白浩，袁智勇，周長(zhǎng)城，唐炳南，吳爭(zhēng)榮，雷金勇

(1. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州510663；2. 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣州510663)

0 引言

科學(xué)合理地評(píng)價(jià)配電網(wǎng)運(yùn)行效率對(duì)提高設(shè)備利用水平、保障配網(wǎng)可靠供電和節(jié)約投資費(fèi)用有重大意義[1 - 3]，因而成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域所關(guān)注的焦點(diǎn)。文獻(xiàn)[4]考慮設(shè)備的負(fù)荷率、負(fù)載率峰值以及實(shí)際運(yùn)行年限，提出一種考慮全壽命周期的電氣設(shè)備利用率評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[5]提出一種基于負(fù)荷持續(xù)曲線(xiàn)的設(shè)備運(yùn)行效率評(píng)價(jià)模型，用于反映配電網(wǎng)整體運(yùn)行效率及各層級(jí)設(shè)備運(yùn)行效率之間的協(xié)調(diào)程度。文獻(xiàn)[6]結(jié)合負(fù)載率的概念對(duì)設(shè)備利用率進(jìn)行定義，并考慮“N-x”準(zhǔn)則、負(fù)荷特性、負(fù)荷發(fā)展等影響因素，提出配電網(wǎng)設(shè)備利用率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的提升措施。文獻(xiàn)[7]采用灰色關(guān)聯(lián)閾值變權(quán)方法調(diào)整層次分析法AHP確定的多個(gè)配電網(wǎng)設(shè)備利用率指標(biāo)權(quán)重，避免指標(biāo)關(guān)聯(lián)造成的影響，并提出一種利用調(diào)整后的權(quán)重和最優(yōu)化思想確定模糊測(cè)度的方法，得到設(shè)備利用率綜合評(píng)價(jià)值。文獻(xiàn)[8]構(gòu)建一套計(jì)及分布式電源的影響的有源配電網(wǎng)設(shè)備利用率影響因子體系，提出一種基于Pignistic概率距離的影響因子價(jià)值計(jì)算方法。文獻(xiàn)[9]對(duì)在全壽命周期下配電網(wǎng)設(shè)備負(fù)荷率、負(fù)載率和預(yù)期壽命的合理值進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上確定配電網(wǎng)設(shè)備全壽命周期利用率的合理范圍。文獻(xiàn)[10]從電網(wǎng)運(yùn)行效率和投資效益2個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建一套計(jì)及新能源接入的電網(wǎng)效率效益評(píng)估指標(biāo)體系，并提出基于古林法的改進(jìn)物元可拓模型，得到歷年效率評(píng)估值、效益評(píng)估值和綜合評(píng)估值。文獻(xiàn)[11]以負(fù)荷特性、負(fù)荷布局、電網(wǎng)發(fā)展程度、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)4個(gè)電網(wǎng)基本特征為基礎(chǔ)，構(gòu)建高壓配電網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并基于相關(guān)性分析方法提出一種高壓配電網(wǎng)運(yùn)行效率評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[12]提出一種電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行效率評(píng)估三階段方法，先應(yīng)用規(guī)模報(bào)酬可變的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型獲得投入松弛量，再利用環(huán)境變量回歸擬合松弛量后對(duì)投入變量作修正，最后將修正后的投入變量代入數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型作效率評(píng)估。

上述文獻(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行效率評(píng)價(jià)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是分析配電網(wǎng)運(yùn)行效率的主要影響因素，歸納出合理的運(yùn)行效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合各類(lèi)權(quán)重賦值方法對(duì)設(shè)備運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。該類(lèi)方法雖然系統(tǒng)地展示出不同影響因素對(duì)于設(shè)備運(yùn)行效率的影響，但是具體指標(biāo)的選擇及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重缺少科學(xué)合理的依據(jù)。另一類(lèi)是基于設(shè)備實(shí)際負(fù)荷和負(fù)載能力的關(guān)系對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，該類(lèi)方法在分析設(shè)備負(fù)載能力時(shí)，大都基于“N-1”安全準(zhǔn)則的剛性約束，計(jì)算得到設(shè)備負(fù)載能力仍有很大的提升空間。此外配電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，鮮有學(xué)者針對(duì)不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)下設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題進(jìn)行詳盡地分析。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文從中壓配電線(xiàn)路出發(fā)，首先通過(guò)對(duì)效率含義的解析，綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性得出中壓配電線(xiàn)路運(yùn)行效率的定義，并利用實(shí)際負(fù)載率和綜合考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性的最佳負(fù)載能力衡量運(yùn)行效率。其次，選取系統(tǒng)總電量不足(ENS)和平均供電可用度(ASAI)為可靠性指標(biāo)，通過(guò)用戶(hù)數(shù)解析對(duì)ASAI與線(xiàn)路負(fù)載率之間的關(guān)系進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)線(xiàn)路的序貫蒙特卡洛法可靠性評(píng)估流程。再次，將可靠性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為停電損失，以全壽命周期經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)構(gòu)建中壓配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力優(yōu)化模型。最后通過(guò)算例分析驗(yàn)證了本文所提方法的有效性和實(shí)用性。

