CN110994588B - 一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法 - Google Patents

一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力系统技术领域，一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，归纳典型配电网网架结构，利用灵敏度分析总结网架适用范围，根据获取待研究地区的需求得到最优的网架结构：评估体系输入参数有：故障发生时受影响负荷的转供时间TCT；故障修复时间TRT；线路及设备的故障率η；网架所带负荷PL；改变网架所带负荷，其参数保持不变，计算各种网架结构在不同的负荷条件下的各项指标变化情况，总结个网架的适用范围及适用群体。

Description

一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法。
背景技术
配电网直接连接电力负荷，电力的发展是经济发展的基础，配电网络是社会各行各业发展的基础。接线模式的选择关系到电网运行的经济、可靠以及电网安全，对于整个电力行业和用户的发展有着深远的影响，随着全社会电力需求的增长，作为与电力用户直接相连的配电网，其建设的规模随之也大幅扩大。规范的配电网规划建设，有利于解决运行中存在的网架结构不合理、损耗大、设备管理困难等问题，能有效确保配电网，乃至整个电网的有效运行。因此，有必要对现有配电网存在的各种接线方式进行研究，找到其中存在的不足和局限性，并针对不同区域情况对配网接线方式进行研究，提出有效的配电网接线方式评估体系，得出针对不同区域情况的最适宜的接线形式，以便对电网规划设计与建设起到统一的规范化的指导作用，目前，对配电网的规划建设分析主要集中在可靠性和经济性两方面，但这两方面的指标不能反映网架的带载能力及坚强程度；此外，现有的关于可靠性及经济性的评估体系比较精细化，计算比较复杂，在工程建设初期负荷等数据不甚明了的情况下很难为网架的选择提供依据。
CN201410106534.2，该发明涉及一种配电网供电可靠性及其投资敏感度分析确定方法，所述方法适用于基于可靠性的配电网的优化规划；所述方法包括以下步骤：(1)分析单一措施的可靠性与投资敏感度；(2)分析各类措施综合的可靠性与投资敏感度分析；(3)分析不同发展阶段可靠性与投资敏感度。该方法指导配电网规划建设重点，优化投资决策，明确投资方向和投资重点，提高配电网建设的效率与效益，但该发明并未对网架结构进行总结分类，导致后期进行可靠性等各项指标分析时无法显出对比效果，不方便工作人员直接筛选出最优的网架结构，而且对电网的规划建设分析主要集中在可靠性和经济性两方面，但这两方面的指标不能反映网架的带载能力及坚强程度。
因此需要一种网架结构的最优选择方法，获取待规划地区的需求，选择最优的网架结构。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，提出了先对网架结构进行分类后进行评估，利用灵敏度分析确定各网架结构的适用范围，通过获取待规划地区的需求后，得到最优的网架结构；
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，
S1:对配电网进行网架结构分类,得到若干个网架结构；
S2：根据预设配电网的评估指标,建立综合评估体系；
S3：对所述网架结构进行灵敏度分析，根据所述网架结构对应的综合评估体系中的各项评估指标变化,得到所述网架结构的适用范围；
S4：获取待规划地区的适用需求,选择对应的所述网架结构。
通过采用上述技术方案，先对网架结构进行分类后进行评估，利用灵敏度分析确定各网架结构的适用范围，通过获取待规划地区的需求后，得到最优的网架结构。
优选的，所述S1中,所述网架结构包括单幅射网络结构、单环网络结构、双环网络结构和花瓣网络结构；其中，所述单辐射网络结构中线路末端无电源连接，所述单环网络结构通过环网接线，开环运行，所述双环网络结构采用二回电缆线路实现双电源供电，所述花瓣网络结构采用梅花状模型供电。
优选的，所述梅花状模型供电是在不同电源变电站的每两个环网中间互相连接，并且所述每两个环网组成相切的形状，其中，变电站的联络部分还包括有开环运行和闭环运行。
