基于最大供電能力的智能配電網(wǎng)規劃與運行新思路

3.2配電網(wǎng)網(wǎng)架結構問(wèn)題

1)復雜互聯(lián)配電網(wǎng)的簡(jiǎn)化近20年來(lái)中國大規模地建設、改造配電網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)從最初的單輻射無(wú)聯(lián)絡(luò )到“手拉手”單聯(lián)絡(luò )，發(fā)展到如今的多分段多聯(lián)絡(luò )，呈現出聯(lián)絡(luò )日益增多、配電網(wǎng)結構日益復雜的趨勢。特別是城市電纜網(wǎng)中開(kāi)閉站、配電站間的聯(lián)絡(luò )通路越來(lái)越多，大片區域的配電網(wǎng)相互聯(lián)絡(luò )，甚至有的地區整個(gè)中壓配電網(wǎng)都“粘連”在一起。聯(lián)絡(luò )的大量建設在增加負荷轉帶路徑、提高運行靈活性的同時(shí)，也帶來(lái)了新的問(wèn)題。從運行角度考慮，轉帶路徑過(guò)多會(huì )大大增加運行方式的復雜性。

本文認為聯(lián)絡(luò )對配電網(wǎng)架的作用是不同的，應該評估聯(lián)絡(luò )對網(wǎng)絡(luò )轉帶能力的貢獻度并作為依據對現有聯(lián)絡(luò )區別對待，找到并明確區分負荷轉帶的主路徑和備用路徑，實(shí)現聯(lián)絡(luò )分級管理。研究表明，多聯(lián)絡(luò )結構的配電網(wǎng)中，不同聯(lián)絡(luò )對網(wǎng)絡(luò )負荷轉移能力的貢獻確實(shí)存在較大差異，很可能存在一定數量的“無(wú)效”聯(lián)絡(luò )。聯(lián)絡(luò )分級管理對運行調度的好處在于簡(jiǎn)化運行，縮減了正常運行時(shí)的轉帶方式數量，同時(shí)還能提高反應速度、降低誤操作的概率;對于維護的好處在于降低工作量，對于備用路徑在維護、巡視、檢修上可降低頻次和等級，將工作重點(diǎn)放到主要轉帶路徑上。這種理念還能應用到規劃建設上，對于規劃方案也應評估所有聯(lián)絡(luò )的作用，刪除無(wú)效聯(lián)絡(luò )，按照聯(lián)絡(luò )的有效度來(lái)確定建設的優(yōu)先次序，達到在不降低安全可靠和配電網(wǎng)負載率水平的前提下簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構、節省投資的效果。

在調度運行研究領(lǐng)域中，目前對聯(lián)絡(luò )相關(guān)的研究主要集中在N-1故障后的故障隔離和停電恢復策略上，對于日趨復雜的網(wǎng)絡(luò )結構和越來(lái)越多的可選供電恢復路徑，一般采用啟發(fā)式規則來(lái)濾掉一些不必要的方案，很少有從網(wǎng)架結構上研究聯(lián)絡(luò )的作用。在規劃領(lǐng)域，目前配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò )的規劃方法以聯(lián)絡(luò )路徑的長(cháng)短作為衡量投資的標準，追求達到基于某種標準接線(xiàn)模式的最短路徑，但沒(méi)有對建設聯(lián)絡(luò )的必要性進(jìn)行考察，且未解決聯(lián)絡(luò )數量巨大時(shí)導致的網(wǎng)架結構復雜問(wèn)題。因此，有必要研究聯(lián)絡(luò )結構對網(wǎng)絡(luò )負荷轉移能力的作用機理。

2)配電網(wǎng)網(wǎng)架的標準化問(wèn)題規劃中為達到電網(wǎng)接線(xiàn)方式在一定程度上的統一并簡(jiǎn)化運行，往往在同一地區采用幾種標準化的網(wǎng)架接線(xiàn)模式進(jìn)行統一規劃。接線(xiàn)模式的標準化在配電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要的積極作用。中國配電網(wǎng)曾經(jīng)歷了網(wǎng)架結構不清晰的階段，存在接線(xiàn)無(wú)序、供電范圍不清晰、交叉供電等諸多問(wèn)題。近十幾年來(lái)的配電網(wǎng)規劃和建設已逐步改變了這一狀況，朝著(zhù)標準化網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)模式的方向發(fā)展。

