基于网格化供电能力分析的配电网规划优化研究

基于网格化供电能力分析的配电网规划优化研究

张泽

（陕西省地方电力（集团）有限公司岐山县供电分公司陕西宝鸡722400）

摘要：基于网格化供电能力分析的配电网规划研究工作，是配电网规划理念的创新与突破，是从一个全新的角度观察、评估与规划电网，由于引入标准单元网格化的概念，使配电网设备、问题、负荷发展和规划方案都具备了空间属性。可以更为直观的了解地区电网优势、不足的分布情况。

关键词：网格化；供电能力；电网规划

0引言

20世纪90年代以来，随着国民经济的高速发展，综合商业商贸区、高密度居住区以及功能各异的经济开发区层出不穷，城市电力负荷的增长也明显加快，同时各级用户对供电可靠性需求也趋于多样化，部分城市出现大范围高可靠性需求区片，在用电需求与可靠性需求双重增长的形势下，配电网尤其是中低压配电网将面临巨大压力，如何予以应对并使城市配电网健康发展，成为供电企业面临的重要问题之一。

1研究目的

目前各级电网建设与管理部门对配电网，尤其是中压配电网重视程度日益提高，根据区域实际需求而展开的配电网研究工作也在同步进行，通过以负荷密度为基础推广标准化供电模式已经成为目前配电网建设的重要内容，规划工作作为电网建设的龙头，需要在规划理念、方法与手段上实现突破与创新。

本次研究所涉及的网格化并不是指配电网结构的网格化，而是指通过某种通用规则将规划区域进行单元化划分，使区域从整体上看成为多单元聚合的网格，然后针对每个单元以及单元聚合而成的整体进行评价、预测、规划和分析工作。研究需达到以下几方面目的：

建立一套城区网格化标准单元划分的办法与管理体系；

建立基于网格化供电能力分析的评价体系与实用方法；

完善基于负荷密度的网格化单元供电需求预测方法与手段；

形成具有可操作性的基于网格化供电能力分析的配电网规划方法；

2研究方法

本次研究主要分为理论研究和实践应用两个部分，其中理论研究主要在网格化基础上展开供电能力分析、电力需求预测、电网规划及优化等方面的理论研究；在此基础上以南湖区为例对理论研究成果进行实践应用。

目前城市建设发展已经从跳跃式发展期，逐步转向稳步扩张期，城市化地区范围不断扩大的同时，现有城市建成区及城市核心区发展进入一个相对平稳阶段，城市道路体系框架已经完善，建成区负荷分布与负荷密度分布规律性越来明显，已经具备将标准化、单元化管理的基础。

本次研究引入基元理论，将城市电网进行网格化、单元化划分，一方面建立评价标准单元供电能力的体系，以负荷密度为媒介分析研究标准单元负荷发展变化的前景与空间，将标准单元负荷发展、供电需求与单元电网供电能力进行对比分析，以此找出配电网存在的薄弱环节以及城区薄弱单元，以此作为后续规划的基础。

电网规划也可以建立在网格化基础上，从标准单元出发，规划方案首先满足标准单元供电需求，在此基础上从电网运行、管理及可靠性等多方面出发，标准单元间往来结构的优化与调整，以此形成最终规划方案。具体流程如图1所示。

3研究重点及实践

本次研究重点也难点有两个方面，第一是标准化单元划分方法，即如何形成网格；第二是构建一套适用于网格化的评价体系，既可以着眼于标准单元评价，又兼顾整个网格体系；这两项工作是对现有配电网规划方式、方法和理念的突破与创新，是一种全新的尝试。

3.1网格化划分的方法

如何网格化的对地区进行划分，形成具有可操作性，便于后续项目实施的标准单元划分方法，这也是本次研究的基础，经过前期沟通与研讨，我们认为划分方式方法可以根据最终标准单元的表现形式不同而不同，据此我们首先提出两种划分方法。

第一种方法以主、次干道为标准单元边界，按照城市用地、道路与空间布局进行标准单元划分，同时可以选择以面积相同或以负荷相同作为单元划分标准，以此控制标准单元的协同性，使其可以具有可比性，出于操作性，本次研究选择面积（一般不大于0.5平方公里）相同作为划分标准，可以将该方法称为街区划分法。

