基于輸配協(xié)調的城市電網(wǎng)供電能力評估指標

基于輸配協(xié)調的城市電網(wǎng)供電能力評估指標

目錄基于輸配協(xié)調的城市電網(wǎng)供電能力評估指標 11.1 影響城市電網(wǎng)供電能力評估的主要因素 11.1.1 城市電網(wǎng)的拓撲結構 11.1.2 城市電網(wǎng)的電源點配置狀況 21.1.3 城市電網(wǎng)的電力負荷及分布狀況 21.2 輸配協(xié)調的供電能力評估指標 31.2.1 輸配協(xié)調的供電能力評估體系 31.2.2 電網(wǎng)供電裕度類指標 51.2.3 電網(wǎng)結構類指標 91.2.4 電網(wǎng)匹配類指標 101.2.5 電網(wǎng)運行類指標 13

影響城市電網(wǎng)供電能力評估的主要因素在我國，城市電網(wǎng)通常由輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)組成。輸電網(wǎng)由500kV或220kV電壓等級的輸變電設施組成；高壓配電網(wǎng)依托輸電網(wǎng)中的變電站構成，電壓等級有220kV、110kV、66kV和35kV幾種，構成中壓配電網(wǎng)的電壓等級主要有10kV和20kV。影響城市電網(wǎng)供電能力主要因素包括城市電網(wǎng)各電壓等級電網(wǎng)的拓撲結構、城市電網(wǎng)的電源配置、城市電網(wǎng)電源點和電力負荷分布。城市電網(wǎng)的拓撲結構電網(wǎng)的拓撲結構主要包括電網(wǎng)中線路和變電站的連接方式以及參數(shù)構成。通常情況下，由500kV或220kV電壓等級構成的輸電網(wǎng)的拓撲結構一般為單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)或者C型結構等；由220kV、110kV、66kV和35kV電壓等級構成的高壓配電網(wǎng)的拓撲結構一般有放射狀、鏈式和環(huán)入環(huán)出、環(huán)網(wǎng)等幾種；中壓配電網(wǎng)的拓撲結構一般分為多分段多聯(lián)絡、環(huán)網(wǎng)、n供1備、4×6等。變電站部分的供電能力同樣受到的變電站的主變臺數(shù)和主接線結構的影響。變電站的主接線主要包括雙母線、單母線、內（外）橋接線、線路變壓器組等。不同拓撲結構的電網(wǎng)供電可靠性水平不同，電網(wǎng)供電能力的裕度也不相同，通常情況下，相同可靠性的情況下，網(wǎng)絡結構愈簡單，電網(wǎng)供電裕度愈大，如雙回放射狀的網(wǎng)絡結構，正常方式下，為保證供電可靠性，線路的供電能力通常是所帶負荷的一倍，即線路最大負載率為50%；而當網(wǎng)絡結構變?yōu)槿胤派錉顣r，同樣保證N-1條件下的可靠性要求，線路部分的最大供電負荷可以達到現(xiàn)狀的1.3倍，級線路的最大負載率可以達到67%。城市電網(wǎng)的電源點配置狀況城市電網(wǎng)的電源主要包括接于網(wǎng)絡中的發(fā)電廠組和與外部電網(wǎng)聯(lián)絡線。一般情況下，與外部電網(wǎng)聯(lián)絡線均接入城市電網(wǎng)中的輸電電網(wǎng)，接于城市電網(wǎng)的發(fā)電廠視其電廠容量大小，分別接于城市電網(wǎng)各級電壓等級的電網(wǎng)內，容量愈大，接入系統(tǒng)的電壓等級愈高，通常情況地區(qū)的主力電廠均接入城市輸電網(wǎng)。安全可靠的城市電網(wǎng)，一方面在正常運行下，要具備保障電源點電力可靠送出或者消納電源點電力的能力；另一方面還要保證在可預見的極端運行方式下，具備轉供電源點電力的能力。因此在供電能力評估過程中，應當充分考慮電網(wǎng)電源點的供電能力的限值以及特殊運行方式——如發(fā)電廠機組檢修情況對城市電網(wǎng)各級電網(wǎng)供電能力的影響。城市電網(wǎng)的電力負荷及分布狀況城市電網(wǎng)中節(jié)點電力負荷包括有功負荷和無功負荷，有功負荷的大小和分布是影響城市電網(wǎng)中元件是否超過熱穩(wěn)定輸送容量的主要因素；無功負荷的大小及分布，是影響網(wǎng)絡中相應節(jié)點的電壓水平的高低的主要因素?，F(xiàn)狀電網(wǎng)的負荷分布和各點電力負荷的增長情況將影響到達到網(wǎng)絡中達到熱穩(wěn)定輸送容量輸變電元件的分布，以及網(wǎng)絡中達到電壓上、下限值的節(jié)點。