1 中壓配電線(xiàn)路運(yùn)行效率

1.1 運(yùn)行效率定義及評(píng)價(jià)方法

在現(xiàn)有研究中，效率主要用于評(píng)價(jià)單位時(shí)間完成的工作量和評(píng)價(jià)使用有限資源以滿(mǎn)足人類(lèi)愿望的程度。對(duì)于配電設(shè)備來(lái)說(shuō)，單位時(shí)間設(shè)備的工作量對(duì)應(yīng)設(shè)備電能傳輸?shù)墓β?，利用有限資源的程度對(duì)應(yīng)設(shè)備的負(fù)載率，使用者期望設(shè)備持續(xù)可靠的供電。所以中壓配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率定義為在滿(mǎn)足一定供電可靠性的情況下，設(shè)備利用的經(jīng)濟(jì)程度。

評(píng)價(jià)中壓配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率既要反映設(shè)備運(yùn)行性能的好壞，即反映供電持續(xù)性的可靠率、運(yùn)行損耗的線(xiàn)損率和供電質(zhì)量的電壓合格率，又要體現(xiàn)對(duì)設(shè)備利用的經(jīng)濟(jì)性。所以用下述公式評(píng)價(jià)中壓配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率P。

(1)

式中：mli為該配電線(xiàn)路在評(píng)價(jià)周期內(nèi)第i次采集的實(shí)際負(fù)載率；n為在評(píng)價(jià)周期內(nèi)采集的總次數(shù)；mE為配電線(xiàn)路綜合考慮可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳負(fù)載率能力。

1.2 運(yùn)行效率影響因素

基于上述對(duì)運(yùn)行效率的定義以及評(píng)價(jià)方法，可以得出運(yùn)行效率的主要影響因素包括以下3個(gè)方面。

1)可靠性需求?？煽啃孕枨笤礁?，配電線(xiàn)路故障時(shí)允許出現(xiàn)的停電時(shí)間越短，需轉(zhuǎn)供的負(fù)荷量越大。這會(huì)影響線(xiàn)路正常運(yùn)行的負(fù)載能力，進(jìn)而影響配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率。

2)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。配電線(xiàn)路接線(xiàn)模式中聯(lián)絡(luò)對(duì)象越多，故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)供路徑越多，所以配電線(xiàn)路正常運(yùn)行的負(fù)載能力越大。這對(duì)配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率有很大影響。

3)負(fù)荷特性。在電力用戶(hù)中，不同類(lèi)型負(fù)荷的負(fù)荷特性曲線(xiàn)各不相同，這既影響配電線(xiàn)路產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又導(dǎo)致在不同時(shí)刻出現(xiàn)故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)供的難易程度有所差異，這些因素都會(huì)影響到配電線(xiàn)路的運(yùn)行效率。

2 中壓配電線(xiàn)路可靠性評(píng)估

2.1 可靠性指標(biāo)與線(xiàn)路負(fù)載率關(guān)系解析

供電可靠性主要用以量度和評(píng)估電力系統(tǒng)向電 力用戶(hù)提供不間斷的合格電能的能力。本文為了考慮中壓配電線(xiàn)路可靠性失電成本和可靠性約束條件，分別選取系統(tǒng)總電量不足(ENS，其值用E表示)與平均供電可用度(ASAI，其值用A表示)作為可靠性指標(biāo)，其計(jì)算方法如下所示。

(2)

(3)

