配电网网格化规划设计研究

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摘要：配电网规划的意义在于对方案的可靠性与经济性进行权衡和决策，寻找出两者之间的最佳平衡点。文中探索利用供电网格划分与组负荷分级思路理念的统一，将供电安全标准作为配电网网格化规划现状电网评估的依据，建立标准化应用体系，并以此为导向，开展规划设计工作，以促进方案成果更具系统性、时效性和可操作性。

关键词：配电网；规划；组负荷；供电安全标准；网格化

1配电网网格化规划的深度要求

配电网网格化是指根据道路和河流，结合地块功能分区和客户用电性质划分为若干供电网格。以供电网格为基本单元，进行配电网建设、运行维护和系统管理。配电网网格化因具备供电范围清晰、运行方式灵活、网架结构简单和扩展性优良等特性，已逐步被公众所认可。然而正因为这些特点，对配电网规划设计提出了更深层次的要求。首先，供电网格强调模块化和精细化，需要以用户侧和需求侧为基本，对用电负荷进行归集整合。从方法论的角度出发，采用层次法进行深化，由点、面和从下至上，充分探索和挖掘现有资源潜力，引导配电网建设工作。而传统的配电网规划方法是以变电站和中压线路为基本单元，开展现状电网分析和评估，以及规划方案制定工作。相较网格化要求，研究深度和严谨度明显不够，规划方案与供电网格无法有效的契合，可操作性不强，导致形式大于应用。其次，由于网格化对供电分区进行了细致的功能网格划分，需要平衡电网建设时效性与经济性的关系，由于过于追求供电可靠性，往往导致投资和运营成本的过高。特别在老城区电网建设成熟的区域，存量电网较多，改造难度加大，这就需要我们去寻找可靠性与投资最佳平衡点，依据新的供电安全标准，因地制宜，对现状电网进行评估、改造和建设，避免铺张浪费。

2组负荷分级与供电网格划分

2012年国家能源局的《城市电网供电安全标准》（简称“供电安全标准”），参考了英国供电安全标准ERP2/5的应用方法报告，引用了大量的可靠性研究成果，充分考虑我国城市电网现状和经济社会发展需求，汲取城市电网多年的建设经验，明确了最低的供电安全水平[1]。该标准融入了组负荷的概念，按组负荷大小划分的配电网在最大负荷情况下应达到的最低安全水平，即停运后在规定时间内必须恢复的最低负荷。根据组负荷规模的大小，配电网安全水平可分为三级，配电网供电安全水平见表1。组负荷分级与供电网格的划分方法存在一定的相似之处，并可以建立一定的联系。各级组负荷的对应范围依次是：低压线q路、配电变压器（第一级）、中压线路（第二级）和变电站（第三级），对应电网层次分别为低压配电网、中压配电网和高压配电网。而配电网格化构建的是“供电区域、供电网格和供电单元”三级网络，对应电网层级：高压配网、中压目标网架和中压项目方案。网格化划分三级网络关系见图1，网以电网层级作为参考，三级网络与各级组负荷形成对应关系，并且使供电单元得到了进一步的细化和分解。“供电安全等级”与“网格化”规划思路的结合，不仅增加电网基础现状评估的科学性和拓展规划思路的同时，而且有利于对配电网建设投资的把握，并进一步提升规划方案的可实施性。

3配电网供电安全标准评估

传统的配电网现状评估方法主要是对整座变电站、整台主变和整条线路进行供电水平及转供能力进行评估。依据年最大负荷时刻数据，对整体的供电裕度进行N-1校核。该方法较为简单和宽泛，准确性和实用性不强，特别是对负荷损失和故障恢复时间没有综合的进行考虑。而“供电安全标准”中，对最小损失负荷进行了明确，并根据组负荷分级，确定故障修复及供电恢复时间要求，以保证配电网系统的供电可靠性。配电网现状评估最为常见的为中压线路评估，本文选取一回10kV线路进行案例分析，介绍安全准则评估方法（第二级组负荷评估流程见图3）。例：以中压主干线路为评估对象，基于标准中的第一、二级组负荷，考虑N-1工况。10kV线路A：基准年最大负荷为6.2MW，采用三分段两联络接线模式，联络线路分别为变电站乙10kV线路B、变电站丙10kV线路C，根据基准年最大负荷测算，可转供负荷裕度分别为4.5MW和3.2MW。10kV线路A及其联络线路运行数据情况统计见表3，10kV线路A分段情况统计见表4。10kV线路A分段简化及设定故障点示意图见图4。基准年10kV线路A最大负荷为6.2MW，为第二级负荷组；线路无双电源用户。1）当10kV线路A出线开关发生故障后，损失全部负荷（最大为6.2MW），通过人工操作（1）将负荷调整至10kV线路B上，负荷（6.2MW-4MW=2.2MW）＞2MW（根据分段位置），不满足标准要求；（2）将负荷调整至10kV线路C上，负荷（6.2MW-1.8MW=4.4MW）＞2MW（根据分段位置），不满足标准要求；（3）将负荷分段2、分段3分别调整至10kV线路C、B上，负荷（6.2MW-4MW=4.4MW）＞2MW（根据分段位置），不满足标准要求。2）当分段1内发生故障，通过人工操作隔离故障段，分段2负荷调整至10kV线路C，分段3负荷调整至10kV线路B，线路损失负荷为：2.2MW>2MW，不满足标准要求。3）当分段2内发生故障，通过人工操作隔离故障段，分段1负荷维持原有供电，分段3负荷调整至10kV线路B，线路损失负荷为：1.8MW<2MW，满足标准要求。4）当分段3内发生故障，通过人工操作隔离故障段，分段1和分段2负荷维持原有供电，线路损失负荷为：2.2MW＞2MW，不满足标准要求。因此，在线路单联络工况下，损失负荷超限，不满足安全标准，联络线路属于非完全有效联络。在线路两联络同时使用工况下，损失负荷等于分段负荷，当分段负荷超过2MW时，不满足标准要求，此时需要对线路分段位置及负载分配进行合理调整。

