基于输配协调的城市电网供电能力评估指标

基于输配协调的城市电网供电能力评估指标

目录基于输配协调的城市电网供电能力评估指标 11.1 影响城市电网供电能力评估的主要因素 11.1.1 城市电网的拓扑结构 11.1.2 城市电网的电源点配置状况 21.1.3 城市电网的电力负荷及分布状况 21.2 输配协调的供电能力评估指标 31.2.1 输配协调的供电能力评估体系 31.2.2 电网供电裕度类指标 51.2.3 电网结构类指标 91.2.4 电网匹配类指标 101.2.5 电网运行类指标 13

影响城市电网供电能力评估的主要因素在我国，城市电网通常由输电网、高压配电网和中压配电网组成。输电网由500kV或220kV电压等级的输变电设施组成；高压配电网依托输电网中的变电站构成，电压等级有220kV、110kV、66kV和35kV几种，构成中压配电网的电压等级主要有10kV和20kV。影响城市电网供电能力主要因素包括城市电网各电压等级电网的拓扑结构、城市电网的电源配置、城市电网电源点和电力负荷分布。城市电网的拓扑结构电网的拓扑结构主要包括电网中线路和变电站的连接方式以及参数构成。通常情况下，由500kV或220kV电压等级构成的输电网的拓扑结构一般为单环网、双环网或者C型结构等；由220kV、110kV、66kV和35kV电压等级构成的高压配电网的拓扑结构一般有放射状、链式和环入环出、环网等几种；中压配电网的拓扑结构一般分为多分段多联络、环网、n供1备、4×6等。变电站部分的供电能力同样受到的变电站的主变台数和主接线结构的影响。变电站的主接线主要包括双母线、单母线、内（外）桥接线、线路变压器组等。不同拓扑结构的电网供电可靠性水平不同，电网供电能力的裕度也不相同，通常情况下，相同可靠性的情况下，网络结构愈简单，电网供电裕度愈大，如双回放射状的网络结构，正常方式下，为保证供电可靠性，线路的供电能力通常是所带负荷的一倍，即线路最大负载率为50%；而当网络结构变为三回放射状时，同样保证N-1条件下的可靠性要求，线路部分的最大供电负荷可以达到现状的1.3倍，级线路的最大负载率可以达到67%。城市电网的电源点配置状况城市电网的电源主要包括接于网络中的发电厂组和与外部电网联络线。一般情况下，与外部电网联络线均接入城市电网中的输电电网，接于城市电网的发电厂视其电厂容量大小，分别接于城市电网各级电压等级的电网内，容量愈大，接入系统的电压等级愈高，通常情况地区的主力电厂均接入城市输电网。安全可靠的城市电网，一方面在正常运行下，要具备保障电源点电力可靠送出或者消纳电源点电力的能力；另一方面还要保证在可预见的极端运行方式下，具备转供电源点电力的能力。因此在供电能力评估过程中，应当充分考虑电网电源点的供电能力的限值以及特殊运行方式——如发电厂机组检修情况对城市电网各级电网供电能力的影响。城市电网的电力负荷及分布状况城市电网中节点电力负荷包括有功负荷和无功负荷，有功负荷的大小和分布是影响城市电网中元件是否超过热稳定输送容量的主要因素；无功负荷的大小及分布，是影响网络中相应节点的电压水平的高低的主要因素。现状电网的负荷分布和各点电力负荷的增长情况将影响到达到网络中达到热稳定输送容量输变电元件的分布，以及网络中达到电压上、下限值的节点。因此对网络整体供电能力影响很大，而负荷的分布以及增长情况是电网中受电网所在供电地区的经济社会和居民生活水平的发展水平客观影响，因此在进行供电能力计算评估时，应视为已知边界条件。输配协调的供电能力评估指标输配协调的供电能力评估体系城市电网包括输电网、高压配电网、中压配电网和低压配电网等各级电压电网。正常运行方式下的城市电网，中压电网以放射状结构为主，输电网和高压配电网的运行结构相对复杂，输电网一般为环网，在城市电网建设初期存在与高压配电网络电网环网运行的情况，高压配电网多为链式结构和放射状结构的网络接线方式。