縣域配電網(wǎng)供電能力評(píng)估分析

朱娟娟

(陜西理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

[摘要]通過對(duì)陜西省西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析，基于模糊理論研究了西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的供電能力，分別選取了線路線損率、主干線路負(fù)載率、線路電壓合格率、主變?nèi)葺d比及配電網(wǎng)“N-1”運(yùn)行校驗(yàn)合格率等因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的整體供電能力進(jìn)行了評(píng)估分析，提出西鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造建設(shè)性的規(guī)劃建議。

[關(guān)鍵詞]配電網(wǎng)；供電能力；模糊評(píng)估；分析

[文章編號(hào)]1673-2944(2015)04-0017-06

[中圖分類號(hào)]TM715+.3

收稿日期：2014-12-17

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(12JK0575)；漢中市科技發(fā)展專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(2013hzzx-61)；陜西理工學(xué)院科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(slgky13-39)

作者簡(jiǎn)介：朱娟娟(1979—)，女，陜西省禮泉縣人，陜西理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析和電氣控制技術(shù)。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直接面向負(fù)荷的重要網(wǎng)絡(luò)單元?？茖W(xué)、有效地對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、評(píng)估，不僅可以保證用戶供電的可靠性、連續(xù)性，還可以提高供電企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)的供電能力通常指配電網(wǎng)在既滿足發(fā)電容量又滿足任意負(fù)載不過負(fù)荷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)所能提供的最大負(fù)荷。傳統(tǒng)的評(píng)估方法有容載比法、負(fù)荷倍數(shù)法、嘗試法和最大負(fù)荷法等[1]。這些評(píng)估方法不僅計(jì)算繁瑣，而且評(píng)估不能全面考慮相關(guān)因素。模糊理論則能較全面地反映影響配電網(wǎng)供電能力的各個(gè)因素，通過這些影響因素的綜合來反映整個(gè)城市配電網(wǎng)的供電能力情況[2-3]。因此，本文基于模糊評(píng)估理論對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的供電能力進(jìn)行了研究，選取影響配電網(wǎng)供電能力的主要因素作為評(píng)價(jià)因素，利用評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的整體供電能力進(jìn)行了評(píng)估。

1西鄉(xiāng)配電網(wǎng)現(xiàn)狀與分析

陜西省西鄉(xiāng)縣行政區(qū)建有35 kV變電站共3座，分別為峽口變電站、十里變電站和堰口變電站。3座變電站分別通過十峽線和十堰線與十里變電站的35 kV母線聯(lián)接。主變變壓器共計(jì)6臺(tái)，總?cè)萘?3.2 MVA，干線全長(zhǎng)60.87 km，構(gòu)成了整個(gè)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的主攻電源點(diǎn)。近幾年隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化速度加快，現(xiàn)有配電網(wǎng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)主要存在如下問題：

(1)縣域3座35 kV變電站均由110 kV西鄉(xiāng)變電站的1回35 kV西十線供電，主變?nèi)萘坑邢?，供電電源單一，該線路供電能力已達(dá)到極限，經(jīng)常處于超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致供電可靠性不高，供電質(zhì)量較差。

(2)縣城電網(wǎng)10 kV供電系統(tǒng)由35 kV十里變電站的10 kV城西線、電解線、城關(guān)線、農(nóng)堰線、城北線等組成，這幾條10 kV線路橫貫縣城東西，實(shí)現(xiàn)了手拉手運(yùn)行，但目前還沒有形成手拉手環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，導(dǎo)致電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，供電能力不足，電能質(zhì)量較差，電網(wǎng)整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平不高。

(3)縣域6座小水電站均通過這3座35 kV變電站上網(wǎng)，小水電運(yùn)行存在季節(jié)性特點(diǎn)，在枯水期、豐水期時(shí)，電廠發(fā)電量忽少忽增，小水電均不能提供穩(wěn)定、連續(xù)、可靠的電能。同時(shí)由于西十線輸送能力有限，在豐水期大量電能不能外送，水力資源不能充分利用。

2西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)供電能力模糊評(píng)估因素分析

影響縣域配電網(wǎng)供電能力的因素較多，根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)未來規(guī)劃及關(guān)注點(diǎn)的不同，應(yīng)合理選擇影響因素作為主要研究因素。本文基于模糊理論，通過對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)分析，結(jié)合目前配電網(wǎng)架構(gòu)現(xiàn)狀對(duì)西鄉(xiāng)配電網(wǎng)進(jìn)行綜合模糊評(píng)估[4-5]。

