王立峰，陸四龍，余建平

(上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122)

各種配電網(wǎng)接線模式在可靠性、經(jīng)濟性上均有各自的特點，同時不同類型的地區(qū)在供電可靠性要求、電網(wǎng)投資回報、電源條件、電網(wǎng)通道條件等方面也有一定的差異。針對不同類型的地區(qū)，如何選取符合地區(qū)需求的一定電壓等級的配電網(wǎng)接線模式，是配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域中大家不斷研究的問題。選擇與待規(guī)劃區(qū)域相適應(yīng)的供電模式可以保障用戶的供電可靠性、提高電網(wǎng)投資效益，從而使電網(wǎng)實現(xiàn)精益化規(guī)劃，保證電網(wǎng)建設(shè)有序。

在實際配電網(wǎng)規(guī)劃中，對于為待規(guī)劃區(qū)域選取恰當(dāng)供電模式的問題，基于國內(nèi)外針對各種接線模式的主要特征及差異研究，目前常用的方法有:層次分析法［1］、逼近理想解法［2］、主成分分析法［3］、以及涌現(xiàn)出的新型算法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法［4］，各種方法出發(fā)點不同，解決思路不同，各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)決策的需要和方案的特點選擇合適的方法。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了選取配電網(wǎng)供電模式的理論及計算方法，通過特征匹配識別理論，對不同類型地區(qū)的特征與配電網(wǎng)可供選用供電模式的特征開展匹配分析，為不同類型地區(qū)選取供電模式提供了依據(jù)，得出了不同類型地區(qū)適合選用的接線模式，從而使電網(wǎng)實現(xiàn)精益化規(guī)劃，保障用戶的供電可靠性、提高電網(wǎng)投資效益，具有一定的指導(dǎo)意義。

1 匹配識別算法

設(shè)有某特征e，其特征值域為F，稱映射N:F×F→［0，1］為e的貼近度算子，如果N滿足N(x，x)=1，且N(x，y)=N(y，x)(x，y∈F)。N(x，y) 叫做x與y的貼近度。貼近度用來描述特征值對應(yīng)標(biāo)度之間的相近程度。本文貼近度算子［5］取:

應(yīng)用貼近度算子與綜合函數(shù)可構(gòu)造匹配度算子［5］:

綜合函數(shù)fm的作用是根據(jù)m個特征的量化標(biāo)度得到綜合標(biāo)度。

設(shè)特征集E={e1，e2，…，em}，其中ej(j=1，2，…，m)表示電網(wǎng)的第j個特征。特征e所有可能的標(biāo)度取值組成的集合稱為該特征的特征值域，記為F。特征集E中所有特征的特征值域的叉積稱為E的模式空間，記為L，即L=F1×F2×…×Fm，配電網(wǎng)中所有待選的供電模式構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)模式集:假設(shè)有n種供電模式，每種模式均用m類特征描述，則可用向量(c1，c2，…，cm)表示，即可得到一個 m×n的矩陣，矩陣的每一列分別代表一種供電模式的所有待匹配特征。對應(yīng)統(tǒng)一地區(qū)特征和電網(wǎng)特征指標(biāo)后，待識別模式即被匹配的地區(qū)也可以用一個1×m的列向量來表示其所有特征。

然后，利用匹配算子對模型構(gòu)造中的矩陣數(shù)據(jù)計算得到的一列矩陣即為待匹配地區(qū)分別與配電網(wǎng)中各種供電模式的匹配度。此列矩陣中值最大者即為與該地區(qū)最匹配的供電模式。

2 供電模式與區(qū)域的匹配

以城市110 kV電網(wǎng)為例，并選取供電模式中的接線模式為研究對象進行分析。

首先，對應(yīng)統(tǒng)一地區(qū)特征和供電模式特征指標(biāo)，例如，假設(shè)地區(qū)特征為用戶供電可靠性，則電網(wǎng)特征指標(biāo)則選取用戶供電可靠性;地區(qū)特征為電網(wǎng)投資回報，則電網(wǎng)特征相應(yīng)地選取投資經(jīng)濟性(經(jīng)濟標(biāo)幺值)，如此以一一對應(yīng)電網(wǎng)特征與地區(qū)特征。然后，采用統(tǒng)一標(biāo)度對地區(qū)特征和電網(wǎng)特征取值進行量化。

