CN109583767A - 一种配电网网格化统筹规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网网格化统筹规划方法，它包括：步骤1、基于“网架、运行、设备”三维指标体系的配电网诊断分析；步骤2、负荷预测与变电站规划优化；步骤3、对配网进行分级分层分区及进行特征编码；步骤4、基于远近结合理念的配电网方案规划；步骤5、投资估算与方案评估；解决了现有技术存在的针对配电网进行规划划分存在人为干预量大，划分比较粗放，不能有效降低电网运维难度等问题。

Description

一种配电网网格化统筹规划方法

技术领域

本发明涉及高中压配电网规划方法，尤其涉及一种配电网网格化统筹规划方法。

背景技术

城市配电网体量庞大但相对薄弱，中心城区部分变电站无法落地建设，部分农村地区也存在供电半径长等电网薄弱问题。负荷高峰来临，局部电网达到了所能承受的极限，与此同时发电高峰期也面临较为严重的弃风、弃光弃水，并造成末端电压波动超标等问题；

通过对配电网进行规划划分，开展高水准配网规划工作以提升企业效益，减少低效无效投资；适应用户对电网可靠性的逐步提升，降低电网运维难度，提高配网自动化覆盖率，满足分布式电源并网和多元化负荷接入需求，顺应电力体制改革方向。而现有技术配电网规划技术存在诸多问题：供电网格划分方法比较粗放、人为干预量大，容易导致不同规划人员有不同规划方案的“千人千面”；小网拼接，缺乏全局统筹理念，容易陷入寻求局部最优的困境；存在配电网规划不协调问题，导致局部“卡脖子”,影响电网整体负荷转移能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种配电网网格化统筹规划方法，以解决现有技术存在的供电网格划分方法比较粗放、人为干预量大，容易导致不同规划人员有不同规划方案的“千人千面”；小网拼接，缺乏全局统筹理念，容易陷入寻求局部最优的困境；存在配电网规划不协调问题，导致局部“卡脖子”,影响电网整体负荷转移能力。

本发明的技术方案是：

一种配电网网格化统筹规划方法，它包括：

步骤1、基于“网架、运行、设备”三维指标体系的配电网诊断分析；

步骤2、负荷预测与变电站规划优化；

步骤3、对配网进行分级分层分区及进行特征编码；

步骤4、基于远近结合理念的配电网方案规划；

步骤5、投资估算与方案评估。

从网架、运行、设备三方面进行评估得出现状配网网络结构水平包括联络率、各标准接线模式占比和非标准接线占比；负荷供应能力包括容载比、负载率、变压器和线路N-1通过率；装备技术水平包括绝缘化率、老旧设备比例和配电自动化率。

步骤2所述负荷预测与变电站规划优化的方法为：采用年均增长率、弹性系数法预测负荷电量的总量；对有控规的区域，采用空间负荷预测方法进行负荷大小与分布预测；结合现状变电站、负荷预测、容载比要求和市政规划条件，进行变电站的站址站容规划。

步骤3所述对配网进行分级分层分区及进行特征编码的方法包括：

(1)分级，按照高压配电网、中压配电网和低压配电网进行分级；

(2)分层，将高中压配网分为设施布局层、组网结构层和网格接线层；

(3)分区，按照供电辖区、变电站供电范围和中压馈线组供电范围划分为配电分区、高压配电网格和中压供电网格；

(4)特征编码是指每一分区按对应的分级和分层编为特征编码。

步骤4所述基于远近结合理念的配电网方案规划的方法为：基于“近”的利旧原则和“远”的目标导向，利用现有设备延长设备生命周期；建设改造的分步实施以远景年的理想网架为目标，以减少规划的盲目性、重复性和投资浪费。

步骤5所述投资估算与方案评估方法为：(1)分电压等级、分年度分设备类型估算建设投资；(2)对照《DL/T 5729-2016配电网规划设计技术导则》和规划区域规划技术细则，对方案进行技术指标评估和经济效益评估。

