CN105576658A - 基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，包括以下步骤：分析配电网改建前后的供电可靠性，从而得出供电可靠率；计算配电网年平均停电损失，即根据配电网所在地区的负荷量和供电面积，求得需要改造的配电网的供电量，由配电网的供电量，配电网改造前后供电可靠率，计算供电区域的单位电能停电经济损失，得出通过电网改造减少的年平均停电损失；根据步骤2得出的电网改造减少的停电损失以及配电网改建工程造价得出配电网改造经济性可行性指标。实现克服配电网建设的盲目性，减少工程重复建设，提高目标配电网的供电可靠性并减少停电损失的优点。

Description

基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法

技术领域

本发明涉及电力领域，具体地，涉及一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法。

背景技术

目前，国内各地区配电网的结构比较繁杂，配电网常见的接线方式有：单辐射形、双辐射形，单环网和多段多联络、还有1/3或1/4环网。配电网改造、建设方案的制定，在一定程度上依赖规划设计人员的经验，缺乏理论分析依据，具有一定盲目性，造成投资不合理，使系统建设效能和标准化程度低。中低压配电网规划设计往往与负荷发展脱节，配电网建设不能使用负荷发展需要，重复建设现象比较普遍，造成投资浪费，也严重影响了供电可靠性水平的提高。

我国配电网运行存在两种极端现象。1、配电网建设滞后于供电负荷和当地经济水平的发展。配电变压器、线路过载严重。我国配电网停电事故中，因过载造成的停电事故占停电事故总数的50％以上(负载率超过80％为重载，超过100％为过载)。2、配电网建设超前，大大超出了当地经济发展的需要，存在重复建设，电网设备浪费严重，配电网负载率过低。配电网的规划、管理部门还缺少根据负荷增长和不同地区经济水平，进行配电网规划，电网接线方式选择的分析计算模型。

现有的配电网规划研究，仅仅是主观的分析，通常只是分析配电网改造前后供电可靠性的变化，未能体现经济性的分析比较和反应供电区域的经济发展水平。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，以实现克服配电网建设的盲目性，减少工程重复建设，提高目标配电网的供电可靠性并减少停电损失的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，包括以下步骤：

步骤1、分析配电网改建前后的供电可靠性，即根据配电网停电时间参数计算供电可靠性，从而得出供电可靠率；

步骤2、计算配电网年平均停电损失，即根据配电网所在地区的负荷量和供电面积，求得需要改造的配电网的供电量，由配电网的供电量，配电网改造前后供电可靠率，计算供电区域的单位电能停电经济损失，并根据计算得出的配电网改造前的年平均停电损失和配电网改造后的年平均停电损失，得出通过电网改造减少的年平均停电损失；

步骤3、根据步骤2得出的电网改造减少的停电损失以及配电网改建工程造价得出配电网改造经济性可行性指标。

优选的，所述供电可靠率的计算方法具体为：

$RS=(1-\frac{A}{A_N})\×100\%,$

A_N＝365×24×N＝8760×N，A＝∑λ×r×Li×Ni+tNq；

其中：RS表示供电可靠率；A表示用户平均停电时间，A_N表示统计期间总的户时数，N表示整个线路的用户数，λ表示以年为单位统计的每公里线路或单台设备的停电率，r表示线路或设备故障的平均停电时间，t表示电源故障年均停电时间，Li表示故障线路的长度，Nq表示因电源故障受影响的用户数，Ni表示每公里线路用户数。

优选的，通过电网改造减少的年平均停电损失计算步骤如下：

配电网年平均停电损失D，通过以下公式计算：

D＝1000×(1-RS)×m×S×Z×T；

其中：RS为配电网的供电可靠率；m为供电区域的负荷密度；S为供电面积；Z为单位电能损失值，T为电网年供电时间；

根据配电网年平均停电损失D公式计算出配电网改造前的年平均停电损失D₁和配电网改造后的年平均停电损失D₂；

通过电网改造减少的年平均停电损失D₃＝D₁-D₂。

优选的，步骤3中配电网改造经济性可行性指标具体为：

F＝D₃-Z，Z为配电网改建工程造价，F为配电网改造经济性可行性指标，F越大，说明配电网改造的可行性越高，具备较高的经济效益，配电网改造的迫切性越强。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)本方法计算配电网改造工程的可行性，计算结果直观反映了配电网供电可靠性变化，直观的发现配电网改造项目可以减少的停电经济损失。

