張永斌，張 漫，王主丁，，龐祥璐，韋婷婷

（1. 國網(wǎng)河南省電力公司，河南省鄭州市450018；2. 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶市400044；3. 重慶星能電氣有限公司，重慶市400039；4. 國網(wǎng)四川省電力公司仁壽縣供電分公司，四川省眉山市620500）

0 引言

配電網(wǎng)直接與電力用戶相連，對(duì)其供電可靠性及電能質(zhì)量的要求越來越高。目前，高壓和中壓配電網(wǎng)（簡(jiǎn)稱“高中壓配電網(wǎng)”）由多種結(jié)構(gòu)組成，同時(shí)，還存在輻射型支路，這是造成供電安全可靠性較低的原因之一。截至2017 年年底，國家電網(wǎng)有限公司城、鄉(xiāng)供電可靠率分別為99.948% 和99.784%［1］。為了實(shí)現(xiàn)供電安全可靠性目標(biāo)（例如A 類供電區(qū)域的用戶年平均停電時(shí)間不大于52 min）［2］，在電網(wǎng)規(guī)劃與改造工作中，應(yīng)對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，盡量在提高供電質(zhì)量的同時(shí)減少資金的投入。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃多是將高中壓配電網(wǎng)分開進(jìn)行規(guī)劃。這樣可能導(dǎo)致配電網(wǎng)上、下級(jí)之間的協(xié)調(diào)性不佳，且目前高供電安全可靠性規(guī)劃方案多以高中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)-強(qiáng)”的配合模式為主，側(cè)重方案的安全性和可靠性而尚未統(tǒng)籌考慮其經(jīng)濟(jì)性問題。這一問題已引起相關(guān)部門的重視，文獻(xiàn)［2］明確提出“高壓、中壓和低壓配電網(wǎng)3 個(gè)層級(jí)應(yīng)相互配合、強(qiáng)簡(jiǎn)有序和相互支援，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的整體最優(yōu)”。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)高中壓配電網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)規(guī)劃有了一定研究，以實(shí)現(xiàn)高中壓配電網(wǎng)規(guī)劃與改造的整體最優(yōu)或次優(yōu)［3-20］。文獻(xiàn)［3-5］就網(wǎng)架的相互協(xié)調(diào)提出了高中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)”等概念及其配合方式，但缺乏明確的定義和定量計(jì)算分析；文獻(xiàn)［6-8］主要考慮電網(wǎng)與電源、負(fù)荷和外部環(huán)境（例如經(jīng)營(yíng)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)評(píng)和城市其他規(guī)劃等）的協(xié)調(diào)發(fā)展；文獻(xiàn)［9-10］考慮了高壓變電站與其供電范圍之間的相互協(xié)調(diào)；文獻(xiàn)［11-14］建立了電網(wǎng)協(xié)調(diào)性評(píng)估體系，側(cè)重于方案的評(píng)估；文獻(xiàn)［15-19］在總費(fèi)用中考慮了停電損失費(fèi)用，但僅涉及高壓或中壓配電網(wǎng)；文獻(xiàn)［20］基于接線模式對(duì)兩級(jí)配電網(wǎng)形成的多種組合電網(wǎng)分別進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性和可靠性指標(biāo)的量化計(jì)算。上述文獻(xiàn)均沒有對(duì)高中壓網(wǎng)架“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”進(jìn)行明確定義，未能全面地從供電安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)相應(yīng)典型協(xié)調(diào)方案進(jìn)行定量計(jì)算分析和對(duì)比，也未由此得出較為具體的一般性結(jié)論或建議。

本文分別對(duì)高中壓配電網(wǎng)的“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”給予明確的定義，建立了一套基于安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估的高中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)方案優(yōu)選模型，并采用計(jì)及停電損失費(fèi)用的總費(fèi)用最小評(píng)估模型進(jìn)行方案優(yōu)選。通過高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)典型協(xié)調(diào)方案安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析，總結(jié)出各協(xié)調(diào)方案的適用范圍，為實(shí)際配電網(wǎng)規(guī)劃工作提供了參考。

1 典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)實(shí)例

法國巴黎電網(wǎng)是20 世紀(jì)40 年代網(wǎng)架規(guī)劃戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)，本文首先以巴黎電網(wǎng)作為典型實(shí)例進(jìn)行了高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的調(diào)研。

1.1 巴黎電網(wǎng)

