城市配电网供电能力计算方法研究

2013年5月/第30卷/第3期/

城市配电网供电能力计算方法研究

何伟1，吴万禄2，沈宏伟1，韦钢2

（1. 嘉定供电公司, 上海市201800；2. 上海电力学院, 上海市200090）

摘要：配电网供电能力计算对电网精细化评估和优化规划具有重要价值。在考虑配电网络负荷转移通畅和设备容量约束等条件下，研究了变电站配置、配电网网架结构和运行状态等对供电能力大小的影响，采用联络关系矩阵提出了一种新的配电网供电能力计算方法，将配电网供电能力归结为变电站站内供电能力与网络负荷转移能力。算例分析表明，该方法计算结果更符合实际电网运行情况，抓住了供电能力产生的根源，能客观地反映配电网供电瓶颈和联络薄弱点，可为配电网络结构优化提供指导以便充分挖掘电网供电能力。关键词：配电网；供电能力；负荷转移；网络约束；联络关系矩阵中图分类号：V242.3

文献标识码：A

文章编号：1006-6357（2013）03-0033-06

Research on the Calculation Method of Power Supply

Capability of the Urban Distribution Network

HE Wei 1, WU Wanlu 2, SHENG Hongwei 1, WEI Gang 2

(1. Jiading Power Supply Company, Shanghai 201800, China ；2. Shanghai University of Electrical Power, Shanghai 200090, China )

ABSTRACT:The calculation of power supply capability is of great value to the refined evaluation and optimal the paper studies the effects of factors such as substation configuration, distribution network structure and operation

planning of the distribution network. Considering the network load transfer flow and equipment capacity constraints, status on the power supply capability, and then proposes a new method to calculate the power supply capability through contact relation matrix. Power supply capability of the distribution system is attributed to the power supply capacity within the substation and the network load transfer capability. The example analysis shows that the calculation results accord more with the actual power grid operation; seize the root of power supply capability; and objectively reflect the power supply bottlenecks and contact vulnerable points in the distribution network. The method power grid.

can provide effective guidance for distribution network structure optimization to fully tap the supply capability of a KEY WORDS:distribution network ；power supply capability ；load transfer ；network constraint ；contact relation matrix

基金项目：国家电网公司科技项目（5209311200GW ）

DISTRIBUTION &UTILIZATION

33

DISTRIBUTION NETWORK

PLANNING

配网规划与设计

0引言

配电网作为输电系统与电力用户的枢纽[1]，其规

划和运行直接影响整个电力系统的效益和供电可靠性[2]

。科学地计算配电网供电能力不仅有助于电网精细化评估，而且能够找出供电瓶颈，对电力系统的规划和优化运行具有重要意义[3]

。一些研究员从宏观上评价供电能力，不考虑网络转移能力，如容载比法。一些学者计及网络供电能力，考虑变电站变电容量，提出了最大负荷倍数法[4]

、尝试法[5]

、负荷能力法[6]

、

网络最大流法[7]

等方法，却忽略变电站的影响。还有些专家考虑供电可靠性，提出基于主变压器互联的供电能力分析方法[8-11]，

但忽略了中压接线模式、设备容量和运行状态等约束，分析结果与实际情况仍存在一定的误差。

本文针对现有分析方法的不足，研究配电网络结构和运行状态对供电能力的作用，采用联络关系矩阵提出了一种新的配电网供电能力计算方法。并通过算例验证该方法的正确性和有效性，与当前方法相比，计算结果更客观地反映配电网的网络薄弱点和供电瓶颈。

1

配电网供电能力

1.1

供电能力

配电网供电能力是指区域内电网满足N -1安全

准则情况下能够供应用户的最大能力，它的大小由变电站站内供电能力和网络负荷转移能力共同决定[12]