(2)本方法通过计算可以比较不同的配电网改造方案的优劣，为配电网规划、预算提供数据参考。

本发明技术方案综合供电区域的供电面积、负荷密度、经济发展水平以及不同接线方式下配电网的供电可靠率等因素，建立数学模型，求得配电网改造后减少停电经济损失值。配电网改造一般存在多个配电网建设方案，根据每个方案的减少停电经济损失值和建设投入，选择合适的配电网改造方案，尤其配电网的接线方式。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法的流程图；

图2为本发明实施例二所述的架空线路分段示意图；

图3为本发明实施例二所述的配电网电缆网单环网接线方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

如图1所示，一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，包括以下步骤：

步骤1、分析配电网改建前后的供电可靠性，即根据配电网停电时间参数计算供电可靠性，从而得出供电可靠率；通过近年来，对国内大部分地区配电网的故障统计数据和国家电力部门相关标准规范，总结出配电网中单母线、双母线、架空线路、电缆线路、配电柜年平均停电时间参数。结合配电网的接线方式，利用配电网的停电时间参数计算配电网按照不同方案改造前后的供电可靠率。

步骤2、计算配电网年平均停电损失，即根据配电网所在地区的负荷量和供电面积，求得需要改造的配电网的供电量，由配电网的供电量，配电网改造前后供电可靠率，计算供电区域的单位电能停电经济损失，并根据计算得出的配电网改造前的年平均停电损失和配电网改造后的年平均停电损失，得出通过电网改造减少的年平均停电损失；

步骤3、根据步骤2得出的电网改造减少的停电损失以及配电网改建工程造价得出配电网改造经济性可行性指标。

其中，供电可靠率的计算方法具体为：

$RS=(1-\frac{A}{A_N})\×100\%,$

A_N＝365×24×N＝8760×N，A＝∑λ×r×Li×Ni+tNq；

其中：RS表示供电可靠率；A表示用户平均停电时间，A_N表示统计期间总的户时数，N表示整个线路的用户数，λ表示以年为单位统计的每公里线路或单台设备的停电率，r表示线路或设备故障的平均停电时间，t表示电源故障年均停电时间，Li表示故障线路的长度，Nq表示因电源故障受影响的用户数，Ni表示每公里线路用户数。

优选的，通过电网改造减少的年平均停电损失计算步骤如下：

配电网年平均停电损失D，通过以下公式计算：

D＝1000×(1-RS)×m×S×Z×T；

其中：RS为配电网的供电可靠率；m为供电区域的负荷密度；S为供电面积；Z为单位电能损失值，T为电网年供电时间；

根据配电网年平均停电损失D公式计算出配电网改造前的年平均停电损失D₁和配电网改造后的年平均停电损失D₂；

通过电网改造减少的年平均停电损失D₃＝D₁-D₂。

优选的，步骤3中配电网改造经济性可行性指标具体为：

F＝D₃-Z，Z为配电网改建工程造价，F为配电网改造经济性可行性指标，F越大，说明配电网改造的可行性越高，具备较高的经济效益，配电网改造的迫切性越强。应该优先选择该配电网改造方案。当要完成一个大范围的配电网改造工程时，其包含多个改造子项目，即小范围的配电网改造，可以根据上述流程，分别计算每个项目的配电网目标函数值F1、F2、F3.....Fi，按照目标函数值的数值由大到小排序；按照排序后的结果，部分项目目标函数F不符合需要，可以延后或者取消，简化系统工程量节约建设成本，随着项目的逐个完成，逐渐完善配电网结构。

步骤2、计算配电网年平均停电损失时，根据配电网所在地区的负荷量，供电面积，求得需要改造的配电网的供电量。由配电网的供电量，配电网改造前后供电可靠率。然后，计算供电区域的单位电能停电经济损失。统计供电区域的GDP(一年内的生产总值，一般以去年的生产总值为准)和供电量W，计算得到配电网所在地区单位电能经济效益R：