從平均供電可用度的計(jì)算公式中可以看出，用戶(hù)數(shù)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，可以通過(guò)用戶(hù)數(shù)以及單位用戶(hù)數(shù)的負(fù)荷量[13]構(gòu)建起可靠性指標(biāo)與線(xiàn)路負(fù)載率之間的關(guān)系。此時(shí)ASAI又可表示為：

(4)

式中：Tks為第k次故障時(shí)第s個(gè)負(fù)荷點(diǎn)用戶(hù)停電的時(shí)間；mls為第s個(gè)負(fù)荷點(diǎn)所在饋線(xiàn)的負(fù)載率峰值；Als為第s個(gè)負(fù)荷點(diǎn)所在饋線(xiàn)的容量；Ms為第s個(gè)負(fù)荷點(diǎn)單位用戶(hù)數(shù)的負(fù)荷量；a為中壓配電線(xiàn)路的負(fù)荷點(diǎn)總數(shù)；[·]表示向下取整。

2.2 不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)線(xiàn)路可靠性評(píng)估流程

常用的可靠性計(jì)算方法主要有解析法[14]與蒙特卡洛模擬法[15]兩大類(lèi)。其中蒙特卡洛模擬法不僅比較直觀，而且更容易體現(xiàn)負(fù)荷變化對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。本文基于上述分析構(gòu)建起線(xiàn)路負(fù)載率與可靠性指標(biāo)之間的關(guān)系，采用狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣的序貫蒙特卡洛法[16]對(duì)中壓配電線(xiàn)路在不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，具體流程如下。

步驟1：確定線(xiàn)路中不同類(lèi)型負(fù)荷的比例，按照該比例對(duì)不同類(lèi)型負(fù)荷的典型負(fù)荷特性曲線(xiàn)疊加得到代表不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)的用戶(hù)負(fù)荷特性曲線(xiàn)，并利用該曲線(xiàn)構(gòu)建負(fù)荷時(shí)序模型[17]以反映負(fù)荷的時(shí)變特性。

步驟2：初始化模擬時(shí)鐘為0，隨機(jī)生成每個(gè)元件的失效前運(yùn)行時(shí)間TTF。找出最小的TTF,r，對(duì)該元件生成修復(fù)時(shí)間TTR,r，并將模擬時(shí)鐘推進(jìn)到TTF,r。

步驟3：由負(fù)荷時(shí)序模型讀取第r個(gè)元件故障時(shí)配電線(xiàn)路所帶用戶(hù)的負(fù)荷值，并基于饋線(xiàn)分區(qū)的故障分析過(guò)程[18]，確定各用戶(hù)的停電時(shí)間。

步驟4：生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為元件r新的運(yùn)行時(shí)間T′TF，r。

步驟5：判斷模擬時(shí)鐘是否跨年，未跨年則將記錄的所有用戶(hù)停電時(shí)間累加到當(dāng)年停運(yùn)時(shí)間中；如跨年則采用式(2)計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

步驟6：判斷模擬時(shí)鐘是否推進(jìn)到了滿(mǎn)足評(píng)估精度所需時(shí)間長(zhǎng)度，達(dá)到模擬過(guò)程結(jié)束，統(tǒng)計(jì)各個(gè)模擬年的可靠性指標(biāo)并求平均值，未達(dá)到則返回步驟2。

3 中壓配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力優(yōu)化模型

確定中壓配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力需要綜合考慮可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。由于平均供電可用度的差異性可以通過(guò)不同的停電損失反映，所以本文以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)構(gòu)建單目標(biāo)優(yōu)化模型。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

中壓配電線(xiàn)路全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析主要包括配電線(xiàn)路可靠性成本、設(shè)備建設(shè)投資和檢修維護(hù)費(fèi)用以及配電線(xiàn)路收益。但是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配電線(xiàn)路收益占電網(wǎng)總收益的比例難以直接衡量。本文利用該比例為常數(shù)的特點(diǎn)，以配電線(xiàn)路總投入與電網(wǎng)收益最小為目標(biāo)，間接地衡量配電線(xiàn)路的經(jīng)濟(jì)性。

(5)

式中：B為投資效益比；CRel、Ceq、CPro分別為配電線(xiàn)路可靠性成本、配電線(xiàn)路建設(shè)投資和檢修維護(hù)費(fèi)用以及電網(wǎng)收益。

