CN109617057B - 基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法 - Google Patents

Abstract

基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，该法先对电能替代配套电网进行用户网格的划分和功能网格的划分，再根据用户网格内的电能替代负荷特性分析评估电能替代配套电网10千伏层面的富余容量，并综合功能网格内高压配电网的网架结构和电能替代负荷类型评估电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量。本设计不仅能够全方位准确评估电能替代配套电网的富余容量，而且简单易行。

Description

基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法

技术领域

本发明属于电能替代配套电网规划领域，具体涉及基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法。

背景技术

2016年5月，国家八部委联合印发《关于推进电能替代的指导意见》(发改能源〔2016〕1054号)，推动“以电代煤、以电代油”能源消费新模式。随着电能替代战略的不断深化，电能替代配套电网建设与配电网规划之间缺乏有效衔接的问题逐步凸显。由于大量的电能替代项目从业扩报装到投产周期短，电能替代配套电网建设一般没有纳入配电网项目库，目前主要通过“绿色通道”开展建设工作，配套电网的建设需求存在较大的随意性。一方面使得电能替代发展与公网、专线、国家配电网行动计划等建设要求难以准确区分，电能替代配套电网投资需求难以合理确定；另一方面对配电网的建设规划产生冲击，扰乱了正常建设时序及建设布局。

为保障电能替代项目的健康有序发展，同时保证配套电网建设规划的合理性，提高配电网对未来新接入电能替代负荷的适应性、经济性，减少配套电网建设投资过程中的浪费，提高投资效率，亟需对电能替代配套电网的富余容量进行全方位的准确评估，以最大化利用配套电网现有富余容量。但以下问题的存在极大增加了富余容量评估的难度：1)电能替代涉及领域广，技术种类多样，各类电能替代设备的负荷特性存在很大差异，当多种电能替代设备混合时，会对配套电网台区的受用电结构、负荷特性、负荷曲线及终端用电方式产生差异性的影响；2)电能替代配套电网涵盖110千伏、35千伏和10千伏各层级，其富余容量评估需要综合考虑各电压等级。目前国内外尚无相关文献对该问题展开研究。

发明内容

基于以上背景，本发明提供了一种能够全方位准确评估电能替代配套电网富余容量的基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，依次包括以下步骤：

步骤A、对电能替代配套电网进行用户网格的划分和功能网格的划分，其中，所述用户网格根据地理分布、行政区划、地块定位、现状负荷和电能替代负荷性质、目标网架现状和地块开发程度进行划分，所述功能网格按照地理相邻、上级电源点相同、供电区域相同、用电性质相似、电能替代类型相似的原则进行划分；

步骤B、根据用户网格内的电能替代负荷特性分析评估电能替代配套电网10千伏层面的富余容量，并综合功能网格内高压配电网的网架结构和电能替代负荷类型评估电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量。

步骤B中，所述电能替代配套电网10千伏层面的富余容量SΣ采用下式计算得到：

上式中，S_i为第i台10千伏配电变压器的容量，m为用户网格内10千伏配电变压器的总台数，P_max为电能替代设备接入后用户网格内的年最大负荷；

所述电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量△S采用下式计算得到：

上式中，T_i为第i台主变压器的最大允许负载率，R_i为第i台主变压器的容量，N_Σ为功能网格内110千伏和35千伏主变压器的总台数，ΣP_max为电能替代设备接入后功能网格内的年最大负荷。

所述主变压器的最大允许负载率采用以下方法计算得到：

先根据各变电站之间的联络情况得到主变电器之间的联络关系矩阵L_link，再结合联络关系矩阵L_link和主变电器联络路线极限传输容量计算得到联络路线极限传输容量约束，然后根据联络路线极限传输容量约束和主变电器的分摊容量计算得到主变电器的负载率，从而确定主变电器的最大允许负载率。

步骤B中，所述电能替代负荷特性分析是指：先将典型的电能替代技术划分为随机性强且分布广泛的不可计划负荷、集中分布的可计划型负荷，然后采用蒙特卡洛抽样模拟分析不可计划负荷的负荷特性，采用聚类算法获得可计划型负荷的负荷特性，其中，所述不可计划负荷包含分散电采暖和电动汽车，所述可计划型负荷包括热泵、蓄冷空调、工业电锅炉和农业电排灌。

