（电气工程专业论文）现代城市中压配网规划设计.pdf

工程硕士论文 摘要 随着国民经济的迅速发展，电力在社会经济生活中的重要性曰益显著，实现电力系统的安 全运行和经济运行，保证供电的可靠性和供电质量是不容忽视的。这使得城市的配电系统面临 着巨大的压力。因而改变目前城市的电网薄弱，可靠性差，损耗高，电能质量不稳定，自动化 程度低的状况是迫在眉睫的，进行电网的规划改造是势在必行的。 论文是本人在参与衡阳市城区中低压配电网规划项目后完成的。衡阳市是一座人口近百万 的新兴现代城市，集多种产业发展于一体的湘南政治文化中心。论文从电网规划的现状分析开 始，通过多种方法对衡阳城区功能小区未来几年的负荷发展情况进行预测，得出新的网架规划 方案和投资估算，叙述了整个规划的思想和过程。 论文首先叙述了进行电网规划的必要性以及必要的规划原则，并对衡阳市城区电网现状进 行了详细的分析；接着分析了负荷预测的意义及必要性，叙述了进行负荷预测的理论依据，分 别总结了几种传统负荷预测方法的原理，并对衡阳市城区的总用电量和各行业用电量做了预 测。总量的负荷预测完成之后，根据规划地区的用地规划进行分区负荷预测，把总负荷分到各 个小区去，以便进行网架规划。 论文在负荷预测的基础上，给出了网架规划方案。首先是给出了在选择网架方案时的原则， 并采用衡阳市城区电网的实例分析说明了此问题。最后的网架方案除了能够解决衡阳市城区电 网的现实问题外，还要能够满足未来负荷发展的需要，并且能够满足投资最经济的原则。进行 了网架规划之后，论文对衡阳市城区电网的网架进行了投资估算和效益评估，分析了进行衡阳 市城区电网规划带来的社会效益和经济效益，体现了进行电网规划的必要性。 关键词：电网规划；负荷预测；功能分区：网架优化；无功补偿；投资估算 现代城市中压配网规划设计 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fn a t i o n a le c o n o m yi no u rc o u n t r y ，p o w e rb e c o m e sm o r ea n dm o r e i m p o r t a n t r e a l i z i n gs a f ea n de c o n o m i c a lf u n c t i o no fp o w e rs y s t e ma n de n s u r i n gr e l i a b i l i t ya n d q u a l i t yo fp o w e rs u p p l ys h o u l dn o tb ei g n o r e d a l lt h e s ec a u s eh u g ep r e s st od i s t r i b u t i o ns y s t e mi n o u rc o u n t r ys oi ti so b v i o u s l yu r g e n tt om o d i f yc u r r e n ts t a t u so fw e a kn e t w o r k ，l a c ko fr e l i a b i l i t y ， h 蛳w a s t a g e ，p o o rq u a l i t yo f v o l t a g ea n d l o wl e v e lo f a u t o m a t i z a t i o nr e b u i l dh i g l l - v o l t a g en e t w o r k p l a n n i n gm u s tb ec a r r i e do u t t h ep a p e ri sb a s e do nt h ec o u r s eo fp l a n n i n go fh e n g y a n gn e t w o r kt h a tio v e rt o o kp a r ti n b a s i n go nt h ep l a n n i n go fh e n g y a n gn e t w o r ka n da l s ot a k i n gt h ei n t e g r a l i t yo ft h es t r u c t u r eo ft h i s p a p e ri n t ot h o u g h t , i ts p e c i f i e st h ew h o l ep l a n n i n gi d e af o r mt h ef i r s ts t e p ，i ea n a l y s i so fc u r r e n t s t a t u s ，t od r a w i n go u tt h en o ws c h e m eo fn e t w o r kp l a n n i n ga n dc a r r y i n gt h r o u g hi n v e s t m e n t e v a l u a t i o n t h ep a p e rb e g i n sw i t ht h en e c e s s a r ya n dr e q u