优选的，所述S2中的所述综合评估体系包括有拓扑结构评估指标、可靠性评估指标和经济性评估指标。
优选的，所述拓扑结构评估指标用以得到所述网架结构中所述转供能力TC，所述转供能力的计算公式如下：
Figure BDA0002254325030000021
Pt为N-1下所述网架结构中故障线路所带负荷能够转移到其他线路的有功功率，PZ为对应所述网架结构中该线路所带负荷总的有功功率，所述可靠性评估指标用以得到所述网架结构中的平均供电可用率ASAI，所述平均供电可用率ASAI的计算公式如下：
Figure BDA0002254325030000031
Ui是所述网架结构中的节点i的年平均停电时间，Ni为所述网架结构中的节点i的用户数，Nlp是所述网架结构中所有节点的集合；所述经济性评估指标用以得到所述网架结构中年停电损失CL和单位负荷费用CA，计算公式如下：
Figure BDA0002254325030000032
Figure BDA0002254325030000033
CLi＝DjKP
Figure BDA0002254325030000034
ENSTotal是所述网架结构中系统失负荷量，ENSi是所述网架结构中节点i的年失负荷量，CLi是所述网架结构中节点i的单位停电损失，Dj为所述待规划地区的当地电价，Kp为停电损失与电价的比例，Fall为所述网架结构的总投资成本。
优选的，所述经济性评估指标还包括有所述网架结构建设的初始投资成本、运维成本和报废成本，
Fall＝Z+FDC+FOC
式中，Z为初始投资成本，FOC为运行维护成本，FDC为成本回收。
优选的，所述S3中的灵敏度分析的过程为：
S30:输入所述网络架构中所带负荷PL的初始值，得到对应的所述网架结构中的所述平均供电可用率ASAI的初始值、所述网架结构中的所述转供能力TC的初始值和所述网架结构中的所述单位负荷费用CA的初始值；
S31:改变所述网架结构中的所述负荷PL的值，得到对应的所述网架结构中的平均供电可用率ASAI的值、所述网架结构中所述转供能力TC的值和所述网架结构中所述单位负荷费用CA的值；
S32:统计所述网架结构对应的综合评估体系中的各项评估指标的变化。
综上所述，本发明的有益效果为先对现有的网架结构进行分类，然后对每种网架结构进行评估，在工程建设初期负荷等数据很难获取的情况下为网架结构的初选提供了一个依据；本发明除了考虑配电网的可靠性及经济性，还考虑了配电网的拓扑结构评估，能够反映网架的带载能力及坚强程度，最后直接根据待规划地区的需求得到对应的最优网架结构。
附图说明
图1为一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法的结构图；
图2为本发明中评估体系的结构示意图；
图3为本发明中ASAI随着与负荷量变化的曲线图；
图4为本发明中CA随着与负荷量变化的曲线图；
图5为本发明一个实施例中TC与负荷量变化的曲线图。
图6为本发明一个实施例中单幅射网络结构图；
图7为本发明一个实施例中单环网络结构图；
图8为本发明一个实施例中双环网络结构图；
图9为本发明一个实施例中花瓣网络结构图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～9，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参照图1，一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，包括以下步骤：
S1:对配电网进行网架结构分类,得到若干个网架结构；
S2：根据预设配电网的评估指标,建立综合评估体系；
S3：对所述网架结构进行灵敏度分析，根据所述网架结构对应的综合评估体系中的各项评估指标变化,得到所述网架结构的适用范围；
S4：根据待规划地区的适用需求,选择对应的所述网架结构。
