基于最大供電能力的智能配電網規劃與運行新思路

3.2配電網網架結構問題

1)復雜互聯配電網的簡化近20年來中國大規模地建設、改造配電網，網絡接線從最初的單輻射無聯絡到“手拉手”單聯絡，發展到如今的多分段多聯絡，呈現出聯絡日益增多、配電網結構日益復雜的趨勢。特別是城市電纜網中開閉站、配電站間的聯絡通路越來越多，大片區域的配電網相互聯絡，甚至有的地區整個中壓配電網都“粘連”在一起。聯絡的大量建設在增加負荷轉帶路徑、提高運行靈活性的同時，也帶來了新的問題。從運行角度考慮，轉帶路徑過多會大大增加運行方式的復雜性。

本文認為聯絡對配電網架的作用是不同的，應該評估聯絡對網絡轉帶能力的貢獻度并作為依據對現有聯絡區別對待，找到并明確區分負荷轉帶的主路徑和備用路徑，實現聯絡分級管理。研究表明，多聯絡結構的配電網中，不同聯絡對網絡負荷轉移能力的貢獻確實存在較大差異，很可能存在一定數量的“無效”聯絡。聯絡分級管理對運行調度的好處在于簡化運行，縮減了正常運行時的轉帶方式數量，同時還能提高反應速度、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絡的作用，刪除無效聯絡，按照聯絡的有效度來確定建設的優先次序，達到在不降低安全可靠和配電網負載率水平的前提下簡化網絡結構、節省投資的效果。

在調度運行研究領域中，目前對聯絡相關的研究主要集中在N-1故障后的故障隔離和停電恢復策略上，對于日趨復雜的網絡結構和越來越多的可選供電恢復路徑，一般采用啟發式規則來濾掉一些不必要的方案，很少有從網架結構上研究聯絡的作用。在規劃領域，目前配電網聯絡的規劃方法以聯絡路徑的長短作為衡量投資的標準，追求達到基于某種標準接線模式的最短路徑，但沒有對建設聯絡的必要性進行考察，且未解決聯絡數量巨大時導致的網架結構復雜問題。因此，有必要研究聯絡結構對網絡負荷轉移能力的作用機理。

2)配電網網架的標準化問題規劃中為達到電網接線方式在一定程度上的統一并簡化運行，往往在同一地區采用幾種標準化的網架接線模式進行統一規劃。接線模式的標準化在配電網發展過程中發揮了重要的積極作用。中國配電網曾經歷了網架結構不清晰的階段，存在接線無序、供電范圍不清晰、交叉供電等諸多問題。近十幾年來的配電網規劃和建設已逐步改變了這一狀況，朝著標準化網絡接線模式的方向發展。

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

3)配電網線路導體選擇和改造的標準化問題配電線路的導體選擇是規劃建設改造中的一個重要問題，目前的規劃方法對于導體選擇采取了標準化的方式，如主干線路一律采取某種導線型號，分支線路又采取某種導線型號。這種做法適合新建電網，如果用到已有電網中，就會引起大量的導線改造升級。在很多的電網改造中，只要原有導線不符合標準要求就作為瓶頸線路，即使未過負荷和未到運行年限也進行統一更換，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間。在聯絡很多的配電網中，尤其是電纜網中這種問題更為嚴重，此時輻射網的主干分支概念逐漸模糊，凡是不同饋線間的聯絡，即使以前是分支線路，都可以認為是主干網架的構成部分，因此，需要改造的線路范圍更大。

本文認為，由于負荷分布不均勻、變電站容量配置及配電網架結構的不完全對稱，對網絡中聯絡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揮電網供電能力的角度，量化計算每個聯絡通路的負荷轉移容量需求，做到對電網瓶頸線路的精確定位，從而實現只對真正的瓶頸線路進行導體改造，避免較大范圍的停電改造施工。

目前對于瓶頸聯絡線的定位，常用方法還是人為決策，即規劃人員憑借其知識和經驗來定位這些瓶頸線路，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，其結果并不是最優和精確的，并且其工作量也非常大。配電網瓶頸線路的自動定位和改造決策方法是一個值得研究的問題。