根据城市电网供电能力评估的内涵和主要内容，以及城市电网由多个功能的电网构成的特点，城市电网供电能力评估的指标体系应能够反映城市电网由输电网、高压配电网和中压配电网三类网络构成的特点，因此评估指标的建立应能反映电网整体供电能力，电网薄弱环节以及三类功能电网的相互匹配关系。基于输配协调的城市电网供电能力评估指标体系由四类指标构成，包括：（1）电网供电裕度类指标——评价电网适应未来电力负荷发展能力的宏观指标。电网供电裕度类指标是城市电网供电能力评估的基础类指标。根据城市电网由变电站和线路两类主要设施构成的特点，本指标主要包括反映线路类设施和变电类设施整体供电能力两类供电裕度指标。（2）电网结构类指标——用于评估电网结构在N-1条件的网络结构完整性，是能够反映电网中薄弱环节的微观评价指标。（3）电网匹配类指标——用于评价电网中各功能电网之间以及内部主要供电设施之间匹配关系的反映输配电网协调关系。本类指标是城市电网供电能力评估的衍生类指标。本类指标以裕度类指标为基础，结合城市电网由输电网、高压配电网、中压配电网构成的特点，反映各功能电网之间供电能力的宏观匹配关系。同时本类指标也包含以变电站为核心的相关指标，用于评价电网线路类的供电设备供电能力和变电类设备供电能力之间的微观匹配关系。（4）电网运行类指标——用于评价电网运行水平，主要包括线路的线损率、线路和变电的负载率。图3-1给出了城市电网供电能力评估指标体系结构，图3-2和3-3以输（配）变协调关系和输电网和配电网的匹配关系指标为例给出了匹配类指标与裕度类指标的逻辑关系。图3-1城市电网供电能力评估体系图图3-2输（配）变供电能力协调关系示意图图3-3输配供电能力协调关系示意图电网供电裕度类指标电网供电充裕度（1）电网供电充裕度（UNPSAI—UrbanNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）本指标用于评估城市电网中各级电网的整体供电能力，评估对象为市电网中由线路部分构成的各级电网网络。其电网供电充裕度计算方法如下：（3-1）式中：——电网供电充裕度；（MaxNetSupplyingPowerLoad）——电网所能供给的最大有功负荷，表示正常运行方式下，在电网电压水平满足限值和输配电线路满足极限传输容量条件下，输配电网能送出的电力负荷合计的最大值；（MaxPresentPowerLoad）——最大现状有功负荷，表示当前负荷水平条件下，输配电网中负荷节点的有功负荷的合计数最大值。具体应用时，根据城市电网由输电网、高压配电网和中压配电网构成的特点，城市电网供电充裕度可分为：输电网供电裕度（TNPSAI—TransmissionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于评价输电网的供电裕度，由于输电网多为环网结构，因此，计算输电网供电裕度的过程中，输电网供电最大负荷的计算需要结合潮流计算工具软件完成。高压配电网供电裕度（HVDNPSAI—HighVoltageDistributionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于评价高压配电网供电，根据高压配电网有放射状和链式等为主的结构特点通过人工计算和潮流计算工具相结合的方式完成。中压配电网供电裕度（MVDNPSAI—MiddleVoltageDistributionNetworkPowerSupplyingAbundanceIndex）用于评价中压配电网的供电裕度。中压配电网馈线中干线均多出自高压配电网中变电站的母线，而且分支线众多，因此，中压配电网最大供电负荷可以简化为计算高压配电网变电站中压侧出线的最大供电能力的合计。由于电网应满足所供地区的最大现状有功负荷，反映各级电网供电充裕度的TNPSAI、HVDNPSAI、MVDNPSAI指标值应大于1。指标数值愈大，电网供电能力愈强。