因此對網(wǎng)絡整體供電能力影響很大，而負荷的分布以及增長情況是電網(wǎng)中受電網(wǎng)所在供電地區(qū)的經(jīng)濟社會和居民生活水平的發(fā)展水平客觀影響，因此在進行供電能力計算評估時，應視為已知邊界條件。輸配協(xié)調的供電能力評估指標輸配協(xié)調的供電能力評估體系城市電網(wǎng)包括輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)等各級電壓電網(wǎng)。正常運行方式下的城市電網(wǎng)，中壓電網(wǎng)以放射狀結構為主，輸電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)的運行結構相對復雜，輸電網(wǎng)一般為環(huán)網(wǎng)，在城市電網(wǎng)建設初期存在與高壓配電網(wǎng)絡電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運行的情況，高壓配電網(wǎng)多為鏈式結構和放射狀結構的網(wǎng)絡接線方式。根據(jù)城市電網(wǎng)供電能力評估的內涵和主要內容，以及城市電網(wǎng)由多個功能的電網(wǎng)構成的特點，城市電網(wǎng)供電能力評估的指標體系應能夠反映城市電網(wǎng)由輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)三類網(wǎng)絡構成的特點，因此評估指標的建立應能反映電網(wǎng)整體供電能力，電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)以及三類功能電網(wǎng)的相互匹配關系。基于輸配協(xié)調的城市電網(wǎng)供電能力評估指標體系由四類指標構成，包括：（1）電網(wǎng)供電裕度類指標——評價電網(wǎng)適應未來電力負荷發(fā)展能力的宏觀指標。電網(wǎng)供電裕度類指標是城市電網(wǎng)供電能力評估的基礎類指標。根據(jù)城市電網(wǎng)由變電站和線路兩類主要設施構成的特點，本指標主要包括反映線路類設施和變電類設施整體供電能力兩類供電裕度指標。（2）電網(wǎng)結構類指標——用于評估電網(wǎng)結構在N-1條件的網(wǎng)絡結構完整性，是能夠反映電網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)的微觀評價指標。（3）電網(wǎng)匹配類指標——用于評價電網(wǎng)中各功能電網(wǎng)之間以及內部主要供電設施之間匹配關系的反映輸配電網(wǎng)協(xié)調關系。本類指標是城市電網(wǎng)供電能力評估的衍生類指標。本類指標以裕度類指標為基礎，結合城市電網(wǎng)由輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)構成的特點，反映各功能電網(wǎng)之間供電能力的宏觀匹配關系。同時本類指標也包含以變電站為核心的相關指標，用于評價電網(wǎng)線路類的供電設備供電能力和變電類設備供電能力之間的微觀匹配關系。（4）電網(wǎng)運行類指標——用于評價電網(wǎng)運行水平，主要包括線路的線損率、線路和變電的負載率。圖3-1給出了城市電網(wǎng)供電能力評估指標體系結構，圖3-2和3-3以輸（配）變協(xié)調關系和輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的匹配關系指標為例給出了匹配類指標與裕度類指標的邏輯關系。圖3-1城市電網(wǎng)供電能力評估體系圖圖3-2輸（配）變供電能力協(xié)調關系示意圖圖3-3輸配供電能力協(xié)調關系示意圖電網(wǎng)供電裕度類指標電網(wǎng)供電充裕度（1）電網(wǎng)供電充裕度（UNPSAI—UrbanNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）本指標用于評估城市電網(wǎng)中各級電網(wǎng)的整體供電能力，評估對象為市電網(wǎng)中由線路部分構成的各級電網(wǎng)網(wǎng)絡。