i r e dp r i n c i p l eo fn e t w o r kp l a n n i n ga c c o r d i n gt o c u r r e n th e n g y a n gn e t w o r kt h e na f t e rt h es i g n i f i c a n c ea n dn e c e s s a r yo fl o a df o r e s ta r ea n a l y z e d ，t h e t h e o r i a lp r o o fi sd e s c r i b e da n dt h ep r i n c i p l eo fs e v e r a lt r a d i t i o n a ll o a df o r e s tm e t h o d si sc o n c l u d e d ， a n di ts e p e r a t e l yf o r e s t st h ee n e r g yc o s to ft o t a lr e g i o na n dv a r i o u sv o c a t i o n s s e c t o rl o a df o r e s t s h o u l db ec a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h el a n dp l a n n i n gf o l l o w i n gw i t ht h er e s u l to ft o t a ll o a df o r e s tt o d i s t r i b u t et h et o t a le n e r g yi no r d e rt oc a r r yt h r o u g hn e t w o r k p r o g r a m m i n g f o l l o w i n gw i t ht h er e s u l to fl o a df o r e c a s t i n g ，p a p e ra n a l y z e st h ea c t u a l i t yo f h e n g y a n gn e t w o r k ， i nw h i c ht h ep r i n c i p l ef o rs e l e c t i n gn e t w o r kp r o j o c ti sf i g u r e do u t , t h e nt h en e t w o r ko v e rh e n g y a n g c i t yi st a k e na sa ne x a m p l et oe x p l a i nt h ep r o b l e mt h ef i n a ln e t w o r ks c h e m e m u s ts a t i s f yt h el o a di n t h ef u t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo ft h em o s te c o n o m i ci n v e s t m e n t , b e s i d e sg o r i n gr i do ft h ep r o b l e m e x i s t si nt h ec u r r e n td i s t r i b u t i o no v e rh e n g y a n gc i t y ，a f t e rt h en e t w o r kp l a n n i n g ，t h ep a p e rg i v e so u t t h ee v a l u a t i o no fi n v e s ta n de c o n o m i cb e n e f i ta n dp o i n t so u tt h a tn e t w o r kp l a n n i n gh a sb r o u g h to u t t h es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t , w h i c hd o n a t e st h en e c e s s i t yo f n e t w o r kp l a n n i n g k e y w o r d s ：p o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ；l o a df o r e c a s t ：f u n c t i o n a ls u b a r e a ；p o w e rg r i dd i s t r i b u t i o n ； r e a c t i v ec o m p e n s a t i o n ；e v a l u a t i o no f i n v e s t l i 湖南大学 学位论文原创性声明 本入郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特另t l d u 以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 年a 日期：a ；, v 7 年，月，7e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名：嚷森 导师签名：，喜备杏 日期：a 阿7 年，f 月， 日 日期：加7 年，月，7 e l 工程硕士论文 第l 章绪论 1 1 现代城市的概念 现代城市，是指现代“朝阳产业”即第三产业为主导的城市。