智能化環(huán)境下的配電網(wǎng)一次和二次系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃

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(dòng)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(jì)的提出和研究是推行配電網(wǎng)智能化發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?

當(dāng)前,社會(huì)發(fā)展速度快,對(duì)于電能質(zhì)量和可靠性的要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)配電網(wǎng)一次和二次系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)已不能滿(mǎn)足社會(huì)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(jì)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(wèn)題,進(jìn)而提高供電可靠性和供電電能質(zhì)量。

目前,對(duì)智能配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的研究相對(duì)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(píng)估等方面的問(wèn)題;文獻(xiàn)[7]對(duì)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(gè)線路故障發(fā)生時(shí)對(duì)線路轉(zhuǎn)供能力進(jìn)行判斷分析的計(jì)算公式;文獻(xiàn)分別從模糊運(yùn)算、評(píng)分指標(biāo)、正負(fù)理想值的角度對(duì)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(guò)選定正、負(fù)指標(biāo)理想值計(jì)算方法,對(duì)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(guò)實(shí)例對(duì)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(jì)區(qū)域一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和二次系統(tǒng)設(shè)備的布點(diǎn)、安裝,協(xié)同規(guī)劃是指在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)之初,要將設(shè)計(jì)區(qū)域的一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和二次配電自動(dòng)化系統(tǒng)共同考慮,在規(guī)劃時(shí)考慮二者之間是否存在聯(lián)系,通過(guò)建立聯(lián)系,達(dá)到提高規(guī)劃區(qū)域配電網(wǎng)各項(xiàng)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(mǎn)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(guò)建設(shè)先進(jìn)的配電通信網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)二次配電自動(dòng)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(jì)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(shí),通過(guò)打開(kāi)線路中各處轉(zhuǎn)供開(kāi)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(kāi)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(duì)"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(shí)能夠優(yōu)先將故障信息在同級(jí)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(guò)高的情況,降低線路負(fù)荷過(guò)高的危險(xiǎn),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(shí)間,減少平均故障停電時(shí)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(dòng)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?yàn)槟硹l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(duì)配電區(qū)域內(nèi)發(fā)生事故或停電檢修時(shí),分析其負(fù)荷影響程度并給出轉(zhuǎn)供路徑選取、評(píng)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(jì)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(jì)算結(jié)果RsoURCE-L大于100%時(shí),則轉(zhuǎn)供路徑不通過(guò)。

對(duì)故障發(fā)生情況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)供計(jì)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(lèi)比推導(dǎo)出平行負(fù)荷轉(zhuǎn)供計(jì)算公式。對(duì)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(jì)和分析,可以構(gòu)建平行轉(zhuǎn)供的計(jì)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(shí)時(shí)運(yùn)載負(fù)荷值:Pi代表預(yù)定轉(zhuǎn)供線路實(shí)時(shí)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(jì)技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)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(hào)和截面等參數(shù)均相同,故每條線路的Pmax相等。

通過(guò)式(2）可以計(jì)算出,當(dāng)轉(zhuǎn)供需求發(fā)出時(shí),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(shí)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(lèi)型為L(zhǎng)GJ-185,額定載流量為513A,由《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)算公式對(duì)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(diǎn)時(shí)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(hào)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(hù)飽和,用電用戶(hù)穩(wěn)定:2號(hào)、4號(hào)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(hù)發(fā)展期,經(jīng)過(guò)一段發(fā)展后,負(fù)荷曲線會(huì)增長(zhǎng)至類(lèi)似1號(hào)線路:3號(hào)線路整體負(fù)荷水平偏低,說(shuō)明該線路承擔(dān)負(fù)荷區(qū)域?qū)儆谛麻_(kāi)發(fā)區(qū)域,用電用戶(hù)數(shù)量偏少,能夠?yàn)?號(hào)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(dòng)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(shí)段開(kāi)啟轉(zhuǎn)供開(kāi)關(guān),將峰值線路部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相對(duì)空閑的線路中。

結(jié)合公式及表1中實(shí)時(shí)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(hào)線路為1號(hào)線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,則將數(shù)據(jù)代入公式中可得:

計(jì)算出R=52.18%,說(shuō)明采用其他三條線路對(duì)1號(hào)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(mǎn)足線路安全運(yùn)行條件。

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

計(jì)算出R=18.9%,說(shuō)明此時(shí)采用3號(hào)線路為1號(hào)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(hào)線路負(fù)荷壓力過(guò)大的問(wèn)題。

依照此計(jì)算方式,每日08:00一13:00、16:00一20:00由2、3、4號(hào)線路為1號(hào)線路提供負(fù)荷轉(zhuǎn)供,14:00一15:00、21:00一23:00由3號(hào)線路為1號(hào)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(hào)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(hào)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(diǎn):

(1）能夠?yàn)橥瑓^(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(guò)大的問(wèn)題。

(2）能夠在降低部分線路偏高負(fù)載的同時(shí),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(guò)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(guò)重線路的負(fù)荷承受情況,降低了由于線路經(jīng)常過(guò)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(shí)間。

根據(jù)供電可靠率公式:

故障停電時(shí)間縮短,供電可靠率提高。

(4）特別適用于用電用戶(hù)混合區(qū),用電峰值不重疊的兩個(gè)相鄰區(qū)域,如居民生活區(qū)和寫(xiě)字樓辦公區(qū)臨近時(shí),白天可利用居民生活區(qū)為寫(xiě)字樓辦公區(qū)提供轉(zhuǎn)供,早晚可利用寫(xiě)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(guò)快,老城區(qū)中商業(yè)、居民生活混合區(qū)等。

4結(jié)語(yǔ)

本文基于一次網(wǎng)架與二次配電自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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。