法國巴黎中心城區(qū)面積為105 km2，負(fù)荷密度為30.9 MW/km2，年戶均停電時(shí)間為10 min，供電可靠率為99.997 15%；巴黎電網(wǎng)的電壓等級(jí)分別為400 kV、225 kV、20 kV 和0.4 kV。

1）高壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

巴黎城區(qū)外圍分別形成了400 kV 和225 kV 的環(huán)式組網(wǎng)形態(tài)，再通過城內(nèi)27 條225 kV 線路為含56 臺(tái)主變壓器的36 座變電站供電（即每條225 kV高壓輻射線路含有1 個(gè)或2 個(gè)變電站）。從外到內(nèi)由輻射狀線路供電的這36 座225 kV 高壓變電站形成了3 層環(huán)式布局。

2）中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

巴黎中壓配電網(wǎng)為三環(huán)組網(wǎng)形態(tài)，如附錄A圖A1 所示。該三環(huán)組網(wǎng)形態(tài)僅在環(huán)路方向進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，相對(duì)于聯(lián)絡(luò)方向不固定的網(wǎng)孔型組網(wǎng)形態(tài)更為標(biāo)準(zhǔn)化，可減少規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的工作量，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和采用統(tǒng)一的控制策略。不同環(huán)路的變電站大多由同一條從外到內(nèi)的225 kV 線路供電。

1.2 調(diào)研啟示

巴黎中壓環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)保證了供電質(zhì)量，擴(kuò)展性強(qiáng)。225 kV 輻射型電網(wǎng)雖然相對(duì)薄弱，但減少了通道占用和不必要的資金投入。值得注意的是，盡管高壓配電網(wǎng)呈相對(duì)薄弱的單輻射狀組網(wǎng)形態(tài)，高中壓組網(wǎng)形態(tài)的合理配合并沒有影響電網(wǎng)整體供電的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

2 高壓和中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的定義

基于典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)實(shí)例的啟示，對(duì)高壓和中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”進(jìn)行了較為明確的定義。

2.1 接線模式

1）高壓配電網(wǎng)

為了使配電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，中國配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則針對(duì)不同的供電區(qū)域類型有推薦的高壓典型接線模式［2］。其中，根據(jù)是否滿足上級(jí)供電變電站、通道和線路“N-1”供電安全性，高壓典型接線模式可分為鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng)式和輻射式（包括雙輻射和單輻射）三大類，每一大類又可分為T 形接線和π 形接線。

2）中壓配電網(wǎng)

中國配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則針對(duì)不同的供電區(qū)域類型也有推薦的中壓典型接線模式［2］。其中，架空接線主要有輻射式和多分段適度聯(lián)絡(luò)2 種類型；電纜接線主要有輻射式、單環(huán)式、雙環(huán)式和“N 供1 備”式4 種類型。根據(jù)是否滿足變電站和通道“N-1”供電安全性，這些接線又可分為站間聯(lián)絡(luò)接線、自環(huán)接線和輻射形接線。

2.2 “強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的分類思路

高中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)典型協(xié)調(diào)需要分別給出高壓和中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的定義。一般情況下，高壓或中壓從“弱”到“簡(jiǎn)”再到“強(qiáng)”，安全可靠性越來越高，但投資會(huì)越來越大。其中，相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則中的供電可靠性指標(biāo)通常是由多個(gè)電壓等級(jí)電網(wǎng)（例如高中壓配電網(wǎng)）共同作用的結(jié)果，而且相關(guān)的影響因素也較多（例如故障/計(jì)劃停電率），難以據(jù)此分別對(duì)不同電壓等級(jí)進(jìn)行“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的分類。而基于供電安全標(biāo)準(zhǔn)的分析方法與可靠性評(píng)估方法不同，僅涉及單次停電后果（即停電負(fù)荷大小和時(shí)間長(zhǎng)短）但不考慮停電概率［21-23］。因此，本文主要基于供電安全性分別對(duì)高中壓配電網(wǎng)的“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”進(jìn)行定義。