工业化促进了城市规模的扩大， 人口不断增多，人们生活水平的提高、收入增加，人们需要得到越来越多的服务。如运输、通 讯、金融、医疗、公共卫生、文化娱乐、休闲旅游等等。在第三产业的发展中，特别是旅游业 和展览业飞速发展，被誉为现代的“朝阳产业”，成为城市经济的新的增长点，这是现代城市的 一个显著特点。 论文所研究的衡阳市符合一个现代城市的标准。衡阳市位于湖南省南部，地理位置优越， 自古以来是战略、经济、工业重地。衡阳地区总面积1 5 3 1 0 平方公里，交通便利快捷，境内有 京广铁路、湘桂铁路、京珠高速、衡枣高速、3 1 7 国道贯穿南北，纵横东西，还有湘江航道可 直达岳阳，武汉、上海，正在建设中的武广、湘桂高速铁路和规划中的衡阳机场将使未来的衡 阳交通物流更为方便。位于衡阳市南岳区的中华名山五岳之一南岳，1 9 7 9 年经国务院、中央 军委批准对外开放，1 9 8 2 年被国务院审定为首批国家级重点风景名胜区。南岳素以“历史悠久 名气大，五岳独秀风光好、佛道并存影响广，交通便利客源多”四大特色著称于世，享有“五岳 独秀”、“文明奥区”、“宗教胜地，“避暑胜地之美誉，带动了衡阳市第三产业的飞速发展。 2 0 0 6 年，衡阳市实现地区生产总值( 初步核算数) 6 7 2 0 7 亿元，按常住人口计算，人均 生产总值为1 0 0 5 7 元。在全市生产总值中，三次产业结构由上年的2 5 4 ：3 8 5 ：3 6 1 调整为2 3 ，5 ： 4 0 5 ：3 6 0 ，其中第二产业增加值占g d p 的比重提高了2 个百分点，在第二产业增加值中，工 业增加值占g d p 的比重3 6 7 ，比上年提高了2 9 个百分点。工业对经济增长的拉动作用进一 步增强。2 0 0 7 年6 月2 3 日2 0 ：4 4 衡阳全地区负荷最高1 0 3 ，3 万k w ，全日电量2 1 2 1 9 1 万k w h 。 随着电力体制改革的进行和社会主义市场经济的持续发展，改进和加强电网规划编制工作 显得日益重要。只有使电网规划逐步做到规范、科学、合理，才能使电力事业更好地为人民生 活和经济建设服务”i 。 1 2 电网规划概述 1 2 1 电网规划的基本概念 现代城市中压配网规划设计 电网规划是确定何时、何地投建何种类型的输变电设备及其回路数，以达到规划周期内所 需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使得建设费用最小。电网是电力系统的中枢和 重要组成部分，一个良好的电网结构能便利地实现电力的供需平衡。更好地使电源结构优化， 实现区域电网之间的相互支援。 1 2 2 电网规划与电力系统规划之间的关系 电力系统是由所在地区内的发、输、配电设备，以及二次装置设备组成的一个综合整体， 是电力工业的具体体现。电力系统规划是预见电力系统中潜在的技术和经济问题，以及系统内 的不充裕性，建议可能解决的发展方案( 例如增加新设备和线路等) 及投资，在决策过程中要 考虑技术、经济、社会和环境等许多因素。电力系统规划由电力负荷预测、电源规划和电网规 划构成。电网规划是电力系统规划的重要组成部分，电网规划应在国家计划及能源政策指导下 进行，它的基础是电力负荷预测和电源规划，并和它们一起i 剐属电力系统规划，其结构和与国 家计划及能源之间的关系如图1 1 所示1 2 i 。 图1 1 电网规划与电力系统规划的关系 电力系统的发展受到未来负荷增长、一次能源供应、电力技术设备的供应以及国家财力的 直接影响。近几年来，电力系统呈现以下几个方面的快速发展： ( 1 ) 电力需求的高速增长， 要求对电网扩展的大量投资； ( 2 ) 地区和国家间电网互联的趋势；( 3 ) 在电力市场中独立参 与者的大量增加；( 4 ) 随着开放的电力市场的形成，电力工业结构的变化。尤其是在开放的 市场环境下，出现了很多不确定因素，给输电系统的规划带来了很多新问题。因此，必须对电 2 工程硕士论文 力系统的规划、运行、技术和体制等方面进行研究，以便得到更有效的方法和实现策略。随着 电力需求的日益增长，电力系统的规模必须不断扩大，电力系统规划的重要性也日益明显”，一i 。 1 2 3 电网规划的分类 电网规划按规划期长短可分为远景规划( 2 0 3 0 年) ，中长期规划( 5 - 2 0 ) 年和短期规划 ( 5 年) 三种。在这三部分中，中长期规划研究起着十分重要的作用。一方面远景规划研究 所作出的技术选择可通过中长期电网规划网络的实际状态进行修正；另一方面它又可以指导短 期规划研究，确保短期决策与电网长期发展相一致。 电网规划按照电压等级或电网功能的不同又可分为输电网规划和配电网规划。