。

éêS 1,1

⋯S ⋯S ê⋯1, i S =B +L =ê⋮êêêS i ⋯S ⋮⋯1, ⋯S ⋮N ùúú

（1）

êê⋮,1⋯i , i ëS N ,1

⋯S ⋮⋯i ⋯S ⋮, N ú

úúúúN , i

N , N úû

éêS 1,1⋯0⋯0êê⋮⋯B =êêê0⋯S ⋮⋯⋯0⋮ùúú

ú

úêê⋮⋯i , i ë0

⋯0

⋮⋯⋮úú（2）

⋯S úN , N úû

34

éê0

⋯S ⋯S ê⋮⋯1, L =êêêêS i ,1⋯0⋮i ⋯1, ⋯S ⋮N ùúú

êê⋮⋯⋯i ú

⋮, N úúú（3）

ëS N ,1

⋯S ⋮N , i

⋯0úúû

式中：S 为配电网供电能力；B 为变电站站内供电能力；L 为网络负荷转移能力。

变电站站内供电能力是指不考虑变电站间联络的供应能力，与用容载比评估电网供电能力基本一致，主要取决于变电站的配置和主接线方式。

网络负荷转移能力是基于变电站间联络单元考虑主变压器发生故障时能够通过变电站低压侧线路将负荷成功转移的大小能力。所转移的负荷大小受网络结构、线路负载率和联络主变压器的影响。随着城市电力负荷的快速增长，用户对供电可靠性要求的不断升高，网络负荷转移能力将受到越来多的关注。

1.2最大供电能力

最大供电能力是指区域电网在满足“N -1”安全

准则下，理论上的最大负荷供应能力，即

S N

max =∑R i -max(R i )

（4）

i =1式中：R i 为第i 台主变压器的容量，max （R ）i 为区域电网中单台主变压器容量的最大值。

根据变电站变电容量权重分配原则，可得第i 台主变压器的等效最大供电能力。

N

R i -max(R i )

S i ,max =

∑i =1

∑N

R i

（5）

R i

i =1

2配电网供电能力的计算方法

国内外专家对配电网供电能力的分析方法进行

了一定研究，也取得了一些成果。以文献[9]和文献[10]然后逐个进行较为突出，将配电系统简化为一系列联络单元，

N -1分析，再综合各个联络单元的计算结果得到主变压器的最大允许负载率和整体供电

能力。

该方法将存在联络关系的主变压器归为一类联络单元，同一联络单元内的主变压器存在联络关系，无法反映联络的实际情况，计算结果与实际存在较大误差

[9-10]

，这主要是由于供电能力的大小与联络单

元性质、数量和电网运行状态有着密切的关系[13]，因此以上计算方法需要作进一步的改进。

本文假设区域电网共有n 座变电站，编号为1，2，…，n ，对应的主变压器台数分别为N 1，x N 2，…，N n ，第x 座变电站的第y 台主变压器编号为∑-1N i +y ，

记i =1

U x =N 1+N 2+…+N x 。

2.1变电站站内供电能力

变电站站内供电能力主要取决于变电站配置和

电气主接线，假定涉及的变电站电气主接线均可实现站内负荷均分，不妨假设第i 号主变压器归属于第x 座变电站，即U x -1+1≤i ≤U x ，则第i 号主变压器的变电站内供电能力为：

j -R i

S j =U ∑

U x

R x i , i =

-1+1

x x -1

（6）

式（6）表示主变压器发生“N -1”情况下，不存在变电站间联络时负荷转供能力。

2.2网络负荷转移能力

网络负荷转移能力是通过变电站低压侧联络线

实现的。当主变压器发生故障时，通过倒闸联络开关将负荷转移到对端变电站。实际配电网是电缆网络和架空网络的混合体，但从联络性质来看二者存在共性。为此可以依据中压接线模式引入联络单元的概念，将联络单元分为k 类，分别为单联络、两联络、…、k 联络。

