CN113505950A - 一种考虑主配网协调的城市电网规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，涉及城市电网规划技术领域。通过将城市电网规划的对象进行分区，利于后期进行负荷预测，通过电量预测法和符合密度法对分区后的城市电网规划的对象进行负荷计算，推算出分区负荷在规划年的增长情况，根据分区各个规划年份负荷的预测结果对网架布点及结构进行合理规划，使得城市电网规划更具有科学性和合理性，通过储能系统可以实现高效的有功功率调节和无功控制，快速平衡系统中由于各种原因产生的不平衡功率，调整频率，补偿负荷波动，减少扰动对电网的冲击，提高系统运行稳定性，同时应定期对对超期服役的配电设施进行更换，进一步保证了电网系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及城市电网规划技术领域，具体为一种考虑主配网协调的城市电网规划方法。
背景技术
电力系统规划是电力系统发展的重要环节，其主要通过改造升级老旧或者新建电力设备来满足负荷的高可靠供电。目前电力系统规划方法研究主要集中在电源规划、变电站扩展规划、电网扩展规划以及无功规划四个方面。其中220千伏和110千伏变电站扩展规划、电网扩展规划是连接电网高压电网向负荷供电的重要通道，尤其对于城市电网，其发展主要以220千伏和110千伏电网发展为主，城市电网规划是城市电网发展和改造的总体计划，它是城市总体规划中的重要组成部分，也是各层次规划的一个重要内容，在城市总体规划、分区规划、专项规划和控制性详细规划中都能得到充分体现，城市电网规划是一项复杂的系统工程，它不仅需要占有大量有关城市电网发展的历史数据，还需要对现状网络进行深入的分析，同时，也要对城市的未来发展情况有比较全面的了解。
一个优秀的城市电网规划必须以坚实的前期工作为基础，包括搜集整理系统电力负荷资料，当地的社会经济发展情况，电源点和输电线路方面的原始资料等等，为保证规划工作的真实性和合理性，前期资料的收集和分析工作非常重要，包括规划基础年的电量、最大负荷、分区负荷、经济发展指标、产业电量发展指标、电网及设备现状等基础数据，以及对这些数据进行分析和预测，为城市电网规划提供准确有力的依据，但是目前的城市电网规划系统中还缺乏对负荷的收集、预测及特性分析的方法，严重影响了城市电网规划效率。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，包括以下步骤：
S1、城市电网规划分类：对于城网电网规划的对象应从地域、行业、时间上进行分类与分析，根据目前经济发展状况，可以将城市电网的规划对象分为成型区、拓展区以及发达区这三类，并对上述三类分区进行负荷计算；
S2、负荷预测：对成型区、拓展区以及发达区采用电量预测法、负荷密度法以及模糊预测法计算出供电负荷数值；
S3、变电站容载比计算：将得出的供电负荷总数值与变压器总容量在进行计算得出容载比；
S4、储能系统：通过物理储能、化学储能、电磁储能以及相变储能这四类储能方式维护用电质量；
S5、线路维护：对超期服役的配电设施进行更换。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S1中的成型区是已经规划后的老城区，负荷易掌握，对其进行的城市电网规划工作仅为局部性的调整，供电企业可充分利用已有的各级电力网与设备做好供电工作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中的拓展区是新城区，是各地在促进经济发展的过程中划出临近成型区的多镇区域，对其进行的城市电网规划工作是整体的调整，供电企业在些地区的规划工作受制于市政规划，参照市政规划并在负荷预测的基础之上根据当地负荷特点做好规划工作及电网建设工作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S3中的容载比取值增加时，在相同负荷水平下，变压器总容量将增加，使电网建设投资以及电网运行成本增加，若容载比取值减小，可能使电网的适应性变差，使调度不够灵活。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中的电量预测法具体分为单耗法、综合用电水平法以及外推法，单耗法主要根据产品的用电单耗以及产品的数量来推算出全年用电量，主要应用于成型区、拓展区以及发达区中具有单耗指标的工业以及部位农业生产，综合用电水平法主要根据人口和单人的平均用电量来推算出城市用电量。