我国目前 5 0 0 k v 级为输电电压，2 2 0 k v 级为送电电压，l l o k v 、3 5 k v 为高级配电电压，1 0 k v 级为中压 配电电压，3 8 0 v 为低压配电电压。可将2 2 0 k v - 5 0 0 k v 列入输电网规划( 主网规划) 、3 8 0 v 1 l o k v 列入配电网规划。曲一 从数学上说，电网规划优化是一个多目标、多变量、多约束、多阶段的不确定性非线性混 合整数动态规划问题。为了降低电网规划的难度，通常都要对一些因素作一些简化。很多电网 规划研究都把多阶段的电网规划问题简化地看作从规划年直接到规划目标水平年的单阶段规 划问题。单阶段的电网规划问题又称为静态电网规划问题，而考虑多阶段协调规划的电网规划 问题则称为动态电网规划问题f 4 1 电网规划 根据规划期长短 根据对规划期处理不同 根据电压等级或电网功能 图1 2 电网规划的分类 远景规划 中长期规划 短期规划 单阶段扩展规划 多阶段扩展规划 输电网规划 配电网规划 现代城市中压配网规划设计 1 3 电网规划研究的内容及意义 1 3 1 电网规划的任务及研究内容 电网规划主要有两个方面的任务：一是确定电网未来的规模及安装设备的规格，如导线电 压等级和型号、变压器规格等：二是确定电网中增加新设备的时间和地点。其基本原则是，在 保证将电力安全、可靠的输送到负荷中心的前提下，使电网的建设和运行费用最小。 电网规划应着重研究电网的整体。电网规划的编制，应分析现有网络的状况，根据需要与 可能，从改造和加强现有网络入手；研究负荷增长规律，解决网络结构中的薄弱环节，扩大网 络的供电能力，加强结构布局和设施标准化，提高安全可靠性，做到远近结合、新建和改造相 结合、技术经济合理。从整体上着眼，可以把电网规划研究的内容分为电网现状分析、负荷预 测、网架规划、无功规划、稳定性分析及短路电流分析几个方面：其中，无功规划、稳定性分 析和短路电流分析这三部分是在网架形成后进行的，无功规划和稳定性分析主要用于确定线路 是负荷预测和网架规划研究1 5 , ”2 1 。 电网规划考虑的因素主要有： ( 1 ) 满足负荷需求。这是最基本目标。 ( 2 ) 经济性。随着电网管理逐步趋向于采用市场竞争机制，对经济性的评价更多地从费 用的角度进行。电网规划时需考虑的费用支出有以下( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) ，( 6 ) 项。 ( 3 ) 投资费用。包括输电线路投资和变电站设备投资，输电线路投资可以用各条线路的 具体投资来表示，也可以用每公里线路的投资来表示。 ( 4 ) 网损费用。不同电网规划方案可能产生不同的电网功率损耗，这不仅影响电能成本， 还可能影响系统的装机容量。 ( 5 ) 发电费用。考虑发电厂燃料费用和网络增强可使便宜电多发所产生的效益。 ( 6 ) 生产费用与缺电损失。输电系统的容量限制往往对电力系统的运行方式甚至开机方 式有很大的影响，从而限制了生产调度的优化，使发电成本提高。输电系统的容量限制同时会 导致强迫性的减负荷，给用户带来巨大的缺电损失。 ( 7 ) 可靠性。主要应满足正常运行及个别元件故障时不引起其他线路或变压器过负荷， 不引起母线电压超出容许范围。在某些情况下，还应该校验系统的稳定性。 ( 8 ) 环境影响。目前还难以把环保因素当成模型中的约束条件来处理。因此在电网规划 4 工程硕士论文 中主要根据环保条件来审查所选的方案i “l 。 1 3 2 电网规划研究的重要性和意义 电网是电力工业发展的一个重要环节。一个良好的电网结构能便利地实现电量的供需平 衡，更好地使电源结构优化，实现区域电网之间的互相支援。良好的规划方案是良好的电网结 构的基础，它应能保证系统在安全稳定的方式下运行，并且在此前提下获得最良好的经济效益 和社会效益。良好的规划方案是电力工程前期工作的重要组成部分，它是关于单项本体工程的 总体规划，是具体建设项目实施的方针和原则，是工程建设的关键环节。做好规划设计工作对 工程建设的工期质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着 决定性的作用。 目前，我国的电力工业己经步入了大电网、高电压和大机组的时代，电力规划设计决策的 失误对电力系统本身的安全运行和经济的损失产生的影响将更为巨大。实际电网中存在的许多 急需解决的问题，如：电网供电能力不足，电网结构薄弱，供电可靠性不高，电压质量低，电 网线路能损高等都与电网结构是否合理密切相关。一个好的电网规划设计可以用来指导电网建 设和发展，为电网的安全运行及经营管理奠定坚实的基础，使所有规划设计的系统能最有效的 供应电力，电网能最可靠的稳定运行，能取得最经济的投资和运行费用。对于发展变化、运行 方式变化能最灵活的适应。 此外，电网的建设缺乏统一、长远的规划，往往在某地区负荷发展到一定阶段，出现了运 行上的问题或发现了存在的隐患，就在该地区建设或进行局部的技术改进。这样的“哪里需要 哪里建的应急工程”的建设方式，导致了电网结构凌乱和运行方式的复杂，没有扩展余地，电 网网损大、可靠性不高等问题。 