步骤A中，所述用户网格为由若干个实施电能替代技术类型相同、地理相邻的、供电区域分类等级相同或接近的、用电类型以及对供电可靠性要求基本一致的地块或用户组成的功能单元；

所述功能网格按照彼此不重叠且覆盖全域的原则，以开发地块为单位建立用电网格，通过以下条件逐级合并得到：

一级条件：地理相邻；

二级条件：上级电源点相同；

三级条件：供电区域相同，且主导用地性质相同、电能替代类型相似、发展预期的可观察度相同、空间负荷密度值差距较小、典型日负荷曲线相似度较高、行业用电结构相似、年负荷时间分布相似这7个条件中至少满足4条。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法根据电能替代技术应用场合和城市控制性详细规划，综合考虑地理分布、行政区划、地块定位、现状负荷和电能替代负荷性质、目标网架现状，制定电能替代配套电网的网格化分区原则，在用户网格基础上，综合考虑网格内负荷特性和配变容量，评估区域内10千伏配套电网的最大供电能力和富余容量，在功能网格基础上，综合考虑高压配电网网架结构和电能替代负荷类型，评估区域内110千伏和35千伏配套电网的富余容量，该方法分析流程清晰，实施过程简单，可实现各区域、不同电压等级的电能替代配电网富余容量的全方位评估，有利于实现电能替代配套电网的精益化规划和精细化管理，充分利用配电网现有富余容量，实现投资效益和设备效益的最大化，保障电能替代项目的健康有序发展和配电网建设规划的合理性。因此，本发明不仅能够全方位准确评估电能替代配套电网的富余容量，而且简单易行。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，依次包括以下步骤：

步骤A、对电能替代配套电网进行用户网格的划分和功能网格的划分，其中，所述用户网格根据地理分布、行政区划、地块定位、现状负荷和电能替代负荷性质、目标网架现状和地块开发程度进行划分，所述功能网格按照地理相邻、上级电源点相同、供电区域相同、用电性质相似、电能替代类型相似的原则进行划分；

步骤B、根据用户网格内的电能替代负荷特性分析评估电能替代配套电网10千伏层面的富余容量，并综合功能网格内高压配电网的网架结构和电能替代负荷类型评估电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量。

步骤B中，所述电能替代配套电网10千伏层面的富余容量SΣ采用下式计算得到：

上式中，S_i为第i台10千伏配电变压器的容量，m为用户网格内10千伏配电变压器的总台数，P_max为电能替代设备接入后用户网格内的年最大负荷；

所述电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量△S采用下式计算得到：

上式中，T_i为第i台主变压器的最大允许负载率，R_i为第i台主变压器的容量，N_Σ为功能网格内110千伏和35千伏主变压器的总台数，ΣP_max为电能替代设备接入后功能网格内的年最大负荷。

所述主变压器的最大允许负载率采用以下方法计算得到：

先根据各变电站之间的联络情况得到主变电器之间的联络关系矩阵L_link，再结合联络关系矩阵L_link和主变电器联络路线极限传输容量计算得到联络路线极限传输容量约束，然后根据联络路线极限传输容量约束和主变电器的分摊容量计算得到主变电器的负载率，从而确定主变电器的最大允许负载率。

步骤B中，所述电能替代负荷特性分析是指：先将典型的电能替代技术划分为随机性强且分布广泛的不可计划负荷、集中分布的可计划型负荷，然后采用蒙特卡洛抽样模拟分析不可计划负荷的负荷特性，采用聚类算法获得可计划型负荷的负荷特性，其中，所述不可计划负荷包含分散电采暖和电动汽车，所述可计划型负荷包括热泵、蓄冷空调、工业电锅炉和农业电排灌。

步骤A中，所述用户网格为由若干个实施电能替代技术类型相同、地理相邻的、供电区域分类等级相同或接近的、用电类型以及对供电可靠性要求基本一致的地块或用户组成的功能单元；