其電網(wǎng)供電充裕度計算方法如下：（3-1）式中：——電網(wǎng)供電充裕度；（MaxNetSupplyingPowerLoad）——電網(wǎng)所能供給的最大有功負荷，表示正常運行方式下，在電網(wǎng)電壓水平滿足限值和輸配電線路滿足極限傳輸容量條件下，輸配電網(wǎng)能送出的電力負荷合計的最大值；（MaxPresentPowerLoad）——最大現(xiàn)狀有功負荷，表示當前負荷水平條件下，輸配電網(wǎng)中負荷節(jié)點的有功負荷的合計數(shù)最大值。具體應用時，根據(jù)城市電網(wǎng)由輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)構成的特點，城市電網(wǎng)供電充裕度可分為：輸電網(wǎng)供電裕度（TNPSAI—TransmissionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于評價輸電網(wǎng)的供電裕度，由于輸電網(wǎng)多為環(huán)網(wǎng)結構，因此，計算輸電網(wǎng)供電裕度的過程中，輸電網(wǎng)供電最大負荷的計算需要結合潮流計算工具軟件完成。高壓配電網(wǎng)供電裕度（HVDNPSAI—HighVoltageDistributionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于評價高壓配電網(wǎng)供電，根據(jù)高壓配電網(wǎng)有放射狀和鏈式等為主的結構特點通過人工計算和潮流計算工具相結合的方式完成。中壓配電網(wǎng)供電裕度（MVDNPSAI—MiddleVoltageDistributionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于評價中壓配電網(wǎng)的供電裕度。中壓配電網(wǎng)饋線中干線均多出自高壓配電網(wǎng)中變電站的母線，而且分支線眾多，因此，中壓配電網(wǎng)最大供電負荷可以簡化為計算高壓配電網(wǎng)變電站中壓側出線的最大供電能力的合計。由于電網(wǎng)應滿足所供地區(qū)的最大現(xiàn)狀有功負荷，反映各級電網(wǎng)供電充裕度的TNPSAI、HVDNPSAI、MVDNPSAI指標值應大于1。指標數(shù)值愈大，電網(wǎng)供電能力愈強?？紤]到電網(wǎng)工程建設的周期僅為1年左右，因此，城市電網(wǎng)的供電充裕度應適應電力負荷正常波動并與近期電力負荷發(fā)展速度相匹配，即電力負荷增速愈大，相應的供電能力裕度指標值愈大，如果電網(wǎng)供電充裕度過大，并且與所供地區(qū)的電力負荷增長速度不相適應，表明電網(wǎng)建設過于超前；反之則表示，城市輸電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)模滯后于地方電力負荷發(fā)展。電網(wǎng)線路N-1條件下的供電充裕度（UGSPLR）電網(wǎng)線路N-1條件下的供電充裕度，反映電網(wǎng)結構變化時，即任意一條線停運情況下的電網(wǎng)供電能力。計算公式如下：（3-2）式中：——第i條線路停運時的電網(wǎng)供電充裕度；——第i條線路停運時，電網(wǎng)所能供給的最大有功負荷，在電網(wǎng)電壓水平滿足限值和輸配電線路滿足極限傳輸容量條件下，輸配電網(wǎng)能送出的電力負荷合計的最大值；（MaxPresentPowerLoad）——最大現(xiàn)狀有功負荷，表示當前負荷水平條件下，輸配電網(wǎng)中負荷節(jié)點的有功負荷的合計數(shù)最大值。對于城市電網(wǎng)，如果在任意一條線路停運的條件下，電網(wǎng)供電充裕度指標仍然大于1，表明電網(wǎng)具備很強的抵御突發(fā)事故的能力，即正常網(wǎng)絡結構條件下，任意一條線路故障退出時，電網(wǎng)仍能夠不損失負荷。N-1條件下的充裕度的分布特點也間接反映電網(wǎng)結構的合理性，如果N-1條件下的充裕度的分布比較均勻，則表明電網(wǎng)整體結構相對合理；反之則表明電網(wǎng)結構中存在比較明顯瓶頸，即使N-1條件下的供電能力充裕度很高，也應通過網(wǎng)絡建設等措施，保證網(wǎng)絡結構的合理性。電網(wǎng)供電損失率（UGSPLR）電網(wǎng)供電損失率（UGSPCR—UrbanGridSupplyingPowerChangeRate）是評價電網(wǎng)結構的微觀指標，反映對比正常網(wǎng)絡結構條，電網(wǎng)失去任一條線路的條件下，電網(wǎng)供電裕度的變化。用于評估城市電網(wǎng)結構的合理性，并找出網(wǎng)絡中的薄弱環(huán)節(jié)。