再者，在目前的电网规划工作中，往往是按照导则及一定的编写模式，根据规划人员的经 验进行规划，虽然各种因素能够得到平衡和综合考虑，但规划人员的经验、精力、主观性和所 掌握的资料的有限性使规划的科学性和准确性受到影响，这反过来又制约了在人力和物力上对 规划的投入，结果是规划对实际生产建设所起的指导意义不大，权威性不足。随着整个电网变 得越来越复杂，电网规划设计中以往那种人为臆断和局部最优的规划设计方式会给电网的运 行、发展带来隐患，资金盲目使用的可能性加大。这一状况迫切要求结合实际对电网规划进行 深入研究，并在取得理论成果的同时将其实用化，使规划设计具备科学性和可行性，真正成为 现代城市中压配网规划设计 电网建设的指导性文件”。 在认识到完全依靠规划工作者的经验规划未来的电力系统己远远不能满足现代电网规划 的要求后，采用新技术、新方法对电网进行优化规划己在电力行业内达成共识。国内许多电力 部门做了大量的尝试性工作，其中包括一些国外城市电网规划软件和先进电网技术的引进。这 些工作为我国城市电网规划水平的提高发挥了重要的作用。 不同的时代对电网提出了不同的要求，所以要用新观念对待城市电网规划。不同时代不仅 产生新技术，对技术的评估观念也会不同，对电力技术也如此，只有起点高，才能看得远，超 前意识是时代对规划者的要求。另外由于电网规划所涉及的不确定因素比较多，“电网要有上 定的裕度和应变能力”这个观念在城网规划中十分重要。因为经济发展是一个系统工程，是 个动态过程，其中包含许多相互制约而不确定的因素。因此要求电网结构具有足够的弹性，包 括有足够的设备容量和对付各种可能出现运行方式时的应变能力，对前后阶段网架要考虑其相 关性并做合理协调。 1 4 电网规划的研究现状 1 4l 我国电网的现状分析 改革开放以来，电力工业取得了快速的发展。全国各主要电网，5 0 0 k v 超高压网架已逐步 形成。部分直辖市、省会城市和沿海城市己经先后建立了5 0 0 k v 或2 2 0 k v 电压等级的环网或 双环网。一般大、中城市电网都由2 2 0 k v 输电网络和l l o k v 及以下配电网络构成，担负约8 0 0 的电力的送配任务。但是由于城市发展迅速，用电负荷需求量大而且有时集中，对供电的质量、 供电可靠性要求也提高了，普遍出现城网不能充分满足各方面要求的现象。特别是随着城市产 业结构的调整，第三产业用电负荷增长很快，人民生活用电量也呈快速增长趋势。近年来，全 国几乎所有大中城市夏季负荷高峰年年增长，城网严重过负荷，使城市电网最薄弱且改造难度 最大的中、低压电网面临极大的压力。 近些年，城乡高压配电网建设相对滞后，城网有电送不进、落不下、用不起、用不上的矛 盾充分暴露出来。主要表现在1 8 , 1 2 1 ： ( 1 ) 城乡电网配电能力严重不足。城市电网ll o k v 和2 2 0 k v 变电站较少，容载比偏低， 导线截面小，各地配电网主设备严重过载： 6 工程硕士论文 ( 2 ) 高压网架脆弱，大量设备陈旧老化，供电可靠性差： ( 3 ) 线损率高，城网电压质量较差。由于城乡配电网建设的相对滞后，设备陈旧老化、 供电半径大、导线截面小且在严重过负荷情况下运行。 1 4 2 电网规划的研究现状 1 9 9 3 年由国家能源部、建设部颁发，由中国电机工程学会城市供电专业委员会正式出版 了城市电力网设计导则，该导则从总则、规划的编制和要求、负荷预测、规划设计技术原 则，供电设施、调度通信及自动化以及特种用户的供电技术要求七个方面对城市电网规划进行 了统一，成为编制和审查城市电网规划的重要文件。 在实际电网规划中，常规的做法是按照城市电力网设计导则及一定的编写模式，根据 规划人员的经验进行规划，虽然各种因素能够得到平衡综合考虑，但规划人员的经验、精力、 主观性和所掌握的资料的有限性使规划的科学性和准确性受到影响，并且制约了在人力和物力 上对规划的投入，结果是规划对实际生产建设所起的指导意义不大，权威性不足。 在认识到完全依靠规划工作者的经验规划未来的电力系统己远远不能满足现代电网规划 的要求后，以计算机作为工具，采用新技术、新方法对电网进行优化规划已在电力系统界达成 共识。为此，国内许多电力部门做了大量尝试性工作，其中包括对一些国外城市电网规划软件 的引进。目前，我国一些大学和研究单位也已经部分地开发了一些电网规划软件，并在实际电 网中得到了应用。根据电网规划工作所包含的内容，用于城市电网规划工作的计算机软件系统 基本分为下述几类f “】： ( 1 ) 负荷及负荷分布预测、管理软件：这类软件侧重于规划区内的负荷总量预测及负荷 分布预测并能将两者互相协调，负荷分布预测必须与城市发展规划相结合，预测结果应该能以 图形的形式加以反映； ( 2 ) 网络现状分析软件：这类软件的目的是为了对网络现状进行详细的技术分析，以便 发现现系统的瓶颈，为电网改造和未来电网规划提供参考性依据。一般包含潮流计算、短路计 算、n 1 分析等功能； ( 3 ) 电网规划软件：这类软件的主要功能包括变电站的容量、位置、供电范围的优化规 划：线路的走廊、导线型号、网络连接与运行方式的优化规划；无功电源的优化规划等； ( 4 ) 经济性分析软件：这类软件的目的是对电网的规划结果进行详细的经济论证，重点 7 现代城市中压配网规划设计 是效益分析。 