第二种方法以线路供电供电区域为单元边界，按照配电网线路、开关站和配变空间布局进行标准单元划分，同时以标准接线作为单元划分标准，使不同单元间具有可比性，可以将该方法称为供区划分法。

两种划分方法流程图如下所示。

两种划分方法最终呈现出的网格化区域模型表现形势有明显差异，具体体现在以下几个方面：

1）成果形式

街区法划分结果将得到一个单元外形及分布较为规则、排列有序、无交叉重叠的区域化模型，但由于开发建设与负荷密度差异，街区划分法所得到的各个标准单元负荷水平差异较大。

供区法划分结果所得到的模型内单元大小不一、不规则且有可能存在交叉与重叠，但因为按照线路供区和典型模式划分，标准单元的负荷水平差异不大，或差距比较有规律性。

2）操作可行性

街区法划分结果是规则有序排列的，且划分条件较为明确，操作性较强，但街区法对道路系统不完善的城郊结合区域和农村地区适应性较差。

供区法中线路供电区准确获取有一定难度，同时构成标准单元的典型接线模式及其衍生型变化较多，因此供区法实际操作具有一定难度。

3）负荷测算与供电能力分析

街区法成果各标准单元负荷水平差异较大，同时由于仅仅按照道路划分，故标准单元实际负荷获取较难，准确性有限，对单元供电能力分析有一定影响。

供区法划分后标准单元负荷水平获取较便捷，同时可以直接对应供电线路供电能力，后续分析体系构建较便捷。

4）成果针对性

两种方法划分成果中，标准单元面积大小差异较大，针对性也明显不同，街区法标准单元主要对于中压配变这一层面，其负荷大小也直接对应于单元内配变供电能力是否充足；供区法划分结果区域面积大小不一，但对应一个环网或接线组的完成供电范围，因此其负荷大小与线路供电能力有直接关系。

5）负荷预测

目前针对单元划分的负荷预测方法主要是空间负荷预测法，从划分成果形式看，街区法对空间负荷预测结果的适用性明显强于供区法。

综合分析两种方法，我们认为各有优势，因此将两种方法结合，形成一个兼具街区和线路供区的复合模型，先对规划区使用街区法划分，形成一级单元（街区）并编码，然后在街区法划分基础上使用供区法进行划分，每个联络组合供电区由若干一级单元构成，形成二级单元（联络组合供区）并编码，具体流程如下。

使用两种划分方法建立的复合模型兼具街区与供区的特点，在后续的评价过程中具有更强的操作性，但该方法中涉及到一级单元与二级单元（街区和供区）配合问题，一级单元大小如何取值在实际研究过程需要综合考虑负荷密度、供电区域特点等根据不同地域选用不同标准。

3.2基于网格化供电能力评估

运行水平与供电能力评价是绝大多数电网规划的基础，对于本次课题也是不可避免的，但传统评价供电能力评价着重于负荷与设备容量间的关系，多从电力系统自身出发，以变电站、主变、线路、配变等设备出发，较少考虑空间关系和设备相互关系。

基于网格化的供电能力评估，是一直从更微观的角度去解构配电网并将其按照一定关系进行重新组合的方法，因此可以做到一些传统评价方法所无法触及的方面，具体如下：

第一，通过复合编码可以使现有评价中所涉及到的设备直接对应到标准单元，使设备具有更加直观的空间属性；

第二，通过将设备与标准单元的关联，可以直观的了解不同区域的各级设备容量分布情况；

第三，通过设备容量与标准单元容量对比，可以从空间维度直接评价不同区域不同级别电网供电能力，可以直观的从区域判别何处、哪一级别电网需要增加供电能力。

综上所述基于网格化的供电能力评估工作有两个重点内容，第一是在标准单元划分的基础上，将现有配网设备与标准单元进行关联；第二是建立适应网格化模型的供电能力评价模型。

对于第一项工作，操作方法较为明确，配变、环网单元层面设备关联一级标准单元（街区），线路、主变层面设备关联二级标准单元（联络组合供电区）。

对于第二项工作，需要换位思考从网格化角度建立评价体系，初步设想构建三级评价体系，评价体系仅仅针对于中压配电网具体如下图所示。

从完整电网规划角度出发，上述指标体系还无法完全覆盖，因此传统评价体系中对高压电网设备的评价指标仍然需要，本节就不再重复，同时对于高压电网评价过程中也可以将评价结果与一级单元相关联的，使分析结果更加具体化。