2.1評(píng)估因素選取

縣域配電網(wǎng)供電能力優(yōu)劣性評(píng)價(jià)首先應(yīng)該確定影響供電能力的主要影響因素。通過對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并考慮一線工程經(jīng)驗(yàn)因素，選取評(píng)估因素：(1)考慮配電網(wǎng)運(yùn)行效率方面，選取線路線損率；(2)考慮配電網(wǎng)利用率方面，選取主干線路負(fù)載率；(3)考慮供電質(zhì)量方面，選取線路電壓合格率；(4)考慮變電容量的利用率方面，選取主變?nèi)葺d比；(5)考慮配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)帶負(fù)荷能力方面，選擇配電網(wǎng)N-1運(yùn)行校驗(yàn)合格率。這5個(gè)評(píng)估因素基本能較全面、準(zhǔn)確地反映配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，而且這些影響因素可以通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算得到。

2.2評(píng)估因素模糊描述

按照模糊評(píng)估方法，對(duì)評(píng)估因素的統(tǒng)一描述。選用“良好”、“一般”和“不好”作為線路線損率、主干線路負(fù)載率、線路電壓合格率、主變?nèi)葺d比、配電網(wǎng)N-1運(yùn)行校驗(yàn)合格率的語(yǔ)言變量。

2.3隸屬度函數(shù)確定

依據(jù)國(guó)網(wǎng)公司《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[6]企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及《城市中低壓配電網(wǎng)改造技術(shù)導(dǎo)則》[7]電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和運(yùn)行情況，選取不同評(píng)估因素水平“良好”的閥值范圍如下：

1)線路線損率≤l%，隸屬度為l；≥3%，隸屬度為0；

2)主干線路負(fù)載率100%，隸屬度為0；50%~70%，隸屬度為l；0%，隸屬度為0；

3)線路電壓合格率100%，隸屬度為l；≥105%或≤95%，隸屬度為0；

4)主變變壓器容載比>2.2，隸屬度為0；1.8~2.2，隸屬度為l；<1.8，隸屬度為0；

5)配電網(wǎng)N-1校驗(yàn)合格率<85%，隸屬度為0；>90%，隸屬度為1。

通過對(duì)評(píng)估因素的閥值范圍選取，并設(shè)定閾值范圍不能突變。因此，選取半梯形和梯形做為這些評(píng)估因素的隸屬度函數(shù)曲線[3]。

根據(jù)這些隸屬度函數(shù)曲線分別建立上述評(píng)估因素的隸屬度函數(shù)。

2.3.1線路線損率

(2)

2.3.2主干線路負(fù)載率

(4)

2.3.3線路電壓合格率

(6)

2.3.4主變?nèi)葺d比

(8)

2.3.5配電網(wǎng)N-1校驗(yàn)合格率

(10)

2.4計(jì)算各因素平均隸屬度值

式中t1,t2為各個(gè)區(qū)間的下限和上限。

2.5評(píng)估因素模糊評(píng)估分析

通過對(duì)近年來的線路線損率、主干線路負(fù)載率、線路電壓合格率、主變?nèi)葺d比和配電網(wǎng)N-1校驗(yàn)合格率進(jìn)行歷史統(tǒng)計(jì)，利用模糊評(píng)估方法進(jìn)行分析。

2.5.1線路線損率評(píng)估分析

根據(jù)線路線損率的隸屬度函數(shù)式(1)和式(2)計(jì)算頻數(shù)和頻率分布如表1所示。

表1　線路線損率頻數(shù)和頻率分布表

根據(jù)表1中不同區(qū)間頻率比值及隸屬度值計(jì)算線路線損率水平“良好”、“一般”與“不好”的概率為：

P(G)=0.020 83×1+0.062 5×0.75+0.083 3×0.25=0.088 53，

P(M)=0.062 5×0.25+0.083 3×0.652+0.187 5×0.217=0.110 6，

P(B)=0.083 3×0.348+0.187 5×0.783+0.645 8×1=0.824 3。

由上述結(jié)果可知，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)干線線路線損水平“良好”的可能性為8.85%，“一般”的可能性為11.06%，“不好”的可能性為82.43%。