值得说明的是，目前典型的配电网网架结构可归纳为单幅射网络、单环网络、双环网络以及花瓣网络，具体结构如下：请参照图6，单幅射网络，单电源辐射线路末端没有其他能够联络的电源，其特点是接线简单清晰、建设投资较小、运行维护方便。但当线路或设备故障、检修时，用户停电范围大，系统供电可靠性较差；请参照图7，单环网络，电缆单环网为两个单辐射网络通过末端线路之间的直接连接，实现环网接线，开环运行。其主要特点是接线简单、清晰，运行方便、灵活，当环网线路中任一段电缆线路或环网单元故障时，可通过短时间的分段开关切换，提高供电可靠性。为满足“N—l”安全准则，正常运行时，每回馈线的最高负荷应控制在该电缆安全载流量的50％以下；
请参照图8，双环网络，电缆双环网是电缆单环网的组合，利用二回电缆线路，通过同一开闭所的不同母线，形成“手拉手”供电网络，实行双环网接线。其特点是接线完善、建设投资大、运行灵活、供电可靠性高，能最大限度地确保向用户连续供电，满足重要用户双电源供电要求，请参照图9，花瓣网络，在城市各分区内，变电站每两回22kV馈线构成环网，形成花瓣结构，称之为梅花状供电模型。不同电源变电站的每两个环网中间又相互连接，组成相切的形状。变电之站间的联络部分开环运行，变电站内的联络部分闭环运行，而两个环网相连的地方为最重要的负荷所在，其余的双辐射网络、对射网络等网架结构其最核心的拓扑已涵盖于以上四种，为了在实际工程中达到网架结构快速初选的目的，只分析最基本的拓扑结构。
值得说明的是，请参照图2，评估体系指标中拓扑结构评估指标计算如下：转供能力，网架的转供能力定义为一条线路故障时，所能转移的负载量与线路所带负载的比，
Figure BDA0002254325030000061
式中，TC代表转供能力；Pt为N-1下的故障线路所带负荷能够转移到其他线路的有功功率；PZ为该线路所带负荷总的有功功率；
网架连通度，网络的连通度从整体上表达了线网中各节点的通达状况，网络连通度的值从平均意义上反映了网络节点间的连通强度。连通度的定义为构成网络的边数与节点数的比值，计算公式为：
Figure BDA0002254325030000062
式中，NC是网架连通度i是节点类型，i＝1表示终端节点，i＝2表示一般节点,i＝3表示交叉节点，di表示第i类节点的连通度，Ni是第i类节点的数量，N是总节点数。
可靠性评估指标：系统失负荷量，失负荷量定义为配电网一年中因停电而损失的负荷，可看作每个节点的停电时间与其负荷相乘的累加，其中，停电时间不考虑预安排停电，公式如下：
Figure BDA0002254325030000063
式中，ENSTotal是系统失负荷量Ui是节点i的年平均停电时间；Pi是节点i的负荷；ENSi是节点i的年失负荷量；Nlp是所有节点的集合；Ui是节点i的年平均停电时间，
Figure BDA0002254325030000064
式中，ηj为第j个设备或线路的故障率，Ui，j为当第j个设备或线路发生故障时，节点i的停电时间，若故障发生后，对节点i没有影响，则Ui，j＝0；若故障发生后，会造成节点i停电，但可以通过倒闸操作对节点i进行转供时，Ui，j为转供时间TCT，即Ui，j＝TCT；若故障发生后，会造成节点i停电，但无法通过倒闸操作对节点i进行转供时，Ui，j为故障修复时间时间TRT，即Ui，j＝TRT，系统平均停电频率，系统平均停电频率定义为系统中平均每个用户每年的停电次数，其公式如下：
Figure BDA0002254325030000071
式中，λi为负荷点i的年平均停电频率，Ni为节点i的用户数；λi为负荷点i的年平均停电频率：
Figure BDA0002254325030000072
式中μi，j为辅助变量，当设备或线路j故障时，若i节点停电则为1，否则为0。
系统平均停电持续时间，系统平均停电持续时间SAIDI是指每个由系统供电的用户每年的平均停电时间，公式如下：
Figure BDA0002254325030000073
式中，λi为负荷点i的年平均停电频率，Ni为节点i的用户数；平均供电可用率，平均供电可用率ASAI定义为用户供电可用小时数所占用户需求小时数的比例，公式如下：
Figure BDA0002254325030000074
经济性评估指标包括总投资成本，配电系统的总投资成本包括建设的初始投资成本、运维成本、报废成本：
Fall＝Z+FDC+FOC
式中，Z为初始投资成本，FOC为运行维护成本，FDC为成本回收。
各项计算方法如下：
Figure BDA0002254325030000075
式中，L为所有线路的集合；S为所有设备的集合；LZ为线路的单位投资费用；li为线路i的长度；CZj是设备j的投资成本；