此外在课题前期研究中，还考虑可以将单元评价指标与配电网智能化程度相关指标进行关联，可以从单元的角度分析自动化设备、智能化设备的覆盖水平，该部分内容可以进一步进行探讨和尝试。

评价体系的构建仅仅是实现评价的一个手段，评价结果才是最终使用者所关系的重点，通过评价体系可以有效直观的形成以单元为基础的配电网问题库。

问题库分为装备水平、技术水平、运行水平和供电能力四个部分，通过对评价结果的汇总与归类，结合单元编码，更为便捷的从空间角度发现问题分布情况，在解决问题过程中也可以从广的角度提出解决方案。

3.3需求预测及电网规划

前文所提及两个方面是本次研究的基础，后续电力需求预测及电网规划工作可以在划分与评估基础上，结合传统经验进一步展开。

对于电力需求预测可以结合一级单元展开，采用空间负荷预测方法，对不同规划阶段年进行相应预测，预测方法与传统方法一致，本节不再重复。

对于电网规划工作，我们认为应结合二级单元展开，以评估结果为依据，通过以下几个步骤完成规划方案编制：

第一，以装备水平评估结果为基础对二级单元所存在的现状问题进行研究，提出相应解决方案；

第二，分析二级单元所存在的技术、运行水平问题，尤其是网架结构合理性、运行均衡性和线路负载水平，提出具体解决方案；

第三，分析二级单元现状供电能力满足程度，同时结合其供电能力，在电力需求预测基础上，研究其对未来负荷发展的适应性，并提出相关解决方案；

第四，分析相邻二级单元间的关系，以及二级单元与其近、中、远期的供电电源点情况，提出对现状问题以及今后负荷发展适应性相关解决方案；

第五，综合上述几步所提方案，对其进行优化整合，形成该二级单元最终规划方案。

基于网格化供电能力分析的配电网规划方案应“以组网方式研究结果为目标”、“以高压电源点布局及建设时序为向导”、“以现状电网评估结果为依据”、“以需求分析结果为参考”、“以二级单元为单位”、“以电力通道为约束”形成逐一的解决方案。

4研究难点

在前期准备过程中，我们对项目实施过程中可能遇到的难点与问题进行了预想，结合之前规划工作的经验，主要有以下几个方面：

联络组合的划分，该项工作是二级单元划分的基础之一，对于标准单环、双环模式来说划分较为便捷，但对于复杂联络来说，将过多线路化为一个联络组合，将失去划分的效用，如何拆解、拆解方案得到广泛认同将是遇到的首要问题之一；

供电区划分，该工作也是二级单环划分的基础工作，实际操作中具体线路供电区划定相对复杂，需要多方配合反复校对，且还需要一定取舍；

二级单元与一级单元的配合：一级单元是按照标准大小，根据主、次干道进行划分，势必会与线路供电区产生冲突，边界不可能做到全部重叠，一级单元面积是一个关键，过小将失去划分意义，过大无法和供电区配合，因此在选则时综合考虑区域负荷密度、线路正常负荷和供电区等多种因素。

设备与单元的关联：该项工作是评估的基础，工作量相对较大，且关联规则需要提前制定。

5结束语

基于网格化供电能力分析的配电网规划研究工作，是配电网规划理念的创新与突破，是从一个全新的角度观察、评估与规划电网，由于引入标准单元网格化的概念，使配电网设备、问题、负荷发展和规划方案都具备了空间属性。可以更为直观的了解地区电网优势、不足的分布情况。

联络组合供电区概念的引入，更加强调从系统角度发现问题、解决问题，二级单元即为一个小系统，不同的二级单元聚合在一起就形成了一个大系统，用系统的眼光规划电网，规划方案将更加有条理和可操作性。

按照目前的实施设想，基于网格化供电能力分析的配电网规划研究工作将是一个庞大的系统工程，尤其是首次开展时，基础工作完成将会占用大量时间、人力和物力，进行全方位调研与沟通，才能确保划分结果准确，不影响后续规划项目的实施。