2.5.2主干線路負(fù)載率

根據(jù)線路負(fù)載率的隸屬度函數(shù)式(3)和式(4)計(jì)算頻數(shù)和頻率分布如表2所示。

表2　線路負(fù)載率頻數(shù)和頻率分布表

根據(jù)表2中不同區(qū)間頻率比值及隸屬度值計(jì)算線路負(fù)載率水平“良好”、“一般”與“不好”的概率為：

P(G)= 0.033 3×0+0.05×0+0.091 7×0.25+0.275×0.75+0.383×1+

0.058 3×0.5+0.041 7×0+0.058 3×0+0.008 3×0=0.641 3，

P(M)= 0.033 3×0+0.05×0.17+0.091 7×0.5+0.275×0.25+0.383×0+

0.058 3×0.5+0.041 7×0.75+0.058 3×0.25+0.008 3×0=0.198 1，

P(B)= 0.033 3×1+0.05×0.83+0.091 7×0.5+0.275×0.17+0.383×0+

0.058 3×0+0.041 7×0.25+0.058 3×0.75+0.008 3×1=0.229 9。

由上述結(jié)果可知，西鄉(xiāng)縣城網(wǎng)10 kV干線線路負(fù)載率水平“良好”的可能性為64.13%，“一般”的可能性為19.81%，“不好”的可能性為22.99%。

2.5.3線路電壓合格率

表3　電壓合格率頻數(shù)和頻率分布表

根據(jù)線路負(fù)載率的隸屬度函數(shù)式(5)和式(6)計(jì)算如表3所示的頻數(shù)和頻率分布表。

根據(jù)表3中不同區(qū)間頻率比值及隸屬度值計(jì)算線路電壓水平“良好”、“一般”與“不好”的概率為：

P(G)=0.166 7×1+0.666 7×0.83+0.166 7×0.33=0.775 1，

P(M)=0.166 7×0+0.666 7×0.17+0.166 7×0.375=0.175，

P(B)=0.166 7×0+0.666 7×0+0.166 7×0.625 =0.104 2。

由上述結(jié)果可知，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)干線線路電壓水平“良好”的可能性為77.51%，“一般”的可能性為17.5%，“不好”的可能性為10.42%。

表4　主變?nèi)葺d比合格率頻數(shù)和頻率分布表

2.5.4主變?nèi)葺d比

根據(jù)主變?nèi)葺d比的隸屬度函數(shù)式(7)和式(8)計(jì)算如表4所示的頻數(shù)和頻率分布表。

根據(jù)表4中不同區(qū)間頻率比值及隸屬度值計(jì)算主變?nèi)葺d比水平“良好”、“一般”與“不好”的概率為：

P(G)=0.010 95×0+0.298 6×0.5+0.413 7×1+0.153 4×0.5+0.123 3×0=0.639 7，

P(M)=0.010 95×0+0.298 6×0.5+0.413 7×0+0.153 4×0.5+0.1233×0=0.226，

P(B)=0.010 95×1+0.298 6×0.5+0.413 7×0+0.153 4×0.5+0.123 3×1=0.360 1。

由上述結(jié)果可知，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)主變?nèi)葺d比水平“良好”的可能性為63.97%，“一般”的可能性為22.6%，“不好”的可能性為36.01%。

2.5.5配電網(wǎng)N-1校驗(yàn)合格率

表5　N-1校驗(yàn)合格率頻數(shù)和頻率分布表

根據(jù)N-1運(yùn)行校驗(yàn)合格率的隸屬度函數(shù)式(9)和式(10)計(jì)算如表5所示的頻數(shù)和頻率分布表。

根據(jù)表5中不同區(qū)間頻率比值及隸屬度值計(jì)算N-1運(yùn)行校驗(yàn)合格水平“良好”、“一般”與“不好”的概率為：

P(G)=0.835 6×0+0.164 4×0.25+0×0+0×1=0.041 1，

P(M)=0.835 6×0+0.164 4×0.5+0×0.25+0×0=0.082 2，

P(B)=0.835 6×1+0.164 4×0.5+0×0+0×0=0.917 8。

由上述結(jié)果可知，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)干線線路“N-1”校驗(yàn)合格水平“良好”的可能性為4.11%，“一般”的可能性為8.22%，“不好”的可能性為91.78%。