它还包括：步骤6、对高中压电压等级协调规划以及一二次规划；在满足供电可靠性的前提下，充分利用电网资源合理降低投资运维成本，进行“主网-高压配网-中压配网-低压配网”及“配网一二次”协调规划。

所述设施布局层、组网结构层和网格接线层中，设施布局层遵循“变电站成片组网”思路的网络顶层设计，描绘变电站站址和主干通道走向，用于协调通道资源和规避建设阻碍；组网结构层不考虑局部接线模式，以细化的“站间成片组网”和“主变间成片组网”优化高中压配网联络结构，提升设备利用率；站间成片组网基于空间负荷预测和负荷聚类算法，优化变电站间互联互供区域及其供电线路回数，确保变电站“联络结构刚性”；主变间成片组网：打破变电站围墙，优化配网各主变间中压线路联络结构，在简化接线和保证可靠性情况下，提升设备利用率；确保主变“联络结构刚性”；网格接线层基于网格合理划分，优化网格内接线模式，把控各网格内项目落地。

中压供电网格方法为：首先构建以站间或站内自环联络率最大、线路建设运行总费用最小的多目标混合整数非线性规划优化模型，然后采用通过识别负荷主供站和备供站的启发式方法来划分中压供电网格；具体为：

构建优化模型

在满足网格主干通道连通和负荷最大允许转供距离约束的条件下，为了尽可能满足变电站“N-1”要求，中压供电网格的划分应优先考虑内部负荷在不同变电站站间实现转供，即尽可能多地优先形成站间供电网格，同时尽量减小各网格内主干转供路径综合造价，优化模型为

式中，N^zj为站间供电网格总数；为站间中压供电网格主干综合造价总量，为第i个站间中压供电网格主干转供路径综合造价第i个站间供电网格内第j个负荷点线路转供通道主干路径的长度；R_max为正常运行情况下变电站的最大允许供电半径；k_zg为转供通道主干路径的最大允许长度与R_max比值；和分别为第i个站间网格和非站间供电网格内的负荷点集合；为对应的各站间中压供电网格主干通道连通性判断函函数；

网格划分：

通过识别负荷主供站和备供站的启发式方法来划分站间供电网格和非站间供电网格；首先，由正常运行情况下各变电站供电范围或根据变电站规划优化获得的各站供电范围，确定每个负荷的主供站；然后，在负荷最大允许转供距离约束下，将主干转供路径综合造价最小等同于各负荷主干转供路径综合造价最小，即各负荷可能存在的备供站按其主干转供路径综合造价最小选择；最后，将主供站和备供站都相同的负荷划分为一个供区，再将主供站和备供站相反的两个供区合并为一个站间供电网格；对于因负荷最大允许转供距离约束不能归入站间供电网格的负荷区域，根据各网格内部负荷位置直接相邻且仅有一个主供站的原则，划分为不同的供区，即非站间供电网格。本发明的有益效果：

本发明通过配电网网格化统筹规划方法，开展高水准配网规划工作以提升企业效益，减少低效无效投资；适应用户对电网可靠性的逐步提升，降低电网运维难度，提高配网自动化覆盖率，满足分布式电源并网和多元化负荷接入需求，顺应电力体制改革方向；在配电网供电网格划分方面，通过构建以站间或站内自环联络率最大、线路建设运行总费用最小的多目标混合整数非线性规划优化模型及相应的启发式方法，解决了现有配电网网格划分方法存在人为干预量大，导致不同规划人员有不同规划方案的“千人千面”且产生局部最优，划分比较粗放等问题。另外，通过配电网分级分层分区方法，且统筹一次网架规划、二次规划和电力通道规划，解决了现有规划技术存在的规划不协调而导致局部“卡脖子”等问题，提升了电网整体负荷转移能力。