所述功能网格按照彼此不重叠且覆盖全域的原则，以开发地块为单位建立用电网格，通过以下条件逐级合并得到：

一级条件：地理相邻；

二级条件：上级电源点相同；

三级条件：供电区域相同，且主导用地性质相同、电能替代类型相似、发展预期的可观察度相同、空间负荷密度值差距较小、典型日负荷曲线相似度较高、行业用电结构相似、年负荷时间分布相似这7个条件中至少满足4条。

本发明的原理说明如下：

用户网格的划分：用户网格的划分首要考虑保持远景网架的完整性，即对于远景目标网架来说，一个网格应包含为该网格供电的线路的整体，不会出现一回或几回线路分割在几个网格里。

功能网格划分：本发明功能网格划分中，逐级合并的参考原则如下表所述：

表1相似网格合并为功能网格时的参考原则

典型的电能替代技术：本发明所述典型的电能替代技术包括分散电采暖、热泵、蓄冷空调、工业电锅炉、电动汽车和农业电排灌，其根据电能替代技术的成熟度和工程案例的成熟度选取。

在电能替代配套电网10千伏层面的富余容量计算公式中，

表示电能替代配套电网10千伏层面的最大供电能力；在电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量计算公式中，

表示电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的最大供电能力。

实施例1：

基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，依次包括以下步骤：

步骤1、针对XX市的城市总体规划，对其电能替代配套电网进行用户网格的划分和功能网格的划分，其中，所述用户网格为由若干个实施电能替代技术类型相同、地理相邻的、供电区域分类等级相同或接近的、用电类型以及对供电可靠性要求基本一致的地块或用户组成的功能单元，根据地理分布、行政区划、地块定位、现状负荷和电能替代负荷性质、目标网架现状和地块开发程度划分得到，所述功能网格按照彼此不重叠且覆盖全域的原则，以开发地块为单位建立用电网格，通过以下条件逐级合并得到：

一级条件：地理相邻；

二级条件：上级电源点相同；

三级条件：供电区域相同，且主导用地性质相同、电能替代类型相似、发展预期的可观察度相同、空间负荷密度值差距较小、典型日负荷曲线相似度较高、行业用电结构相似、年负荷时间分布相似这7个条件中至少满足4条；

该市电能替代配套电网各功能网格均包含多个用户网格，功能网格的名称、面积、及包含的用户网格的信息如表2所示：

表2各功能网格信息

步骤2、以功能网格I(共有220千伏变电站1座，220千伏主变2台，220千伏变电容量300兆伏安。110千伏变电站2座，110千伏主变4台，变电容量共153兆伏安，预计2020年新建110千伏变电站1座，新增主变1台，新增变电容量50兆伏安，参见表3)为例，根据用户网格划分标准，将功能网格I进行划分，并根据划分结果梳理各用户网格内的10千伏配套电网现状情况。结果如表4：

表3功能网格I的电网现状及规划水平

表4功能网格I中各用户网格的信息

从上表可知，功能网格I共包含15个用户网格，总面积为85平方公里，网格内共有10千伏中压线路31条，10千伏配电变压器559台，总装机容量21.7万千伏安。

步骤3、综合功能网格I中各用户网格的负荷现状及负荷发展情况，对各用户网格的负荷进行预测，结果参见表5：

表5功能网格I中各用户网格的负荷预测结果

从上表中数据可知，2020年功能网格I的负荷水平可达252兆瓦。

步骤4、根据用户网格内的电能替代负荷特性分析评估电能替代配套电网10千伏层面的富余容量S_Σ：

上式中，S_i为第i台10千伏配电变压器的容量，m为用户网格内10千伏配电变压器的总台数，P_max为电能替代设备接入后用户网格内的年最大负荷；

其中，所述电能替代负荷特性分析是指：先将典型的电能替代技术划分为随机性强且分布广泛的不可计划负荷、集中分布的可计划型负荷，然后采用蒙特卡洛抽样模拟分析不可计划负荷的负荷特性，采用聚类算法获得可计划型负荷的负荷特性，其中，所述不可计划负荷包含分散电采暖和电动汽车，所述可计划型负荷包括热泵、蓄冷空调、工业电锅炉和农业电排灌，计算结果参见表6：

表6各用户网格的富余容量计算结果

步骤5、综合功能网格I内高压配电网的网架结构和电能替代负荷类型评估电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量△S为174.35兆伏安：