考虑到电网工程建设的周期仅为1年左右，因此，城市电网的供电充裕度应适应电力负荷正常波动并与近期电力负荷发展速度相匹配，即电力负荷增速愈大，相应的供电能力裕度指标值愈大，如果电网供电充裕度过大，并且与所供地区的电力负荷增长速度不相适应，表明电网建设过于超前；反之则表示，城市输电网的发展规模滞后于地方电力负荷发展。电网线路N-1条件下的供电充裕度（UGSPLR）电网线路N-1条件下的供电充裕度，反映电网结构变化时，即任意一条线停运情况下的电网供电能力。计算公式如下：（3-2）式中：——第i条线路停运时的电网供电充裕度；——第i条线路停运时，电网所能供给的最大有功负荷，在电网电压水平满足限值和输配电线路满足极限传输容量条件下，输配电网能送出的电力负荷合计的最大值；（MaxPresentPowerLoad）——最大现状有功负荷，表示当前负荷水平条件下，输配电网中负荷节点的有功负荷的合计数最大值。对于城市电网，如果在任意一条线路停运的条件下，电网供电充裕度指标仍然大于1，表明电网具备很强的抵御突发事故的能力，即正常网络结构条件下，任意一条线路故障退出时，电网仍能够不损失负荷。N-1条件下的充裕度的分布特点也间接反映电网结构的合理性，如果N-1条件下的充裕度的分布比较均匀，则表明电网整体结构相对合理；反之则表明电网结构中存在比较明显瓶颈，即使N-1条件下的供电能力充裕度很高，也应通过网络建设等措施，保证网络结构的合理性。电网供电损失率（UGSPLR）电网供电损失率（UGSPCR—UrbanGridSupplyingPowerChangeRate）是评价电网结构的微观指标，反映对比正常网络结构条，电网失去任一条线路的条件下，电网供电裕度的变化。用于评估城市电网结构的合理性，并找出网络中的薄弱环节。计算公式定义如下：（3-3）式中：——第i条线路停运后，电网供电损失率；——对应正常网络结构的电网所能提供的最大供电负荷；（UrbanGridMaxSupplyingPowerLoad）——第i条线路停运后，电网所能供给的最大负荷。电网供电损失率能够反映电网中每条线路在网络中的地位和作用。电网中某条线路对应的电网供电损失率愈大，说明该条线路在电网的重要性愈高，同时也说明该条线路是网络中的薄弱环节，应予加强或者通过重新划分电网的负荷分布，改善网络中潮流分布。因此，本指标用于评估输电网络结构，同时可以找出网络中的薄弱环节。变电供充电裕度指标城市电网中变电设施承担了输、配电网之间转供负荷的功能，变电容载比是城市电网规划中简明、常用的宏观指标，反映电网的变电供电裕度，具体计算方式如下：（3-4）式中：——电网变电容载比，MVA/MW；——电网中变电站主变高压卷同一时刻的电力负荷合计最大值；——电网中变电站主变容量合计。与电网供电裕度指标相同，应用变电容载比进行变电裕度分析时，也应分输电网变电裕度、高压配电网裕度和中压配电网裕度。即分别通过输电网变电容载比、高压配电网变电容载比和中压配电网变电容载比的数值进行分析。各类电网的变电容载比的指标值愈大，电网的变电设施的供电能力愈强。通常情况下，由于供电区内电力负荷特性存在差异，输电网的变电容载比的数值小于高压配电网变电容载比，高压配电网变电容载比小于中压配电网变电容载比。根据我国《城市电力网规划设计导则》的相关规定，500kV变电容载比一般在1.5~2.0之间；220kV变电容载比在1.6~2.1之间；35kV~110kV电压等级的变电容载比一般在1.8~2.2之间，对于10kV中压配电网的变电容载比的合理范围尚无明确的规定。电网结构类指标反映城市电网失去任意一条线路或变电站失去任意一台变压器时，仍然能够保障下级供电设施不失去电源的能力。主要由以下几种指标构成。以变电站为单位，按照电压等级分类统计变电站高压侧进线大于2条的变电站占变电站总数的百分比。