电网最大供电能力

电网最大供电能力（共7篇）

电网最大供电能力 篇1

1 前言

城市电网是电力系统的主要构成部分, 是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称, 是电力系统的主要负荷中心。科学评估城网的供电能力及其可靠性对正确评价电网现状, 优化网络结构, 提高城网供电安全性和可靠性, 提高供电企业的经济效益和社会效益具有巨大的现实意义。

城市电网最大供电能力通常是指电网在既满足发电容量又满足任意设备均不过负荷的条件下, 网络所能供应的最大负荷。传统的评估城市电网供电能力的主要方法有尝试法、容载比法、最大负荷倍数法和网络最大流法等。实际应用最为广泛的是尝试法和最大负荷倍数法, 尝试法评价结构的准确性取决于负荷分配系数的合理性, 计算过程比较繁琐, 且易出错。最大负荷倍数法以网络现有负荷为基础, 通过计算网络所能达到的最大负荷倍数来评价网络供电能力。该方法的评价结果很大程度上受到网络现有负荷分布状况的影响。

图论方法作为一种成熟的理论特别适用于求解与网络拓扑有关的问题, 且易于编程实现。本文基于图论构造一个新的邻接矩阵, 对城市电网进行拓扑分析, 通过简单的矩阵运算来获取网络相关数据;并引入线性的直流潮流模型作为城市电网最大供电能力优化模型的网络功率约束条件, 建立城市电网的最大供电能力线性规划模型。并应用到昆明城市电网供电能力分析研究课题, 取得了不错的效果。

2 图论及相关概念

2.1 相关概念

在不考虑网络元件的特性而只研究网络的拓扑关系时, 可将城市电网抽象成一个图。图是抽象支路和节点的集合, 它反映图中所包含的各支路之间的联结关系, 即节点与支路的关系。在图论中, 图可表示为G (V, E) , V表示顶点集合, E表示边的集合。当图中的边有方向时, 则成为有向图;当图的每条支路和1个数字关联, 则成为加权图, 与该边相关联的数字称为该支路的权值。由于本文算法需要考虑线路有功潮流的大小和方向, 因此采用有向加权图表示城市电网, 各支路的权值为线路上的有功潮流值, 并采用修正的邻接矩阵来描述有向图, 再通过对邻接矩阵的简单运算, 获取城市电网的网络功率平衡方程, 作为后面线性规划模型的等式约束方程。因此, 邻接矩阵是本文模型的重要概念。

2.2 邻接矩阵

设图中有n个顶点, 则邻接矩阵为阶的方程 (aij) n×n, 当vi与vj之间存在1条由vi直接指向vj的有向边时, 则aij=1, 否则aij=0。当vi与vj之间存在1条由vj直接指向vi的有向边时, 则aji=1, 否则aji=0。有向图G (V, E) 邻接矩阵A表示为:

undefined

基于图论的邻接矩阵的此基本定义, 本文提出一种新的邻接矩阵来描述有向加权图。设图中有n个节点, 则其邻接矩阵为n×n阶的方阵 (dij) n×n, 当vi与vj之间存在1条由vj直接指向vi的有向边时, 则dij=wij, dji=wji=-wij, 否则dij=dji=0, wij为权值 (通常选取网络某一实际物理量, 本文选取电网中的有功潮流作为权值) 。则有向图G (V, E) 的新的邻接矩阵D表示为:

undefined

显然, 有向图的新的邻接矩阵D是不对称的, 而且, 各顶点的出力值、负荷值和注入功率可以通过邻接矩阵D求取, 这是本文基于图论建立城市电网最大供电能力计算模型的关键。

当城市电网潮流分布能由能量管理系统 (EMS) 实时获取时, 潮流分布状态就可以由邻接矩阵D描述。由于本文的目的是求取城市电网的最大供电能力的线性规划模型, 而城市电网供电能力受到各支路的热稳定条件的约束, 所以这里邻接矩阵D为一开始无法确定的矩阵, 是以各支路有功潮流为其未知元素的矩阵, 可以通过后文建立的线性规划数学模型的求解得出各支路的有功潮流值。

典型的城市高压电网及其拓扑图见图1。该城市高压电网以220kV母线为电源点, 以110kV变电站为负荷。图1 (a) 中:变电站A和B为220kV变电站;变电站a、b、c和d为110kV变电站;110kV线路7条。图1 (b) 中, ①～⑦为顶点编号; (1) ～ (8) 为边编号, f1～f8为各支路的有功潮流。

当选取电网中的线路有功潮流作为邻接矩阵D的权值时 (按顶点编号顺序排列) ,

3 最大供电能力线性规划模型及算法

3.1 城网的矩阵描述

把城市电网看作有向图后, 其网络结构可由关联矩阵A描述, 网络基本参数可由导钠矩阵B和b描述, 运行参数 (包括节点和支路功率等) 可以用如下矩阵或向量来描述:

节点 (顶点) 负荷列向量L=[l1, l2, …, ln]T, 显然对于非负荷点i, li=0;

节点 (顶点) 出力列向量Pg=[pg1, pg2, …, pgn] T, 显然对于非出力点i, pgi=0;

节点 (顶点) 注入功率列向量P=[p1, p2, …, pgn] T, n为节点 (顶点) 个数;

支路 (边) 有功功率列向量F=[f1, f2, …, fl ]T, l为支路 (边) 条数。

由邻接矩阵D的定义可知, 对于实际城市电网, 其加权有向图取支路有功潮流为权值时, 可以看出:当顶点为出力点时, 邻接矩阵D中对应行元素之和为该顶点出力的倒数, 且为该顶点的注入功率;当顶点为负荷点时, 邻接矩阵D中对应行元素之和为该顶点的负荷值, 且该顶点的注入有功功率为邻接矩阵D中该行所有正值元素之和。即向量L、Pg、P和F之间存在如下3个关系式:

pi =w (F) = (4)

undefined负荷节点 (5)

undefined为出力节点 (6)

式中 符号 (dij) 表示判断邻接矩阵D中第i行第j列的元素dij是否大于0, 是则取, 否则弃。

3.2 城网最大供电能力线性规划模型

城市电网最大供电能力是指在城市电网中任意设备均不过负荷条件下, 网络所能供应的最大负荷。实际上属于一个最优负荷问题。当电网功率约束方程中采用直流有功潮流表达式时, 根据基于图论形成的各矩阵或向量, 可以得到如下的线性规划模型:

max (KTL) (7)

s.t F= bAB-1P = bAB-1w (F) (8)

Fmin≤F≤Fmax (9)

Lmin≤L= f (F) ≤Lmax (10)

Pg, min≤Pg =g (F) ≤Pg, max (11)

其中 式 (7) 为目标函数;式 (8) 为以线性的直流潮流模型作为网络有功潮流的等式约束方程;式 (9) 为线路热稳定容量约束;式 (10) 、 (11) 为出力节点和负荷节点的功率约束;K为目标函数的系数列向量, 负荷节点类型ki=1, 其它节点类型ki=0;b为由各支路导纳组成的对角矩阵;A为网络支路节点关联矩阵;B为网络的修正节点导钠矩阵 (不包括参考节点) ;Fmax、Fmin分别为支路有功功率上、下限列向量;Lmax、Lmin分别为节点有功负荷上、下限列向量;Pg, max、Pg, min分别为节点有功出力上、下限列向量。

3.3 误差分析

此线性规划模型编程求解容易且计算速度快, 这在需要反复进行优化调整的电网规划中是非常突出的优点。但由于模型以直流潮流为基础, 因此存在着误差, 体现在:

1) 模型完全忽略线路电阻, 使得优化的潮流结果势必与实际网络潮流存在误差。

2) 模型完全认为sinθij≈θi-θj, 这对轻负荷线路可认为正确, 但对重负荷线路, 可能存在误差。

3) 模型将有功潮流和节点电压完全解耦, 忽略了节点电压对系统有功潮流的影响, 同时模型也无法计及无功潮流对线路过负荷的影响 (对于线路过负荷约束, 应该是线路的视在功率小于线路传输容量, 而不是线路有功小于线路传输容量) , 这势必造成一定误差。

3.4 城网最大供电能力计算流程

利用上述基于图论和线性规划的城市电网最大供电能力模型计算城市电网最大供电能力的流程见图2。图中, 输入基础数据、形成电网拓扑图是进行城市电网最大供电能力计算的基础, 基础数据包括网络的连接关系、节点类型及出力和负荷约束、线路的容量约束及其阻抗参数等。

输出线性规划模型的解有网络的最大供电能力及各负荷节点的有功负荷, 各出力节点的有功出力, 线路的有功潮流。还可以计算线路的容量裕度和负载率。

为了该计算模型的完整性, 须验证计算结果是否符合实际电网的某种运行方式。对计算结果采用传统的交流潮流计算方法进行了验证, 将求得的各负荷节点有功负荷和各出力节点有功出力作为已知条件代入传统交流潮流计算模型中进行潮流计算。从理论上讲, 必然存在与计算结果反映出来的运行方式, 虽然存在误差。原因是在此模型中, 严格地以直流潮流模型作为网络的功率约束方程, 而且从后文的算例证明误差并不影响此模型的准确性和适用性。利用电力系统计算分析软件 (BPA) 进行验证。