2.3 “強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的定義

高中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)涉及點(diǎn)（例如變電站）和線（例如線路及其通道），其“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”可分別從供電安全性角度進(jìn)行定義，如接線模式和饋線自動(dòng)化（feeder automation，F(xiàn)A）水平，如表1 所示。其中，供電安全性為涉及“N-1”停運(yùn)（包括自然災(zāi)害和輸電線路倒塔等造成的停電）的供電安全標(biāo)準(zhǔn)［22］，即在最大負(fù)荷時(shí)不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)單一元件停運(yùn)后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)必須恢復(fù)一定大小的最低負(fù)荷?？梢姡皬?qiáng)”的配電網(wǎng)滿足上級(jí)變電站和通道“N-1”安全校驗(yàn)，但占用通道較多，投資大；“簡(jiǎn)”的配電網(wǎng)滿足線路和主變壓器“N-1”安全校驗(yàn)但不滿足上級(jí)電源或上級(jí)變電站“N-1”安全校驗(yàn)，通道占用和投資居中；“弱”的配電網(wǎng)不滿足線路或主變壓器“N-1”安全校驗(yàn)，通道占用少，投資相對(duì)較小。

由表1 可知，中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的定義與高壓配電網(wǎng)的相應(yīng)定義基本相同，差別在于影響停電時(shí)間的技術(shù)裝備水平，特別是FA 水平。

表1 高中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的分類Table 1 Classification of“strong, simple and weak”in high- and medium- voltage distribution networks

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)方案優(yōu)選模型

以含停電損失費(fèi)用的總費(fèi)用最小為目標(biāo)，建立高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)典型協(xié)調(diào)方案的優(yōu)選模型，用于尋求可實(shí)現(xiàn)安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間平衡的合理協(xié)調(diào)方案。

3.1 典型協(xié)調(diào)方案

基于上述高中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的分類，可對(duì)高壓和中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”進(jìn)行組合，得到9 種典型高中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”配合模式（即高中壓典型網(wǎng)架協(xié)調(diào)方案），分別為“強(qiáng)-強(qiáng)”“強(qiáng)-簡(jiǎn)”“強(qiáng)-弱”“簡(jiǎn)-強(qiáng)”“簡(jiǎn)-簡(jiǎn)”“簡(jiǎn)-弱”“弱-強(qiáng)”“弱-簡(jiǎn)”和“弱-弱”（其中，符號(hào)“-”的左右分別代表高壓和中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”的類別），如附錄A 圖A2 所示。

3.2 方案優(yōu)選模型

基于“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)”的基本規(guī)劃理念，以總費(fèi)用最小為目標(biāo)，在滿足電網(wǎng)的基本技術(shù)要求（例如潮流和短路）以及相應(yīng)供電安全可靠性的條件下，高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)方案優(yōu)選模型可表示為：

3.3 費(fèi)用估算

3.3.1 高壓配電網(wǎng)年費(fèi)用

高壓配電網(wǎng)年費(fèi)用CHV包括高壓線路投資年費(fèi)用Chvxt、高壓開關(guān)投資年費(fèi)用Chvkt和高壓線路電能損耗年費(fèi)用Chvxs，即CHV=Chvxt+Chvkt+Chvxs。

1）高壓線路投資年費(fèi)用

高壓線路投資年費(fèi)用Chvxt可表示為：

式中：LhV為高壓線路的長(zhǎng)度；ChV為高壓線路單位長(zhǎng)度的綜合造價(jià)（含通道費(fèi)用）；ε=kz+ky+kh為系數(shù)，其中，kz、ky和kh分別為折舊系數(shù)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用系數(shù)和投資回報(bào)系數(shù)。

2）高壓開關(guān)投資年費(fèi)用

開關(guān)投資年費(fèi)用Chvkt可表示為：

式中：Nk為開關(guān)總數(shù)；Ck為單個(gè)開關(guān)的價(jià)格。

3）高壓線路電能損耗年費(fèi)用

線路電能損耗年費(fèi)用Chvxs可表示為：

式中：Ce為購電電價(jià)；ΔPmax為線路的最大功率損耗；τmax為最大負(fù)荷損耗的時(shí)間。

3.3.2 中壓配電網(wǎng)年費(fèi)用

中壓配電網(wǎng)年費(fèi)用CMV主要包括中壓線路投資年費(fèi)用Cmvxt、中壓線路電能損耗年費(fèi)用Cmvxs和中壓配電自動(dòng)化費(fèi)用Cmvda，即CMV=Cmvxt+Cmvxs+Cmvda。

1）中壓線路投資年費(fèi)用

中壓線路投資年費(fèi)用Cmvxt可表示為：

式中：kq為考慮了支線的中壓線路曲折系數(shù)；Rmv為中壓線路的供電半徑；Ns為110 kV 變電站的數(shù)量；nt為1 座110 kV 變電站的主變壓器平均臺(tái)數(shù)；nl為單臺(tái)主變壓器的平均出線數(shù)；cmvl為中壓線路單位長(zhǎng)度的綜合造價(jià)（含通道費(fèi)用）。