計算公式定義如下：（3-3）式中：——第i條線路停運后，電網(wǎng)供電損失率；——對應正常網(wǎng)絡結構的電網(wǎng)所能提供的最大供電負荷；（UrbanGridMaxSupplyingPowerLoad）——第i條線路停運后，電網(wǎng)所能供給的最大負荷。電網(wǎng)供電損失率能夠反映電網(wǎng)中每條線路在網(wǎng)絡中的地位和作用。電網(wǎng)中某條線路對應的電網(wǎng)供電損失率愈大，說明該條線路在電網(wǎng)的重要性愈高，同時也說明該條線路是網(wǎng)絡中的薄弱環(huán)節(jié)，應予加強或者通過重新劃分電網(wǎng)的負荷分布，改善網(wǎng)絡中潮流分布。因此，本指標用于評估輸電網(wǎng)絡結構，同時可以找出網(wǎng)絡中的薄弱環(huán)節(jié)。變電供充電裕度指標城市電網(wǎng)中變電設施承擔了輸、配電網(wǎng)之間轉供負荷的功能，變電容載比是城市電網(wǎng)規(guī)劃中簡明、常用的宏觀指標，反映電網(wǎng)的變電供電裕度，具體計算方式如下：（3-4）式中：——電網(wǎng)變電容載比，MVA/MW；——電網(wǎng)中變電站主變高壓卷同一時刻的電力負荷合計最大值；——電網(wǎng)中變電站主變容量合計。與電網(wǎng)供電裕度指標相同，應用變電容載比進行變電裕度分析時，也應分輸電網(wǎng)變電裕度、高壓配電網(wǎng)裕度和中壓配電網(wǎng)裕度。即分別通過輸電網(wǎng)變電容載比、高壓配電網(wǎng)變電容載比和中壓配電網(wǎng)變電容載比的數(shù)值進行分析。各類電網(wǎng)的變電容載比的指標值愈大，電網(wǎng)的變電設施的供電能力愈強。通常情況下，由于供電區(qū)內電力負荷特性存在差異，輸電網(wǎng)的變電容載比的數(shù)值小于高壓配電網(wǎng)變電容載比，高壓配電網(wǎng)變電容載比小于中壓配電網(wǎng)變電容載比。根據(jù)我國《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》的相關規(guī)定，500kV變電容載比一般在1.5~2.0之間；220kV變電容載比在1.6~2.1之間；35kV~110kV電壓等級的變電容載比一般在1.8~2.2之間，對于10kV中壓配電網(wǎng)的變電容載比的合理范圍尚無明確的規(guī)定。電網(wǎng)結構類指標反映城市電網(wǎng)失去任意一條線路或變電站失去任意一臺變壓器時，仍然能夠保障下級供電設施不失去電源的能力。主要由以下幾種指標構成。以變電站為單位，按照電壓等級分類統(tǒng)計變電站高壓側進線大于2條的變電站占變電站總數(shù)的百分比。計算公式如下：變電站進線N-1滿足率=變電站進線大于2的變電站座數(shù)(3-5)變電站總數(shù)（2）變電站主變“N-1”滿足率本指標以變電站為單位，按照電壓等級分類統(tǒng)計主變大于2臺的變電站占變電站總數(shù)的百分比，計算公式如下：變電站主變N-1滿足率=變電站主變臺數(shù)大于2的變電站座數(shù)(3-6)變電站總數(shù)（3）中壓配電干線互聯(lián)率具備互聯(lián)結構的中壓配電網(wǎng)干線的條數(shù)占中壓配電干線總條數(shù)的比值，計算公式如下：中壓配電干線互聯(lián)率=具備互聯(lián)條件的中壓干線總數(shù)(3-7)中壓干線總數(shù)電網(wǎng)匹配類指標城市電網(wǎng)供電能力匹配類指標用于評估城市輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)之間供電充裕度的匹配關系。由于供電充裕度的匹配關系可以間接反映三類電網(wǎng)規(guī)模的匹配關系從而反映電網(wǎng)企業(yè)建設的功能分類，因此，通過計算三類電網(wǎng)供電充裕度的匹配指標，可以三類電網(wǎng)之間電網(wǎng)規(guī)模的匹配關系，進而為電網(wǎng)建設宏觀發(fā)展提供依據(jù)?？紤]到電網(wǎng)裕度類指標由電網(wǎng)供電充裕度和變電供電充裕度兩大類指標構成的特點，本類指標也分為電網(wǎng)充裕度匹配指標和變電充裕度匹配指標兩類。電網(wǎng)充裕度匹配指標電網(wǎng)裕度匹配指標指電網(wǎng)供電裕度匹配系數(shù)（PSMR—PowerSupplyingMatchingRatio）。