4 算例

为了说明利用此模型和算法评估城市电网最大供电能力的科学性和准确性, 文中以昆明电网为例, 利用此模型和算法对其最大供电能力进行计算, 并采用电力系统计算分析软件 (BPA) 进行校验。电网系统接线图见图3。

该电网高压配电网电压等级为110kV。系统中包括1个本地电厂 (装机容量为200MW) 和5个连接于220kV主网的电源变电站 (变电总容量为1980MVA) ;19座110kV变电站 (变电总容量为1638MVA) 和1个直供用户;63条110kV线路, 总长度196.8km, (线路导线截面均取240mm2) 。该城市电网的拓扑图中包括52个顶点, 79条边。

本算例以两种方式说明模型的有效性和准确性:方式1以各支路极限容量的90%为功率约束条件;方式2以线路极限容量的30%为功率约束条件。

方式1的计算结果中, 最大负荷为1360.2MW, 约为110kV变压器容量的84%, 其中100MW来源于本地电源, 1260.2MW来源于220kV主网。

将计算所得的各节点的有功负荷和有功出力 (平衡节为普吉) 代入到BPA中进行潮流计算, 计算结果为:系统的总有功出力为1388MW;总负荷为1360.2MW;有功损耗为27.8MW, 约占系统总负荷的2%。在此负荷水平上的任意负荷节点增加很小的负荷也会导致某些线路功率超过其容量限值。各节点有功出力及有功负荷见表1, 表2列出了部分线路的有功功率及其负载率。

把优化计算结果采用BPA软件进行验证, 从表1可以看出, 从平衡节点 (普吉) 的出力值反映出误差的存在, 主要是由于模型完全忽略线路电阻, 即忽略了网损所引起。

对比线性规划法与BPA计算结果, 从表2可以看出, 2种方法的计算结果基本一致, 各重载线路上的最大功率偏差不超过5.3%, 对于轻载线路误差则更低。尽管本文提出的模型忽略了网络的损耗和无功功率, 但并未对计算结果的准确性造成非常明显的影响。

合理、优化的电网规划是从根本上消除网络瓶颈, 提高设备利用率, 提高网络供电能力, 适应负荷增长, 改善电网供电质量, 提高供电可靠性的有利措施。通过模型的建立及计算过程, 可以为城市电网规划提供依据。表2列出了的部分负载率接近线路容量极限的线路, 这批线路的容量限制成为影响A城市电网最大供电能力的瓶颈, 在往后的电网规划、改造中将成为重点改造项目。从表2也可以看出, 绝大部分负载较重的线路为“T”接线路, 因此“T”接过多也是影响A城市电网供电能力的重要因素。

方式2的计算结果中, 电网的最优出力为811.4MW, 最大负荷为811.4MW, 约为110kV变压器容量的51.4% (容载比将近2:1) 。这说明该模型可充分考虑支路额定容量的限制因素, 比容载比法、最大负荷倍数法等方法更具优越性。

5 结论

综上所述, 把城市电网看作有向图, 通过定义一新的邻接矩阵D来描述网络结构, 电网的节点和支路功率等运行参数都可以根据矩阵D通过简单的运算求取, 而且用简单而规划化的向量形式描述, 便于城市电网最大供电能力优化模型的建立, 且可以利用图的插入和删除操作修改邻接矩阵, 达到即时修改网络拓扑和计算最大供电能力的目的。

提出的计算城市电网最大供电能力的线性规划模型用单纯形法求解, 计算机编程实现简单, 且算法只需通过一次优化计算即可获得城市电网最大供电能力。通过对我国某实际城市电网进行计算并用BPA进行验证, 表明该算法准确、可信。

从算例结果可以看出, 该模型能找到电网的薄弱环节, 从而能为城市电网规划改造提供一些很具针对性的工程指导建议, 具有重要的理论价值和实际意义。图论方法作为一种成熟的理论特别适用于求解与网络拓扑有关的问题, 具有易编程实现的特点。本文将图论引入到城市电网供电能力研究课题中, 为后课题中针对某一特定运行方式进行供电能力分析和评估实现在线奠定了基础。

摘要：基于图论定义了一种新的邻接矩阵描述城市电网网络结构, 构造简单的矩阵或向量描述电网的节点和支路功率等运行参数, 通过简单的矩阵运算获取网络相关数据后, 提出了一种计算城市电网最大供电能力的线性规划模型。该模型以网络所能供应的最大负荷为目标函数, 以网络的功率平衡、各支路的额定容量、节点的功率约束为约束条件。

关键词：城市电网,最大供电能力,图论,邻接矩阵,线性规划

参考文献

[1]蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建设改造[M].中国电力出版社, 2004.

[2]鲁顺, 高立群, 王坷, 等.莫斯科大停电分析及启示[J].继电器, 2006, 34 (16) :27-31, 67.

[3]索智勇.地区电力网的可靠性评估与分析[M].广东工业大学硕士学位论文.2003.

[4]陈金玉, 金文龙.城市规划中关于变压器容载比的取值问题[J].供用电, 2004, 21 (5) :18-20.

电网最大供电能力 篇2

清远北部共有110k V变电站17 座, 根据北部地区风能资源分布情况, 连山地区是风能资源丰富地区, 故以连山地区为风电可接入最大容量分析的切入点。

连山地区共有110k V变电站3 座, 根据Q-V特性曲线理论分析, 鹿鸣站、福堂站、吉田站的无功裕度分别为414.2MVar、509.6MVar、769.837MVar。鹿鸣站无功裕度最小, 即电网结构最薄弱, 理论上可接入的风电容量最小;吉田站电网结构相对较坚强, 理论上可接入的风电容量最大。本次重点就鹿鸣站、吉田站最大可接入容量进行分析, 其余北部地区网架结构可做类似分析。

2 变电站单点接入风电最大容量分析

以鹿鸣站、吉田站为例, 当不考虑线路过载和风电场并入的上级变电站主变容量时, 风电单点接入鹿鸣站、吉田站极限穿透容量分别为822.2MW、1495.45MW。从上述结果, 鹿鸣站由于其网架结构比较薄弱, 所能接纳的风电极限穿透功率较小, 吉田站和两个220k V的变电站相联, 网架结构比较坚强, 所能接纳风电极限穿透功率较大。

考虑各电压等级所允许的电压降落, 以风电功率增大情况下局部电网节点电压越限为边界条件, 得到风电场并网的最大接入容量。计算时采用国标规定电压偏差, 风电场并入母线所允许的接入容量最低, 风电单点接入鹿鸣站仅考虑母线电压允许降落的最大接入容量为744.51MW, 风电单点接入吉田站的仅考虑电压允许降落的最大接入容量为1321.41MW。

考虑线路过载、风电场并入的上级变电站主变容量和接入母线电压允许的最大降落时, 鹿鸣站可接入风电的最大容量是113.07MW, 吉田站可接入风电的最大容量是285.79MW, 主要由其并入线路的最大过载容量决定。

3 110k V母线可接入风电极限容量分析

清远北部地区所有110k V变电站高压侧母线风电单点接入进行潮流计算。在不考虑联络允许输送的最大功率和上级变电站容量, 由各110k V母线允许的电压降落和P-V特性曲线可得到该母线风电最大允许接入容量和极限接入容量 (即风电最大穿透功率) 。其中, 连南站110k V母线风电最大允许接入容量和极限接入容量分别为1679.75MW、1969.10MW ;飞鹅坪站110k V母线风电最大允许接入容量和极限接入容量分别为585.55MW、635.60MW。由北部地区网架结构可知, 连南站和220k V安峰站及110k V三江站相连, 其网架结构为北部地区最坚强站, 风电最大允许接入容量和极限接入容量最大;同理飞鹅坪站风电最大允许接入容量和极限接入容量 最小。

当以联络允许输送的最大功率、上级变电站容量和110k V变电站高压侧母线允许的最大跌落为边界条件时, 北部地区110k V变电站高压侧母线所允许单点接入的风电最大容量明显减小。其中慧光站允许接入风电容量最小仅为58MW, 因为此站下面接有2 个水电站, 同时连州站亦是给慧光站送电, 所以当考虑线路允许输送的最大容量时, 慧光站允许接入的风电容量明显减小。

4 影响风电最大接入容量因素分析

4.1 分析并网联络线长度对并网母线所接入风电极限穿透功率的影响

以鹿鸣站为例, 由于并网联络线长度增加, 风电场送出线路的无功功率需求更高, 导致并网母线电压水平下降更明显, 可接入的风电场极限穿透功率下降。当并网联络线长度为1km时, 并网母线可接入的风电场极限穿透功率为822.22MW ;当并网联络线长度为10km时, 并网母线可接入的风电场极限穿透功率为657.89MW。在工程上的理解则是电网网络结构变薄弱, 网络线路的无功输送能力欠缺, 导致输送无功的压降太大, 电网末端的电压水平无法维持。