3.3配電自動化投資效益問題在智能電網背景下，配電自動化在中國正獲得新一次大規模發展的機會。智能電網背景下電網被看做是能量網和信息網的結合，能量網是一次系統，信息網是廣義的二次系統。配電自動化或者高級配電自動化都屬于廣義二次系統的范疇。通過二次系統的建設發展，讓一次系統實現信息化、智能化是智能電網提供的新型發展理念。只有具有先進二次系統的一次系統才能夠較充分地發揮效率。基于上述理念，本文認為大量的配電自動化投資的經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，其占有的站點和地上、地下通道在城市地區都屬于珍貴資源。配電自動化是實現網絡快速負荷轉移能力這一智能配電網新邊界條件的基礎設施。本文認為，配電自動化的大范圍實施將解決中低壓配電網信息化中的數據采集、通信、存儲、基本操作等基礎性問題，然后再開發新一代的安全高效配電調度系統，就能實現配電系統的高負載率安全運行。配電自動化大量投資的主要經濟效益將是通過一次系統的高效運行從而減少電網建設投資來獲得的。

3.4配電網安全高效運行問題在配電自動化普及的條件下，未來配電系統調度運行的發展方向是安全、高效運行。所謂高效就是前面討論智能電網實現配用電信息化，使得互聯的配電網具備快速負荷轉移能力，為變電站提供支撐;而城市區域電網資源的稀缺讓大規模的電網建設很難持續，更需要在保證安全條件下充分發掘現有電網一次系統的供電能力，提高資產效率。

供電能力是配電網在滿足安全約束下的最大負荷供應能力，這為挖掘電網運行的潛力提供了量化計算工具。實現高效運行的另一個前提是精確計算配電系統滿足N-1運行的安全邊界，在調度運行中實時計算運行點與安全邊界距離。目前的配電調度系統尚不具備實時計算運行安全邊界的功能。新一代配電調度系統的發展方向是建立起類似輸電系統的DyLiacco安全框架，實現實時的安全監視、報警、預防控制、緊急控制以及優化功能。相對輸電系統，目前實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。智能電網下的配電調度運行將發生大的變革。

利用配電網絡進行負荷轉帶的一個不利因素是在變電站主變N-1運行時通過配電網絡轉帶負荷可能會大大增加操作的次數，但實際操作運行中該問題并不一定很嚴重。這是因為在規劃中采用的是最大負荷，實際電網在很多時候負荷水平并不高，可以僅通過站內轉帶就完成負荷轉移;只有在N-1故障發生在負荷水平較高的情況下，才會出現變電站內轉帶容量不足需要網絡轉帶的情況。因此，實際運行時操作次數的增加并不一定很多。

4基于供電能力優化的規劃新方式

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、變電站及網絡規劃等為主要步驟進行的傳統規劃方式，在中國十幾年來的大規模城鄉電網規劃建設中發揮了重要作用，但目前也正面臨著挑戰。

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形成并校驗規劃電網方案。其規劃結果受負荷預測準確性的影響很大，而負荷發展涉及因素非常多，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規劃中，通常都將規劃分解為變電站選址定容和網架布線2個子問題。在變電站選址定容階段，通常采用容載比法來確定需要的變電容量，然后確定變電站主變配置時，在計及N-1安全原則時僅考慮變電站內主變的相互支持，而忽略配電網中負荷互供的影響帶來安全性的提升。因此，傳統規劃方案往往較為保守，經常需要新增變電容量來滿足新增負荷，將電網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，隨著城市的發展，規劃用地通道資源日趨緊張，新的變電站和饋線走廊建設越來越困難，傳統規劃方法也很難適應這種情況。總之，傳統規劃方式的著眼點在于中長期規劃中的目標網架規劃，適用于新建區域和快速發展的電網。而對于已發展成型的城市建成區配電網，其重點是如何針對現狀進行優化和近期規劃，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，計算滿足N-1安全約束的配電網最大供電負荷，非常利于基于已知電網的分析和優化。在配電自動化條件下，配電網將具備快速的網絡負荷轉供能力。通過合理優化，已有電網完全具有在更高負載水平運行的巨大潛力。因此，在進行建成區配電網改造和規劃時，不能忽略網絡互聯和配電自動化帶來的供電能力的提升。基于此，應該優先考慮利用已有網絡消納新增負荷，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，又包括各個變電站主變供電能力與負荷的匹配程度，若不能滿足前者則需要優化網絡挖掘供電能力，若不能滿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：優先通過配電網絡重構來調整，其次通過改變新增負荷接入電網的位置來調整，最后通過改變饋線連接的母線來調整。此外，還可以通過新出饋線和線路切改來重新分配負荷。網絡重構中改變開關狀態將帶來負荷在不同變電站主變間的重新分布，應優先考慮，其次是裝設新的分段開關或改變分段開關的位置。