3西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)整體供電能力評(píng)估

影響西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)供電能力的幾個(gè)主要因素的量化模糊結(jié)論已經(jīng)得到，接著從宏觀角度給出西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)整體供電能力的量化結(jié)論。

1)評(píng)估因素集構(gòu)造

2)評(píng)語(yǔ)集的構(gòu)造

3)不同評(píng)估因素的模糊分析組成的不同因素的評(píng)判集：

Z1=(0.088 5,0.110 6,0.824 3)， Z2=(0.641 3,0.198 1,0.229 9)，

Z3=(0.775 1,0.175 0,0.104 2)， Z4=(0.639 7,0.226 0,0.360 1)，

Z5=(0.041 1,0.082 2,0.917 8)。

4)構(gòu)造西鄉(xiāng)縣域電網(wǎng)供電能力的模糊評(píng)判矩陣

5)根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際及有關(guān)數(shù)據(jù)，選定各個(gè)因素對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)整體供電能力影響性的權(quán)重值如表6所示，表示成模糊集合。

表6　評(píng)估因素權(quán)重值

因此，Q=(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)=(0.15,0.3,0.15,0.3,0.1)。

6)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)整體供電能力評(píng)估結(jié)果為

G=(g1,g2,g3)=Q·R=(0.518 0,0.178 3,0.408 0)。

7)經(jīng)歸一化處理得到

綜上分析可知，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)供電能力處于“良好”水平的程度為46.92%，處于“一般”水平的程度為16.15%，處于“不好”的程度為36.96%。

4規(guī)劃建議

從現(xiàn)狀電網(wǎng)的評(píng)估結(jié)果來看，西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)的供電能力水平已達(dá)到現(xiàn)狀負(fù)荷水平的臨界點(diǎn)。利用上述分析結(jié)果對(duì)西鄉(xiāng)縣域配電網(wǎng)改造、規(guī)劃提出如下建議：

1)隨著負(fù)荷的進(jìn)一步增加，這些線路應(yīng)全線路進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)對(duì)電流互感器進(jìn)行增容更換，保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整。

2)從“N-1”校驗(yàn)合格率來看，整個(gè)縣域配電網(wǎng)主要干線的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理，遠(yuǎn)期應(yīng)實(shí)行10 kV主干線路形成“手拉手”環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，以提高供電的可靠性。

3)從統(tǒng)計(jì)計(jì)算的主變變壓器容載比結(jié)果可知，隨著負(fù)荷的快速發(fā)展，主變將會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象。35 kV十里變電站急需擴(kuò)容改造，同時(shí)從110 kV西鄉(xiāng)變電站再引1回35 kV線路，或著從110 kV葛石變電站引1回35 kV線路用于縣域用戶供電，以解決目前西鄉(xiāng)縣域電源點(diǎn)單一、供電能力受限的格局。

4)西鄉(xiāng)縣在縣城北部已經(jīng)形成了以櫻桃溝為中心的旅游景點(diǎn)開發(fā)，可以考慮在縣城北部建一座35 kV變電站，不僅可以解決北部用電問題，而且還可以形成橫貫縣城南北的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，將大大提升縣城供電能力和供電可靠性。

5結(jié)束語(yǔ)

本文基于模糊理論對(duì)西鄉(xiāng)配電網(wǎng)的供電能力進(jìn)行了評(píng)估分析，利用這些評(píng)估因素的分析結(jié)果對(duì)整個(gè)縣域配電網(wǎng)供電能力進(jìn)行了研究，提出了今后配電網(wǎng)規(guī)劃、改造的具體建議，這些規(guī)劃建議對(duì)提升配電網(wǎng)的供電能力有一定的參考價(jià)值。

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[責(zé)任編輯：張存鳳]

Evaluation of power supply capacity in county distribution network

ZHU Juan-juan

(School of Electrical Engineering, Shaanxi University of Technology,

Hanzhong 723000, China)

Abstract:Based on an analysis of the present situation of Xixiang county distribution network, and fuzzy theory, the study mainly probes into the power supply capacity of the distribution network in Xixiang county. Factors, such as wire loss rate, wireload rate, voltage qualification rate, the main transformer capacity load and distribution network “N-1” check qualification rate, are selected as major variables for evaluation. After an analysis of the factor evaluation, suggestions on future planning and building of power distribution network are made.

Key words:distribution network;power supply capacity;fuzzy evluation;analysis