4.2 分析风电场出力功率因数对并网母线所接入风电极限穿透功率的影响

以鹿鸣站为例, 若风电机组的功率因数为0.98, 则并网母线可接纳的风电极限穿透功率为1051.34MW ;若风电机组的功率因数为1, 则并网母线可接纳的风电极限穿透功率为822.22MW ;若风电机组的功率因数为-0.98, 则并网母线可接纳的风电极限穿透功率为634.31MW。比较可知, 当采用双馈异步风力发电机的风电场向并网母线送出部分无功功率, 并网母线可接纳的风电极限穿透功率最大;当采用双馈异步风力发电机的风电场吸收并网母线的无功功率, 并网母线可接纳的风电极限穿透功率最小。所以, 并网风电场发出部分无功功率增加了并网母线的无功裕度并网风电场吸收部分无功功率减小了并网母线的无功裕度即减小了风电场的接入容量。

4.3 多点接入风电对最大接入容量的影响

福堂站接入其110k V母线可接纳风电极限穿透功率的20%, 即193MW时, 鹿鸣站可接纳风电极限穿透功率为676.69MW, 比该母线单点可接入风电极限穿透功率822.22MW小, 但此时北部地区接入风电总容量为869.69MW, 总容量增大。

吉田站接入其110k V母线可接纳风电极限穿透功率的20%, 即299MW, 并且福堂站接入其110k V母线可接纳风电极限穿透功率的20%, 即193MW时, 鹿鸣站可接纳风电极限穿透功率为668.204MW, 比该母线单点可接入风电极限穿透功率822.22MW小, 比仅福堂站接入其110k V母线可接纳风电极限穿透功率的20% 鹿鸣站110k V母线可接纳风电极限穿透功率676.69MW也小, 但此时北部地区接入风电总容量为1160.204MW, 总容量进一步增大。

5 研究结论

本论文利用电压静态稳定性理论对清远电源风力资源最丰富的北部地区进行了风电可接入最大和极限容量分析, 得到结论如下。

1) 风电可接入最大和极限容量与网架结构密切相关。网架结构越坚强, 无功裕度越大, 可接入风电容量越大;网架结构越薄弱, 无功裕度越小, 可接入风电容量越小。2) 风电可接入最大和极限容量与风机所采用的控制策略及出力功率因数密切相关。如果双馈异步风力发电机可输出部分无功, 对接入点进行无功支持, 其可接入最大和极限容量越大;如果双馈异步风力发电机吸收部分无功, 作为无功负荷, 其可接入最大和极限容量越小。3) 风电分散接入可增加其电网接入风电总容量, 所以同一容量风电接入局域电网, 为增加其电网的稳定裕度, 建议分散接入。

摘要：根据《南方电网公司关于进一步支持光伏等新能源发展的指导意见》要求, 电网企业在系统安全允许的情况下, 优先接纳新能源论文所发电量上网。近年来, 清远北部地区风能新能源项目发展迅速, 规划2020年前将建成15个风电场, 总容量85万k W。由于受清远地区主网架等因素影响, 风能接入及送出面临较大困难。当前, 如何确保电网在满足风电场接入需求情况下保持正常稳定运行成为首要问题。本文针对清远北部电网现状分析最大可接纳风电能力。

关键词：电网现状,容量分析,研究结论

参考文献

[1]迟永宁.风电接入对电力系统的影响[J].电网技术, 2007, 31 (3) :77-81.

[2]施泉生.考虑风电并网的系统充裕度评估[J].科技和产业, 2016 (1) .

[3]郭知翠.风电接入对电力系统的影响探讨[J].中国科技博览, 2014 (25) :301.

电网最大供电能力 篇3

我国的城市电网经过几十年的不断改进, 许多城市的配电网都获得了重大发展, 部分城市配电网容载比虽然很高, 但其没有获得高可靠性。配电网规划导则没有详细规定不同配电网容载比的合理范围、有效协调上下级电网的方法、衡量新建电网水平的指标等内容。当前很多城市的线路通道及站点都十分紧张, 所以, 有必要探讨在避免大拆大建前提下, 运用优化运行方式及网架结构接受新负荷。

1 配电网供电能力理论

供电能力指一定范围内电网符合N-1准则的前提下, 涉及变电站和配电网的转供能力, 和运行过程中的供应符合能力。电网能力的研究主要有三个阶段, 第一阶段是用变电容量衡量供电能力, 主要利用容载比方法;第二阶段是通过计算评定网络的实际供电能力, 可以利用负荷能力方法或者最大负荷倍数方法, 不仅计算变电站的变电容量, 也研究转供网络能力思想。负荷法是在配电网运行的前提下, 算出节点电压限制与满足各支路潮流时的承受负荷的最大能力;第三阶段是供电能力理论的建模阶段, 可以在N-1准则前提下计及网络和变电站转供能力时计算电网的供电能力。随着人们对供电理论的不断研究, 使供电能力指标族定义、求解温度得到解决, 可以在不知道负荷时进行量化计算, 符合电网的符合需求。供电能力理论可以把变电站供电能力与网络转移负荷能力相结合, 运用其指标及概念, 可以站在电网角度评估分析配电网, 给后续规划提供新的方法与指标。供电能力对配电网来说非常重要, 重要程度相当于输电能力对输电网。研究供电能力理论可以给电网的规划发展提供理论性工具。

2 智能配电网具有快速转供网络的能力

智能电网改变配电网成绩十分显著, 快速网络的转供能力是智能电网的新边界条件。尽管我国很多城市配电网都有了联络, 网架结构也可以使负荷通过变电站转移, 然而很多配电网自动化程度并不高, 必须要有专门的操作队伍去现场进行人工操作控制开关, 且这种操作需要较长时间, 当停电状态下这种打开开关方式很难让用户满意。很多变电站都有自动化操作系统, 当变电站中出现故障时, 负荷就会及时切换到其他主变压器上, 可以保证用户持续供电。所以, 现阶段中压配电网的转带系统和变电站负荷转移在时间方面有很大差距。电网实际运行中, 一旦故障发生, 仅考虑变电站内部负荷切换, 不经过配电网转带负荷, 互联网的网架结构不能发挥它在不同电网中的转换功能, 缺乏自动化, 一定要改变这种现状。未来的发展, 会把智能电网建立高级的调度操控系统, 应该能够实现配用电自动化和信息化。可以利用通信手段里低压电网的实时信息、新型传感器等实现自动化操控, 中低压网络数据可以迅速传至中央的调度系统, 进而调度全网络, 提高系统自动化的能力, 缩短人工操作开关造成的长时间停电, 提升用户的满意度。

3 配电网规划在容载比与效率方面存在的问题

我国许多城市都对电网进行过大规模的改造, 目前, 负荷已经度过了迅速发展时期, 容载比都到了2.0或更上区域, 很多配电网里有负载不均衡现象, 一些电网负载率非常低, 一些电网负载率非常高, 要改变负荷的分布十分困难, 所以可以可以调整优化负荷在电网结构里的接入位置。配电网负载能够利用改变分段联络位置、改变电网开关运行方式、选择新用户的网络位置等, 将其在主变、变电站的分配进行改变, 进而优化主变和变电站的供电范围, 避免负载的不均衡。如果这几个改变仍然没有达到理想的效果, 可以尝试变电站增容、新增出现等方法。对于一些新建城区用地紧张, 建设变电站成本较高, 获取新电站较困难情况来所, 优化电网供电能力意义重大, 利用优化运行方式及网架结构消纳负荷, 具体可以利用联络优化的技术与负荷的再分配技术, 这两中技术消纳负荷能力非常强。要提高电网的效率也可以通过合理协调上下级电网, 因为变电站是两级电网枢纽, 要协调两级电网先要协调好变电站和其下一级网络, 然后再使下级电网和上级电网相互配合协调, 进而实现跨电压级的互相支撑。

4 最大供电能力理念的提出对电网的规划

我国以往传统的规划方式是依据规划方案分析现状、预测负荷、进而再规划网络和变电站, 这种传统规划对我国过去的城乡电网建设具有重要贡献, 然而随着电网结构变得更加复杂和电网负荷的不断增加, 这种规划方式已很难满足现实生活需求。传统规划必须要先预测负荷, 进而依据预测结构研究供电方案, 预测的是否准确决定着规划结果是否正确, 但是实际生活中, 影响负荷的因素有很多, 要想准确预测负荷几乎已经不可能。现阶段所谓的基于最大的供电能力和传统规划有很大不同, 传统规划比较保守, 是通过增加变电的容量满足新增加的负荷, 这样设备的利用率较低。供电能力概念和以往传统规划法最大的区别是最大供电能力是未知负荷情况下, 通过科学的分析已知电网, 使电网最优化, 充分发挥原有电网的作用, 使其满足更高负荷的要求, 提升原有电网潜力, 配电自动化的前提下, 配电网有迅速的转供网络负荷能力。所以, 规划与改造已建城区的配电网时, 要重视配电自动化与网络互联使供电能力得到提升。供电调度方法关键技术有两个, 一是优化原有电网网架结构, 发掘它供电的最大潜力, 另一个是优化负荷, 合理分布负荷在电网里的位置, 有效匹配负荷水平和供电能力。实际规划时, 要先用已有的网络吸收新增加的负荷, 具体可以校验负荷和最大功能能力匹配程度, 校验每个变电站供电能力和负荷的匹配。要调整变电站主变之间的负荷分配可以先重构配电网, 然后再调整新增负荷在电网中的接入位置, 最后利用改变馈线母线进行调整。供电能力理论运用新的规划理念, 它优先运用现有网络, 节省了新建网络的成本, 如果站在使用阶段角度看, 以往传统的规划方法更适合负荷增长速度较快情况, 特别是电网规模正处于发展时期, 而最大供电能力适合与负荷增长速度较慢情况, 也就是电网规模较为稳定时期。如果运用最大供电能力的方法需要注意它要建立在电网可以迅速进行负荷转移情况, 它对自动化设备与网架配置均有一定要求, 众多网络开关均要有采集远程信息机操作远程信息功能, 未来的智能网络发展也必会具备这一基本条件。

5 结束语

我国的配电网系统经历了很多次改建和规划, 现阶段最大供电能力理念的提出是智能化配电系统最明显的特征, 新型配电网强调建设精细化的规划, 注重挖掘现有电网的供电潜力, 经过合理优化现有电网, 提高其更高的负荷运行水平。

参考文献

[1]肖峻, 张婷, 张跃, 王成山.基于最大供电能力的配电网规划理念与方法[J].中国电机工程学报, 2013 (10) .