110 kV電網(wǎng)有多種接線模式可供選擇，各種接線模式在經(jīng)濟性，可靠性方面均有各自的特點［6～15］;同時城市中存在不同類型的地區(qū)，各類地區(qū)的供電可靠性要求、電網(wǎng)投資回報、電源條件、電網(wǎng)通道條件等特征均有一定的差異。

2.1 城市地區(qū)特征分析

按《某電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定》中電網(wǎng)建設(shè)與改造地區(qū)分級的總體原則和思路，結(jié)合城市產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的發(fā)展和調(diào)整，地區(qū)分級劃分如表2第1列。此外，通過調(diào)研大量的各類地區(qū)的規(guī)劃情況，從用戶供電可靠性、220 kV變電站數(shù)量(包括已有和規(guī)劃的)、土地通道資源、電網(wǎng)投資回報4個方面進行了分析，初步總結(jié)了各類地區(qū)的區(qū)域特征，見表2第2列。

2.2 城市110 kV電網(wǎng)各接線模式特征分析

為便于分析，其他邊界條件設(shè)定為110 kV主變?nèi)萘繛?0 MVA以及負(fù)載率為67%(主變?nèi)萘亢拓?fù)載率也均可作為供電模式特征參與匹配)，根據(jù)上海電網(wǎng)特點，110 kV電網(wǎng)可供選擇的不同接線模式［9］包括:雙電源輻射接線、雙電源環(huán)進環(huán)出接線、手拉手接線和手拉手T接接線。

與地區(qū)特征對應(yīng)，接線模式所選取的特性為:供電可靠性、資源利用和投資經(jīng)濟性，其中資源利用采用220 kV變電站倉位利用數(shù)量和線路通道長度來描述。

2.3 統(tǒng)一量化特征

根據(jù)大量研究結(jié)果，量化地區(qū)特征及電網(wǎng)接線模式特征，在量化過程中統(tǒng)一采用1-5標(biāo)度，即1，2，…，5依次分別代表特征的某種程度。例如對于用戶供電可靠性這個特征來說:1代表用戶供電可靠性要求低，2代表較低，3代表一般，4代表較高，5則代表高。同理可得1-5標(biāo)度在其他特征中的描述。

根據(jù)地區(qū)特征的調(diào)研結(jié)果，地區(qū)特征量化結(jié)果見表2第4列。

對各接線模式本身進行可靠性、220 kV變電站數(shù)量、土地通道資源、經(jīng)濟性等4個特征需求分析。并且按照1-5標(biāo)度給出各接線模式的量化結(jié)果如下:雙電源輻射接線(3，5，4，3)，雙電源環(huán)進環(huán)出接線(4，2，2，3)，手拉手接線(5，2，1，2)，手拉手T 接(3，3，2，4)。

在匹配計算中，先計算各個標(biāo)度值之間的貼近度，由于統(tǒng)一采用了1-5標(biāo)度，因此對于每一個特征各標(biāo)度值，其貼近度均為相同值。由式(1)可計算1-5標(biāo)度各取值的貼近度，見表1。

表1 特征標(biāo)度值的貼近度(N)Tab.1 Closeness of characteristic scale values(N)

2.4 權(quán)重向量的構(gòu)造

根據(jù)各個地區(qū)對不同接線模式的4個特征需求的側(cè)重點不同，構(gòu)造出權(quán)重向量來代表各特征的重要度比重。如:第一類地區(qū)要求供電可靠性與電纜通道利用率均較高，故標(biāo)識它們重要度的值均取40%;而220 kV變電站數(shù)量和電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟性可不作為關(guān)鍵因素，故標(biāo)識它們重要度的值均取10%。因此，此地區(qū)接線模式特征需求的權(quán)重向量即可構(gòu)造為(0.4，0.1，0.4，0.1)。

