引言

信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能化電網(wǎng)概念的提出,進(jìn)一步推動了傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能化電網(wǎng)發(fā)展的腳步。智能化配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)中重要的發(fā)展方向,是影響智能電網(wǎng)發(fā)展以及提升配電網(wǎng)自身供電能力和供電可靠性的主要依據(jù)。一次和二次系統(tǒng)作為支撐配電網(wǎng)工作運(yùn)行的基礎(chǔ),其協(xié)同規(guī)劃設(shè)計的提出和研究是推行配電網(wǎng)智能化發(fā)展的主要動力。

當(dāng)前,社會發(fā)展速度快,對于電能質(zhì)量和可靠性的要求越來越高,傳統(tǒng)配電網(wǎng)一次和二次系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計已不能滿足社會需求。在智能化環(huán)境下,除了優(yōu)化的新增一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)設(shè)備本身的功能和特性,還應(yīng)將二者的規(guī)劃設(shè)計進(jìn)行融合和協(xié)同。這樣可以使一次和二次系統(tǒng)聯(lián)系更緊密,在一定程度上減少由于設(shè)備孤立而產(chǎn)生的響應(yīng)速度慢、處理故障能力差等問題,進(jìn)而提高供電可靠性和供電電能質(zhì)量。

目前,對智能配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的研究相對較少。文獻(xiàn)總結(jié)了智能配電網(wǎng)需要達(dá)到的期望與供電目的;文獻(xiàn)提出了一種配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與信息系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃的思路框架,并提出了一種通信信息的運(yùn)算模型;文獻(xiàn)分析了電網(wǎng)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性評估等方面的問題;文獻(xiàn)[7]對配電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略進(jìn)行了研究,并提出了負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略分析模型圖,給出了一個線路故障發(fā)生時對線路轉(zhuǎn)供能力進(jìn)行判斷分析的計算公式;文獻(xiàn)分別從模糊運(yùn)算、評分指標(biāo)、正負(fù)理想值的角度對配電網(wǎng)規(guī)劃投資效益程度進(jìn)行研究。

本文的主要研究思路是:首先分析協(xié)同規(guī)劃的基本原理,在智能化環(huán)境下配電通信網(wǎng)的建立促使配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)性大大提高的前提下,提出一種將配電線路的轉(zhuǎn)供能力應(yīng)用于削峰填谷策略中的平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃策略;其次通過選定正、負(fù)指標(biāo)理想值計算方法,對平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃方案進(jìn)行投資效益分析;最后通過實例對平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃方案進(jìn)行研究,分析其可行性。

1協(xié)同規(guī)劃的基本原理

基于配電網(wǎng)智能化的前提,提出了一次和二次系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃的思路。傳統(tǒng)規(guī)劃模式分別考慮設(shè)計區(qū)域一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和二次系統(tǒng)設(shè)備的布點、安裝,協(xié)同規(guī)劃是指在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計之初,要將設(shè)計區(qū)域的一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和二次配電自動化系統(tǒng)共同考慮,在規(guī)劃時考慮二者之間是否存在聯(lián)系,通過建立聯(lián)系,達(dá)到提高規(guī)劃區(qū)域配電網(wǎng)各項供電參數(shù)的目的。

智能配電網(wǎng)的理念是將先進(jìn)的通信設(shè)備和系統(tǒng)融入到配電網(wǎng)的工作運(yùn)行中,協(xié)同規(guī)劃的思路滿足智能配電網(wǎng)建設(shè)配電通信網(wǎng)絡(luò)的要求。所以,一次、二次協(xié)同規(guī)劃可以概括為在完整的一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過建設(shè)先進(jìn)的配電通信網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)二次配電自動化設(shè)備之間的聯(lián)系,進(jìn)而提高區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)供電可靠性、故障響應(yīng)效率等的配電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃方案。

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)供通常指系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備或線路故障時,通過打開線路中各處轉(zhuǎn)供開關(guān)將故障線路上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移至其他正常運(yùn)行的線路上去,再將故障線路上的開關(guān)關(guān)閉,切斷其與其他正常線路的聯(lián)絡(luò),完成故障線路的負(fù)荷轉(zhuǎn)供運(yùn)行。

協(xié)同規(guī)劃對"轉(zhuǎn)供"賦予了兩種新的工作方式。第一,由于極高的設(shè)備聯(lián)絡(luò)率,可以增加轉(zhuǎn)供能力的適用范圍,將轉(zhuǎn)供能力應(yīng)用于負(fù)荷的削峰填谷;第二,提高故障轉(zhuǎn)供效率,在故障發(fā)生時能夠優(yōu)先將故障信息在同級設(shè)備間交互,并直接作出負(fù)荷轉(zhuǎn)移和切斷故障線路的操作,省去了優(yōu)先上傳故障信息至主站再等待主站分析處理后的故障處理指令。