[2]肖峻, 李振生, 张跃.基于最大供电能力的智能配电网规划与运行新思路[J].电力系统自动化, 2012 (13) .

[3]翟玮.基于供电能力的城市配电系统优化研究与应用[D].天津大学, 2010.

电网最大供电能力 篇4

关键词：智能电网,配电规划,供电能力

引言

配电网是城市的基础设施, 决定着城市的最大供电能力。从我国发展现实来看, 发电、输电、配电中配电网投资规模增长最快。从实际运行来看, 配电网的建设水平决定着一个地区供电的可靠性, 很多停电事故的发生问题都出在配电网, 电力系统损耗的最大的因素也产生在配电网。我国经过十几年来大规模的城市电网建设, 很多城市配电网得到了跨越式的发展, 城市配电网的容载比普遍较高, 但可靠性水平并不高, 能否在不新建变电站和配电网的情况下通过优化结构和运行方式需要深入研究。

1 智能配电网的快速网络转供能力

智能电网是近年来的一个研究热点, 在研究最大供电能力时, 首先需要明确智能电网下的快速网络转换能力。快速网络转供是实现智能化配电网以后供电系统的显著特点。目前我国国内联网的配电网已经非常普遍, 互联网架结构发挥了不同电网之间进行转换的有效功能, 是负荷在电站间进行转移的有效通道, 但是从目前的实际情况来看, 国内的中压配电网络自动化程度还是比较低的, 很多时候需要人工进行繁琐的操作, 由于缺乏自动化, 由于系统维护造成的停电时间大大超过自动化系统的水平。

为了改变这种情况, 在运行实际电网中, 可以在主变系统发生故障时只进行变电站内部主变之间的负荷切换, 避免涉及中压配电网转带。从发展前景上看, 将来对智能电网的发展将建立高级配电网调度运行系统, 据此实现配用电的信息化与自动化。通过采用新型的传感器、通信手段采集中低压配电网实时信息, 由于中低压配电网数量众多, 采用了自动化以后, 这些网络的运行数据能够高效地传送到中央调度系统, 从而进行全局调度, 这样做大大加强了系统的自动化能力, 减少了人工操作带来的长时间停电, 提高了用户体验水平。

2 智能配电网的供电能力理论

研究配电系统最大供电能力, 需要先了解输电系统的最大传输能力, 这是两个比较相似的概念。配电系统最大供电是指在一定区域内, 配电网在满足N-1条件下, 变电站内主变和配电网络的转供能力, 以及在运行实际约束的情况下能够实现的最大的负荷供应。从国内外研究现状来看, 配电网的供电能力理论研究有3个阶段: (1) 以变电容量评估配电系统供电能力阶段; (2) 计算网络供电能力阶段; (3) 供电能力精确理论建模阶段。理论研究表明供电能力理论可以有效将网络之负荷转换能力与站内供电能力相互结合, 通过数据分析精细地规划, 可以提供新的指标。

3 基于供电能力优化的规划新方式

从我国国内情况来看, 国内过去几十年都是按照规划导则规定的现状分析、负荷预测、以及变电站及网络规划为主要步骤进行规划调度。这种方式在过去传统电网调度中发挥着关键作用, 是我国电网调度的基础。但随着近年来用电负荷的提高和电网结构的复杂化, 这种调度方式逐渐不能适应现实需求。因为这种方式发挥作用的前提是精确的负荷预测, 然后根据预测情况形成并供电方案, 进行综合性的规划调度。所以过去如果有新的负荷需求, 往往通过增加变电容量的方式进行满足, 按照这种机理, 这种方法将电网容载比控制在导则推荐范围内, 最终结果是设备利用率的低下。

基于最大供电能力的概念与传统规划方法具有完全不同的运行机制。最大供电能力可以在负荷未知的情况下进行基于已知电网的分析和优化。通过科学的分析手段, 能够进行合理的电网优化, 使得已有电网发挥在更高负载水平进行运行, 提高了原有供电网络系统的潜力。基于供电能力供电调度方法的核心技术主要有两方面, 其一是基于现有电网在充分的基础上优化其网架结构, 从而发掘其最大供电潜力;二是能够通过优化负荷, 实现电网中合理分布, 最有效地匹配电网供电能力与负荷水平。基于供电能力理论采用了新的规划理念。传统规划核心是优先考虑新增变电站容量, 然后对电网结构进行规划布局;基于供电能力则立足于优先利用已有网络, 首先吸收新增负荷, 然后再考虑采用新增变电容量的方式。从使用阶段上看, 传统规划适合负荷快速增长, 电网规模快速发展的阶段, 后者适合负荷发展缓慢, 电网规模相对稳定的阶段。

4 结论

本文分析基于最大供电能力配电系统的理论和建设问题, 通过简单研究对比发现:快速网络转供能力是未来智能配电系统的重要特征。第二, 新型的配电网注重精细化规划建设, 强调优化挖掘其供电潜力, 通过合理优化, 已有电网能够在更高负载运行。第三, 复杂互联配电网存在简化的空间, 联络对配电网架的作用不同, 应区别对待并明确区分负荷转带路径。最后, 新一代智能配电网的发展方向是建立安全框架, 实现实时监视、报警以及预防控制。

参考文献

[1]肖峻, 李振生, 张跃.基于最大供电能力的智能配电网规划与运行新思路[J].电力系统自动化, 2012, (13) .

[2]余贻鑫, 栾文鹏, 毛有祥.智能电网述评[J].中国电机工程学报, 2009, (34) .

[3]刘健, 司玉芳.考虑负荷变化的配电网架安全评估及其应用[J].电力系统自动化, 2011, (23) .

电网最大供电能力 篇5

配电系统的供电能力(total supply capability,TSC)是一定供电区域内配电网满足N-X(主要是N-1)安全准则条件以及各种实际运行约束下的最大负荷供应能力[1],是反映配电系统安全与效率的关键指标,在城市电网建设规划中已经得到广泛应用。目前研究已涉及了TSC的定义[1]、指标体系[2,3]、建模[2,3,4]、求解[1,5,6]和应用[2,5,6]。网络联络是影响TSC的关键因素,优化联络可以在不增加变电站容量的条件下最大程度挖掘网络供电潜力[3],研究表明联络对电网供电能力的贡献理论上能够达到30%~50%[3]。

传统的配电网联络规划主要以经济性为目标,文献[7]提出了输配电综合考虑的全局最优算法,但是由于实际配电网的复杂性,应用中存在一定困难。一些学者从接线模式的角度研究配电网[8,9,10],采用几种标准接线模式来构建网络,得到了较好的效果。目前涉及联络建设次序的研究主要是多阶段的规划方法[11,12],后一时段以前一时段的规划结果为基础,缺点是无法得到全时段的最优解,求解过程也很困难。文献[13]采用了改进的最小生成树方法,区别对待道路交叉点,计算速度较传统遗传算法有所提高。目前,供电能力理论为规划配电网联络提供了一个新的方向。文献[5]提出了基于TSC的配电网规划理念和方法,并与传统规划方法对比说明基于TSC的规划能在少建变电站和配电网的情况下消纳新增负荷。文献[6]研究了瓶颈联络对TSC的影响,提出了自动定位和改造联络瓶颈导线的方法。文献[14]基于供电能力,通过后退寻优法确定了最优站间联络规模,但是未涉及联络建设次序对TSC的影响。文献[15]考虑过载主变负荷的二次转供,提出了以最少联络通道规模满足供电能力要求的规划方法。文献[16]通过网络转移能力(network transfer capability,NTC)的灵敏度量化了联络对TSC的贡献,并通过剔除无效联络化简复杂配电网,指出不同联络对于TSC的贡献存在很大差别。文献[17]进一步提出了加权联络均衡度和联络效率的概念,研究联络位置和规模对TSC的作用机理。

上述研究在基于TSC的配电网联络规划方面进行了有益探索,但一些基本的问题尚未回答。例如,最能充分挖掘TSC的联络建设次序和规模是什么?什么样的流程规划才能得到最优联络建设次序?本文将回答这些问题,提出一种完全基于最大供电能力的联络建设次序规划方法,并与现有联络规划方法[14]进行对比。