éêl 1,1, t

⋯l ⋯l ê⋯1, i , t ⋯1, L ê⋮t =êêêl i ,1, t ⋯l ⋮⋯l ⋮N , t ùúú

（7）

êê⋮⋯i , i , t ⋯i , N , ú

ël N ,1, t

⋯l ⋮N , i , t

⋯l ⋮t úúúúN , N , t úû

式中：l i,j,t 为第j 号主变压器出线与第i 号主变压器构成第t 类联络单元线路集合，考虑本文研究的是变电站间负荷转移能力，站内联络不计入联络单元。

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第i 台主变压器发生“N -1”情况下，第j 台主变压器理论上能够提供的最大网络转供能力为：S k

i , j ,max =l i , j ,1Z 1+l i , j ,2Z 2+⋯l i , j , n Z n =∑l i , j , t Z t

t =1（8）

式中：Z t 为第t 类联络单元单位联络线转供能力。

考虑电网运行状态，第i 台主变压器发生故障时，第j 台主变压器所能提供的网络转供能力为：

M l

i , j =∑M i , j , k

（9）

k =1式中：M i,j,k 为第i 台主变压器通过第k 条出线转供给第j 号主变压器的负荷，它的大小取决于线路的负载率和联络单元的性质，l 为主变压器i 的出线集合。

可用供电能力是指电网在现有负荷基础上，可以增加的供电能力，第j 台主变压器可用供电能力为：

R ASC , j =R j -R d , j

（10）

式中：R d,j 为第j 台主变压器现有的负载。

考虑变电站负荷接受能力后，第i 台主变压器发生故障时能够从第j 台主变压器获取的网络转供能力

为：

S i , j =min(M i , j , R ASC , j )

（11）

2.3综合供电能力

综合供电能力由变电站站内供电能力与网络转

移能力求和得到，同时还得校验主变压器变电容量，第i 台主变压器的综合供电能力记为T i ：

T i =min(S i , i +

j , R i )

（12）

j =∑

N

S i , 1, j ≠i

区域电网的综合供电能力是所有主变压器供电能力的综合：

W =∑N

T i

（13）

i =13配电网供电能力计算

考虑网架结构和运行状态的供电能力计算的基

本步骤概括如下：

（1）最大供电能力和变电站站内供电能力分析。搜集电网变电站配置，完成最大供电能力和变

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35

DISTRIBUTION NETWORK

PLANNING

配网规划与设计

电站站内供电能力计算。

（2）区域配电网网架结构分析。搜索整个区域电网中压线路的接线模式，并完成变电站间联络单元的统计工作。

（3）主变压器的网络负荷转移能力分析。首先按照主变压器的编码顺序，对联络单元逐个进行“N -1”校验，确定主变压器故障时的可转移负荷，然后校验联络主变压器的可用供电能力，最后相加求得主变压器的网络负荷转移能力。

（4）主变压器供电能力计算。按照主变压器的编码顺序，将变电站站内供电能力与主变压器的网络负荷转移能力求和得到主变压器的供电能力，并与主变压器的最大供电能力进行比较。

（5）电网综合供电能力分析。在求得各个主变压器供电能力的基础上，计算得到整个电网的综合供电能力。

本文供电能力计算的基本流程如图1所示。

图1

供电能力计算的流程图

Fig.1

Calculation flow of power supply capability

4

算例分析

4.1

算例概况

某配电网由架空网络和电缆网络混合组成，电

缆网络主要采用开关站和环网接线模式，架空网络主要采用多分段多联络接线，变电站配置情况如表1所示。

36

表1

变电站配置情况

Tab.1

List of substation configuration

A 2331.520

B 4520620C 204.2供电能力计算

根据区域配电网变电站配置情况求得变电站站

内供电能力见表2。

表2

变电站站内供电能力

Tab.2

Power supply capability of substations

A

217.17313.3317.06B 41026.8751017.06C 61017.067D 815.7510

17.0617.069

26.87总计

119.1715.7526.87183

对该区域进行配电网网架结构分析，摸清中压

接线模式，得变电站间联络单元分布情况如式（14）所示。结合电网运行状态，按照本文计算方法求得

网络负荷转移能力矩阵L 如式

（15）。在求得变电站站内供电能力和网络负荷转移能力的基础上，进一步计算得到各个变电站和整体的供电能力。对比使用本文方法和文献[9]算法的供电能力计算结果，见表3。