8類地區(qū)權(quán)重向量構(gòu)造如表2第5列所示。

表2 地區(qū)特征分析及其特征向量，地區(qū)需求及其權(quán)重向量Tab.2 Analysis of characteristics and needs of the region and its eigenvectors and weight vectors

2.5 特征初步匹配

通過建立配電系統(tǒng)中的供電模式與地區(qū)匹配問題的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)量化特征時的取值標(biāo)度計算各特征標(biāo)度值之間的貼近度，然后綜合考慮地區(qū)特征需求并根據(jù)模式空間所選取的匹配算子，計算得出地區(qū)與各種供電模式的匹配度，以此尋求最佳匹配方案。

采用式(3)為綜合函數(shù)，通過計算得出各地區(qū)與各類110 kV電網(wǎng)接線模式的匹配值，值越大，匹配度越高。最終結(jié)果如表3所示。

表3 不同地區(qū)適合的不同主變?nèi)萘考安煌?10 kV電網(wǎng)接線分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of different main transformer capacity and 110 kV network connections in different regions

3 實例分析

本文選取的典型區(qū)域為某新城(平均負(fù)荷密度20 MW/km2)，遠期負(fù)荷預(yù)測:《某新城中心城高中壓配電網(wǎng)規(guī)劃》中的遠期負(fù)荷預(yù)測得出規(guī)劃區(qū)整體遠期負(fù)荷為689～766 MW，平均負(fù)荷密度為18.3 ～ 20.4 MW/km2。屬于第二級地區(qū)的新城及市郊現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)。220 kV電源情況:規(guī)劃區(qū)內(nèi)的220 kV#1站以及規(guī)劃區(qū)外西北部的220 kV#2站為本次規(guī)劃中高壓配電變電站的主供電源。

對不同主變?nèi)萘考皩?yīng)的110 kV電網(wǎng)接線的方案進行可靠性、綜合經(jīng)濟和資源利用情況的比較，并進行特征匹配分析，以驗證不同地區(qū)對不同主變?nèi)萘恳约安煌泳€模式的匹配結(jié)果。

110 kV不同主變?nèi)萘考皩?yīng)電網(wǎng)接線模式的可靠性分析是基于網(wǎng)絡(luò)接線模式分析各個方案的可靠性，其可靠性分析結(jié)果只與網(wǎng)絡(luò)接線模式有關(guān)，而與地區(qū)的負(fù)荷規(guī)模、變電站的數(shù)量無關(guān)，經(jīng)濟性及資源利用分析見表4。

某新城屬于第二級地區(qū)的新城及市郊現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)，特征向量取為(3，3，3，1)，權(quán)重向量為(0.2，0.4，0.3，0.1)，故最終匹配值為(0.585，0.76，0.65，0.865)，南江新城架空網(wǎng)宜采用手拉手T接接線模式，與前面匹配結(jié)果相同。

表4 某新城各接線模式的經(jīng)濟性及資源利用分析結(jié)果Tab.4 Economy and resource utilization analysis results with different connection modes in a new city

4 結(jié)論

本文從地區(qū)特征和配電網(wǎng)供電模式特征入手，對城市110 kV電網(wǎng)的雙電源輻射接線、雙電源環(huán)進環(huán)出接線、手拉手接線以及手拉手架空T接四種接線模式的技術(shù)性和經(jīng)濟性進行理論研究，并對地區(qū)以及各種110 kV電網(wǎng)接線模式的匹配度進行計算，最終得出針對不同條件地區(qū)適用的不同的110 kV電網(wǎng)接線模式，通過對典型區(qū)域的實例驗證。

(1)本文基于匹配識別理論，結(jié)合了用于配電網(wǎng)接線模式選型的綜合評估體系，有機整合了經(jīng)濟性、可靠性、資源利用等方面的相關(guān)指標(biāo)，能夠更合理地選擇與規(guī)劃地區(qū)匹配的接線模式。

(2)依據(jù)本文思路，同樣能將該方法應(yīng)用于配電網(wǎng)供電模式的選型，包括電源接線模式，主變?nèi)萘考柏?fù)載率選擇。

(3)本文方法簡單，思路清晰，對城市電網(wǎng)供電接線模式選型的算例分析驗證了該方法的合理性和有效性。

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