1 基本概念与定义

1.1 联络的基本定义

定义1:联络线(F),使一台主变压器(以下简称主变)的馈线与本台主变或另一台主变的馈线构成联络关系的线路。主变Ti和Tj间的任一条联络线均用Fij表示。本文联络线均为单联络,即每条馈线最多只和一条联络线相连。联络线容量等于联络路径中最小容量导线的容量,用RF表示。

定义2:联络通道(L),指两台主变间所有联络线的集合,主变Ti和Tj间的联络通道用Lij表示。其中,若Ti和Tj为同站主变则Lij为站内联络通道;若Ti和Tj为不同站主变则Lij为站间联络通道。联络通道容量等于其内部所有联络线容量RF之和,用RL表示。由于站内联络通道对于TSC没有贡献[16],本文联络通道均指站间联络通道。

定义3:联络线规模(M),配电网存在的联络线数量,用M表示。

定义4:联络通道规模(N),配电网存在的联络通道数量,用N表示。

1.2 联络位置与联络效率

定义5:联络线位置(x),建设在主变Ti和Tj之间的联络线建设位置用x(i,j)表示。联络线位置既可以在已经存在联络通道的主变之间,也可以在尚不存在联络通道的主变之间。

定义6:加权联络均衡度(BD),指各联络通道间联络线的数量与各联络通道两端主变的平均容量的匹配程度,用BD表示,详细计算过程见附录A。

定义7:联络有效度(E2),单个联络的有效度E2(i,j)为增加联络线Fij前后,NTC变化量ΔNTC与系统单台主变的平均容量S0的比率[16]。

定义8:联络线效率(EF),指平均每条联络线带来的NTC,计算公式为:

式中:ANTC为网络转移能力值。

定义9:总联络容量利用率,站外转移总负荷量与电网所有联络线容量和的比值,用于反映对联络线容量利用的充分程度。

2 最优馈线联络建设次序模型

2.1 最优馈线联络建设次序定义

在联络建设过程中,假设每一时刻只能建设一条联络线,Fm为顺序建设的第m条联络线,则Fm建设后电网会得到新的供电能力值ATSCm。Fm的位置不同,得到的ATSCm可能不同。使得ATSCm最大的Fm的位置xm称为Fm的最优位置。

随着M从0开始不断地增加,TSC最终会达到全联络供电能力(MSC)[2],但此时并不一定需要达到电网的最大联络线规模。若此过程中每条联络线都选择其最优位置,则TSC达到MSC时对应的M即为最优联络线规模Mopt。由于全程ATSCm都保持可能的最大值,则EF也保持可能达到的最大值。

定义10:最优馈线联络建设次序(Popt),使得联络建设中TSC保持任一阶段性的最大值并且达到MSC时总联络线规模最小的联络线建设次序。其形式为以数对为元素的向量,如式(3)所示。

式中:

是按时间顺序的联络线位置和对应联络线容量,向量的维数为Mopt。

实际中联络建设次序规划多是分阶段建设,每个阶段建设一组联络馈线集[12],这可以看做是对“每一时刻只能建设一条联络线”的降低要求,即只需一组馈线集建成之后TSC达到可能的最大值。例如,若需分成3个阶段建设,分别建设a,b,c条联络线,且Ma+Mb+Mc=Mopt,则可先得到如式(3)的结果,再划分成阶段Ⅰ~Ⅲ,如式(4)所示:

2.2 最优馈线联络次序问题数学模型

为了解决2.1节提出的最优联络次序问题,首先建立数学模型,决策对象是联络线。在联络规划时,可以把联络通道的规划看成容量较大的联络线规划,从而将联络规划对象统一为联络线,证明过程详见附录B。联络建设次序规划的实质是逐条安排联络线的位置和容量,使TSC全程保持最大,并在达到MSC时停止建设。该数学模型如式(5)所示。

式中:fTSC为ATSCm的计算方法[2],模型变量为Fm的位置xm(i,j)和容量;(i,j)表示不同变电站的两台主变Ti和Tj的编号,Ω1为所有(i,j)的集合;texist(i)为增加Fm之后,主变Ti已参加联络的馈线数;tmax(i)为主变Ti的最大出线数;Rfeeder(i)为主变Ti的馈线容量,本文假设同一台主变馈线容量均相同;Cm为第m条联络线的成本,Cm受到联络线Fm容量和长度Lm的影响,其关系用fc表示;Clim为联络建设的总预算。

按此模型,从第1条联络线(m=1)开始,利用式(5)求解x1(i,j)和,得到ATSC1;再规划第2条联络线(m=2),利用式(5)求解x2(i,j)和,得到ATSC2;以此类推,直到ATSC≥AMSC时停止,得到式(3)所示的向量Popt即为最优馈线联络建设次序,此时的m即为Mopt。

3 最优馈线联络建设次序规划方法

3.1 最优馈线联络次序模型的化简

联络次序的规划需考虑阶段维护费用、路径长短、成本约束的问题,比较复杂。本文着重点在于挖掘配电网TSC,故对模型(5)进行如下简化。

1)所有联络线容量均相等,且等于联络路径中最小容量导线的容量。此时RF=Rfeeder;而ATSCm也简化为只由Fm的位置xm(i,j)这一个变量决定。

2)由于城市电网街道长度差别不大,故假设所有联络线的长度相同,其值为常数L0。

3)对于总成本没有严格限制,认为Clim→!,化简后的模型为:

对应结果也由式(3)化简为式(7)形式:

求解该模型的方法有很多,例如搜索法,穷举法等,这些方法都需较为复杂的算法和程序,本文3.3节将提出一种简洁的求解方法。

3.2 最优馈线联络建设位置与最优规模

在实际电网建设和规划中,容量较大的主变之间的联络线数量往往较多,容量较小的主变之间的联络线数量较少,BD(定义6)可以量化描述这种联络线分布的规律。例如,配电网中有T1,T2和T3三台主变,容量分别为31.5,31.5,63 MVA;T1与T2,T2与T3,T1与T3之间的联络线数量分别为N12,N23,N13。共有8条联络线。当N12=2,N13=3,N23=3时,BD=1,此时联络线分布与主变容量最匹配;当N12=4,N13=2,N23=2时,BD=0.667。

研究同一联络线规模下不同联络分布即不同BD对应的TSC变化趋势(见附录C)可知:同一联络线规模下BD最大时TSC也最大,此时的联络建设位置为最优馈线联络位置[17]。故联络线的最优建设位置为使得加权联络均衡度BD最大的位置。

在保持最优联络位置的前提下,TSC先线性增长,同时EF保持最大值0.5RF,即联络线容量的一半。所以,如果已知主变容量和联络容量,则联络最优规模Mopt也可以预先计算,步骤如下。

步骤1:计算AMSC。将联络矩阵设为全联络,联络线容量RF设为无穷大,得到的ATSC即为AMSC[3]。

步骤2:计算变电站供电能力(substation supply capability,SSC)[2],其值为ASSC。在步骤1中AMSC计算的基础上,断开所有站间联络,得到ATSC就是ASSC。

步骤3:计算可扩展供电能力(expanded supply capability,ESC)[2]的值AESC:

步骤4:实际联络线容量为RF,则

步骤5:若X不为整数,取X整数部分,则基于TSC的最优联络规模Mopt=X+1。若X为整数,则Mopt=X。实际上,最优联络规模Mopt是在联络位置x全程最优的基础上得到的,二者综合成为最优发展次序的基本要素。

3.3 最优馈线联络建设次序求解方法

下面利用3.2节所述规律,求解简化后的数学模型(6)。

由前文可知BD较大时对应的ATSC一定最大,而BD可以通过较为简单的计算获得,因此式(6)中的ATSCm可以用BDm来替代,将求解复杂的ATSCm转化成了求解简单的BDm;最优联络规模Mopt可由式(8)、式(9)计算。综上所述,基于TSC的最优馈线联络建设次序求解流程如图1所示。

图中:R(1/2)为联络通道两端主变平均容量;N为联络线数量;外联络位置总数Nmax由式(10)计算。因为站间联络不增加ATSC,所以此处只计算站外联络位置。

按照图1流程得到的建设次序是一种TSC发展最快的次序,也是联络线效率最高的次序。下文将结合实际算例说明本节所述规划方法。

4 算例验证

4.1 算例基本情况

算例1电网如图2所示。主变T1至T4每台最多出9回馈线,T5至T8每台最多出10回馈线,馈线容量均为8.92 MVA,共有72回出线,最多可建36条单联络线。4座变电站均为110 kV/10kV,总主变容量为349 MVA。

由于本文研究在主变固定的情况下电网联络从无到多的建设过程,联络的次序多样,故图2只示意了联络增加过程中的一种一般情况:已建成13条联络线,属于联络建设中期的规模,仍有增加联络挖掘TSC的空间。

需要指出,算例1主变容量配置很不统一,但通常110kV变电站并不如此,有时还可能出现所有主变容量相同的情况。本文为了更好说明主变容量与联络疏密程度匹配的关系,采用了主变容量差距较大的配置,所得到的优化方法同样适用于主变容量差距较小或完全相同的情况,详见4.4节。

4.2 最优联络建设次序

下面按照3.3节图1流程规划算例1的最优馈线联络建设次序。

步骤1:计算ATSC=111.5 MVA。

步骤2:计算Mopt=25。

步骤3:BD计算的预备工作。

1)计算站外联络位置总数为:

这表明:每建设一条联络线,有24种站外联络位置可供选择,也表明该电网充分建设后可能存在的最大站外联络通道数为24。4.1节所述最多可建单联络36条是指馈线数量,与此处有本质不同。

2)计算R(1/2)。篇幅所限,部分结果见表1,完整结果见附录D表D1。

步骤4:从第1条联络线F1(m=1)开始,遍历24个联络位置,得到24个BD值,见附录D表D2。其中,最大的BD值0.945对应的联络位置x1(5,7)就是第一条联络线的建设位置。再令m=2,以此类推,直到m>Mopt,即m>25时停止。顺序所得的25个x(i,j)就是Popt。由于相同的BD值可能对应不同的联络位置,这导致最优联络次序的结果可能存在多个,此处只求解其中的一种结果。

若实际规划要求分3阶段(Ⅰ~Ⅲ)完成,且每个阶段的联络线建设规模分别为8,9和8,则最终的分阶段规划结果如下:

4.3 本文结果的最优性验证

按照本文规划方法得到的最优馈线联络建设次序详细数据如表2所示,其中,EF=4.46 MVA/条,E2=10.22%。

以M为横坐标,ATSC为纵坐标,绘制ATSC随M变化曲线,如图3所示。

由表2和图3可知:本文规划的建设次序对应ATSC全程均保持最大,且最终能达到AMSC;第1至第25条联络TSC增加最快,单位联络线增长4.46 MVA;建成25条之后整个电网达到AMSC(206 MVA),从建设第26条联络线起ATSC都不增加,这说明最优联络规模确实为25条联络。从而验证了本文提出的最优馈线联络建设次序规划方法。

在实际规划中,距离较远的主变之间不宜建设联络,此时,可以将整个电网划分成若干个小区域,在各个区域内部应用本文方法,也可达到较好效果。

4.4 本文方法在主变容量完全相同时的验证

在算例1的基础上,将主变容量统一为40 MVA得到算例2。由于主变容量完全相同,由BD定义可推知:当m≤Nmax(联络位置总数)时,第m条联络线只要选择与前m-1条联络线不同的位置,就可以保持BD最大;当m>Nmax时,只要使Fm的位置与Fm-Nmax相同,即可保证BD最大。因此,对算例2的规划方法退化为不断选择新的联络位置x(i,j)的方法。最终得到的最优馈线联络次序如下:

上述联络线建设次序对应的TSC随M变化曲线,如图4所示。TSC先保持4.46 MVA/条的速度增长,在第27条时达到AMSC(200MVA),所以本文方法同样适用于主变容量相同的算例。

4.5 本文方法与后退寻优法结果的比较

后退寻优法是从挖掘TSC角度出发的一种联络规划方法[14]。采用4.1节算例1,运用后退寻优法规划联络,规划采用的联络线均为标准容量:7.03,8.92,10.566,12.124 MVA,规划结果见附录D表D3。综合表2和表D3数据,得到表3。

实际中,主变规划联络的馈线数大于主变允许馈线数的方案是不可行的。由表3可知,后退寻优法中主变T7需建立联络的馈线数为12,大于其允许馈线数10;而本文方法所得结果不存在此类情况。综合表2、表3、表D3,得到本文规划方法和后退寻优法[14]结果的对比,如表4所示。

注:表中黑体表示较好结果。

由表4可得以下结论。

1)两种方法均能达到286 MVA的MSC,但是本文方法达到MSC时的联络线规模比后退寻优法少2条,联络效率更高,在保证供电能力的前提下节约了电网建设资金。

2)后退寻优法的加权联络均衡度BD比本文低0.2,联络线分布较不均衡,个别主变(例如T7)规划结果超过了主变最大出线数,不符合实际要求;而本文方法克服了这一缺点。

3)由于拓扑结构不同,本文方法站外转移的总负荷比后退寻优法少约10 MVA,相应的站内转移负荷就比后退寻优法多10 MVA,这与配电网负荷优先站内转带的原则一致。

4)后退寻优法可以主动选择联络线容量,即包含了对联络线容量的优化,而本文方法则统一采用与主变容量匹配较好的联络线容量(8.92 MVA),没有进一步优化联络线容量。但实际效果来看,本文方法的总联络线容量利用率与后退寻优法大致相同(95.7%),仍有较高的水平。

5)本文方法能够保持阶段性的TSC最大,而后退寻优法虽然最终可以达到MSC,但是规划方案没有明确联络线建设的次序,故不能保证各个阶段TSC都保持最大。

5 结论

本文提出了基于最大供电能力的配电网最优联络位置与规模的优化方法和具体规划流程,通过算例验证了本文方法的有效性,对比后退寻优法,本文方法存在以下优点。

1)缩减联络线规模,提高联络效率,节约联络建设资金。

2)联络分布更加均衡,克服主变规划联络数超出主变最大出线数的缺点。

3)联络线容量的利用率较高,站内转移负荷更多,更加符合调度原则。

4)可以保持各规划阶段的TSC最大。

本文规划方法主要用于新建的或建设较不充分电网的规划,对于已经建设充分的配电网,本文规划结果则可以作为电网规划人员剔除无效联络时的参考依据。本文研究能够给出各规划阶段均能发挥配电网最大供电能力的最优馈线联络建设次序,为优化配电网结构和节约建设资金提供了新的理论工具。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：给出了最优馈线联络建设次序的定义,建立了最优馈线联络建设次序的数学模型,并结合实际情况进行化简,给出基于加权联络均衡度的最优联络位置和最优联络规模的确定方法,并基于此提出了一种实用的最优馈线联络建设次序的求解方法。实际算例验证了该规划方法,与后退寻优法的结果对比显示了该方法的优越性,为优化配电网结构发挥最大供电能力提供了新的方法。

电网最大供电能力 篇6

1 城市电网配电运行水平及供电能力的评价指标

1.1 层次分析法

此分析方法最早出现在西方的发达国家, 其在应用的过程中最为显著的特点就是其存在着渐变的特点, 同时也能够对复杂性较强的事物进行结构的分层处理, 这对我国城市电网建设的深入研究而言是十分关键的。此外, 借助层次分析法可以将人的逻辑思维和定量分析有机的融合, 在决策中也就更加的科学合理。其次是在多年的工作中, 笔者也发现, 如果能够从配电网设备当中去获取信息将会使得分层计算更加准确。而从管理的方面来说, 应用这种方法可以充分的考虑到当地的实际情况以及电压的等级水平去分析, 这样就可以构建一个分层结构的管理的形式, 如果想要真正的实现这一管理目标, 电力工作人员必须要在实际的工作中要完成数据收集和归纳整理工作, 之后再借助指标值固定的计算方法来计算出实际的数值, 对数值进行分析之后可以得出评估的最终结果。

1.2 单向指标值的计算

城市配电网运行的基本水平和供电能力实际上蕴含着非常多的单向指标, 在这一过程中, 其既包括配电网规划和管理, 同时对电能的质量和电网自身的可靠性以及电缆线路的质量等都有着十分严格的要求。以上所提到的所有指标都应该严格按照国家的相关规定去定义, 在逻辑约束的基础上对不同基础数据的科学性和准确性加以控制和处理是, 在对配电网处理的过程中应该使用一些更加细致的标准对其进行检验, 综合性能指标当中有供电的可考虑, 同时还有D类电压的合格率, 在计算的时候一定要科学的学则测点和计算公式。综合线损率通常是为了更好的计算管口的供电量和售电量的差值而出现的定义, 同时还要充分的满足供电量多于售电量这一要求在, 最后是重复停电用户所占的比重, 这些数据都是工作中必须要重视的基础数据, 因为它的准确性可能会哦对整个配电网的建设质量和建设水平产生非常明显的影响, 保证计划停电两次以上的用户在合理的范围之内。

2 城市配电网运行水平与供电能力评估系统的实现

在城市配电网运行的过程中, 配电网运行水平和供电能力评估系统建设越来越受到人们的重视, 在这样的情况下, 很多企业也有了十分大胆的尝试, 以下笔者结合自己的经验对这一系统的建立与实现加以简要的分析和探讨。

2.1 设置用户权限

这种方法能够对用户的个人信息资料进行严密的保护, 也是城市配电网运行水平与供电能力评估系统的主要表现, 再加之配电网网络结构的建立, 即使用户处于不同的区域, 每个子系统中也可以调阅出用户详细的用电记录, 简化了以往传统的办公程序, 大大提高了电力企业管理工作的效率。其次, 相关的管理人员应该拥有自己的账号与密码, 只有通过权限设置以后, 才可以对城市配电网运行水平与供电能力评估系统进行监管。此外, 我国部分电力企业对于一些乡镇的电力用户, 加大了对配电网络控制的建设, 其主要的工作原理是将获取的基础数据录入电力管理系统中, 这时乡镇的电力企业就会对当地的用户进行统一的管理, 并对数据做出评估, 真正实现精细化的管理, 从电线路的条数, 再到开关的使用量, 都可以通过城市配电网运行水平与供电能力评估系统而实现。但是, 在这一过程中, 电力企业需要特别注意的是, 时刻对配电网设备的运行状态进行观察, 确保其保持在良好的运行状况, 尽可能减少配电网设备的负荷压力, 特别是公用配电变压器在超出负载范围, 造成大面积停电时, 电力企业一定要对其故障原因进行认真的调查分析, 并采取有效的解决对策, 及时恢复供电。