FOC＝Fline+Fequ＝Fline+(Fe1+Fe2)
式中：FOC为总的运营维护成本；Fline为线路运营维护成本，主要是网损成本；Fe1是检修的材料成本；Fe2为人力成本；
FDC＝FDC1-FDC2-FDC3
式中，FDC1是设备的残值，FDC2是报废的处置费用，FDC3是因设备未使用到预期年限报废所产生的损失；停电损失，用户停电损失的确定是相当复杂的，与许多因素有关，由于本实施例是针对中压配电网接线模式的评价，所以停电损失指由于中压配电网的线路和设备故障给用户带来的停电损失，不包括计划停电和上级电源故障所造成的损失；
Figure BDA0002254325030000081
ENSi＝UiPi
CLi＝DjKP
式中，CL是年停电损失；CLi是节点i的单位停电损失，Dj为当地电价；Kp为停电损失与电价的比例。单位负荷费用CA，表示平均每单位负荷产生的费用：
Figure BDA0002254325030000082
值得说明的是，评估体系输入参数有：故障发生时受影响负荷的转供时间TCT；故障修复时间TRT；线路及设备的故障率η；网架所带负荷PL；获取待规划地区的所带负荷，其参数保持不变，计算各种网架结构在不同的负荷条件下的各项指标变化情况，请参考表一，表一为各网架结构的指标计算结果，
表一
Figure BDA0002254325030000083
Figure BDA0002254325030000091
通过灵敏度的计算，改变网架所带负荷，其参数保持不变，计算各种网架结构在不同的负荷条件下的各项指标变化情况，请参照下表二，表二为单环网灵敏度分析结果：
表二
Figure BDA0002254325030000092
请参照下表三，表三为双环网灵敏度分析计算结果：
表三
Figure BDA0002254325030000093
Figure BDA0002254325030000101
请参照下表四，表四为花瓣网灵敏度分析计算结果：
表四
Figure BDA0002254325030000102
基于灵敏度分析，归纳各网架适用范围，根据不同需求选出最优网架。
值得说明的是，根据上述表格，改变待研究地区中负荷的值，分别观察单环网结构、双环网结构以及花瓣网结构上的ASAI值、CA值和TC值的变化曲线图，请分别参照图3、图4和图5，得出各网架适用范围。
值得说明的是，根据本实施例灵敏度分析的结果，可得以下结论：获取待规划地区中对电网架构的需求，选择最优网架结构，通过得到待研究区域中的负荷的值，并通过上述指标的计算，通过灵敏度的分析，得到上述表中的数据，单幅射网络由于其较低的可靠性且没有转供能力，不适合建造在用户对可靠性要求较高的城市地区，适合建在郊区或农村等对可靠性要求不高的地区；单环网在低负荷量时具有较高的可靠性，且可扩展性比较高，适合建造在负荷快速增长的城市地区；双环网络在中等负荷量时依然能保持高可靠性，因此，适合建设在城市繁华地带或对可靠性和过载能力要求高的地区；双环网即使在重度过载的情况下依然能维持高可靠性，但它的投资成本很高，因此，花瓣网适合建造在对重要负荷供电或不能停电区域。
综上所述，本发明的实施原理为：归纳典型配电网网架结构；设定配电网网架拓扑、经济性、可靠性评估指标建立配电网技术经济综合评估体系，并对典型的网架结构进行评估；进行灵敏度分析，改变评估体系中的负荷量、负荷分布等信息，研究各种网架在这些参数变化的情况下各项指标的变化，根据灵敏度分析的结果，归纳各种典型网架结构的适用范围，并根据规划地区用户及专家对网架的可靠性及经济性等方面的需求，得出合适的网架结构。确定网架结构的适用范围，选择合适网架结构，具体包括：评估体系输入参数有：故障发生时受影响负荷的转供时间TCT；故障修复时间TRT；线路及设备的故障率η；网架所带负荷PL；改变网架所带负荷，其参数保持不变，计算各种网架结构在不同的负荷条件下的各项指标变化情况，总结网架的适用范围及适用群体在重度过载的情况下依然能保持高可靠性的网架结构便适合建设在重要负荷地区，经济性较高的网架结构适合建造在郊区及农村。

Claims (3)

1.一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，其特征在于,