3.1.1 配電線(xiàn)路靠性成本CRel

常用的可靠性成本計(jì)量方式是停電損失。停電損失是由于故障停電對(duì)電網(wǎng)和用戶(hù)造成的經(jīng)濟(jì)損失，隨負(fù)荷類(lèi)型、數(shù)量以及停電時(shí)間變化較大，是經(jīng)濟(jì)性分析中的可變成本。本文先按照不同類(lèi)型負(fù)荷各自停電損失及比例疊加得到代表不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)的單個(gè)用戶(hù)停電損失Ckj，進(jìn)一步再得到可靠性成本CRel的計(jì)算公式。

Ckj=xCRe+yCIn+zCCo

(6)

(7)

式中：x、y、z分別為線(xiàn)路中居民負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷和商業(yè)負(fù)荷的比例；CRe、CIn、CCo分別為每小時(shí)居民、工業(yè)和商業(yè)單位負(fù)荷的停電損失。

3.1.2 設(shè)備建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用Ceq

設(shè)備建設(shè)投資和檢修維護(hù)費(fèi)用基本不隨負(fù)荷類(lèi)型及數(shù)量變化，是經(jīng)濟(jì)性分析中的固定成本，計(jì)算方式如下所示。

Zeq=πLL(1+TeqβL)+πKNK(1+TeqβK)+
πPNP(1+TeqβP)

(8)

(9)

式中：Zeq配電設(shè)備建設(shè)投資費(fèi)用；πL、πK、πP分別為配電線(xiàn)路、開(kāi)關(guān)元件和配變的單位建設(shè)投資費(fèi)用；L為配電線(xiàn)路長(zhǎng)度；Nk、Np為開(kāi)關(guān)元件和配變數(shù)量；Teq為設(shè)備的壽命周期；βL、βK、βP分別配電線(xiàn)路、開(kāi)關(guān)元件和配變的年檢修費(fèi)用率；f為電力工業(yè)貼現(xiàn)率。

3.1.3 電網(wǎng)收益CPro

電價(jià)收益是電網(wǎng)收益的主要來(lái)源，隨負(fù)荷類(lèi)型及數(shù)量變化較大，計(jì)算方法如下所示。

CE,s=xCE，Re+yCE,In+zCE,Co

(10)

(11)

式中：CE,Re、CE,In、CE,Co分別代表居民負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷和商業(yè)負(fù)荷的用電電價(jià)；CB為標(biāo)桿電價(jià)；Ms(t)為第s個(gè)負(fù)荷點(diǎn)實(shí)時(shí)負(fù)荷值。

3.2 約束條件

1)設(shè)備負(fù)載率約束

0≤mL≤1

(12)

0≤mP,d≤1

(13)

式中：mL為中壓配電線(xiàn)路負(fù)載率；mP,d為各配變負(fù)載率。

2)設(shè)備負(fù)荷匹配約束

(14)

式中：AL為中壓配電線(xiàn)路的容量；AP為配變的容量。

3)可靠性約束

A≥R

(15)

式中R為結(jié)合配電線(xiàn)路運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)定的可靠性目標(biāo)。

3.3 求解流程

本文以全壽命周期經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)構(gòu)建了中壓配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力優(yōu)化模型，并采用MATLAB自帶的fmincon函數(shù)實(shí)現(xiàn)了不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)下線(xiàn)路最佳負(fù)載能力求解。對(duì)于目標(biāo)函數(shù)中的可靠性成本，本文先采用狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣的序貫蒙特卡洛法進(jìn)行可靠性評(píng)估，再基于可靠性評(píng)估中統(tǒng)計(jì)的停電負(fù)荷及時(shí)間計(jì)算出用戶(hù)的停電損失。當(dāng)?shù)^(guò)程中線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)果收斂或達(dá)到最大迭代次數(shù)時(shí)，算法達(dá)到終止條件，同時(shí)輸出線(xiàn)路在負(fù)荷峰值時(shí)刻的負(fù)載率作為該負(fù)荷結(jié)構(gòu)下線(xiàn)路最佳負(fù)載能力。配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力求解流程圖如圖1所示。

圖1 配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力求解流程圖Fig.1 Flow chart for solving the optimal load factor of distribution lines