具体实施方式：

一种配电网网格化统筹规划方法，它包括：

第一步，基于“网架、运行、设备”三维指标体系的配电网诊断分析

在统计配电网数据资料基础上，依据《DL/T 5729-2016配电网规划设计技术导则》，从网架、运行、设备三方面进行配电网现状摸底与分析评估，深入分析现状配网网络结构水平(联络率、各标准接线模式占比、非标准接线占比)、负荷供应能力(容载比、负载率、变压器和线路N-1通过率)和装备技术水平(绝缘化率、老旧设备比例、配电自动化率)等要素。

第二步，负荷预测与变电站规划优化

(1)结合市政规划深入了解城区、各典型地市城区、县城、工业园区及农村负荷密度、功能定位及发展目标，采用年均增长率、弹性系数法预测负荷电量的总量；对有控规的区域，采用空间负荷预测方法进行负荷大小与分布预测。(2)结合现状变电站、负荷预测、容载比要求和市政规划等条件，进行变电站的站址站容规划。

第三步，分级分层分区及特征编码

通过配网“分级分层分区”及编码研究，实现从宏观网架结构到微观电网结构的有机衔接，以及不同电压等级间的紧密配合，体现规划的“全局统筹”。

(1)分级，按照高压配电网、中压配电网和低压配电网进行分级。

(2)分层，将高中压配网分为设施布局层、组网结构层和网格接线层。

①设施布局层

设施布局层是遵循“变电站成片组网”思路的网络顶层设计，主要描绘变电站站址和主干通道走向，用于协调通道资源和规避建设阻碍。通道组网结构主要由市公司局领导层面制定并于政府协调，做到站址通道资源的预留，确保“通道布局刚性”。应考虑已有廊道、规划廊道、负荷需求、远景布点等条件。

②组网结构层

组网结构层不拘泥于局部接线模式，以细化的“站间成片组网”和“主变间成片组网”优化高中压配网联络结构，提升设备利用率。

i.变电站成片组网：基于空间负荷预测和负荷聚类算法，优化变电站间互联互供区域及其供电线路回数。变电站组网结构通常由市公司发策部制定，确保变电站“联络结构刚性”

ii.主变间成片组网：主变组网结构打破变电站围墙，优化配网各主变间中压线路联络结构，在简化接线和保证可靠性情况下，提升设备利用率。主变组网结构通常由市公司发策部制定，确保主变“联络结构刚性”。基于现有相关导则，兼顾主配设备利用率和接线简洁，经过大量调研、计算和分析，推荐主变间成片组网的简单规则。

③网格接线层

网格接线层基于网格合理划分，优化网格内接线模式，把控各网格内项目落地，涉及不同类型地区网格一次二次建设改造标准和运维管理措施。网格馈线组网的建设标准由市公司发策部制定，具体项目落地由运维班组依据现场实际决定，确保“建设项目刚性”和“管理权限刚性”。

(3)分区，按照供电辖区、变电站供电范围和中压馈线组供电范围划分为配电分区、高压配电网格和中压供电网格。

①配电分区

传统配电网规划是以整个市或者整个县为一体，在全局上统筹项目，但在局部上有所缺乏。网格化规划秉承大而化小分而治之的理念，将一个规划区域综合考虑行政区域、产业布局、地形地貌，地区发展程度等因素，供电辖区内部电网联络较为紧密，运行、维护、营销相对统一，供电可靠性要求相对一致等特点划分为多个配电分区。在规划区域上大二化小，在配电网问题上分而治之。

②高压配电网格

高压配网以关系相对紧密的若干组典型接线的供电范围，划分为一个网格。

③中压供电网格

中压将两站间互联互供、相对独立的供电区域划分为大小适中的一个或多个“网格”，在可靠供电情况下杜绝了“蜘蛛网”的产生。

其中，在所述“分级分层分区”中的“中压供电网格”中，构建以站间或站内自环联络率最大、线路建设运行总费用最小的多目标混合整数非线性规划优化模型方法，进行中压网格划分。

i.中压供电网格划分模型

在满足网格主干通道连通和负荷最大允许转供距离约束的条件下，为了尽可能满足变电站“N-1”要求，供电网格的划分应优先考虑其内部负荷可在不同变电站站间实现转供，即尽可能多地优先形成站间供电网格，同时尽量减小各网格内主干转供路径综合造价，优化模型可简化为