S1：对配电网进行网架结构分类，得到若干个网架结构，其中，所述S1中，所述网架结构包括单辐射 网络结构、单环网络结构、双环网络结构和花瓣网络结构；其中，所述单辐射网络结构中线路末端无电源连接，所述单环网络结构通过环网接线，开环运行，所述双环网络结构采用二回电缆线路实现双电源供电，所述花瓣网络结构采用梅花状模型供电，所述梅花状模型供电是在不同电源变电站的每两个环网中间互相连接，并且所述每两个环网组成相切的形状，其中，变电站的联络部分还包括有开环运行和闭环运行；
S2：根据预设配电网的评估指标，建立综合评估体系，所述S2中的所述综合评估体系包括有拓扑结构评估指标、可靠性评估指标和经济性评估指标，所述拓扑结构评估指标用以得到所述网架结构中转供能力TC，转供能力的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Pt为N-1下所述网架结构中故障线路所带负荷能够转移到其他线路的有功功率，PZ为对应所述网架结构中故障线路所带负荷总的有功功率，所述可靠性评估指标用以得到所述网架结构中的平均供电可用率ASAI，所述平均供电可用率ASAI的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
U i 是所述网架结构中的节点i的年平均停电时间，N i 为所述网架结构中的节点i的用户数，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是所述网架结构中所有节点的集合；所述经济性评估指标用以得到所述网架结构中年停电损失CL和单位负荷费用CA，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是所述网架结构中系统失负荷量，ENS i 是所述网架结构中节点i的年失负荷量，C Li 是所述网架结构中节点i的单位停电损失，Dj为待规划地区的当地电价，K p 为停电损失与电价的比例，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为所述网架结构的总投资成本，P i 是节点i的负荷，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为所述网架结构中所带负荷；
S3：对所述网架结构进行灵敏度分析，其中，灵敏度分析的过程为：
S30：输入所述网架结构中所带负荷
Figure 441754DEST_PATH_IMAGE010
的初始值，得到对应的所述网架结构中的所述平均供电可用率ASAI的初始值、所述网架结构中的所述转供能力TC的初始值和所述网架结构中的所述单位负荷费用CA的初始值；
S31：改变所述网架结构中所带负荷
Figure 296577DEST_PATH_IMAGE010
的值，得到对应的所述网架结构中的平均供电可用率ASAI的值、所述网架结构中所述转供能力TC的值和所述网架结构中所述单位负荷费用CA的值；
S32：统计所述网架结构对应的综合评估体系中的各项评估指标的变化，根据所述网架结构对应的综合评估体系中的各项评估指标变化，得到所述网架结构的适用范围；
S4：获取待规划地区的适用需求，选择对应的所述网架结构。
2.根据权利要求1所述的一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，其特征在于，所述经济性评估指标还包括有所述网架结构建设的初始投资成本、运行维护成本和报废成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为初始投资成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为运行维护成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为报废成本。
3.根据权利要求2所述的一种适用于投资规划的配电网网架结构评估方法，其特征在于，所述停电损失是指中压配电网的线路和设备故障给用户带来的停电损失，不包括计划停电和上级电源故障所造成的损失。
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