標準化的好處在于網(wǎng)架結構清晰、運行方式明確。但是所有的網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)是否都應采取完全一樣的幾種接線(xiàn)仍是值得探討的問(wèn)題。本文認為，由于網(wǎng)絡(luò )轉供能力和變電站供電能力應該在未來(lái)配電網(wǎng)中統一考慮，因此，網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)結構與變電站的主變配置、主接線(xiàn)結構存在一定的配合關(guān)系。初步研究表明，通過(guò)下一級配電網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)變電站的主變容量和臺數不完全對稱(chēng)時(shí)，達到區域配電網(wǎng)最大供電能力的網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)模式也不是對稱(chēng)的。而由于負荷分布的不均勻和變電站建設發(fā)展過(guò)程的歷史原因，一個(gè)區域的變電站主變配置在臺數和容量上往往存在不對稱(chēng)，而且線(xiàn)路通道的地理限制也增加了形成完全標準接線(xiàn)模式的難度。綜上所述，本文認為一個(gè)地區的配電網(wǎng)不一定完全采取幾種標準接線(xiàn)模式建設，可以采取標準接線(xiàn)模式的變化模式或不完全的接線(xiàn)模式。接線(xiàn)模式原則上應該是標準化和適度特異性的結合。另外，隨著(zhù)分布式電源和微電網(wǎng)的接入，一些單輻射線(xiàn)路也不一定必須改造為聯(lián)絡(luò )接線(xiàn)模式。

3)配電網(wǎng)線(xiàn)路導體選擇和改造的標準化問(wèn)題配電線(xiàn)路的導體選擇是規劃建設改造中的一個(gè)重要問(wèn)題，目前的規劃方法對于導體選擇采取了標準化的方式，如主干線(xiàn)路一律采取某種導線(xiàn)型號，分支線(xiàn)路又采取某種導線(xiàn)型號。這種做法適合新建電網(wǎng)，如果用到已有電網(wǎng)中，就會(huì )引起大量的導線(xiàn)改造升級。在很多的電網(wǎng)改造中，只要原有導線(xiàn)不符合標準要求就作為瓶頸線(xiàn)路，即使未過(guò)負荷和未到運行年限也進(jìn)行統一更換，這不但增加了成本和浪費已有的資源，而且增加了大量停電施工的時(shí)間。在聯(lián)絡(luò )很多的配電網(wǎng)中，尤其是電纜網(wǎng)中這種問(wèn)題更為嚴重，此時(shí)輻射網(wǎng)的主干分支概念逐漸模糊，凡是不同饋線(xiàn)間的聯(lián)絡(luò )，即使以前是分支線(xiàn)路，都可以認為是主干網(wǎng)架的構成部分，因此，需要改造的線(xiàn)路范圍更大。

本文認為，由于負荷分布不均勻、變電站容量配置及配電網(wǎng)架結構的不完全對稱(chēng)，對網(wǎng)絡(luò )中聯(lián)絡(luò )通路的容量要求也并不是完全相等的。應該從正常運行方式以及N-1運行方式下能正常發(fā)揮電網(wǎng)供電能力的角度，量化計算每個(gè)聯(lián)絡(luò )通路的負荷轉移容量需求，做到對電網(wǎng)瓶頸線(xiàn)路的精確定位，從而實(shí)現只對真正的瓶頸線(xiàn)路進(jìn)行導體改造，避免較大范圍的停電改造施工。

目前對于瓶頸聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的定位，常用方法還是人為決策，即規劃人員憑借其知識和經(jīng)驗來(lái)定位這些瓶頸線(xiàn)路，這種方法受人為因素的影響較大，也很難考慮N-1后的轉供要求，其結果并不是最優(yōu)和精確的，并且其工作量也非常大。配電網(wǎng)瓶頸線(xiàn)路的自動(dòng)定位和改造決策方法是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