1 5 研究课题的来源 为大力推进和加快电力网络的建设改造工作，全面提高网络供电能力和供电质量，为城市 经济发展和人民生活提供安全、可靠、优质、充足的电力供应，更好地适应电力体制改革和满 足市场经济竞争需要。根据湖南省电力公司城市电力网规划设计导则和有关设计规程，遵 循安全，可靠、经济的原则，以衡阳市城区各水平年l o k v 电网网絮进行了规划。 本人作为主研人员参与了湖南省电力公司衡阳市城区2 0 0 8 - - - 2 0 1 0 年中低压配电网规划 的编制工作。此研究项目涉及到输电网和中低压配电网规划的多项内容，例如：电网规划中的 现状分析、负荷预测、电力电量平衡、网架规划、稳定性分析、电网技术原则、可靠性分析和 网架的经济评估等。 1 6 论文所做的主要工作 本人全程参与了湖南省电力公司衡阳市城区2 0 0 8 - - - 2 0 1 0 年中低压配电网规划这一课题 的研究，完成了从理论准备，算法选择，系统设计到规划实践的全部过程，论文正是对以上工 作中出现问题的探讨及解决方法的总结。此外，本人还将理论与衡阳市城区电网的实际结合在 一起，提高了自己的实际应用能力。总之，通过上述理论研究和科学实践，力求使电网规划方 法的内容更加充实完整，形成一套集成化的电力系统规划方法。 论文的研究重点是以衡阳市城区配电网规划为背景，将先进的理论应用于电网规划中的负 荷预测、网架优化等，并应用经济评估的方法对网架规划的结果进行评估。在经济上，对网架 进行充分的论证，使网架规划的结果更具有现实的指导意义，并能使电力系统企业在市场竞争 中处于优势，避免由于不合理规划造成的浪费。 全文内容安排如下： 第一章绪论。概括地阐述了现代城市电网规划的基本概念、电网规划在电力系统中的位 置，明确了电网规划的任务、研究内容和研究现状，指出了在当前电力大发展的环境下，进行 电网规划的重要意义。 第二章衡阳市城区电力行业的现状分析。介绍了衡阳市城区的概况和目前电网发展的现 状，分析了目前衡阳电网存在的主要问题。 8 工程硕士论文 第三章中长期电力负荷预测技术。讨论了用于电网规划的各种负荷预测的方法的原理。 第四章功能小区中长期负荷预测。以衡阳市城区配电网的功能小区负荷预测为研究对象， 通过分析各功能小区的用地特点和原始数据可能的获取状况，来选择合适的预测方法，并结合 衡阳市城区建设发展的现状进行分析，说明了实践中功能小区负荷预测方法选择的合理性以及 功能小区负荷预测对电力网络规划的指导意义。 第五章电网规划设计。根据城市电力网规划设计导则，结合衡阳电网的实际情况， 在上述工作的基础上，进行了网架构建，确定了衡阳电网发展的近景网架发展和远景网架的发 展目标。 第六章无功优化。无功补偿是电力网建设和改造的重要组成部分。因为它是保持网络无 功平衡、提高电压质量、降低网络损耗的有效措施。 第七章投资估算及效益分析。对规划的网架方案进行了经济评估。 9 现代城市中压配网规划设计 第2 章衡阳市城区配电网的现状分析 电网规划建设的目的是满足城市经济发展对电力的需求，因此，在制定电网规划前要分析 城市经济发展的状况和前景，分析社会用电结构和变化趋势。在此基础上，对电网发展现状的 结构、供电能力、可靠性和存在问题进行分析，判断网络满足负荷增长的程度，为制定电网规 划的网架奠定基础。 2 1 衡阳配电网的现状 衡阳市位于湖南省南部，地理位置优越，自古以来是战略、经济、工业重地，地处东经 1 1 0 。3 2 1 6 “1 1 3 0 1 6 3 2 ”之间，东邻株洲市，西接永州市，南靠郴州市区，北依湘潭市和 娄底地区。衡阳地区总面积1 5 3 l o 平方公里。衡阳北距长沙1 8 0 公里，南距广州5 5 0 公里，西 距桂林3 3 0 公里，交通便利快捷。在“十五”到“十一五”的前几年，衡阳市经济发展取得了巨大 的进步，社会事业得到全面发展，社会主义市场经济进一步完善，人民生活不断提高。 截至2 0 0 7 年6 月底，衡阳市城区共有变电站2 8 座，变压器5 5 台，变电容量2 4 1 76 5 m v a 。 其中，2 2 0 k v 变电站5 座，变压器1 3 台，变电容量1 4 4 7 5 m v a ：1 1 0 k v 变电站1 7 座( 其中5 座用户自用) ，变压器3 2 台，变电容量9 3 05 m v a ；3 5 k v 变电站5 座( 其中3 座用户自用) ， 变压器1 0 台，变电容量3 96 5 m v a 。共有3 5 k v 及以上线路4 1 条( 不含2 2 0 k v 线路) ，总长 度3 7 95 k m 。其中，1 1 0 k v 线路3 4 条，长度3 2 6 9 k m ；3 5 k v 线路7 条，长度5 2 6 k m 。1 0 k v 线路主干线长度总长为8 2 6 1 7 k m l s - 9 1 。 2 1 1 中、低压配电网建设与改造简况 到2 0 0 7 年6 月底止，衡阳市城区共有1 0 k v 出线2 0 3 回，有8 2 回l o k v 出线实现了互联， 互联率达到4 03 9 。目前城区互联互导线路大部分存在同一个问题，即虽然导线规格已达到 负荷转移的要求，但单回线路装机容量较大，线路的最大负载率无法达到“n 1 ”准则所列要求， 能互联但不能互导。 