4供电安全标准在网格化规划方案制定中的深度应用

传统的配电网规划多为随负荷发展为导向，自然形成无规则和不断延伸的供电网络。普遍存在着网架复杂、结构不清晰、联络无序、供电范围交叉和负荷不均衡等问题。这也导致了线路利用率不高，潜在供电能力得不到释放，特别是后期会极大地影响配电自动化的实施。近年来，通过不断深入的探索，以及经验的总结，国网公司提出了配电网网格化的理念，旨在构建“网络清晰、联络有序、负荷均衡和可靠性高”的目标网架，统筹配电网自动化、通信和无功规划，引领配电网标准化建设，实现网格化供电[3]。网格化理念可以有效地解决传统配电网规划的不足，然而在具体实施之中也遇到了瓶颈，可操作性遇到了挑战。传统的规划方法采用“自上而下”规划思路，纠结于网格边界的划分和接线模式的选择，当深入到供电单元层级的时候，往往会遇到负荷如何分配、分配多少最为合理的问题，而引入供电安全标准的目的正是为了解答这一问题。如前文所述，供电安全标准与网格化规划思路有着某种相似之处，并且存在着一定的联系。供电安全标准关键之处在于组负荷的定义，以及边界范围的划分。利用组负荷的供电安全等级，突破常规思路，以用户需求侧为出发点，采用“自下而上”规划理念，层次性拓展电网层级规划工作。由于配网偏重于10kV和20kV电压等级，本文重点对中压配电网规划方法进行分析和探讨。按照功性能划分大致可概括为范围定义、接线模式选择和方案制定三大环节。范围定义前提必要条件是进行地块和用户的用电负荷预测，在此基础上，根据实施流程依次开展第一级组负荷范围划分、第二级组负荷范围划分、供电单元划分（第三级组负荷）和供电网格划分工作。各级组负荷范围划分如图5所示。1）第一级组负荷控制范围≤2MW，根据负荷预测结果，结合用电性质及地理位置，对小区地块和用户进行分类归集。对应层级一般包括配变和线路段。需要注意的是，对于大用户和点负荷，需要进行独立区分，供电方案根据相关标准采用专线、或者其他方式供电。2）第二级组负荷划分，由若干一级组负荷组成，控制范围为2～12MW，对应层级一般定义为中压线路。3）供电单元属第三级组负荷，以二级组负荷为基础，结合道路边界、市政分区，充分考虑变电站布点位置，进行范围划分。供电单元划分应遵循电网发展需求相对一致的原则，一般由若干个相邻的、开发程度相近和供电可靠性要求基本一致的地块（或用户区块）组成。4）供电网格由供电单元组成，一般结合道路、河流和山丘等明显的地理形态进行划分，不应跨越供电区域（A+～E），不宜跨越220kV供电分区。为便于建设、运维和供电服务管理权限落实，可按照供电营业部（供电所）管辖地域范围作为一个供电网格。中压线路根据线路类型分为电缆线路和架空线路。其中电缆线路常用接线模式包括单辐射、单环网、双射、双环网、N供一备和花瓣式等。架空线路常用接线模式包括单辐射、单联络、多分段适度联络和“井字形”联络组团等[2]。在国网公司的《配电网规划设计技术导则》中，根据不同供电分区的供电可靠性要求，对各分区目标网架结构进行了推荐。虽然中压线路的接线模式种类繁多，但不同接线模式的单回线路供电裕度要求以及各分段容量分配标准是可以确定的，根据前期的组负荷划分工作，可以清晰地展现出线路段、单回线路的分布情况，在此基础上，进行模块化组合归集，依据推荐的线路接线模式，构筑目标网架结构。某供电单元规划方案示意见图6。

5结语

供电安全标准制定的核心思路是寻找可靠性与投资的最佳平衡点，是基于理性目标的综合考虑[4]。将此标准应用到配电网规划设计中，可以建立起连贯统一和较为全面的监控体系，特别是对规划方案的比选和成效具体分析提供了权威的理论依据。配电网规划的方法是一个动态论证，不断优化的过程，基于供电安全标准的制定理念与网格化规划思路的统一，供电安全标准在配电网网格化规划中的应用，更有利于现状电网评估的准确性和规划方案制定的合理性，为配电自动化的实施创造了优良条件。此外新能源的应用，电动汽车的推广、多元化负荷的接入也是应当考虑的重点，对其融入组负荷分级的影响需进行综合论证。

参考文献：

[1]DL/T256—2012，城市电网供电安全标准[S].

[2]Q/GDW1738—2012，配电网规划设计技术导则[S].

[3]Q/GDW12-017-2016，安徽省配电网规划设计技术细则[S].

[4]WILLISHL.配电系统规划参考手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2013.

作者:赵学会 梁骏 王克峰 单位:国网合肥供电公司