2）中壓線路電能損耗年費(fèi)用

中壓線路電能損耗年費(fèi)用Cmvxs的計(jì)算公式與高壓相應(yīng)計(jì)算公式類似，但需要考慮涉及沿線負(fù)荷分布形式的功率損耗系數(shù)［24］。對(duì)于有聯(lián)絡(luò)的中壓線路，由于呈輻射狀運(yùn)行的中壓線路電能損耗年費(fèi)用通常相近，對(duì)各協(xié)調(diào)方案的費(fèi)用比選結(jié)果影響很小，可以忽略不計(jì)；但對(duì)于中壓雙輻射和單輻射接線比選的情況，由于電能損耗不同，在方案比選中應(yīng)計(jì)入相應(yīng)的電能損耗年費(fèi)用。

3）配電自動(dòng)化費(fèi)用

由于城市的中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)”或“簡(jiǎn)”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)區(qū)別在于影響停電時(shí)間的配電自動(dòng)化程度。因此，還需要考慮配電自動(dòng)化費(fèi)用的差異。

3.3.3 年停電費(fèi)用

年停電損失費(fèi)用CHMT可簡(jiǎn)化表示為：

式中：CE為單位電量的（故障和預(yù)安排）平均停電成本，該值一般根據(jù)產(chǎn)電比法估計(jì)，計(jì)算簡(jiǎn)單且資料易得［25］；Pmax為最大負(fù)荷值；ξ 為負(fù)荷率（即平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比）；TSAIDI為用戶年平均停電持續(xù)時(shí)間，可根據(jù)高中壓配電網(wǎng)可靠性協(xié)調(diào)評(píng)估模型計(jì)算得到［25］。

4 基于安全可靠和經(jīng)濟(jì)的典型方案優(yōu)選

4.1 方案優(yōu)選思路

由于本文主要是基于供電安全性對(duì)高壓和中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”分別進(jìn)行的定義，通過高壓和中壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”組合得到的典型方案還需要綜合考慮高中壓配電網(wǎng)整體的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。鑒于A+、A、B、C、D 和E 類供電區(qū)域?qū)╇娍煽啃杂胁煌木唧w要求［2］，本文在對(duì)有限個(gè)候選典型方案基于“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)”進(jìn)行優(yōu)選時(shí)，按照相關(guān)要求對(duì)候選方案的“技術(shù)可行”進(jìn)行校驗(yàn)，以體現(xiàn)不同供電區(qū)域規(guī)劃的差異化。

對(duì)于式（1）所示的優(yōu)選模型，假設(shè)潮流和短路約束滿足相關(guān)要求，針對(duì)城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)典型案例，在滿足相應(yīng)供電區(qū)域安全性和可靠性要求的條件下，基于總費(fèi)用最小化原則進(jìn)行方案優(yōu)選，以獲得高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)典型協(xié)調(diào)方案較為具體的一般性結(jié)論或建議。其中，城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)在本文中分別定義為中壓饋線可以實(shí)現(xiàn)有效的站間聯(lián)絡(luò)和難于實(shí)現(xiàn)有效站間聯(lián)絡(luò)的電網(wǎng)。城市配電網(wǎng)主要涉及相關(guān)導(dǎo)則中定義的A+、A、B 和C 類供電區(qū)域，農(nóng)村配電網(wǎng)主要涉及D 和E 類供電區(qū)域。

4.2 典型案例

本案例城市配電網(wǎng)為含有2 個(gè)110 kV 變電站的供電單元。2 個(gè)變電站在空間上均勻分布于上級(jí)變電站之間且容量均為100 MVA（2×50 MVA），高壓線路為電纜，高壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”接線模式具體如下。

1）“雙鏈π 接+2 站”，即雙側(cè)電源（此處電源指220 kV 或330 kV 變電站）的接線模式為雙鏈?zhǔn)街械摩?形接線，連接2 座110 kV 變電站。