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2中的负荷密度法是将成型区、拓展区以及发达区按其功能分为若干分区，先通过统计分析确定出各分区目前的负荷密度，确定各区的负荷密度预测值，再将各区负荷密度值乘以各区面积可得各区负荷，将它们汇总并乘以同时系数，即可获得总的计算负荷。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S4中的物理储能包括抽水储能、压缩空气储能以及飞轮储能，飞轮储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，抑制电力系统低频振荡以及提高系统稳定性，抽水储能以及压缩空气储能适合于系统调峰和大型应急电源。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S5中对超期服役的配电设备进行更换的同时应定期巡查线路，及时发现、处理线路泄漏和接头过热事故，减少因接头电阻过大而引起的损失，及时更换不合格的绝缘子。
与现有技术相比，本发明提供了一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，具备以下有益效果：
1、该考虑主配网协调的城市电网规划方法，通过设置城市电网规划分类、负荷预测、变电站容载比计算、储能系统以及线路维护，通过将城市电网规划的对象进行分区，利于后期进行负荷预测，通过电量预测法和符合密度法对分区后的城市电网规划的对象进行负荷计算，推算出分区负荷在规划年的增长情况，根据分区各个规划年份负荷的预测结果对网架布点及结构进行合理规划，使得城市电网规划更具有科学性和合理性。
2、该考虑主配网协调的城市电网规划方法，通过设置储能系统以及线路维护，通过储能系统可以实现高效的有功功率调节和无功控制，快速平衡系统中由于各种原因产生的不平衡功率，调整频率，补偿负荷波动，减少扰动对电网的冲击，提高系统运行稳定性，同时应定期对对超期服役的配电设施进行更换，进一步保证了电网系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明提出的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法的结构示意图；
图2为本发明提出的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法的单耗法公式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，包括以下步骤：
S1、城市电网规划分类：对于城网电网规划的对象应从地域、行业、时间上进行分类与分析，根据目前经济发展状况，可以将城市电网的规划对象分为成型区、拓展区以及发达区这三类，并对上述三类分区进行负荷计算；
S2、负荷预测：居民文化水平和物质生活的提高以及经济加速发展和科学技术越来越发达的情况下，导致行业的增加以及城市的市政工程设施越完善，相应的电力负荷就越大，对成型区、拓展区以及发达区采用电量预测法、负荷密度法以及模糊预测法计算出其负荷数值；
成型区是已经规划后的老城区，负荷易掌握，对其进行的城市电网规划工作仅为局部性的调整，供电企业可充分利用已有的各级电力网与设备做好供电工作；
拓展区是新城区，是各地在促进经济发展的过程中划出临近成型区的多镇区域，对其进行的城市电网规划工作是整体的调整，供电企业在些地区的规划工作受制于市政规划，参照市政规划并在负荷预测的基础之上根据当地负荷特点做好规划工作及电网建设工作；
发达区是经济发达的乡镇，能够给供电企业带来巨大的负荷和用电量及效益，虽然可能并未被市政府列入市政规划，这也是供电企业所必须考虑的，可在负荷预测的基础之上根据本市或国内外同类型地区的负荷特点作好规划工作及电网建设工作；
电力负荷预测的实质就是利用以往的数据资料找出负荷变化的规律，从而对未来负荷的变化及状态做出预测，进行电力负荷预测时，如果仅以某种简单的函数关系去反映电力负荷与其影响因素之间的关系，会使得到的预测结果与实际偏离较远，而如果建立复杂模型，又由于各自模型本身因含有不定因素而导致其存在大小不同的误差，另外由于对电力负荷的影响因素又是非可测的，所以对于电力中长期负荷预测来说，无论预测模型的精度如何改进，一旦上述任何一个非可测因素的实质性改变都将导致电力中长期负荷预测出现较大失误，用前述几种方法预测负荷的结果不应只看作是一个固定的数，而应看作范围，在规划设计中一般考虑高、低及一般可能出现的负荷水平，对近期负荷预测水平，常用近期电源的可能发展速度来检验实现的可能性，即从供电的可能性来预测所需的负荷水平，同样对中长期负荷预测水平，也可根据能源的可能发展速度来检验；