式中，N^zj为站间供电网格总数；为站间中压供电网格主干综合造价总量，为第i个站间中压供电网格主干转供路径综合造价第i个站间供电网格内第j个负荷点线路转供通道主干路径的长度；R_max为正常运行情况下变电站的最大允许供电半径；k_zg为转供通道主干路径的最大允许长度与R_max比值(如1.5)；和分别为第i个站间网格和非站间供电网格内的负荷点集合；为对应的各站间中压供电网格主干通道连通性判断函数(等于1表示连通，等于0表不连通)。

ii.网格划分方法

提出一种通过识别负荷主供站和备供站的启发式方法来划分站间供电网格和非站间供电网格。首先，由正常运行情况下各变电站供电范围或根据变电站规划优化获得的各站供电范围，确定每个负荷的主供站；然后，在负荷最大允许转供距离约束下，将主干转供路径综合造价最小近似等同于各负荷主干转供路径综合造价最小，即各负荷可能存在的备供站按其主干转供路径综合造价最小选择；最后，将主供站和备供站都相同的负荷划分为一个供区，再将主供站和备供站相反的两个供区合并为一个站间供电网格。

对于因负荷最大允许转供距离约束不能归入站间供电网格的负荷区域，根据各网格内部负荷位置直接相邻且仅有一个主供站的原则，将其划分为不同的供区，即非站间供电网格。

(4)分区编码

每一分区按对应的分级和分层指定便于管理的特征编码。通过配网“分级分层分区”及编码研究，实现从宏观网架结构到微观电网结构的有机衔接，以及不同电压等级间的紧密配合，体现规划的“全局统筹”。

第四步，基于远近结合理念的配电网方案规划

时间上，基于“近”的利旧原则和“远”的目标导向，充分利用现有设备尽量延长设备生命周期，避免大拆大建；建设改造的分步实施必须以远景年的理想网架为目标，以减少规划的盲目性、重复性和投资浪费。过渡年网架应与远景年目标相协调，应充分考虑现有网架，结合市政和变电站建设时序，抓住建设契机，逐步优化。

第五步，投资估算与方案评估。

(1)分电压等级、分年度分设备类型估算建设投资。

(2)对照《DL/T 5729-2016配电网规划设计技术导则》和规划区域规划技术细则，对方案进行技术指标评估和经济效益评估。

第六步，基于协调规划理念，开展高中压电压等级协调规划以及一二次规划。

在满足供电可靠性的前提下，为充分利用电网资源合理降低投资运维成本，开展“主网-高压配网-中压配网-低压配网”及“配网一二次”协调规划研究，研究不同类型地区“强-精-强”、“强-强-精”等一次网架配合方式，和对应的自动化协同规划方法。

Claims (9)

1.一种配电网网格化统筹规划方法，它包括：

步骤1、基于“网架、运行、设备”三维指标体系的配电网诊断分析；

步骤2、负荷预测与变电站规划优化；

步骤3、对配网进行分级分层分区及进行特征编码；

步骤4、基于远近结合理念的配电网方案规划；

步骤5、投资估算与方案评估。

2.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：所述基于“网架、运行、设备”三维指标体系的配电网诊断分析的方法为：从网架、运行、设备三方面进行评估得出现状配网网络结构水平包括联络率、各标准接线模式占比和非标准接线占比；负荷供应能力包括容载比、负载率、变压器和线路N-1通过率；装备技术水平包括绝缘化率、老旧设备比例和配电自动化率。

3.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：步骤2所述负荷预测与变电站规划优化的方法为：采用年均增长率、弹性系数法预测负荷电量的总量；对有控规的区域，采用空间负荷预测方法进行负荷大小与分布预测；结合现状变电站、负荷预测、容载比要求和市政规划条件，进行变电站的站址站容规划。

4.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：步骤3所述对配网进行分级分层分区及进行特征编码的方法包括：

