所述可靠性效益Br(P)的计算公式为：
Br(P)＝(QSq％-QSi％)×Qi×ks；
其中：Br(P)为10kV电网可靠性收益；QSq％为投产前损失电量比；QSi％为投产后损失电量比；Qi为投资后供电量；ks为单位电量停电损失；
其中，所述步骤E中的投资效益比R＝(增供电量效益BQ+可靠性效益Br+降损效益BS)/(初始投资CI+运维费用CM)。
2.根据权利要求1所述节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，其特征在于，步骤E之后进一步包括：
F、确定最优低电压改造方案。
3.根据权利要求1所述节能模式下的低电压改造技术比选优化方法，其特征在于，所述低电压，按照低电压现象在配电网中位置的不同，分为：变电站母线低电压、中压配网线路末端低电压以及配变台区低电压。
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| CN103390253A (zh) * | 2013-08-01 | 2013-11-13 | 国家电网公司 | 一种电网节能降损增量能效测评方法 |
| CN103870700A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-06-18 | 国家电网公司 | 一种基于两点估计法的配电网静态电压稳定概率评估方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于可靠性的配电网规划思路和方法;范明天 等;《供用电》;20110430;第28卷(第2期);第12-17页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105046577A (zh) | 2015-11-11 |
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