2.2 故障跳闸统计用户权限设置

故障跳闸系统用户权限的设置是十分重要的一个环节, 其功能主要体现在了县级用户的配电环节, 对于提升用户的配电水平和质量有着十分积极的作用。首先是要对线路开展录入和查询工作, 线路录入主要有主线路录入和分支线路录入, 通过线路录入, 我们可对线路的基本信息进行充分的录入, 主要有线路的长度以及线路的基本种类等等, 这样一来也就为故障信息的输入创造了非常大的便利。线路查询主要是针对录入线路的信息进行查询, 在查询的过程中, 可以得知所有线路的基本信息, 也可以针对一些主线路去查询在主线路下的分支线路的信息, 其次是故障的录入与查询。故障录入得到过程中有产生故障时故障线路的具体名称, 故障的具体时间和产生故障的缘由等。

2.3 系统的运行环境及安全策略

城市配电网系统的运行环境对于供电能力有重要的影响, 首先, 服务器方面要使用Web服务器, 这种信息服务管理器能够提高数据库和浏览器的工作效率, 从而极大的提升配电网系统的运行环境。另一方面, 城市配电网系统的安全策略对于我国电力事业的发展至关重要, 西方发达国家就对此极为重视, 这是由于网络系统的安全运行能够确保配电网的电力供应, 实施的策略包括账号权限加固, 就是以最小权限原则对操作系统用户、用户组进行权限设置, 删除系统多余用户, 确保系统帐号口令长度和复杂度满足安全要求。

结束语

综上所述, 可以得知, 城市配电网运行水平与供电能力评估系统的实现对于电力企业的可持续发展有着重要的意义。而想要建立更加完善的评价体系, 就需要彻底解决配电网中存在的问题, 并采取积极有效的改善办法, 只有这样, 才能确保不同区域配电网之间存在的缺陷得到彻底的解决, 不仅充分保障了基础数据的精确性, 还进一步提高了评价指标的使用性能, 从而避免了供电故障问题的发生, 促使我国电力事业长期稳定的发展。

参考文献

[1]李智宇, 陈建福, 张芜.基于优化分区的配电网规划研究及实践[J].广西电力, 2006 (4) :1.

[2]宋蒙, 刘健, 刘巩权.基于优化分区的城市配电网架规划团.继电器, 2009, 31 (12) :4-5.

电网最大供电能力 篇7

城市配电网作为联系终端用户与发、输电系统的重要纽带, 是城市建设和经济发展的重要基础设施, 担负着给终端用户提供安全、可靠、优质电能的关键职责[1]。科学合理地评估城市配电网的最大供电能力对于优化系统网架结构及指导城市电网的规划和运行具有巨大的经济价值和现实意义[1,2,3]。

目前计算配电网供电能力的方法主要有以最大最小负荷倍数法[4]、网络最大流法[5]和变压器容载比法[6]为代表的传统方法, 数学优化方法[7,8]及基于N-1安全准则和主变互联的新方法[9,10]。传统方法虽然深入到变电站馈线层面评价配电网的供电能力, 但是计算方法一般比较繁琐, 在网络结构比较复杂的情况下不一定能得到准确的结果。数学优化方法着眼于建立配电网供电能力的优化模型, 如文献[7]提出了一种求解配电网最大供电能力的线性规划模型。该方法基于直流潮流计算, 以网络能供应的最大负荷为目标函数, 虽然能够提高计算速度, 但是忽略了母线电压幅值的变化以及线路的电阻。文献[8]提出一种基于信赖域法的城市电网最大供电能力计算方法。该方法基于交流潮流计算, 以网络最大负荷供电能力为目标函数, 并考虑了线路热稳定、变压器容量等约束条件。该方法需要在每一个搜索点采取参数摄动法对目标函数进行二阶等值, 等值模型的精度对结果影响较大, 并且计算的复杂度极大增加。由于上述方法[4,5,6,7,8]在计算过程中没有考虑到N-1供电安全准则, 而城市电力规划设计导则中对规划电网具备任一线路停运或者变电站一台主变退出运行时仍能保证向用户持续供电的要求做出了明确规定[11,12,13], 因此出现了基于N-1供电安全准则和主变互联的新方法[9,10]。

上述研究的对象主要针对开环运行的配电网, 而关于环型供电的城市中压配电网最大供电能力的研究却鲜有报道。基于这种考虑, 本文提出了一种基于多元非线性回归模型的环型中压配电网最大供电能力评估方法。首先基于潮流跟踪理论确定线路功率的主导开闭所负荷, 并建立线路功率与主导开闭所负荷之间的多元非线性回归模型。随后在此基础上, 提出了以变电站下网功率之和最大为目标函数, 以电网N-1供电安全准则下的变电站主变、线路传输容量限制及开闭所容量限制为约束条件的环型配电网最大供电能力求解模型, 并利用序列二次规划算法获得该模型的全局最优解。最后, 通过8节点环网算例和凯里城区2015年规划双环配电网算例验证了本文所提方法的可行性和有效性。

1 中压配电网环型供电网架结构

1.1 环型网架结构设计实例

本文以凯里城区2015年规划双环配电网 (如图1所示) 为例说明中压配电网的环型供电网架结构。从规划运行的角度讲, 该结构的提出主要是为解决凯里城区由于线路通道及土地资源比较紧张, 负荷中心不能新建变电站作为支撑电源, 供电可靠性较低和线路负载率过高的问题。

由图1可见, 该网架结构以110k V变电站为电源, 由10 k V开闭所通过“手拉手”联络分别构成2个中压环型配电网络的主干网架。

变电站至开闭所及开闭所之间均采用双回电缆供电。2个环型主干网架上的开闭所由变电站直接供电, 其中内环由3座110 k V变电站通过10个开闭所进行供电, 外环由4座110 k V变电站通过16个开闭所进行供电。变电站与开闭所之间的馈线不带负荷, 负荷经开闭所输出馈线直接供电。

1.2 环型网架结构的特点

a.实现了分层分区供电。供电区域简明清晰化, 便于实现配电网自动化, 同时体现了电源深入负荷中心的原则。

b.供电可靠性极大提高。在内环或外环仅有一座110 k V变电站的情况下, 环网仍然能为重要负荷进行不间断供电。

c.短路电流的限制问题。可采用减小输电网与配电网之间及其内部的电磁环网通路、110 k V变电站10 k V母线和开闭所10 k V母线联络分母运行、110 k V变电站10 k V侧安装限流电抗器等措施将短路电流限制在断路器的开断能力之内。

d.运行经济性问题。可利用全寿命周期成本分析法来评估闭环供电方式的长期经济效益。由于闭环运行短路电流的有效抑制, 原配电网的保护设备大部分可再次利用, 故主要的电网一次投资成本是由线路改造成本构成。同时由于供电质量和可靠性的提高, 电网运行成本和故障引起的缺电成本都将大幅度下降, 随着运行时间的增长, 这部分成本下降所带来的经济效益会愈加明显。

因此, 与常规的中压配电网不同, 本文研究的环型网架模型能在大部分的时间内保持闭环供电方式。

2 线路功率分摊的多元非线性回归模型

2.1 潮流跟踪基本原理

潮流跟踪是指在潮流分布已经确定的情况下, 确定负荷吸收的功率从哪些支路以多大的份额传送过来或支路的传输功率被哪些负荷以多大份额使用[14]。根据文献[15], 负荷对线路功率的汲取关系可由式 (1) 表示。

其中, Pst为任一线路s-t的传输功率;PLi-st为任一节点i的负荷PLi对Ps t的汲取;KLi t为PLi对Ps t的汲取系数, 其具体计算方法可参见文献[15]。

2.2 负荷对线路功率汲取的多元非线性回归模型

对一个给定的电力网络, 通过式 (1) 可以求得节点i的负荷对线路s-t汲取的有功功率PL i-s t。由Weierstrass第一定理知[16]:任何函数都可用多项式以任意精度逼近, 因此PL i-s t可由PL i的r次多项式表示:

其中, a0 i、a1 i、a2 i、…、ar i为回归系数, 可通过r+1组不同负荷分布情况构成的样本数据组 (PLik-st, PLik) (k=1, 2, …, r+1) 求得。式 (2) 为节点i的负荷对线路s-t汲取功率的非线性回归模型, 其能够直观地反映出节点i的负荷对线路s-t汲取功率随自身负荷变化的定量关系。

实际电网中, 节点i的负荷对线路s-t的汲取功率不仅与自身的大小相关, 而且与电网中其他负荷的分布相关。因此为计及所有负荷对PLi-st的影响, 本文提出了节点i的负荷对线路s-t汲取功率的多元非线性回归模型, 如式 (3) 所示。

其中, m为系统中负荷数目, aj0i、aj1i、aj2i、…、ajr i为计及所有负荷影响后的回归系数。式 (3) 反映了节点i的负荷对线路s-t汲取功率与所有负荷的多元非线性关系。根据网络潮流平衡原理, 所有负荷对线路s-t的功率汲取之和等于该线路的总功率, 因此线路s-t的功率与电网中所有负荷的多元非线性回归模型为:

2.3 基于潮流跟踪理论的主导负荷选择

实际系统中不同负荷对Pst的影响各不相同, 在建立式 (4) 的过程中可以剔除那些对Ps t影响较小的负荷, 只考虑对Ps t影响较大的负荷, 这样可以减少式 (4) 的复杂度, 进而加快优化问题的求解速度。基于这种考虑, 本文提出了负荷对线路功率的贡献因子指标以遴选对Pst影响较大的主导负荷。式 (5) 给出了贡献因子的计算公式。

其中, Ki st为节点i的负荷从线路s-t汲取的功率占总线路功率的比重, Kist越大, 表明线路s-t供给节点i负荷的功率越多;Ki L为节点i的负荷从线路s-t汲取的功率占自身负荷大小的比重, Ki L越大, 表明节点i的负荷从线路s-t汲取的功率越多;p和q为幂指数权重, 主要根据经验进行选取, 一般p和q的取值范围为0.8~1, 本文取p=q=0.9。Kst-Li越大, 表明节点i的负荷对Pst的影响越大。

考虑系统的多种负荷分布情况, Ps t的主导负荷可以由Kst-Li的均值来确定。的计算公式为:

其中, Kskt-L i为第k种负荷分布情况下的贡献因子, n为负荷分布情况个数。

2.4 多元非线性回归模型的修正

确定Ps t的主导负荷后, 在建立式 (4) 时只需计及主导负荷对Ps t的影响。因此式 (4) 可修正为:

其中, Dst为Pst的主导负荷集合。回归系数a0j、a1j、a2j、…、arj通过主导开闭所不同负荷分布及相应负荷分布情况下线路s-t功率的样本数据组, 由最小二乘原理得到的。通过改变系统中开闭所负荷大小, 再由潮流计算得到每一组开闭所负荷分布情况下线路s-t的功率, 即可得到主导开闭所负荷PL j与线路s-t功率Pst的多组样本数据。

根据式 (7) , 即可直接由主导开闭所负荷求出配电网中所有线路的传输功率, 而不需要在负荷改变时每次都重新进行潮流计算。需要说明的是:在环型供电中压配电网中, 线路s-t既能代表变电站的供电出线, 也能代表开闭所之间的联络线, 因此变电站供电出线的下网功率和开闭所之间联络线的传输功率均可由式 (7) 表示。

3 环型供电中压配电网最大供电能力的评估模型

城市环型供电中压配电网的最大供电能力是指在满足各种可靠性和安全性约束的条件下, 中压配电网所能供应的最大负荷。求解环型供电中压配电网最大供电能力的目标函数可定义为[7,8]:

在不考虑网络损耗的前提下, 中压配电网中各节点的负荷之和等于变电站下网功率和配网中的电源出力之和, 即:

其中, Dsub为变电站供电出线集合, Dg为配网电源集合。

通常情况下, 对于配网中的电源, 可以当作负的负荷进行处理, 对于同一负荷节点上的电源和负荷, 两者可以进行叠加, 根据负荷的大小和电源的出力等效为一个正 (负) 的负荷。基于这种考虑, 式 (9) 可以重写为:

其中, P′L i为等效后的负荷功率, m′为等效后的负荷节点数目。

由式 (10) 可知, 环型供电中压配电网的最大供电能力可以等效为变电站下网功率的最大值, 即:

系统运行的约束条件包括电网N-1供电安全准则下的变电站主变、线路传输容量约束及开闭所容量约束。

为了计及配电网N-1供电安全准则, 变电站主变和线路传输容量必须满足一定条件, 即:

其中, Simax、Simin分别为变电站主变容量的上、下限;Pstmax、Pstmin为线路s-t传输容量的上、下限。本文考虑线路在正常运行状态下的传输容量上限按其额定传输容量的50%来确定。

开闭所容量决定了该节点可带负荷范围, 即:

其中, P′Limax、P′Limin分别表示节点i等效负荷的上、下限。

4 基于序列二次规划算法的模型求解流程

式 (11) — (13) 所示的最大供电能力模型是一个带约束的高维非线性优化问题, 考虑到序列二次规划算法的超线性收敛速度、全局收敛性和高效处理不等式约束的优势[17], 本文采用序列二次规划算法实现环型供电中压配电网的最大供电能力的求解。具体步骤如下:

a.确定配电网网架结构、线路和负荷等参数, 形成基础数据库和网络拓扑图;

b.采用蒙特卡洛数值摄动法[8], 确定配电网中各开闭所的若干组负荷分布值;

c.针对步骤b中确定的不同负荷分布情况分别进行潮流计算, 在此基础上由式 (1) 确定各开闭所负荷对线路功率的汲取情况;

d.通过式 (5) 和式 (6) 确定线路的主导开闭所, 并建立式 (7) 所示的线路功率与主导开闭所负荷的多元非线性回归模型;

e.建立如式 (11) — (13) 所示的环型供电中压配电网最大供电能力模型;

f.采用序列二次规划算法对最大供电能力模型进行求解。

5 算例分析

为了验证本文所提方法的正确性和有效性, 以8节点环型配电网算例和凯里城区2015年规划双环配电网为例分别计算其最大供电能力。

5.1 8节点环型配电网算例

8节点环型配电网的结构如图2所示。该环型配电网由6个10 k V开闭所组成环网, 环网通过2个110 k V变电站进行供电。开闭所与开闭所之间及变电站与开闭所之间都由双回线路相连。

表1给出了各开闭所负荷的初值和分布范围。在开闭所负荷为初值的情况下, 各开闭所负荷对线路a—f功率的汲取情况如表2所示。

对照表2, 以线路b为例, 可知其功率5.7475 MW分别分配给开闭所1为0.272 8 MW, 分配给开闭所2为5.474 7 MW;同时以开闭所4为例, 可知其分别从线路c、d汲取功率0.6547 MW、7.9453 MW。

在每个开闭所的负荷范围内, 通过蒙特卡洛法模拟开闭所的负荷变化, 分别由式 (1) 计算各开闭所负荷对线路功率的汲取情况, 并通过式 (5) 和式 (6) 确定线路功率的主导开闭所负荷, 结果如表3所示。

图3中线路功率为标幺值, 由图3可知, 由多元非线性回归模型求出的线路功率值与潮流计算的结果基本一致的, 最大误差为3%, 说明本文采用的多元非线性回归模型能准确反映出电网的实际运行状况。当电网中的负荷分布已知时, 能够通过多元非线性回归模型经过简单的多项式计算获得线路传输功率的大小, 而不需要进行潮流计算。

在确定了线路功率与开闭所负荷之间的多元非线性回归模型之后, 采用序列二次规划方法求解式 (11) — (13) 所示的最大供电能力目标函数, 可得环型供电中压配电网的最大供电能力为45.9 MW。表4给出了中压配电网在最大供电能力情况下开闭所至变电站线路的下网功率。

5.2 凯里城区2015年规划双环配电网算例

针对如图1所示的凯里城区2015年规划双环配电网, 按照第4节的步骤求解其最大供电能力, 结果如表5、6所示。

由表5知, 图1所示的凯里城区2015年规划双环配电网最大供电能力为205.75 MW, 大于其2015年负荷预测值178 MW。由表6可知, 在最大供电能力对应的开闭所负荷情况下, 变电站至开闭所的线路功率基本接近其N-1准则下的稳定极限 (双回线路的稳定极限为8 MW) , 即线路负载率得到了最大限度的利用。将表5对应的最大供电能力下的开闭所负荷代入到电力系统仿真综合程序PSASP中进行N-1潮流计算校核可知, 断开电网中的任一条线路, 其他线路或变压器均未出现过载现象;同时在此负荷水平下, 任一开闭所负荷的少量增加都会造成N-1校验时某些线路功率超过其容量限值, 由此可证明利用本文方法求取环型供电中压配电网的最大供电能力是有效的。算例网络的供电能力评估经过6次迭代之后目标函数即收敛, 寻优程序的运行时间很短。

表7给出了分别采用序列二次规划算法、粒子群算法及遗传算法求解最大供电能力的结果及程序的运行时间。

由表7可知, 采用序列二次规划算法得到的最大供电能力比粒子群算法和遗传算法的结果大。其主要原因在于本文提出的最大供电能力模型以变电站至开闭所线路的有功功率之和最大为目标函数, 包含了网络中的有功损耗部分。同时采用的序列二次规划算法由于具有全局收敛的特点, 因此能够获得目标函数的全局最优解, 而演化类的粒子群算法和遗传算法由于具有随机性, 每次求解结果不确定, 往往比较难以获得目标函数的全局最优解。

6 结论

本文首先介绍了中压配电网环型供电网架结构特点, 然后提出了一种基于多元非线性回归模型的环型中压配电网最大供电能力求解模型, 最后针对2个实际系统算例利用序列二次规划算法获得了该模型的最优解。本文所提方法不仅计及了电网N-1供电安全准则的要求, 同时能够避免优化模型求解过程中的潮流计算。仿真结果表明:本文所提的最大供电能力求解模型是可行和有效的, 采用序列二次规划算法进行寻优, 最优解收敛迅速, 计算时间短。本文的研究结果可为城市环型中压配电网的规划和运行提供一定的参考依据。