4 算例分析

4.1 算例概況

以某地區(qū)中壓配電線(xiàn)路結(jié)構(gòu)作為算例，如圖2所示。配電線(xiàn)路總長(zhǎng)度10 km，容量6.91 MVA。線(xiàn)路建設(shè)成本25萬(wàn)元/km，年檢修費(fèi)用率3.8%。配電變壓器建設(shè)成本60萬(wàn)元/臺(tái)，年檢修費(fèi)用率5.0%。開(kāi)關(guān)元件建設(shè)成本2萬(wàn)元/個(gè)，年檢修費(fèi)用率4.5%。三類(lèi)設(shè)備的使用壽命均為10a。工業(yè)、商業(yè)與居民負(fù)荷點(diǎn)電價(jià)分別為0.68元/(kW·h)、0.86/(kW·h)、0.54元/(kW·h)，標(biāo)桿電價(jià)為0.3元/(kW·h)。在可靠性計(jì)算的過(guò)程中，配電線(xiàn)路平均故障率0.065次/(km·a)，平均修復(fù)時(shí)間5 h；配電變壓器平均故障率0.013次/(臺(tái)·a)，平均替換時(shí)間5 h；開(kāi)關(guān)元件平均故障率0.006次/(個(gè)·a),平均修復(fù)時(shí)間5 h。故障隔離時(shí)間與隔離后的轉(zhuǎn)供時(shí)間均取1 h。工業(yè)、商業(yè)與居民負(fù)荷點(diǎn)的單位負(fù)荷量大小分別為0.847 2 MW/戶(hù)、0.469 7 MW/戶(hù)、0.180 2 MW/戶(hù)。

圖2 中壓配電線(xiàn)路結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of medium voltage distribution lines

4.2 算例結(jié)果

本文首先分析了中壓配電線(xiàn)路在不同類(lèi)型負(fù)荷下僅考慮可靠性指標(biāo)以及綜合考慮可靠性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的最佳負(fù)載能力。然后結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景中可能出現(xiàn)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，給出了在不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)下線(xiàn)路最佳負(fù)載能力分布規(guī)律。

4.2.1 僅考慮可靠性的線(xiàn)路最佳負(fù)載能力

本節(jié)以工業(yè)負(fù)荷為例計(jì)算出不同接線(xiàn)模式下可靠性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路負(fù)載能力邊界，以單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)為例計(jì)算出不同類(lèi)型負(fù)荷下可靠性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路負(fù)載能力邊界，具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同可靠性指標(biāo)的線(xiàn)路負(fù)載能力邊界Fig.3 Line load capacity boundary with different reliability index

在僅考慮可靠性指標(biāo)的情況下，滿(mǎn)足可靠性約束的線(xiàn)路最大負(fù)載能力即為線(xiàn)路最佳負(fù)載能力。從圖3中可以看出，當(dāng)中壓配電線(xiàn)路的負(fù)載能力低于其滿(mǎn)足“N-1”安全準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的負(fù)載能力時(shí)，可靠性指標(biāo)不再發(fā)生變化。當(dāng)線(xiàn)路的負(fù)載率峰值等于或低于其滿(mǎn)足“N-1”安全準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的負(fù)載率峰值時(shí)，即使線(xiàn)路首段發(fā)生故障，其所帶負(fù)荷在峰值時(shí)刻也能通過(guò)其他聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)供。

當(dāng)線(xiàn)路負(fù)載能力相同但負(fù)荷類(lèi)型不同時(shí)，可靠性指標(biāo)也有明顯區(qū)別。因?yàn)椴煌?fù)荷類(lèi)型的線(xiàn)路負(fù)載率即使在峰值時(shí)刻相同，由于負(fù)荷特性的差異，其平均負(fù)載率并不相同。線(xiàn)路所帶負(fù)荷滿(mǎn)足“N-1”安全準(zhǔn)則的時(shí)間越長(zhǎng)，可靠性指標(biāo)越大。

4.2.2 考慮可靠性與經(jīng)濟(jì)性的線(xiàn)路最佳負(fù)載能力

在綜合考慮配電線(xiàn)路可靠性與經(jīng)濟(jì)性的分析過(guò)程中，停電損失與用戶(hù)類(lèi)型緊密相關(guān)。其中工業(yè)用戶(hù)的停電損失雖然整體較大，但由于其用電時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷量大，單位千瓦時(shí)的停電損失將低于商業(yè)用戶(hù)。此外，相同類(lèi)型的用戶(hù)停電損失也會(huì)存在一定差異。本文選擇3類(lèi)典型負(fù)荷的停電損失統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[19]，挖掘線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)性與負(fù)載能力的整體規(guī)律并分析線(xiàn)路最佳負(fù)載能力，如圖4所示。

