王 慶 單來支 王發(fā)祥 榮 鵬

（國網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安271000）

0 引言

近年來，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行的要求越來越高，因此對(duì)電網(wǎng)的合理規(guī)劃和各種安全指標(biāo)的正確評(píng)估將直接影響到系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃的目的在于以恰當(dāng)?shù)耐顿Y提高電網(wǎng)的供電能力與供電質(zhì)量，滿足用電需求?？茖W(xué)的規(guī)劃對(duì)于指導(dǎo)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造至關(guān)重要，對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、合理布局以及提高供電可靠性具有重大指導(dǎo)意義。

供電可靠性評(píng)估、供電能力評(píng)估、供電質(zhì)量評(píng)估、供電經(jīng)濟(jì)性評(píng)估、短路電流評(píng)估、N－1評(píng)估等評(píng)估指標(biāo)的建立為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。完善的評(píng)估體系能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的安全隱患，做出預(yù)警，避免設(shè)備事故，將事故的損失降到最低。同時(shí)可根據(jù)評(píng)估指標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和調(diào)度，提升電網(wǎng)的整體運(yùn)行水平。本項(xiàng)目充分利用電力公司的數(shù)據(jù)資源，建立高效的多部門協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作平臺(tái)，該平臺(tái)能在電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行等部門間實(shí)現(xiàn)合理高效的規(guī)劃編制、實(shí)施等的管理流程，大大提高規(guī)劃工作效率。規(guī)劃輔助評(píng)估決策工具將為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)合理的電網(wǎng)、優(yōu)化巨量電網(wǎng)、優(yōu)化使用建設(shè)資金等提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)手段。

1 綜合量化評(píng)估

衡量配網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)估軟件平臺(tái)的性能指標(biāo)一般體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：

（1）供電安全性。配電網(wǎng)的供電安全性是指在供電的任意一個(gè)時(shí)間斷面，針對(duì)一組預(yù)想故障電網(wǎng)能夠保持對(duì)負(fù)荷正常持續(xù)供電的能力。在規(guī)劃中一般只需考慮全年最大負(fù)荷時(shí)的安全性，對(duì)電網(wǎng)發(fā)生預(yù)想事故后能否保持以及在多大程度上保持持續(xù)供電的能力進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，由此設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有“N－1校驗(yàn)”和“抗大面積停電能力”。

（2）供電可靠性。供電可靠性指電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在電網(wǎng)元件容量、母線電壓和系統(tǒng)頻率等的允許范圍內(nèi)，考慮電網(wǎng)中元件的計(jì)劃停運(yùn)以及合理的非計(jì)劃停運(yùn)條件下，向用戶提供全部所需的電力和電量的能力。

（3）經(jīng)濟(jì)性。電網(wǎng)規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)是電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目決策科學(xué)化、減少和避免決策失誤、提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。電網(wǎng)的“運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性”主要是從網(wǎng)損率和設(shè)備利用率角度進(jìn)行分析的。電網(wǎng)的“建設(shè)經(jīng)濟(jì)性”主要從資金投入、供電收益以及售電收入等角度出發(fā)，詳細(xì)分析電網(wǎng)投資在資金流動(dòng)過程中帶來的供電滿足程度和經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)的“年費(fèi)用”則是對(duì)電網(wǎng)的投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和損耗費(fèi)用進(jìn)行折算，以便于方案之間的經(jīng)濟(jì)比較。

（4）適應(yīng)性。電網(wǎng)規(guī)劃以負(fù)荷預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性要求電網(wǎng)應(yīng)該為后續(xù)發(fā)展留有余地，因此需要對(duì)電網(wǎng)適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。電網(wǎng)適應(yīng)性指標(biāo)包括資源裕度、供電能力裕度和電網(wǎng)擴(kuò)展裕度3項(xiàng)。

（5）協(xié)調(diào)性。電網(wǎng)是一個(gè)密不可分的整體，局部負(fù)載過重或過輕，都會(huì)給電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)供電造成巨大影響。高中壓電網(wǎng)之間也需要良好配合，否則較弱的電網(wǎng)將會(huì)削弱較強(qiáng)電網(wǎng)的供電水平。這里所說的電網(wǎng)配合主要體現(xiàn)在高中壓配電網(wǎng)供電能力匹配、各等級(jí)電網(wǎng)變電站容量匹配和負(fù)荷均衡等方面。