计算公式如下：变电站进线N-1满足率=变电站进线大于2的变电站座数(3-5)变电站总数（2）变电站主变“N-1”满足率本指标以变电站为单位，按照电压等级分类统计主变大于2台的变电站占变电站总数的百分比，计算公式如下：变电站主变N-1满足率=变电站主变台数大于2的变电站座数(3-6)变电站总数（3）中压配电干线互联率具备互联结构的中压配电网干线的条数占中压配电干线总条数的比值，计算公式如下：中压配电干线互联率=具备互联条件的中压干线总数(3-7)中压干线总数电网匹配类指标城市电网供电能力匹配类指标用于评估城市输电网、高压配电网和中压配电网之间供电充裕度的匹配关系。由于供电充裕度的匹配关系可以间接反映三类电网规模的匹配关系从而反映电网企业建设的功能分类，因此，通过计算三类电网供电充裕度的匹配指标，可以三类电网之间电网规模的匹配关系，进而为电网建设宏观发展提供依据。考虑到电网裕度类指标由电网供电充裕度和变电供电充裕度两大类指标构成的特点，本类指标也分为电网充裕度匹配指标和变电充裕度匹配指标两类。电网充裕度匹配指标电网裕度匹配指标指电网供电裕度匹配系数（PSMR—PowerSupplyingMatchingRatio）。本指标用于评估城市输电网、高压配电网、中压配电网两两之间的供电充裕度的匹配关系。该指标通过城市电网中各级电网之间供电充裕度的比值计算，由三个指标构成：（1）输电网与高压配电网供电充裕度匹配系数（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenTransmissionNetworkandHighVoltageDistributionNetwork）本指标反映输电网与高压配电网之间的供电能力的匹配关系。指标的计算公式如下：（3-8）式中：为输电网与高压配电网供电裕度匹配系数；为输电网供电裕度；为高压配电网供电裕度。（2）高压配电网与中压配电网供电充裕度匹配系数（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenHighvoltageDistributionNetworkandMiddleVoltageDistributionNetwork）本指标反映高压配电网与中压配电网之间的供电能力的匹配关系。指标的计算公式如下：（3-9）式中：为输电网与高压配电网供电裕度匹配系数；为高压配电网供电裕度；为中压配电网供电裕度。（3）输电网与中压配电网供电充裕度匹配系数（——PowerSupplyingMatchingRatioBewteenTransmissionNetwrokandMiddleVoltagedistributionnetwork）本指标反映输电网与中压配电网之间的供电能力的匹配关系。指标的计算公式如下：（3-10）式中：为输电网与中压配电网供电裕度匹配系数；为输电网供电裕度；为中压配电网供电裕度。变电充裕度匹配指标变电供电充裕度匹配系数（TAMR—TransformationAbundanceMatchingRatio）通过计算城市输电网、高压配电网、中压配电网两两之间的变电容载比的比值反映城市电网各级之间的变电裕度匹配关系。该指标通过城市电网中各级电网之间的容载比的比值计算，由三个指标构成：（1）输电网变电站与高压配电网变电站变电容量匹配系数（—TransformationAbundanceMatchingRatioBewteenTransmissionNetworkandHighVoltageDistributionNetwork）本指标用于反映输电网和高压配电网之间的变电能力的匹配关系。指标的计算公式如下：（3-11）式中：输电网变电站与高压配电网变电站变电容量匹配系数；输电网变电容载比；高压配电网变电容载比。（2）高压配电网变电站与中压配电网变电站变电容量匹配系数（—TransformationAbundanceMatchingRatioBewteenHighvoltageDistributionNetworkandMiddleVoltageDistributionNetwork）本指标用于反映高压配电网和中压配电网之间的变电能力的匹配关系。指标的计算公式如下：（3-12）式中：高压配电网变电站与中压配电网变电站变电容量匹