2013年5月/第30卷/第3期/

é0/0/0ê0/0/0êê

0/0/0êêêê0/0/2

L 1/2/3=êê0/0/0

êê0/0/0êê0/0/0êê0/0/2ê

ë0/0/00/0/00/0/00/0/01/0/00/0/01/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/1/00/0/00/2/00/0/11/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/10/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/10/1/00/0/01/0/00/0/01/0/00/0/00/0/00/1/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00/2/00/0/00/1/00/0/00/0/00/0/00/0/00/0/10/0/00/0/00/0/10/0/00/0/00/0/00/0/00/0/00ù0úú4.00úú0úú2.21úú0úú0úú0úú0û

0/0/0ù0/0/0úúú0/1/0ú

ú0/0/0úú1/0/0úú0/0/0úú

ú0/0/0úú0/0/0úú0/0/0û

（14）

00é0

ê000êê000êê1.681.900êêL =ê000ê01.540êê002.64êê1.5200ê

02.10ë0

表3

Tab.3供电能力计算结果分析比较

4.410004.64

2.4203.06000003.16000000.84001.761.86001.8300001.830000.76000002.82000

（15）

主变压器“N -1”校验可顺利通过。本文方法综合考虑了配电网网架结构和运行状态，计算结果能够客观地反映电网供电瓶颈和裕度，可用于供电能力的实时评估，为变电站间网络优化提供参考，实现投资效益最大化。

17.51

Analysis and comparison of calculation

results 23456789

15.0022.8313.8914.5015.0015.0021.87153.8521.87

20.00

A B C D 总计

20.4913.4215.8313.3714.4718.0320.67

25.7014.9917.9216.7615.2720.0621.77

5结语

针对供电能力分析方法的不足和缺陷，考虑配

电网络结构、设备容量和运行状态等约束，提出了一种实用的供电能力计算方法，该方法具有以下特点：

（1）基于主变压器互联和“N -1”准则，从变电站站内和站间网络互联计算供电能力，抓住了配电网供电能力产生的根源。

（2）本文提出的计算方法与现有分析方法相比，更符合实际配电网运行情况，计算结果更加准确。

（3）该方法考虑了网络负荷转移通畅和设备运行等影响，计算结果不仅真实地反映整体供电能力，还能给出供电能力挖掘的空间和电网薄弱点。

（4）算例分析表明，本文方法是有效和实用的，计算结果对配电网运行和配电网网架建设具有重要156.28166.48

4.3计算结果分析

由表3可知，文献[9]算法求得的结果与本文计算

结果存在一定的误差，这主要是由于文献[9]忽略了网络结构、设备容量和运行状态等影响。运用本文的计算方法，综合配电网供电能力提高了2.43MVA ，器供电能力也有所调整，这主要是由于考虑了变电站站内供电能力。

通过与电网现有负载比较，文献[9]中1至7号主变压器“N -1”校验均无法通过，而本文中1号和2号1号和2号主变压器供电能力提高显著，其他主变压

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al. Online Automation of Electric Power Systems ，2009，33(6)：36-39. 收稿日期：2013-01-25作者简介：

何伟(1969-)，男，高级工程师，副总工程师，从事电力专业工作；

吴万禄(1987-)，男，硕士研究生，从事电力系统规划和分布式发电的研究；

沈宏伟(1966-)，男，工程师，从事电网规划工作；韦钢(1958-)，男，教授，从事电力系统运行分析及计算、新能源技术、电力系统谐波及补偿技术研究和教学工作。

（责任编辑

王柏臣）

城市配电网供电能力计算方法研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

何伟， 吴万禄， 沈宏伟， 韦钢， HE Wei， WU Wanlu， SHENG Hongwei， WEI Gang

何伟,沈宏伟,HE Wei,SHENG Hongwei(嘉定供电公司,上海市,201800)， 吴万禄,韦钢,WU Wanlu,WEI Gang(上海电力学院,上海市,200090)供用电

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引用本文格式：何伟. 吴万禄. 沈宏伟. 韦钢. HE Wei. WU Wanlu. SHENG Hongwei. WEI Gang 城市配电网供电能力计算方法研究[期刊论文]-供用电 2013(3)