(1)分级，按照高压配电网、中压配电网和低压配电网进行分级；

(2)分层，将高中压配网分为设施布局层、组网结构层和网格接线层；

(3)分区，按照供电辖区、变电站供电范围和中压馈线组供电范围划分为配电分区、高压配电网格和中压供电网格；

(4)特征编码是指每一分区按对应的分级和分层编为特征编码。

5.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：步骤4所述基于远近结合理念的配电网方案规划的方法为：基于“近”的利旧原则和“远”的目标导向，利用现有设备延长设备生命周期；建设改造的分步实施以远景年的理想网架为目标，以减少规划的盲目性、重复性和投资浪费。

6.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：步骤5所述投资估算与方案评估方法为：(1)分电压等级、分年度分设备类型估算建设投资；(2)对照《DL/T 5729-2016配电网规划设计技术导则》和规划区域规划技术细则，对方案进行技术指标评估和经济效益评估。

7.根据权利要求1所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：它还包括：步骤6、对高中压电压等级协调规划以及一二次规划；在满足供电可靠性的前提下，充分利用电网资源合理降低投资运维成本，进行“主网-高压配网-中压配网-低压配网”及“配网一二次”协调规划。

8.根据权利要求4所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：所述设施布局层、组网结构层和网格接线层中，设施布局层遵循“变电站成片组网”思路的网络顶层设计，描绘变电站站址和主干通道走向，用于协调通道资源和规避建设阻碍；组网结构层不考虑局部接线模式，以细化的“站间成片组网”和“主变间成片组网”优化高中压配网联络结构，提升设备利用率；站间成片组网基于空间负荷预测和负荷聚类算法，优化变电站间互联互供区域及其供电线路回数，确保变电站“联络结构刚性”；主变间成片组网：打破变电站围墙，优化配网各主变间中压线路联络结构，在简化接线和保证可靠性情况下，提升设备利用率；确保主变“联络结构刚性”；网格接线层基于网格合理划分，优化网格内接线模式，把控各网格内项目落地。

9.根据权利要求4所述的一种配电网网格化统筹规划方法，其特征在于：中压供电网格方法为：首先构建以站间或站内自环联络率最大、线路建设运行总费用最小的多目标混合整数非线性规划优化模型，然后采用通过识别负荷主供站和备供站的启发式方法来划分中压供电网格；

具体为：

构建优化模型

在满足网格主干通道连通和负荷最大允许转供距离约束的条件下，为了尽可能满足变电站“N-1”要求，中压供电网格的划分应优先考虑内部负荷在不同变电站站间实现转供，即尽可能多地优先形成站间供电网格，同时尽量减小各网格内主干转供路径综合造价，优化模型为

式中，N^zj为站间供电网格总数；为站间中压供电网格主干综合造价总量，为第i个站间中压供电网格主干转供路径综合造价第i个站间供电网格内第j个负荷点线路转供通道主干路径的长度；R_max为正常运行情况下变电站的最大允许供电半径；k_zg为转供通道主干路径的最大允许长度与R_max比值；LP_i ^zj和LP_i ^fzj分别为第i个站间网格和非站间供电网格内的负荷点集合；为对应的各站间中压供电网格主干通道连通性判断函函数；

网格划分：

通过识别负荷主供站和备供站的启发式方法来划分站间供电网格和非站间供电网格；首先，由正常运行情况下各变电站供电范围或根据变电站规划优化获得的各站供电范围，确定每个负荷的主供站；然后，在负荷最大允许转供距离约束下，将主干转供路径综合造价最小等同于各负荷主干转供路径综合造价最小，即各负荷可能存在的备供站按其主干转供路径综合造价最小选择；最后，将主供站和备供站都相同的负荷划分为一个供区，再将主供站和备供站相反的两个供区合并为一个站间供电网格；对于因负荷最大允许转供距离约束不能归入站间供电网格的负荷区域，根据各网格内部负荷位置直接相邻且仅有一个主供站的原则，划分为不同的供区，即非站间供电网格。