2 配網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)估系統(tǒng)的主要功能

地區(qū)配網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)估系統(tǒng)通過解析GIS系統(tǒng)導(dǎo)出的DXF文件獲取地區(qū)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解析SCADA系統(tǒng)導(dǎo)出的E文件獲取電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫同步方式獲取系統(tǒng)的運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，并用以上數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷密度分析、電網(wǎng)規(guī)劃、潮流計(jì)算、可靠性評(píng)估、電能質(zhì)量評(píng)估、N－1評(píng)估。其主要功能拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要功能拓?fù)鋱D

2.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)以GIS為配網(wǎng)數(shù)字化模型管理與展示手段，提供對(duì)電網(wǎng)各電壓等級(jí)變電站、配電室、架空線路、電纜線路的綜合管理功能。其能夠進(jìn)行變、配電站址編輯，對(duì)不同類型站所的地理分布位置進(jìn)行編輯，可以方便地將變電線路、電站進(jìn)線、電站出線、母線以及站內(nèi)開關(guān)、流變、避雷器、站內(nèi)刀閘等設(shè)備圖形繪制出來，并考慮電網(wǎng)的連接關(guān)系、電站出線與中壓電網(wǎng)的連接和拓?fù)潢P(guān)系、站內(nèi)設(shè)備的定位方式等因素。系統(tǒng)采用坐標(biāo)錄入、手工調(diào)整以及數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入等多種方式對(duì)線路進(jìn)行編輯維護(hù)，實(shí)現(xiàn)在地理圖上添加配電站、架空導(dǎo)線、發(fā)電站并顯示出用戶指定的文字標(biāo)注信息，同時(shí)提供便捷的工具處理設(shè)備的連接關(guān)系及電纜進(jìn)站。系統(tǒng)在繪制線路時(shí)提供設(shè)置設(shè)備屬性、設(shè)計(jì)設(shè)備內(nèi)部性能等功能，并提供配網(wǎng)線路設(shè)備包括公用變壓器、用戶變壓器、開關(guān)、刀閘、避雷器、電容器、故障指示器等的編輯功能，同時(shí)可建立設(shè)備同線路間的連接關(guān)系。

2.2 配電網(wǎng)評(píng)估

配電網(wǎng)評(píng)估是電網(wǎng)后規(guī)劃時(shí)期的重要指標(biāo)，是保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行的重要評(píng)估指標(biāo)，通過對(duì)各項(xiàng)電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的智能優(yōu)化和計(jì)算，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和自動(dòng)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式的目的。其主要目的是找出供電區(qū)的用電特征，影響供電可靠性、電壓質(zhì)量的主要原因以及各電壓等級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架、供電設(shè)施主要存在的問題。采用圖模一體化接線模式解析生成拓?fù)鋽?shù)據(jù)、潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算、N－1計(jì)算等多種分析手段，對(duì)電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電源比例、安全性和可靠性（包括容載比、負(fù)載率、線損率等）、技術(shù)合理性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定性和定量分析，能夠得出全面反映電網(wǎng)現(xiàn)狀特點(diǎn)的實(shí)用指標(biāo)。該系統(tǒng)配電網(wǎng)評(píng)估的主要功能有供電可靠性、供電能力、供電質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、短路電流、N－1、綜合評(píng)估等。

通過以上7種評(píng)估系數(shù)的測(cè)試評(píng)估和實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算，全面考慮電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行階段的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行要求，從而達(dá)到合理規(guī)劃建設(shè)和可靠運(yùn)行的目的。評(píng)估系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)評(píng)估功能