2）“2×（雙輻射+1 站）”，即2 組“單側(cè)電源的接線模式為雙輻射，并連接1 座110 kV 變電站”（站間無聯(lián)絡(luò)）。

3）“2×（單輻射+1 站）”，即2 組“單側(cè)電源的接線模式為單輻射，并連接1 座110 kV 變電站”（站間無聯(lián)絡(luò)）。

農(nóng)村配電網(wǎng)為含有3 個(gè)110 kV 變電站的供電單元（3 個(gè)變電站在空間上均勻分布于上級(jí)變電站之間且容量均為2×31.5 MVA），高中壓線路均為架空線，高壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”接線模式具體如下。

1）“雙鏈π 接+3 站+2 變”，即雙側(cè)電源的接線模式為雙鏈?zhǔn)街械摩?形接線，并連接3 座110 kV 變電站，每座變電站有2 臺(tái)主變壓器。

2）“雙輻射π 接+3 站+2 變”，即單側(cè)電源的接線模式為雙輻射中的π 形接線，并連接3 座110 kV變電站，每座變電站有2 臺(tái)主變壓器。

3）“單輻射π 接+3 站+2 變”，即單側(cè)電源的接線模式為單輻射中的π 形接線，并連接3 座110 kV變電站，每座變電站有2 臺(tái)主變壓器。

高壓和中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用附錄A 表A1 中的常見接線模式。

4.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1）系統(tǒng)參數(shù)

對(duì)于城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)，負(fù)荷率分別為0.7 和0.5，主變壓器負(fù)載率分別為0.65 和0.60，最大負(fù)荷損耗時(shí)間分別為2 000 h 和1 250 h；單臺(tái)主變壓器10 kV 出線的平均出線數(shù)為9；涉及沿線負(fù)荷分布形式的10 kV 線路功率損耗系數(shù)為0.81；線路曲折系數(shù)為2。

2）經(jīng)濟(jì)參數(shù)

折舊系數(shù)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用系數(shù)和投資回報(bào)系數(shù)分別為0.045、0.025 和0.100；110 kV 購電電價(jià)為0.45 元/（kW·h）。

城市和農(nóng)村中壓架空線路（型號(hào)為JKLYJ-185）綜合造價(jià)分別為30 萬元/km 和20 萬元/km，城市中壓電纜線路（型號(hào)為YJV22-3×300）綜合造價(jià)為130 萬元/km；高壓?jiǎn)位丶芸站€路（型號(hào)為L(zhǎng)GJ-240）和雙回架空線路綜合造價(jià)分別為51 萬元/km 和74 萬元/km，高壓電纜線路（YJLV-500）綜合造價(jià)為450 萬元/km；高壓和中壓開關(guān)價(jià)格分別為65 萬元/臺(tái)和5 萬元/臺(tái)。

經(jīng)費(fèi)用調(diào)研，中壓配電自動(dòng)化費(fèi)用Cmvda可根據(jù)附錄A 表A2 和表A3 估算。

3）可靠性參數(shù)

高壓配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供時(shí)間為5 s（備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作時(shí)間），城市配電網(wǎng)中壓“強(qiáng)”電網(wǎng)轉(zhuǎn)供時(shí)間為1 min，城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)中壓“簡(jiǎn)”電網(wǎng)的轉(zhuǎn)供時(shí)間分別為1.5 h 和2 h；城市配電網(wǎng)單位電量平均停電成本分別考慮了0.5 元/（kW·h）和20 元/（kW·h）的情況，而農(nóng)村的單位電量平均停電成本則分別考慮了0.5 元/（kW·h）和10 元/（kW·h）的情況。對(duì)于城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)，變電站低壓母線的負(fù)荷在高壓側(cè)配電網(wǎng)停運(yùn)時(shí)可通過10 kV線路轉(zhuǎn)供的比例分別為1 和0；10 kV 饋線采用負(fù)荷開關(guān)分為3 段；高壓和中壓元件典型可靠性參數(shù)分別如附錄A 表A2 至表A5 所示。

4）安全性和可靠性要求

根據(jù)相關(guān)導(dǎo)則［2］，A+、A、B、C、D 和E 類供電區(qū)域的用戶年平均停電時(shí)間應(yīng)分別為不大于5 min、52 min、3 h、12 h、24 h 和相應(yīng)承諾指標(biāo)。根據(jù)相關(guān)供電安全標(biāo)準(zhǔn)［22］，若變電站或主變壓器“N-1”停運(yùn)，其所帶的大部分負(fù)荷（不小于2/3）應(yīng)在15 min內(nèi)恢復(fù)供電，其余負(fù)荷應(yīng)在3 h 內(nèi)恢復(fù)供電；若10 kV 線路“N-1”停運(yùn)，其所帶負(fù)荷中除去2 MW外的部分負(fù)荷應(yīng)在3 h 內(nèi)恢復(fù)供電。