负荷预测是城网规划的基础，对确定规划的长、中、短期规模、具体项目、规划的质量起到关键作用，负荷预测的方法有多种，各种方法有各自的特点、适用范围和局限性，为了提高负荷预测的准确性，可以建立多种预测方法的负荷预测模型，将每种预测方法编成软件，建立了预测方法库，在实际预测中，将收集到的各种经济预测数据、规划及历史数据，通过调用预测主库的手段，用多种方法进行预测，然后以预测误差最小为目标，根据宏观经济形势及经验取各种方法的权数，将多种预测结果加权取平均值，即所谓“组合预测”，这样可得到较准确的负荷预测成果，过将城市电网规划的对象进行分区，利于后期进行负荷预测，通过电量预测法和符合密度法对分区后的城市电网规划的对象进行负荷计算，推算出分区负荷在规划年的增长情况，根据分区各个规划年份负荷的预测结果对网架布点及结构进行合理规划，使得城市电网规划更具有科学性和合理性；
电力负荷预测主要是为了电网供电容量的预安排，首先可以了解负荷时段与负荷量，从而安排电网内发电机检修及维护的顺序，其次，根据负荷预测安排电网建设计划，逐年投入新的机组，以满足根据预测出现的新负荷量。
S3、变电站容载比计算：将得出的供电负荷总数值与变压器总容量在进行计算得出容载比，容载比取值增加时，在相同负荷水平下，变压器总容量将增加，使电网建设投资以及电网运行成本增加，若容载比取值减小，可能使电网的适应性变差，使调度不够灵活，而且在城市配电网规划中，对于变电站的选址需要注意以下问题；
方便与电源或其他变电站的相互联系，符合整体布局和城网发展的要求；
在选择变电站的位置时，应当尽量靠近负荷中心，经过相关规划部门的同意之后，在不破坏环境的前提下，进行变电站的设置，配电网的规划；
选择变电站时，需要对周边小区环境以及电源情况进行充分了解，以便于日后的维护和管理；
35～110 kV变电站，其高压侧功率因数，在主变最大负荷时不应低于0.95，在低谷负荷时不应高于0.95，配电变压器最大负荷时高压侧功率因数和用户处的功率因数均不应低于0.9，接入配电网的各类发电机的额定功率因数宜在0.85～0.9中选择，并具有相运行的能力；
逐步将电网原有35kV变电站升压为110kV变电站供电，新建变电站和线路应与大电网接轨，即以220kV电网为电源，110kV变电站为负荷布点，对配网而言，电压等级提高可以减少电压损失，提升输电能力，采用20kV供电较10kV供电半径提高一倍，一条线路可以带两个或更多的相邻乡镇负荷，打破了以乡镇为单位的供电模式，避免线路迂回，配网合理环网、互带负荷容易实现
S4、储能系统：通过物理储能、化学储能、电磁储能以及相变储能这四类储能方式维护用电质量；
物理储能包括抽水储能、压缩空气储能以及飞轮储能，化学储能包括铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池以及锂离子电池，电磁储能包括超导电磁储能、超级电容器储能等，相变储能包括熔融盐和冰蓄冷储能等
飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，应对电压暂降和瞬时停电，抑制电力系统低频振荡以及提高系统稳定性，抽水储能以及压缩空气储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合；
压缩空气储能是目前最具有发展潜力的储能技术之一，利用这种储能方式，在电网负荷低谷期将富余电能用于驱动空气压缩机，将空气高压密封在山洞、报废矿井和过期油气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动燃汽轮机发电，由于具有效率高、寿命长、响应速度快等特点，且能源转化效率较高（约为75%左右）；
储能系统能改善电能质量、提高可靠性，借助于电力电子变流技术，储能技术可以实现高效的有功功率调节和无功控制，快速平衡系统中由于各种原因产生的不平衡功率，调整频率，补偿负荷波动，减少扰动对电网的冲击，提高系统运行稳定性，有效地实现需求侧管理，发挥削峰填谷的作用，消除昼夜峰谷差，改善电力系统的日负荷率，大大提高发电设备的利用率，从而提高电网整体的运行效率，降低供电成本。