負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略分析模型如圖1所示。

從以上協(xié)同規(guī)劃的概念和原理可以看出:該規(guī)劃方式能夠極大地改善配電網(wǎng)線路負(fù)荷曲線峰值過高的情況,降低線路負(fù)荷過高的危險,減少為削峰填谷建立的蓄能設(shè)備數(shù)量,提高經(jīng)濟(jì)性;降低故障分析處理時間,減少平均故障停電時間,提高配電區(qū)域的供電可靠性,降低停電造成的損失。

2平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃

2.1平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供的原理

基于智能配電網(wǎng)和協(xié)同規(guī)劃原理,在一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、二次配電自動化設(shè)備間構(gòu)建配電通信網(wǎng)絡(luò)。利用極高的設(shè)備間聯(lián)絡(luò)率,在負(fù)荷高峰期,將各條供電線路的負(fù)荷情況進(jìn)行匯總,使數(shù)條負(fù)載率偏低的供電線路能夠為某條已經(jīng)接近負(fù)荷承載率上限的線路承擔(dān)部分負(fù)荷,即將高負(fù)荷線路中部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至其他負(fù)荷率低的線路中,達(dá)到平行轉(zhuǎn)供、共同承擔(dān)負(fù)荷、優(yōu)化負(fù)荷曲線的目的。

2.2平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供的模型

傳統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略主要針對配電區(qū)域內(nèi)發(fā)生事故或停電檢修時,分析其負(fù)荷影響程度并給出轉(zhuǎn)供路徑選取、評估轉(zhuǎn)供線路容量的方法。

選取常規(guī)故障發(fā)生情況下轉(zhuǎn)供計算公式作為基礎(chǔ)參考公式:

式中,RsoURCE-L為轉(zhuǎn)供線路的負(fù)載率:ptrans表示所轉(zhuǎn)移負(fù)荷一周內(nèi)的負(fù)荷最大值:PsoURCE-L表示轉(zhuǎn)供線路一周內(nèi)日負(fù)荷最大值:PsoURCE-Lmax表示轉(zhuǎn)供線路的線路限額。

當(dāng)式(1）中最終計算結(jié)果RsoURCE-L大于100%時,則轉(zhuǎn)供路徑不通過。

對故障發(fā)生情況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)供計算公式進(jìn)行優(yōu)化,依據(jù)平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供原理,能夠類比推導(dǎo)出平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供計算公式。對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)數(shù)條線路的負(fù)荷承載情況進(jìn)行統(tǒng)計和分析,可以構(gòu)建平行轉(zhuǎn)供的計算公式如下:

式中,k表示總共需要的線路條數(shù)(k=imax-1,i=1,2,3,…）,i表示承擔(dān)轉(zhuǎn)供負(fù)荷的線路數(shù):R表示負(fù)荷轉(zhuǎn)供后每條線路的負(fù)荷承載率:P0代表峰值線路的實時運(yùn)載負(fù)荷值:Pi代表預(yù)定轉(zhuǎn)供線路實時運(yùn)載負(fù)荷值:Pmax代表每條線路的額定負(fù)載最大值。

線路的額定負(fù)載率可以參考《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》中對于不同導(dǎo)線和接線方式的具體要求:通常同一區(qū)域內(nèi)采用的導(dǎo)線型號和截面等參數(shù)均相同,故每條線路的Pmax相等。

通過式(2）可以計算出,當(dāng)轉(zhuǎn)供需求發(fā)出時,能夠提供轉(zhuǎn)供條件的具體線路以及需要提供轉(zhuǎn)供的最小線路數(shù)。

3實例分析

某區(qū)域內(nèi)線路共有4條三分段三聯(lián)絡(luò)接線,導(dǎo)線類型為LGJ-185,額定載流量為513A,由《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》可以得出,每條線路的最大負(fù)載率均不超過75%,每條線路的運(yùn)載負(fù)荷額定值為66Mw,則可根據(jù)平行轉(zhuǎn)供負(fù)荷計算公式對其進(jìn)行峰值負(fù)荷的轉(zhuǎn)供。