本指標用于評估城市輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)兩兩之間的供電充裕度的匹配關系。該指標通過城市電網(wǎng)中各級電網(wǎng)之間供電充裕度的比值計算，由三個指標構成：（1）輸電網(wǎng)與高壓配電網(wǎng)供電充裕度匹配系數(shù)（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenTransmissionNetworkandHighVoltageDistributionNetwork）本指標反映輸電網(wǎng)與高壓配電網(wǎng)之間的供電能力的匹配關系。指標的計算公式如下：（3-8）式中：為輸電網(wǎng)與高壓配電網(wǎng)供電裕度匹配系數(shù)；為輸電網(wǎng)供電裕度；為高壓配電網(wǎng)供電裕度。（2）高壓配電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)供電充裕度匹配系數(shù)（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenHighvoltageDistributionNetworkandMiddleVoltageDistributionNetwork）本指標反映高壓配電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)之間的供電能力的匹配關系。指標的計算公式如下：（3-9）式中：為輸電網(wǎng)與高壓配電網(wǎng)供電裕度匹配系數(shù)；為高壓配電網(wǎng)供電裕度；為中壓配電網(wǎng)供電裕度。（3）輸電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)供電充裕度匹配系數(shù)（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenTransmissionNetwrokandMiddleVoltagedistributionnetwork）本指標反映輸電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)之間的供電能力的匹配關系。指標的計算公式如下：（3-10）式中：為輸電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)供電裕度匹配系數(shù)；為輸電網(wǎng)供電裕度；為中壓配電網(wǎng)供電裕度。變電充裕度匹配指標變電供電充裕度匹配系數(shù)（TAMR—TransformationAbundanceMatchingRatio）通過計算城市輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)兩兩之間的變電容載比的比值反映城市電網(wǎng)各級之間的變電裕度匹配關系。該指標通過城市電網(wǎng)中各級電網(wǎng)之間的容載比的比值計算，由三個指標構成：（1）輸電網(wǎng)變電站與高壓配電網(wǎng)變電站變電容量匹配系數(shù)（—TransformationAbundanceMatchingRatioBewteenTransmissionNetworkandHighVoltageDistributionNetwork）本指標用于反映輸電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)之間的變電能力的匹配關系。指標的計算公式如下：（3-11）式中：輸電網(wǎng)變電站與高壓配電網(wǎng)變電站變電容量匹配系數(shù)；輸電網(wǎng)變電容載比；高壓配電網(wǎng)變電容載比。（2）高壓配電網(wǎng)變電站與中壓配電網(wǎng)變電站變電容量匹配系數(shù)（—TransformationAbundanceMatchingRatioBewteenHighvoltageDistributionNetworkandMiddleVoltageDistributionNetwork）本指標用于反映高壓配電網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)之間的變電能力的匹配關系。指標的計算公式如下：（3-12）式中：高壓配電網(wǎng)變電站與中壓配電網(wǎng)變電站變電容量匹