近年来，低压供电台区改造工作陆续在进行，据统计，衡阳市城区共有公变台区l1 2 8 个， 经过城网一、二期和三年台改，总共完成改造台区6 0 8 个，改造率为5 39 ，需要改造的台区 4 4 4 个，未改造率为3 9 4 ，2 0 0 7 年计划改造2 0 0 台正在实施中。 工程硕士论文 己完成的1 0 k v 配网建设与改造，解决了一些迫在眉睫的安全问题，以及部分1 0 k v 线路 供电区域划分不清的问题，也增强了对一些重要负荷的持续供电能力；同时与加强配电和营销 管理相结合，降低了综合线损率。 2 1 2 城区中、低压配电网运营指标现状 供电可靠性、线损率、电压合格率是衡量配电网运行状况的重要指标，它直接反映了配电 网的运行水平和管理水平。 2 0 0 6 年，衡阳市配电网线损率为“6 l ，综合电压合格率为9 89 7 ，供电可靠性为 9 9 8 7 。2 0 0 7 年6 月2 3 日2 0 ：4 4 衡阳全地区负荷最高1 0 3 3 万k w ，全日电量2 1 2 1 9 1 万 k w 。衡阳市配电网主要运行指标如表2 1 所示 7 1 ： 表2 1 衡阳市配电网主要运行指标 综合电压合格供电可靠性 年份 供电量( m 、l i )售电量( m w h )线损率( ) 率( )( ) 2 0 0 4 2 2 9 8 22 0 0 2 21 28 89 87 69 9 3 7 8 2 0 0 52 5 2 6 22 2 2 6 8l i8 59 8 8 49 98 8 6 2 0 ( 硒 2 9 3 9 92 5 9 8 4l l6 l9 8 9 79 98 7 2 2 中、低压配电网存在的主要问题 随着国民经济的不断发展和人民生活质量的提高，衡阳市城区用电负荷必将逐年增长。由 于历史原因及受资金短缺的制约，造成了衡阳市城网的发展，远远滞后于用电需求的增长。目 前衡阳市城网主要存在以下问题1 8 i ： ( 1 ) 1 0 k v 配电网联络不强，城区互联线路只有8 2 条，互联率为：4 0 3 9 ，配电线路及 变电站之间转供能力不足。如茶山坳变，东阳渡变的1 0 k v 出线基本上没有互联现象。 ( 2 ) 配电线路存在负荷分配不合理、线路挂接用户不均，许多线路均需调整。2 0 0 6 年岳 屏变最大负荷5 4 9 8 m w ，雁峰变最大负荷1 65 2 m w ，光辉变最大负荷2 2 2 6 m w ，明显负荷分 配不合理，需要进行调整。 ( 3 ) 部分供电半径长、结构过于简单化。目前，部分出线的主干线供电半径都很长。供 电半径超过5 k m 的线路为3 6 条，超过1 0 k m 的线路为1 5 条，线路过长，严重影响了电能质量。 如高桥a 线、高桥b 线、狮东线、狮茶线等供电半径均超过了6 k m 。 现代城市中压配网规划设计 ( 4 ) 配电网有部分线路老化严重，导线截面偏小，易发生配网事故。例如1 9 7 8 年投运的 岳屏变，1 9 7 4 年投运的乌鸡塘群主变，其配网线路如岳华线、岳新线、乌黄线均老化严重， 导线型号均为l g 1 2 0 ，导线截面偏小。 ( 5 ) 电缆线路、环网柜、分支箱的运行环境恶劣。 衡阳市电缆入地工程大都在老城区实施，地下管网较多，特别是下水道、化粪池无法避开， 加上市政土建施工不到位，城市里大部分的电缆沟都已经成了臭水沟，废水对电缆的腐蚀大大 缩短了电缆的使用寿命。2 0 0 1 2 0 0 3 年安装l o k v 岳石i 线、岳邮线的环网柜，分支箱外壳和 内部电器有很多已经锈蚀非常严重。电缆大多数十多条共沟运行的，有的还和弱电电缆共沟运 行，一旦一条电缆或一个分支箱出了问题必然会危及邻近的几条电缆，一个故障点也随之会演 变成多个故障点，使停电范围扩大。环网柜、分支箱、电缆的附件配件品种繁多，故障查找缓 慢，修补更换都非常麻烦，比较明显的体现在蒸湘南北路的电缆入地工程上，环网柜、分支箱 的厂家就有3 家，因此一个地方出问题，很可能要几天才能恢复”i 。 ( 6 ) l o k v 配电网络监控能力差，无有效的控制事故停电时间和快速隔离故障、恢复非故 障区正常供电的手段。 ( 7 ) l o k v 线路分段开关设置不多，若线路出现问题，导致整条线路无法供电，不仅严重 影响供电质量，而且影响周围居民生活。 2 3 规划目标与原则 2 3 。l 规划目标 根据衡阳市城区国民经济发展总体规划及国民经济发展势态以及电力负荷预测情况，电网 规划期内以加大城区中低压配电网建设与改造为主，做好l i o k v 及以上电压等级的输变电建 设，建全和完善城区l l o k v 基础变电站布点、输电网主网骨架线路结构及l o k v 配网基础建设， 以及市内重点建设工程项目、工业园区的变电站( 电源点) 、输配电线路网络的布点改造和建 设工作，构筑出网架结构坚强、接线层次清晰、供配电功能齐全、资产性能优良，科学合理、 安全可靠的现代化城区配电网络，缓解和解决规划期内衡阳市城区电力负荷紧张供用电压力与 日剧增的格局】。 流 2 3 2 规姘浆则 工程硕士论文 要按确保电网长期安全、稳定和经济运行的原则来规划电网的建设。既要满足负荷增长和 开拓电力市场的需要，又要保证经济效益，必须坚持p i ： ( 1 ) 以市场为导向，坚持为用户服务的原则； ( 2 ) 各级电网“统一规划、分期建设、协调发展、适度超前”的原则。 