該區(qū)域內(nèi)部分可轉(zhuǎn)供供電線路負(fù)載數(shù)據(jù)如表1所示,建立該區(qū)域內(nèi)各線路日負(fù)載曲線。

根據(jù)以上4條線路一天中整點時刻記錄的負(fù)荷承載情況,可以繪制其日負(fù)荷曲線圖如圖2所示。

從圖2可以分析得出:

(1）1號線路整體負(fù)荷較大,該線路承擔(dān)負(fù)荷區(qū)域可能偏于用電用戶飽和,用電用戶穩(wěn)定:2號、4號線路負(fù)荷程度居中,該線路程度負(fù)荷區(qū)域處于用電用戶發(fā)展期,經(jīng)過一段發(fā)展后,負(fù)荷曲線會增長至類似1號線路:3號線路整體負(fù)荷水平偏低,說明該線路承擔(dān)負(fù)荷區(qū)域?qū)儆谛麻_發(fā)區(qū)域,用電用戶數(shù)量偏少,能夠為1號線路提供一定的轉(zhuǎn)移負(fù)荷承擔(dān)條件。

表1某區(qū)域線路日負(fù)荷變化表單位:Mw

圖2某區(qū)域內(nèi)各線路日負(fù)荷曲線

(2）該區(qū)域內(nèi)整體日負(fù)荷曲線變動明顯,每日08:00一13:00、16:00一20:00為負(fù)荷峰值期,22:00一次日05:00為負(fù)荷低谷期,不需要全天為負(fù)荷偏大的線路提供負(fù)荷平行轉(zhuǎn)供,只需在每日負(fù)荷高峰時段開啟轉(zhuǎn)供開關(guān),將峰值線路部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相對空閑的線路中。

結(jié)合公式及表1中實時日負(fù)荷分布數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供運(yùn)算。

12:00選取2、3、4號線路為1號線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,則將數(shù)據(jù)代入公式中可得:

計算出R=52.18%,說明采用其他三條線路對1號線路進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供后,線路整體的平均負(fù)載率為52.18%,低于每條線

路的最大額定負(fù)載率,滿足線路安全運(yùn)行條件。

15:00選取3號線路單獨為1號線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,將數(shù)據(jù)代入公式中可得:

計算出R=18.9%,說明此時采用3號線路為1號線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,兩條線路的平均負(fù)荷承載率能降低至18.9%,極大地緩解了1號線路負(fù)荷壓力過大的問題。

依照此計算方式,每日08:00一13:00、16:00一20:00由2、3、4號線路為1號線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,14:00一15:00、21:00一23:00由3號線路為1號線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,最終得出平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供后1號線路的日負(fù)荷曲線如圖3所示。

圖3平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃l號線路日負(fù)荷曲線

綜上所述,平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃原則具有以下一些特點:

(1）能夠為同區(qū)域或臨近區(qū)域提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供功能,緩解負(fù)荷重載區(qū)域在負(fù)荷峰值期線路負(fù)載率過大的問題。

(2）能夠在降低部分線路偏高負(fù)載的同時,極大地提高低負(fù)荷線路的線路利用率,省去由于部分線路負(fù)載過大而進(jìn)行線路建設(shè)的投資成本。

(3）由于改善了負(fù)荷過重線路的負(fù)荷承受情況,降低了由于線路經(jīng)常過載造成線路短路等故障的概率,從側(cè)面縮短了配電線路的故障停電時間。

根據(jù)供電可靠率公式:

故障停電時間縮短,供電可靠率提高。

(4）特別適用于用電用戶混合區(qū),用電峰值不重疊的兩個相鄰區(qū)域,如居民生活區(qū)和寫字樓辦公區(qū)臨近時,白天可利用居民生活區(qū)為寫字樓辦公區(qū)提供轉(zhuǎn)供,早晚可利用寫字樓辦公區(qū)為居民生活區(qū)提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供服務(wù)。

(5）平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供原則適用于負(fù)荷密度分布不均勻的區(qū)域,如新城區(qū)中部分區(qū)域發(fā)展過快,老城區(qū)中商業(yè)、居民生活混合區(qū)等。

4結(jié)語

本文基于一次網(wǎng)架與二次配電自動化之間由配電通信網(wǎng)建立聯(lián)系的思路,構(gòu)建了用于削峰填谷的平行負(fù)荷主動轉(zhuǎn)供協(xié)同規(guī)劃算法模型,該算法模型能夠從配電網(wǎng)正常運(yùn)行時進(jìn)行重載負(fù)荷轉(zhuǎn)供的角度,降低重載線路的故障頻率,同時提高區(qū)域內(nèi)所有線路的整體負(fù)載率,側(cè)面提升配電網(wǎng)的供電可靠率。