S5、线路维护：对超期服役的配电设施进行更换，主要表现在配电设备操作机构卡涩、绝缘质量低、导线截面积较小、配电变压器容量无法满足负荷增长要求以及供电半径较长等方面，由此带来了城市电网故障频发，设备不能稳定可靠运行，需要合理安排检修，提高检修质量，电力网按正常运行方式运行时，一般是既安全又经济，当设备检修时，正常运行方式遭到破坏，使线损增加，因此，设备检修要做到有计划，要提高检修质量、减少临时检修、缩短检修时间、推广带电检修。
作为本实施例的一种具体技术方案，所述S3中的容载比取值增加时，在相同负荷水平下，变压器总容量将增加，使电网建设投资以及电网运行成本增加，若容载比取值减小，可能使电网的适应性变差，使调度不够灵活。
作为本实施例的一种具体技术方案，所述S2中的电量预测法具体分为单耗法、综合用电水平法以及外推法，单耗法主要根据产品的用电单耗以及产品的数量来推算出全年用电量，主要应用于成型区、拓展区以及发达区中具有单耗指标的工业以及部位农业生产，综合用电水平法主要根据人口和单人的平均用电量来推算出城市用电量，具体如下：
公式请参考图2，其中AH代表行业预测期的需电量，Ui代表各种产品（产值）用电单耗，Qi代表各种产品的产量，当分别算出各行业的需用电量之后，把它们相加，就可以得到全部行业的需用电量，外推法通过历年的历史资料数据加以延伸，由此推测未来的各年用电量，主要采用平均增长法和回归分析法，平均增长率法以时间(年)为自变量，用电量为因变量，根据历史规律和国民经济发展规划估算出今后电量的平均增长率，回归分析法以时间、人口、工农业产值、轻重工业比重、人均收入、住房面积等因紊为自变量，用电量作为因变量，根据历史规律用数理统计方法求出适当数学模型，据以预测电量，回归分析包括一元线性、多元线性和非线性回归法，具体如下：
一元线性回归方程公式以y=a+bx表示，其中x为自变量，x为因变量;a，b为回归系数，多元线性回归方程为y=a0+alx1 十a2x2＋…十anxn，非线性回归方程因变量与自变量不是线性关系，如y=aebx等，但许多经过变换后仍可转换为线性回归方程，应该注意，统计得来的数据还应经过适当筛选，剔除少数不合理的数据系列，另外还应该注意，这些基于历史数据得到的数学模型，尽管其概率误差可能达到很小，但终究会受历史资料的局限，它只能很好地描述过去，而不一定能很好地描述未来特别是未来经济结构发生大的变动时，如果原有模型未考虚到这种变动因素的影响就很难得到准确的结果，甚至会得出错误的结果。
作为本实施例的一种具体技术方案，所述S2中的负荷密度法是将成型区、拓展区以及发达区按其功能分为若干分区，甚至分为更小的小区，分别预测各分区或小区的符合密度，预测的方法是先通过统计分析确定出各分区目前的负荷密度，然后根据城市的总体规划和分区规划，确定各区的负荷密度预测值，再将各区负荷密度值乘以各区面积可得各区负荷，将它们汇总并乘以同时系数，即可获得总的计算负荷，用公式表示为L=a×d，其中L指电力负荷，a表示预测区域的面积，d表示该区域的负荷密度；
模糊控制法是在系统的控制中加入模糊数学理论，使其进行确定性工作，可以对一些无法建立数学模型的系统进行有效控制，模糊系统是一个非线性系统，不考虑计算过程，而是从输入输出的角度进行控制，对于一个非线性连续函数，模糊控制系统需要找出一类隶属函数，一种推理规则和一个解模糊法，使设计的模糊系统能够逼近所控制的非线性函数，用于负荷预测的模糊控制法又分为以下几种：
模糊聚类法，此方法采用电力负荷增长率作为被测量，调研后采取国内生产总值(GDP)、人口、农业总产值、工业总产值、人均国民收入、人均电力等因素的增长率作为影响电力负荷增长的环境因素，构成一个总体环境，通过对历史环境与历史电力负荷总体的分类和及分类特征、环境特征的建立，进一步由未来待测年份的环境因素对各历史类的环境特征的识别，来选出与之最为接近的那类环境，得出所求电力负荷增长率；
模糊线性回归法，该方法认为观察值和估计值之间的偏差是由系统的模糊性引起的，回归系数是模糊数预测的结果是带有一定模糊幅度的模糊数，模糊指数平滑法是指在指数平滑模型的基础上，将平滑系数模糊化，用指数平滑进行预测，这种方法具有算法简单、计算速度快、预测精度高、预测误差小，尤其在原始数据存在不确定性和模糊性时，更具有优越性；
模糊最大贴近度法，该方法的核心在于选定某种影响因素(如经济增长速度等)，通过比较所研究地区与各参考地区该因素接近的程度，选中与其最为贴近的参考地区，认为该地区相应的电力负荷发展规律与所研究地区对应的电力负荷发展规律相同，该方法与前两种模糊方法相比，不需要待测地区的历史数据，也不必通过识别历史负荷数据的发展模式来进行预测所以不必进行历史数据修正就可以直接完成预测工作同时，数据的收集和整理也远比前两者方便。