圖4 線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與負(fù)載能力關(guān)系Fig.4 Relationship between economy index and load capacity

在綜合考慮可靠性與經(jīng)濟(jì)性的情況下，經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)點(diǎn)即為線(xiàn)路最佳負(fù)載能力。從圖4中可以看出，純工業(yè)負(fù)荷和純商業(yè)負(fù)荷存在投入與產(chǎn)出比值的最小點(diǎn)，即經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)點(diǎn)；純居民負(fù)荷在線(xiàn)路負(fù)載能力小于可靠性約束對(duì)應(yīng)的負(fù)載能力時(shí)，線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與負(fù)能力的關(guān)系曲線(xiàn)呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)工業(yè)和商業(yè)負(fù)荷的線(xiàn)路負(fù)載能力較高時(shí)，用戶(hù)停電損失將迅速增大，甚至超過(guò)收益的增長(zhǎng)速度。對(duì)于這兩類(lèi)用戶(hù)，配電線(xiàn)路在運(yùn)行中應(yīng)為負(fù)荷留足裕度。

此外，對(duì)于工業(yè)和商業(yè)負(fù)荷，線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的負(fù)載能力隨著單位停電損失的增長(zhǎng)而下降。由于收益的增長(zhǎng)速率不變，單位停電損失越大，配電線(xiàn)路投入的增長(zhǎng)速率越大，投入與產(chǎn)出將會(huì)在負(fù)載能力較低時(shí)達(dá)到平衡點(diǎn)。

4.2.3 不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)線(xiàn)路最佳負(fù)載能力分布規(guī)律

對(duì)于商業(yè)或工業(yè)負(fù)荷所占比例較大的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，配電線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與負(fù)載能力的關(guān)系曲線(xiàn)存在拐點(diǎn)，只需將這些拐點(diǎn)連接起來(lái)就可以得到線(xiàn)路最佳負(fù)載能力分布規(guī)律。但是對(duì)于居民負(fù)荷所占比例較大的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與負(fù)載能力的關(guān)系曲線(xiàn)可能呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢(shì)，選擇100%作為線(xiàn)路最佳能力顯然不符合實(shí)際。所以還應(yīng)設(shè)置一定的可靠性約束以避免用戶(hù)用電需求不能滿(mǎn)足的情況發(fā)生。本文在滿(mǎn)足99.95%的可靠性約束下，以單位停電損失較高的單聯(lián)絡(luò)接線(xiàn)場(chǎng)景為例，同時(shí)考慮配電線(xiàn)路大多數(shù)是居民負(fù)荷分別與商業(yè)負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷并存的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，得到在兩大類(lèi)負(fù)荷結(jié)構(gòu)下配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力分布規(guī)律，如圖5所示。

圖5 線(xiàn)路最佳負(fù)載能力分布規(guī)律Fig.5 Distribution law of optimal load capacity

對(duì)比圖5中兩條折線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力均隨居民負(fù)荷所占比例的增大而增大。這是因?yàn)榫用褙?fù)荷所占比例越大，單位停電損失越小，配電線(xiàn)路投入的增長(zhǎng)率越小，投入與產(chǎn)出達(dá)到平衡的負(fù)載能力越大。

5 結(jié)論

本文提出了計(jì)及可靠性和經(jīng)濟(jì)性的中壓配電線(xiàn)路最佳運(yùn)行效率計(jì)算方法，構(gòu)建了配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力優(yōu)化模型，得出了以下結(jié)論。

1)配電線(xiàn)路負(fù)載能力相同時(shí)，不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)的可靠性不同，但如果配電線(xiàn)路負(fù)載能力低于其滿(mǎn)足“N-1”安全準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的負(fù)載能力，可靠性將不再發(fā)生變化。

2)當(dāng)配電線(xiàn)路的接線(xiàn)模式、負(fù)荷結(jié)構(gòu)以及可靠性約束確定后，就能夠計(jì)算出綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與可靠性的最佳負(fù)載能力。該指標(biāo)可以作為配電線(xiàn)路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

3)配電線(xiàn)路最佳負(fù)載能力隨居民負(fù)荷所占比例的增大而增大。這為驗(yàn)證不同負(fù)荷結(jié)構(gòu)配電線(xiàn)路運(yùn)行效率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的合理性提供了參考依據(jù)。