其中，主要的技术原则包括： 1 ) 各级电压变电总容量与用电负荷之间、输变电设施容量之间、有功和无功之间的比例 协调； 2 ) 1 1 0 k v 电网一般以放射状为主，就近在负荷中心降压向用户供电，降低成本、提高效 益： 3 ) 根据城市电网规划设计导则，城网分高压送电( 2 2 0 k v ) 和高压配电( 1 1 0 k v ) 两 级变电。由2 2 0 k v 变电站向l1 0 k v 变电站供电。 蕊 4 ) 各级电网供电可靠性应符合“供电安全”准则的要求，一般按“n 1 ”准则进行规划；对于 电网中特别重要的地区和输变电环节，以及特殊要求的重要用户，可按检修方式下的“n - i ”准 则考虑。 1 0 k v 配网应依据变电站、开闭所的位置和负荷分布分成若干相对独立的分区，分区配电 网应有大致明确的供电范围，避免出现交错重叠。 中压配网宜采用环网布置、开环运行的结线方式。中压配电线路供电半径不宜过大，应满 足末端电压质量的要求。 对1 0 k v 电缆网，城区不超过3 k m ，负荷密度特别大的地区不超过1 5k m ，城郊不超过5 k m ； 对1 0 k v 架空网，城区一般控制在5 k m 以内，郊区原则上控制在1 0 k m 以内。 中压配网应有较强的适应性，主干线按远景规划选定，一次建成，在不满足需要时，另敷 设新线路或新建变电站、开闭所，其基本结构不变。 配电变压器宜遵循密布点原则，以便控制低压配电网供电半径。 3 8 0 v 2 2 0 v 低压配电网应简单、安全、可靠，一般采用以配电变压器为中心的树状放射式 结构；实行分区供电的原则，低压线路应有明确的供电范围，一般不跨街区供电；低压配电干 线供电半径应满足线路电压损失与线损限制要求1 4 a 3 1 。 2 4 本章小结 现代城市中压配网规划设计 本章通过研究衡阳电网的现状，主要分析了目前衡阳电网存在的主要问题和薄弱环节，给 出了进行本次规划时，考虑到衡阳实际情况，进行规划的主要目标和技术性原则，为本次规划 提供了一个指导方向。 1 4 工程硕士论文 第3 章中长期电力负荷预测技术 负荷预测是电网规划的基本工作，其精度的高低直接影响着电网规划的质量的优劣。负荷 预测工作要求具有很强的科学性，根据大量反映客观规律性的科学数据，采用适应发展规律的 科学方法，选用符合实际的科学参数，以现状水平年为基础，预测未来水平。 电力负荷预测是电网规划的主要依据，其最重要的指标就是预测精度，但准确的负荷预测 并不是容易做到的，这不完全决定于采用方法的先进性，还与负荷增长的跳跃性、数据和资料 准备的完善程度密切相关。只有结合当地的实际情况，对所作出的预测结果进行分析，经过处 理之后，预测结果才可能更接近该地区未来实际负荷发展的情况“2 1 。 3 1 电力负荷预测经典技术 3 1 1 专家预测法 l 、专家小组预测法( 德尔菲法) 专家小组预测法是根据有专门知识的人的直接经验，对研究的问题进行判断、预测的一种 方法，也称专家调查法。专家小组预测法具有反馈性、匿名性和统计性的特点。德尔菲法的优 点是【i l j ： ( 1 ) 可以加快预测速度和节约预测费用： ( 2 ) 可以获得各种不同但有价值的观点和意见； ( 3 ) 适用于长期预测，在历史资料不足或不可预测因素较多尤为适用。 缺点是： ( 1 ) 对于分地区的负荷预测不可靠性不强： ( 2 ) 专家的意见有时可能不完整或不切实际。 2 、专家系统法 专家系统预测法是对数据库里存放的过去几年的甚至几十年的负荷数据进行分析，从而汇 集有经验的负荷预测人员的知识，提取有关规则，按照一定的规则进行负荷预测”“5 1 。实践 证明，精确的负荷预测不仅需要高新技术的支撑，同时也需要融合人类自身的经验和智慧。因 此，就会需要专家系统这样的技术。专家系统法，是对人类的不可量化的经验进行转化的一种 现代城市中压配网规划设计 较好的方法。但专家系统分析本身就是一个耗时的过程，并且某些复杂的因素( 如天气因素) ， 即使知道其对负荷的影响，但要准确定量地确定他们对负荷地区的影响也是很难的m 1 9 1 。 专家系统预测法适用于中、长期负荷预测。此法的优点是： ( 1 ) 能汇集多个专家的知识和经验，最大限度地利用专家的能力： ( 2 ) 占有的资料、信息多，考虑的因素也比较全面，有利于得出较为正确的结论。 缺点是： ( 1 ) 不具有自学习能力，受数据库里存放的知识总量的限制 ( 2 ) 对突发性事件和不断变化的条件适应性差。 3 1 2 产值单耗法 产值单耗是反映国民经济及各部门用电特性的指标，是电力负荷预测中的基础指标。每元 国民生产总值( 或者国内生产总值) 所消耗的电能量称为产值单耗，产值单耗有综合产值单耗 及分行业产值单耗之分。 1 、综合产值单耗法1 1 6 】 统计口径范围内，全部用电量与国民生产总值之比称为综合产值单耗。综合产值单耗指标 的计算公式为： 彬= k 6 畔 ( 31 ) 式中：k 表示预测年( 或规划年) 选用的产值单耗指标，单位为k w h 元；形表示预测年 ( 或规划年) 的需电量，单位为万k w h ；g 够表示预测年( 或规划年) 国民生产总值的目标 值，单位为万元。 2 、分产业