2.3 配電網(wǎng)評(píng)估專題圖管理

配電網(wǎng)專題圖的生成與數(shù)字電網(wǎng)模型的完整性、正確性密切關(guān)聯(lián)。各種專題圖的數(shù)據(jù)都來自電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，但有別于電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示，專題圖側(cè)重顯示電網(wǎng)設(shè)備之間的相對(duì)關(guān)系，根據(jù)需要確定是否精確地表示地理位置，并將重要的設(shè)備屬性信息以文本的方式標(biāo)注在專題圖上。系統(tǒng)完成電網(wǎng)建模后，可通過專題圖生成功能，根據(jù)一定的業(yè)務(wù)規(guī)則，自動(dòng)生成專題圖。系統(tǒng)為每種專題圖的數(shù)據(jù)放置建立了相應(yīng)的圖層，圖層結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)同樣，都建立幾何網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)修改后，系統(tǒng)提供更新功能來更新變化的部分，保證專題圖同電網(wǎng)數(shù)據(jù)的一致。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的專題圖包括負(fù)荷分布專題圖、負(fù)荷預(yù)測(cè)專題圖、可靠性專題圖等。

2.4 配電網(wǎng)規(guī)劃

（1）規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集。配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與及時(shí)性是科學(xué)規(guī)劃、正確決策的前提條件?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集整理模塊的作用是通過自動(dòng)采集與整理保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與及時(shí)性。根據(jù)電力公司關(guān)于規(guī)劃的管理規(guī)定，規(guī)劃部門是規(guī)劃管理的歸口單位，各相關(guān)單位按職責(zé)收集整理的規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要上報(bào)到規(guī)劃部門，再由規(guī)劃部門對(duì)其進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、比較與分析處理，形成全公司的完整規(guī)劃數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)上報(bào)的主要途徑是數(shù)據(jù)接口自動(dòng)采集，上報(bào)單位需要備份規(guī)定時(shí)間斷面的數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)揭?guī)劃部門；暫不具備接口自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)采用電子文檔上報(bào)，相關(guān)單位按規(guī)劃管理規(guī)定的要求定期將自行統(tǒng)計(jì)、整理的電子文檔傳送到規(guī)劃部門?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集整理模塊包含數(shù)據(jù)接口和電子文檔上報(bào)2部分。

（2）負(fù)荷分析與預(yù)測(cè)。負(fù)荷分析與預(yù)測(cè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)總電量、總負(fù)荷分析與預(yù)測(cè)，分行業(yè)電量、負(fù)荷分析與預(yù)測(cè)，分行業(yè)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)、負(fù)荷同時(shí)率、負(fù)荷曲線分析。繪制負(fù)荷分布圖，并實(shí)現(xiàn)任意劃定區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)等功能。分析各分區(qū)的負(fù)荷密度、增長率、各級(jí)變電容載比、電網(wǎng)密度與負(fù)荷的匹配情況，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯總功能，可以通過圖形、表格等形式對(duì)各區(qū)域、各年份的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，為電網(wǎng)建設(shè)改造項(xiàng)目的安排和電網(wǎng)規(guī)劃的滾動(dòng)修訂提供定量的依據(jù)。按年度分區(qū)、分電壓等級(jí)收集和積累最大負(fù)荷數(shù)據(jù)。

（3）DXF文件的解析。該系統(tǒng)開發(fā)出DXF文件的接口，能夠?qū)XF文件和配電網(wǎng)的組成部分做出正確的解析。同時(shí)可以進(jìn)行解析數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和導(dǎo)入，為進(jìn)一步生成拓?fù)?、拓?fù)滢D(zhuǎn)化和潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算等評(píng)估功能提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

（4）變電站選址定容。按綜合區(qū)塊容量、負(fù)荷密度和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等條件確定變電站的容量，同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化選址，使確定后的變電站不僅能夠滿足區(qū)塊的負(fù)荷需求，且建設(shè)投資成本降至最低，同時(shí)保證安全可靠運(yùn)行。

（5）高中低壓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。變電站選址和定容以后，通過3種優(yōu)化模式計(jì)算如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃使得網(wǎng)絡(luò)布線美觀而且節(jié)省投資資金。網(wǎng)絡(luò)可以沿道路規(guī)劃也可直線規(guī)劃，應(yīng)綜合各方面考慮，最終選擇一種安全可靠經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃結(jié)構(gòu)。