$R=\frac{GDP}{W}.$

实施例二：

如我国南方某市A区某商业街，现在为架空线路单辐射接线，为提高供电可靠性，采用电缆单环网接线方式，供电面积9.6km2，地区配电网接线方式为架空线路单辐射接线，如图2所示。根据计划，对该地区进行配电网改造，将配电网改建成单环接线电缆，工程预算为1000万元，如结构图如图3所示。通过数学计算分析工程建设可以是否减少该地区停电损失，是否具有可行性。

分析配电网改建前后的供电可靠性：

对国内大部分地区配电网的故障统计数据和国家电力部门相关标准规范，总结出配电网中单母线、双母线、架空线路、电缆线路、配电柜年平均停电时间参数，并结合了我国各地配电网统计数据，进行了修正，得到表1，(各地可以根据具体情况，对数据进行进一步修正)。

分类	λ	r	t
				架空线	0.19851	7.033
电缆	0.06493	8.843
				单母线			0.1667
双母线			0.0833
				配电柜	0.07492	7.333

表1、配电网停电时间参数。

表中：λ—以年为单位统计的每公里线路或单台设备的停电率，包括计划停电和故障停电。单位：次/km×年或次/台×年。

r—线路或设备故障的平均停电时间，单位：小时；

t—电源故障年均停电时间，包括单电源停电时间和双电源停电时间双电源停电时间，计算单位：小时。

用户平均停电时间(Averageinterruptionhoursofcustomer，AIHC)，是判断供电可靠性的重要指标：

供电可靠率(Reliabilityonservice，RS)。在统计期内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，记作RS，即：

设统计时间(小时数)与统计的用户数之积为户时数，由A_N表示。统计期间总的户时数：

A_N＝365×24×N＝8760×N，

N为整个线路的用户数。假设线路长度为L(公里)，线路负荷平均分布，每公里线路用户数为Ni，则N＝Ni×L。

用户平均停电时间可以由用户停电户时数表示：

A＝∑λ×r×Li×Ni+tNq，

其中：Li—故障线路的长度，单位：公里；

Nq—因电源故障受影响的用户数。

将不同接线方式的停电时间分成：线路故障(包括计划检修和维护)引起的停电时间、电源故障(包括计划检修和维护)导致的停电时间，分别以A₁、A₂表示。

架空线路单辐射接线：

线路均匀分布着N个用户，线路由分段开关分为三段，但没有备用电源，如图2所示：

第一段线路出现故障时，受影响的用户数为N，平均停电时间即为线路的平均修复时间；同样，第二段、第三段故障时，受影响的用户数分别为2N/3和N/3，平均停电时间也为线路的平均修复时间。分段数增多，则线路故障时受影响的用户数减少，线路的可靠性得到了一定程度的提高。不考虑电源故障的情况下，三分段线路的用户停电户时数为:

$A_1=\frac{L}{3}\×{\mathrm{\λ}}_1\×r\×(N+\frac{2N}{3}+\frac{N}{3})=\frac{2\×L\×N\×{\mathrm{\λ}}_1\×r}{3},$

λ₁—架空线每公里年平均故障停电率(次/km×年)，λ₁＝0.19831(次/km×年)。

当母线发生故障时，整个线路都会停电，停电户时数：

A₂＝t×N，

t—单母线的年均停电时间。

因此，架空网单辐射接线停电户时数：

$A=A_1+A_2=\frac{2\×L\×N\×{\mathrm{\λ}}_1\×r}{3}+t\×N,$

设L＝3km，将相关参数代入上式，得：A＝2.96N。因此，架空网单辐射接线用户平均停电时间为：2.96小时/户。

供电可靠率RS为：

$RS=(1-\frac{A}{8760\×N})\×100\%=99.966\%,$

将配电网改造成电缆网单环网接线，改造后的接线图如图3所示：

本计算以电缆每一个环网柜为研究对象，假设环网柜接的用户数为N，当电缆出现故障时，可以通过隔离故障，同时闭合联络开关，使线路正常供电。环网柜出现故障或者环网柜的两路电源进线都出现故障时，用户才会停电。双电源年平均停电时间t为0.083小时，环网柜的年故障率λ₃为0.04558，故障平均停电时间为7.333小时。