上式中，T_i为第i台主变压器的最大允许负载率，R_i为第i台主变压器的容量，N_Σ为功能网格内110千伏和35千伏主变压器的总台数，ΣP_max为电能替代设备接入后功能网格内的年最大负荷，综合功能网格I中各用户网格的负荷现状数据，按照同时率0.8计算，得到功能网格I的年最大负荷为74.32兆瓦；

其中，主变压器的最大允许负载率的计算过程如下：

功能网格I共有三座变电站，分别为220千伏变电站a(2*150)、110千伏变电站b(2*31.5)和110千伏变电站c(2*40)。

将变电站a的1号主变、2号主变，变电站b的1号主变、2号主变和变电站c的1号主变、2号主变分别编号1～6，根据各变电站之间的联络情况，得到主变电器之间的联络关系矩阵L_link。

结合主变电器联络路线极限传输容量计算得到联络路线极限传输容量约束，然后根据联络路线极限传输容量约束和主变电器的分摊容量计算得到主变电器的负载率T：

最后根据主变电器的负载率计算得主变电器的最大允许负载率的列向量：

T_N-1＝[50％ 50％ 69％ 69％ 69％ 69％]。

Claims (4)

1.基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，其特征在于：

所述评估方法依次包括以下步骤：

步骤A、对电能替代配套电网进行用户网格的划分和功能网格的划分，其中，所述用户网格根据地理分布、行政区划、地块定位、现状负荷和电能替代负荷性质、目标网架现状和地块开发程度进行划分，所述功能网格按照地理相邻、上级电源点相同、供电区域相同、用电性质相似、电能替代类型相似的原则进行划分；

步骤B、根据用户网格内的电能替代负荷特性分析评估电能替代配套电网10千伏层面的富余容量，并综合功能网格内高压配电网的网架结构和电能替代负荷类型评估电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量，其中，

所述电能替代配套电网10千伏层面的富余容量S_Σ采用下式计算得到：

上式中，S_i为第i台10千伏配电变压器的容量，m为用户网格内10千伏配电变压器的总台数，P_max为电能替代设备接入后用户网格内的年最大负荷；

所述电能替代配套电网110千伏和35千伏层面的富余容量△S采用下式计算得到：

上式中，T_i为第i台主变压器的最大允许负载率，R_i为第i台主变压器的容量，N_Σ为功能网格内110千伏和35千伏主变压器的总台数，ΣP_max为电能替代设备接入后功能网格内的年最大负荷。

2.根据权利要求1所述的基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，其特征在于：

所述主变压器的最大允许负载率采用以下方法计算得到：

先根据各变电站之间的联络情况得到主变电器之间的联络关系矩阵L_link，再结合联络关系矩阵L_link和主变电器联络路线极限传输容量计算得到联络路线极限传输容量约束，然后根据联络路线极限传输容量约束和主变电器的分摊容量计算得到主变电器的负载率，从而确定主变电器的最大允许负载率。

3.根据权利要求1所述的基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，其特征在于：

步骤B中，所述电能替代负荷特性分析是指：先将典型的电能替代技术划分为随机性强且分布广泛的不可计划负荷、集中分布的可计划型负荷，然后采用蒙特卡洛抽样模拟分析不可计划负荷的负荷特性，采用聚类算法获得可计划型负荷的负荷特性，其中，所述不可计划负荷包含分散电采暖和电动汽车，所述可计划型负荷包括热泵、蓄冷空调、工业电锅炉和农业电排灌。

4.根据权利要求1所述的基于网格化分区的电能替代配套电网富余容量评估方法，其特征在于：

步骤A中，所述用户网格为由若干个实施电能替代技术类型相同、地理相邻的、供电区域分类等级相同或接近的、用电类型以及对供电可靠性要求基本一致的地块或用户组成的功能单元；

所述功能网格按照彼此不重叠且覆盖全域的原则，以开发地块为单位建立用电网格，通过以下条件逐级合并得到：

一级条件：地理相邻；

二级条件：上级电源点相同；

三级条件：供电区域相同，且主导用地性质相同、电能替代类型相似、发展预期的可观察度相同、空间负荷密度值差距较小、典型日负荷曲线相似度较高、行业用电结构相似、年负荷时间分布相似这7个条件中至少满足4条。