4.4 供電安全性分析

基于供電安全性要求，9 種典型高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”協(xié)調(diào)方案的“N-1”安全性分析結(jié)果如表2 所示（表中“√”表示滿足“N-1”校驗(yàn)，“×”表示部分滿足“N-1”校驗(yàn)，例如站間聯(lián)絡(luò)或自環(huán)滿足，而相同通道的多輻射不滿足）?？梢?，“強(qiáng)-強(qiáng)”“簡(jiǎn)-強(qiáng)”和“弱-強(qiáng)”的安全性最高，滿足各種“N-1”安全性要求，且從安全性來看中壓“強(qiáng)”時(shí)高壓不必“強(qiáng)”；“弱-弱”對(duì)于所有“N-1”都不能滿足安全性要求；“強(qiáng)-簡(jiǎn)”和“簡(jiǎn)-簡(jiǎn)”除部分高壓“N-1”外基本滿足安全性要求；“強(qiáng)-弱”和“簡(jiǎn)-弱”僅能滿足部分高壓“N-1”校驗(yàn)；“弱-簡(jiǎn)”僅能基本滿足中壓通道和線路“N-1”校驗(yàn)。

表2 典型協(xié)調(diào)方案不同“N-1”情況下的安全性分析Table 2 Security analysis of typical coordinated scheme with different“N-1”situations

4.5 可靠性計(jì)算分析

針對(duì)典型協(xié)調(diào)方案，采用高中壓配電網(wǎng)可靠性協(xié)調(diào)評(píng)估方法［25］，分別對(duì)考慮了高壓配電網(wǎng)影響的城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如附錄A 表A6 和表A7 所示。

1）當(dāng)中壓配電網(wǎng)為“強(qiáng)”時(shí)，無論高壓配電網(wǎng)是“強(qiáng)”“簡(jiǎn)”或“弱”，停電時(shí)間都較短，可靠性水平均較高，即中壓做“強(qiáng)”時(shí)，高壓“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”對(duì)配電網(wǎng)整體可靠性影響較小。

2）“弱-弱”模式停電時(shí)間最長(zhǎng)，可靠性極差，停電時(shí)間大于15 h。

3）供電可靠率達(dá)到99.999%的條件一般為：中壓盡量做強(qiáng)，供電半徑較短，采用電纜。

4.6 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析

基于高中壓配電網(wǎng)可靠性協(xié)調(diào)計(jì)算的結(jié)果，計(jì)算各典型協(xié)調(diào)方案的年投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、年停電損失費(fèi)用和總費(fèi)用，結(jié)果如附錄A 表A8 至表A10所示。

1）高中壓配電網(wǎng)均為“弱”且停電損失費(fèi)用遠(yuǎn)大于常規(guī)電價(jià)（即0.5 元/（kW·h））時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益特別差，但僅為“強(qiáng)”或“簡(jiǎn)”的高壓或中壓配電網(wǎng)均能大幅提升經(jīng)濟(jì)效益。高中壓配電網(wǎng)均為“強(qiáng)”時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益與“強(qiáng)-簡(jiǎn)”“強(qiáng)-弱”“簡(jiǎn)-簡(jiǎn)”和“簡(jiǎn)-弱”相比差別不大。城市配電網(wǎng)為“強(qiáng)”中壓相對(duì)于“強(qiáng)”高壓效果更好，“弱-強(qiáng)”模式費(fèi)用最低；農(nóng)村配電網(wǎng)為“強(qiáng)”高壓相對(duì)于“簡(jiǎn)”中壓效果更好，“簡(jiǎn)-簡(jiǎn)”模式費(fèi)用最低，但在中壓只可能為“弱”的情況下，“簡(jiǎn)-弱”模式費(fèi)用最低。農(nóng)村配電網(wǎng)高壓為“強(qiáng)”或“簡(jiǎn)”時(shí)，T形接線模式更為經(jīng)濟(jì)，高壓為“弱”時(shí)，π 形接線模式更為經(jīng)濟(jì)。