环网柜故障导致的停电户时数A₁为：

A₁＝λ₃×μ×N＝0.04558×7.333×N，

母线故障导致的停电户时数A₂为：

A₂＝t×N＝0.0833×N，

总的停电户时数为：

A＝λ₃×μ×N+t×N＝0.04558×7.333×N+0.0833×N＝0.4175×N，

用户平均停电时间：0.4175h/年。

供电可靠率为：

$RS=(1-\frac{A}{8760\×N})\×100\%=99.9952\%,$ 计算配电网年平均停电损失：

本文引入单位电能停电损失值，它是指在供电区域内，单位电能停电引起经济损失，或者是该区域GDP(地区总产值)与全年供电量W的比值R：

$R=\frac{GDP}{W}$

其单位为：元/kWh，用该值近似来反映该地区每度电(千瓦时)产生的经济效益，或者是因为停电而可能造成的经济损失。该区的去年GDP为2121.48亿元，年供电量为48.93亿kWh，代入数据得：R＝22.5元/kWh，即该地区单位电能停电损失为22.5元/kWh。

该区域采用电缆单环网的年平均停电经济损失为：

D₁＝1000×(1－0.999952)×30×9.6×22.5×8760＝2724710.4元，

配电网改造前的年平均停电损失为：

D₂＝1000×(1－0.99966)×30×9.6×22.5×8760＝19300032元，

配电网改造减少的停电经济损失为：D₃＝D₁-D₂＝16575321.6元，约为1657.53万元。

分析改造项目的经济性：

改建工程造价为Z，Z＝1000万元，工程建设的经济效益F＝D₃－Z＝657.53万元，该配电网改造工程每年可以创造社会效益657.53万元，具备可行性。

综上所述，本发明还具有以下效果：

(1)直观分析配电网的年均停电损失，得到配电网改造前后产生的经济效益，(2)可以计算分析配电网改造经济的可行性和迫切性，为配电网改造工程的优化和排序，提供了依据。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、分析配电网改建前后的供电可靠性，即根据配电网停电时间参数计算供电可靠性，从而得出供电可靠率；

步骤2、计算配电网年平均停电损失，即根据配电网所在地区的负荷量和供电面积，求得需要改造的配电网的供电量，由配电网的供电量，配电网改造前后供电可靠率，计算供电区域的单位电能停电经济损失，并根据计算得出的配电网改造前的年平均停电损失和配电网改造后的年平均停电损失，得出通过电网改造减少的年平均停电损失；

步骤3、根据步骤2得出的电网改造减少的停电损失以及配电网改建工程造价得出配电网改造经济性可行性指标。

2.根据权利要求1所述的基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，其特征在于，所述供电可靠率的计算方法具体为：

$RS=(1-\frac{A}{A_N})\×100\%,$

A_N＝365×24×N＝8760×N，A＝Σλ×r×Li×Ni+tNq；

其中：RS表示供电可靠率；A表示用户平均停电时间，A_N表示统计期间总的户时数，N表示整个线路的用户数，λ表示以年为单位统计的每公里线路或单台设备的停电率，r表示线路或设备故障的平均停电时间，t表示电源故障年均停电时间，Li表示故障线路的长度，Nq表示因电源故障受影响的用户数，Ni表示每公里线路用户数。

3.根据权利要求2所述的基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，其特征在于，通过电网改造减少的年平均停电损失计算步骤如下：

配电网年平均停电损失D，通过以下公式计算：

D＝1000×(1-RS)×m×S×Z×T；

其中：RS为配电网的供电可靠率；m为供电区域的负荷密度；S为供电面积；Z为单位电能损失值，T为电网年供电时间；

根据配电网年平均停电损失D公式计算出配电网改造前的年平均停电损失D₁和配电网改造后的年平均停电损失D₂；

通过电网改造减少的年平均停电损失D₃＝D₁-D₂。

4.根据权利要求3所述的基于接线方式进行配电网改建工程经济性分析的方法，其特征在于，步骤3中配电网改造经济性可行性指标具体为：

F＝D₃-Z，Z为配电网改建工程造价，F为配电网改造经济性可行性指标，F越大，说明配电网改造的可行性越高，具备较高的经济效益，配电网改造的迫切性越强。