2.5 查詢功能

該配網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的查詢功能，極大程度上方便了使用者的各種操作和學(xué)習(xí)應(yīng)用。查詢功能如下：設(shè)備的定位和查找；設(shè)備的信息查詢和數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出；設(shè)備基本參數(shù)設(shè)置，如電壓等級(jí)設(shè)置、設(shè)備型號(hào)設(shè)置、區(qū)域劃分設(shè)置、負(fù)荷同時(shí)率設(shè)置等。詳細(xì)的查詢功能，不論是在初期軟件學(xué)習(xí)階段，還是在后期熟練使用階段，都是從使用者的使用習(xí)慣出發(fā)進(jìn)行合理的開發(fā)，如圖3所示。

圖3 供查詢?nèi)W(wǎng)設(shè)備信息

3 山東泰安地區(qū)電網(wǎng)的配網(wǎng)規(guī)劃及評(píng)估

結(jié)合山東泰安地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)有的設(shè)備容量和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)泰安地區(qū)配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃，需滿足具體的相關(guān)規(guī)劃和建設(shè)要求。綜合規(guī)劃評(píng)估要求開發(fā)軟件平臺(tái)，從以下4個(gè)方面進(jìn)行分析預(yù)測(cè)：

3.1 負(fù)荷密度分析

通過分析負(fù)荷密度可以很好地掌控電網(wǎng)規(guī)劃的預(yù)期計(jì)劃，為正式規(guī)劃做好一切準(zhǔn)備工作。檢測(cè)某一地區(qū)變壓器容量是否是當(dāng)前所需，是否滿足預(yù)測(cè)所需，從而保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)可靠地長期運(yùn)行下去。負(fù)荷密度公式為：負(fù)荷密度＝分塊地區(qū)總負(fù)荷容量／分塊地區(qū)總面積。不同的分塊地區(qū)負(fù)荷密度不一樣，在分配電能的同時(shí)要綜合考慮這些信息，使電能合理分布，經(jīng)濟(jì)合理調(diào)度，安全可靠運(yùn)行。

3.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)在電網(wǎng)規(guī)劃中處于首要位置，精確地預(yù)測(cè)才能保證電網(wǎng)正常跟隨時(shí)代的發(fā)展，才能促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法很多，但都是根據(jù)以往每年的負(fù)荷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來分析預(yù)測(cè)未來N年的負(fù)荷需求，并作為規(guī)劃建設(shè)初期的指導(dǎo)性指標(biāo)。

3.3 站點(diǎn)規(guī)劃及配網(wǎng)規(guī)劃

變電站的選址建設(shè)（圖4）和合理的容量分配，不僅關(guān)系到電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還關(guān)系到整個(gè)城市建設(shè)的發(fā)展和整個(gè)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。合理的配網(wǎng)規(guī)劃包括高中壓配網(wǎng)規(guī)劃（圖5）和低壓配網(wǎng)規(guī)劃（圖6）。優(yōu)化的配網(wǎng)規(guī)劃不論從選址建設(shè)還是線路長度損耗上都能達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化和城市美觀化的效果，也能從根本上降低電網(wǎng)事故率。

圖4 站點(diǎn)規(guī)劃圖

圖5 高中壓配網(wǎng)規(guī)劃布線（未沿實(shí)際路線布線）

圖6 低壓配網(wǎng)規(guī)劃布線（沿實(shí)際路線布線）

3.4 規(guī)劃評(píng)估

結(jié)合泰安地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和近幾年的負(fù)荷增長數(shù)據(jù)以及現(xiàn)實(shí)的規(guī)劃需求，應(yīng)用規(guī)劃評(píng)估軟件平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃合理性和可靠性驗(yàn)證，形成最終的規(guī)劃方案，保證電網(wǎng)正常運(yùn)行后的經(jīng)濟(jì)效益，長期發(fā)展的目的得以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

配網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)估軟件平臺(tái)的成功應(yīng)用，為泰安地區(qū)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全可靠運(yùn)行提供了有力的保障。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷密度計(jì)算、變電站選址、線路規(guī)劃等功能，并通過綜合指標(biāo)評(píng)估為規(guī)劃方案進(jìn)行量化評(píng)估。實(shí)踐證明，該平臺(tái)可減少規(guī)劃人員的工作量，為智能電網(wǎng)快速發(fā)展提供有力的規(guī)劃工具。

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