3.3配電自動(dòng)化投資效益問(wèn)題在智能電網(wǎng)背景下，配電自動(dòng)化在中國正獲得新一次大規模發(fā)展的機會(huì )。智能電網(wǎng)背景下電網(wǎng)被看做是能量網(wǎng)和信息網(wǎng)的結合，能量網(wǎng)是一次系統，信息網(wǎng)是廣義的二次系統。配電自動(dòng)化或者高級配電自動(dòng)化都屬于廣義二次系統的范疇。通過(guò)二次系統的建設發(fā)展，讓一次系統實(shí)現信息化、智能化是智能電網(wǎng)提供的新型發(fā)展理念。只有具有先進(jìn)二次系統的一次系統才能夠較充分地發(fā)揮效率?；谏鲜隼砟?，本文認為大量的配電自動(dòng)化投資的經(jīng)濟效益首先不在于可靠性，而是在于一次系統效率的提高，即在精確計算并確保安全的前提下提高一次設備的負載率。一次系統不僅本身投資巨大，其占有的站點(diǎn)和地上、地下通道在城市地區都屬于珍貴資源。配電自動(dòng)化是實(shí)現網(wǎng)絡(luò )快速負荷轉移能力這一智能配電網(wǎng)新邊界條件的基礎設施。本文認為，配電自動(dòng)化的大范圍實(shí)施將解決中低壓配電網(wǎng)信息化中的數據采集、通信、存儲、基本操作等基礎性問(wèn)題，然后再開(kāi)發(fā)新一代的安全高效配電調度系統，就能實(shí)現配電系統的高負載率安全運行。配電自動(dòng)化大量投資的主要經(jīng)濟效益將是通過(guò)一次系統的高效運行從而減少電網(wǎng)建設投資來(lái)獲得的。

3.4配電網(wǎng)安全高效運行問(wèn)題在配電自動(dòng)化普及的條件下，未來(lái)配電系統調度運行的發(fā)展方向是安全、高效運行。所謂高效就是前面討論智能電網(wǎng)實(shí)現配用電信息化，使得互聯(lián)的配電網(wǎng)具備快速負荷轉移能力，為變電站提供支撐;而城市區域電網(wǎng)資源的稀缺讓大規模的電網(wǎng)建設很難持續，更需要在保證安全條件下充分發(fā)掘現有電網(wǎng)一次系統的供電能力，提高資產(chǎn)效率。

供電能力是配電網(wǎng)在滿(mǎn)足安全約束下的最大負荷供應能力，這為挖掘電網(wǎng)運行的潛力提供了量化計算工具。實(shí)現高效運行的另一個(gè)前提是精確計算配電系統滿(mǎn)足N-1運行的安全邊界，在調度運行中實(shí)時(shí)計算運行點(diǎn)與安全邊界距離。目前的配電調度系統尚不具備實(shí)時(shí)計算運行安全邊界的功能。新一代配電調度系統的發(fā)展方向是建立起類(lèi)似輸電系統的DyLiacco安全框架，實(shí)現實(shí)時(shí)的安全監視、報警、預防控制、緊急控制以及優(yōu)化功能。相對輸電系統，目前實(shí)際配電調度運行還較為初級，很多情況下都還停留在人工決策的階段。智能電網(wǎng)下的配電調度運行將發(fā)生大的變革。

利用配電網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行負荷轉帶的一個(gè)不利因素是在變電站主變N-1運行時(shí)通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò )轉帶負荷可能會(huì )大大增加操作的次數，但實(shí)際操作運行中該問(wèn)題并不一定很?chē)乐?。這是因為在規劃中采用的是最大負荷，實(shí)際電網(wǎng)在很多時(shí)候負荷水平并不高，可以?xún)H通過(guò)站內轉帶就完成負荷轉移;只有在N-1故障發(fā)生在負荷水平較高的情況下，才會(huì )出現變電站內轉帶容量不足需要網(wǎng)絡(luò )轉帶的情況。因此，實(shí)際運行時(shí)操作次數的增加并不一定很多。