2）在停電損失費(fèi)用為常規(guī)電價(jià)時(shí)，城市配電網(wǎng)“弱-強(qiáng)”模式費(fèi)用最低；農(nóng)村配電網(wǎng)“弱-簡(jiǎn)”模式費(fèi)用最低，但在中壓只可能為“弱”的情況下，“弱-弱”模式費(fèi)用最低。農(nóng)村配電網(wǎng)高壓T 形接線模式較π 形接線模式更為經(jīng)濟(jì)。

4.7 基于綜合分析的方案優(yōu)選

基于高中壓配電網(wǎng)典型協(xié)調(diào)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，可得到以下3 點(diǎn)有關(guān)配電網(wǎng)高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的優(yōu)化思路。

1）“強(qiáng)-強(qiáng)”模式安全可靠性最高，但需要投入大量建設(shè)資金；“弱-弱”模式投資費(fèi)用最少，但安全可靠性最低。綜合考慮安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性時(shí)，這2 種極端模式在高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)模式中均不理想。

2）對(duì)于城市配電網(wǎng)的高中壓網(wǎng)架協(xié)調(diào)而言，做“強(qiáng)”中壓是配電網(wǎng)整體安全可靠且經(jīng)濟(jì)的必要條件；“弱-強(qiáng)”的配合模式具有較大的優(yōu)勢(shì)，其總費(fèi)用低且安全可靠性較高。綜合考慮安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，推薦“弱-強(qiáng)”的配合模式作為城市配電網(wǎng)高中壓網(wǎng)架建設(shè)方案，但應(yīng)考慮如下情況。

情況1：在建設(shè)初期，中壓配電網(wǎng)難以在較短時(shí)間內(nèi)做“強(qiáng)”的情況下，為保證供電安全可靠性可適當(dāng)加強(qiáng)高壓配電網(wǎng)，先構(gòu)建成“強(qiáng)/簡(jiǎn)-簡(jiǎn)/弱”的配合模式。

情況2：隨著中壓配電網(wǎng)由“簡(jiǎn)/弱”變強(qiáng)，可適當(dāng)減少對(duì)高壓配電網(wǎng)的擴(kuò)建或改建工程，形成“簡(jiǎn)/弱-強(qiáng)”的配合模式，在滿足供電安全可靠的條件下減輕城市配電網(wǎng)通道壓力和降低投資。

情況3：在有條件的情況下，應(yīng)首選具有站間聯(lián)絡(luò)的中壓“簡(jiǎn)”模式，而不是非站間聯(lián)絡(luò)的中壓“簡(jiǎn)”模式。

3）對(duì)于農(nóng)村配電網(wǎng)，中壓一般為單輻射線路（即“弱”），為避免形成“弱-弱”的配合模式，應(yīng)盡量加強(qiáng)高壓配電網(wǎng)，故推薦“簡(jiǎn)-弱”的配合模式；且當(dāng)農(nóng)村配電網(wǎng)為“簡(jiǎn)-弱”的配合模式時(shí)，高壓T 形接線模式優(yōu)于π 形接線模式。

5 結(jié)語

高中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的相互配合有利于從全局上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)整體的“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)”。

1）第一次分別給出了高中壓配電網(wǎng)“強(qiáng)、簡(jiǎn)、弱”較為明確的定義，并通過高中壓典型協(xié)調(diào)方案供電安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的定量計(jì)算分析，針對(duì)中國配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略提出了建議。

2）做“強(qiáng)”中壓是解決配電網(wǎng)諸多問題瓶頸的關(guān)鍵，是配電網(wǎng)整體安全可靠且經(jīng)濟(jì)的必要條件。

3）中壓配電網(wǎng)應(yīng)盡量為“強(qiáng)”，高壓配電網(wǎng)在過渡年宜為“強(qiáng)/簡(jiǎn)”，而遠(yuǎn)景年不必為“強(qiáng)”；對(duì)于以輻射形接線為主的農(nóng)村配電網(wǎng)，推薦高中壓“簡(jiǎn)-弱”的配合模式，高壓采用T 形接線模式。

4）長(zhǎng)期以來中國配電網(wǎng)建設(shè)改造通常要求電網(wǎng)層層為“強(qiáng)”，造成重復(fù)投資，難以設(shè)計(jì)出高中壓協(xié)調(diào)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)因地制宜地構(gòu)建相互配合的高中壓配電網(wǎng)宏觀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步規(guī)范高中壓配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展

5）本文結(jié)論是基于典型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算所得，若這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實(shí)際差別較大，可利用本文模型和方法進(jìn)行計(jì)算分析后歸納總結(jié)出相應(yīng)的結(jié)論。

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