作为本实施例的一种具体技术方案，所述S5中对超期服役的配电设备进行更换的同时应定期巡查线路，及时发现、处理线路泄漏和接头过热事故，减少因接头电阻过大而引起的损失，及时更换不合格的绝缘子。
基础数据的重要性包括规划基础年的电量、最大负荷、分区负荷、经济发展指标、产业电量发展指标、电网及设备现状等基础数据，首要任务就是解决城网规划的基础数据不足的问题，所以基础数据的收集和统计工作格外重要，只有保证相关数据的准确无误才能为城市电网规划提供精确的依据，使城网的规划更加的科学合理。
综上所述，该考虑主配网协调的城市电网规划方法，通过设置城市电网规划分类、负荷预测、变电站容载比计算、储能系统以及线路维护，通过将城市电网规划的对象进行分区，利于后期进行负荷预测，通过电量预测法和符合密度法对分区后的城市电网规划的对象进行负荷计算，推算出分区负荷在规划年的增长情况，根据分区各个规划年份负荷的预测结果对网架布点及结构进行合理规划，使得城市电网规划更具有科学性和合理性。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、城市电网规划分类：对于城网电网规划的对象应从地域、行业、时间上进行分类与分析，根据目前经济发展状况，可以将城市电网的规划对象分为成型区、拓展区以及发达区这三类，并对上述三类分区进行负荷计算；
S2、负荷预测：对成型区、拓展区以及发达区采用电量预测法、负荷密度法以及模糊预测法计算出供电负荷数值；
S3、变电站容载比计算：将得出的供电负荷总数值与变压器总容量在进行计算得出容载比；
S4、储能系统：通过物理储能、化学储能、电磁储能以及相变储能这四类储能方式维护用电质量；
S5、线路维护：对超期服役的配电设施进行更换。
2.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S1中的成型区是已经规划后的老城区，负荷易掌握，对其进行的城市电网规划工作仅为局部性的调整，供电企业可充分利用已有的各级电力网与设备做好供电工作。
3.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S2中的拓展区是新城区，是各地在促进经济发展的过程中划出临近成型区的多镇区域，对其进行的城市电网规划工作是整体的调整，供电企业在些地区的规划工作受制于市政规划，参照市政规划并在负荷预测的基础之上根据当地负荷特点做好规划工作及电网建设工作。
4.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S3中的容载比取值增加时，在相同负荷水平下，变压器总容量将增加，使电网建设投资以及电网运行成本增加，若容载比取值减小，可能使电网的适应性变差，使调度不够灵活。
5.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S2中的电量预测法具体分为单耗法、综合用电水平法以及外推法，单耗法主要根据产品的用电单耗以及产品的数量来推算出全年用电量，主要应用于成型区、拓展区以及发达区中具有单耗指标的工业以及部位农业生产，综合用电水平法主要根据人口和单人的平均用电量来推算出城市用电量。
6.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S2中的负荷密度法是将成型区、拓展区以及发达区按其功能分为若干分区，先通过统计分析确定出各分区目前的负荷密度，确定各区的负荷密度预测值，再将各区负荷密度值乘以各区面积可得各区负荷，将它们汇总并乘以同时系数，即可获得总的计算负荷。
7.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S4中的物理储能包括抽水储能、压缩空气储能以及飞轮储能，飞轮储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，抑制电力系统低频振荡以及提高系统稳定性，抽水储能以及压缩空气储能适合于系统调峰和大型应急电源。
8.根据权利要求1所述的一种考虑主配网协调的城市电网规划方法，其特征在于：所述S5中对超期服役的配电设备进行更换的同时应定期巡查线路，及时发现、处理线路泄漏和接头过热事故，减少因接头电阻过大而引起的损失，及时更换不合格的绝缘子。
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