4基于供電能力優(yōu)化的規劃新方式

4.1基于供電能力的規劃方式及與傳統方式的比較

按照規劃導則規定的現狀分析、負荷預測、變電站及網(wǎng)絡(luò )規劃等為主要步驟進(jìn)行的傳統規劃方式，在中國十幾年來(lái)的大規模城鄉電網(wǎng)規劃建設中發(fā)揮了重要作用，但目前也正面臨著(zhù)挑戰。

首先，傳統規劃流程中總是需要作出負荷預測，然后在負荷預測結果基礎上來(lái)形成并校驗規劃電網(wǎng)方案。其規劃結果受負荷預測準確性的影響很大，而負荷發(fā)展涉及因素非常多，存在不確定性，準確預測又是非常困難的。其次，在大規模復雜配電網(wǎng)規劃中，通常都將規劃分解為變電站選址定容和網(wǎng)架布線(xiàn)2個(gè)子問(wèn)題。在變電站選址定容階段，通常采用容載比法來(lái)確定需要的變電容量，然后確定變電站主變配置時(shí)，在計及N-1安全原則時(shí)僅考慮變電站內主變的相互支持，而忽略配電網(wǎng)中負荷互供的影響帶來(lái)安全性的提升。因此，傳統規劃方案往往較為保守，經(jīng)常需要新增變電容量來(lái)滿(mǎn)足新增負荷，將電網(wǎng)容載比控制在導則推薦范圍內，結果導致設備利用率偏低。此外，隨著(zhù)城市的發(fā)展，規劃用地通道資源日趨緊張，新的變電站和饋線(xiàn)走廊建設越來(lái)越困難，傳統規劃方法也很難適應這種情況?？傊?，傳統規劃方式的著(zhù)眼點(diǎn)在于中長(cháng)期規劃中的目標網(wǎng)架規劃，適用于新建區域和快速發(fā)展的電網(wǎng)。而對于已發(fā)展成型的城市建成區配電網(wǎng)，其重點(diǎn)是如何針對現狀進(jìn)行優(yōu)化和近期規劃，需要探索新的、更好的規劃方式和方法。

供電能力的概念與傳統規劃方法最大的不同在于能夠在負荷未知的條件下，計算滿(mǎn)足N-1安全約束的配電網(wǎng)最大供電負荷，非常利于基于已知電網(wǎng)的分析和優(yōu)化。在配電自動(dòng)化條件下，配電網(wǎng)將具備快速的網(wǎng)絡(luò )負荷轉供能力。通過(guò)合理優(yōu)化，已有電網(wǎng)完全具有在更高負載水平運行的巨大潛力。因此，在進(jìn)行建成區配電網(wǎng)改造和規劃時(shí)，不能忽略網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)和配電自動(dòng)化帶來(lái)的供電能力的提升?；诖?，應該優(yōu)先考慮利用已有網(wǎng)絡(luò )消納新增負荷，具體方法是校驗最大供電能力與負荷的匹配程度，既包括總體上的匹配，又包括各個(gè)變電站主變供電能力與負荷的匹配程度，若不能滿(mǎn)足前者則需要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )挖掘供電能力，若不能滿(mǎn)足后者則需調整負荷在變電站主變間的分布。調整負荷在變電站主變間分配的手段包括：優(yōu)先通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò )重構來(lái)調整，其次通過(guò)改變新增負荷接入電網(wǎng)的位置來(lái)調整，最后通過(guò)改變饋線(xiàn)連接的母線(xiàn)來(lái)調整。此外，還可以通過(guò)新出饋線(xiàn)和線(xiàn)路切改來(lái)重新分配負荷。網(wǎng)絡(luò )重構中改變開(kāi)關(guān)狀態(tài)將帶來(lái)負荷在不同變電站主變間的重新分布，應優(yōu)先考慮，其次是裝設新的分段開(kāi)關(guān)或改變分段開(kāi)關(guān)的位置。