（电力系统及其自动化专业论文）基于综合赋权法的城市配电网接线模式优化选择研究.pdf

a b s t r a c t u r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sa ni m p o r t a n tp r o p o r t i o no f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m , w h i c h i sn o to n l vt h eb u r t h e nc e n t e ro fe l e c t r i cp o w e rs y s t e m ，b u ta l s oo n eo f t h ei m p o r t a n t b a s i ce s t a b l i s h i n e n t so fu r b a nm o d e r n i z ec o n s t r u c t i o n u r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k b u i l d i n gc a l l tb e 位f o r u r b a ne c o n o m ya n ds o c i e t yd e v e l o p m e n ta tp r e s e n t ，o n eo ft h e m o s ti m p o r t a n tc a u s a t i o ni st h ei l l o g i c a l i t yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k s od o i n g s c i e n t i f i c a n dr e a s o n a b l el a y o u to fu r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sa d v a n t a g e dt og u a r a n t e et h e r a t i o n a l i t yo f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m sr e c o n s t r u c t i o na n dt h es e c u r i t ya n de c o n o m y o f e l e c t r i cp o w e rs y s t e m , w h a t sm o r e ，i ti sa l s oa d v a n t a g e dt oa d v a n c et h ec i r c u l a t i o n a n dm a n a g e m e n t sl e v e la n dc i r c u l a t i o ne f f i c i e n c yo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e m a n da t t h es a m et i m e 。i tc a i ld e p r e s st h en e t w o r kw a s t 吨o f t h es y s t e m , e l e v a t et h er e l i a b i l i t y o ft h ep o w e r s u p p l y , p r o v i d et h eb a s et od i s t r i b u t i o nn e t w o r k a u t o m a t i o n i nt h i st e x t ，t h ef a m i l i a rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o np a t t e r na th o m ea n d a b r o a di si n t r o d u c e d ，t h ef a m i l i a rc o n n e c t i o np a t t e r no ft r o l l yw i r ea n dc a b l ei s t n e r s e dt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g ei sc o n c l u d e d ，a n de v e r y c o n n e c t i o n p a t t e m sp o w e rs u p p l yp r e c e p t c h a r ti sd e s c r i b e d t h ei n v e s t i g a t i o no b j e c t so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o np a t t e r nc h o o s i n gi n c o i t l n l o nu s ei ss u m m e du p ，e a c hc h a r a c t e r i s t i ca n dp r o b l e mi sf o u n do u t f o u r a t t r i b u t eg u i d e l i n e s o fe s t i m a t i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o np a t t e r na r e a d v a n c e d ，t h e ya r er e l i a b i l i t y , e c o n o m y , a c t u a l i z a t i o n a n de x p a n s i b i l i t y e v e r y g u i d e l i n e sp a r a m e t e r a n dc a l c u l a t i n gm e t h o di sa n a l y z i n g o nt h eb a s eo fi n t r o d u c i n gs u b j e c t i v ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o da n do b j e c t i v e e n d o w p r o p o r t i o nm e t h o d ，t h ei n t e g r a t ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o d i sa d v a n c e d ，w h i c h h a sb o t hs u b j e c t i v ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o da n do b j e c t i v ee n d o wp r o p o r t i o n m e t h o d ，sa d v a n t a g e t h ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o d i n lo k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k c o n n e c t i o np a r e m ss e l e c t i o ni si n t e g r a t e d ，w h i c hh a sg r e a ts u p e r i o r i t y a n dr a t i o n a l i t y t h em e t h o do fu s i n gt h ei n t e g r a t ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o di nc o u n t i n gt h e 10 k v d i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o np a u e m ss e l e c t i o ni sa d v a n c e d ，t h eo p t i m i z em a t r t xi s c o n s t i t u t e d ，a n dt h ec o u n t i n ga p p r o a c hi ss u m m e du p t h ei n t e g r a t ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o di nar e g i o no i lt h es o u t h w a r do fo u r c o u n t r yi sa p p l i e d ，t h ea c t u a l i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp a t t e r na n dt h ed e v e l o p i n g d i r e c t i o ni sa n a l y z e d ，t h em e t h o dt oe v a l u a t ee v e r yp r e c e p to f t r o l l yw i r ea n dc a b l ei s u s e d ，a n dt h eo p t i m i z a t i o nc o n n e c t i o np a t t e r n ，a n de l i c i tt h ec o n c l u t i o ni sf o u n d t h r o u g ht h ea n a l y z i n g ，t h ef o u ra t t r i b u t eg u i d e l i n e sa l ee d u c e da n dt h ei n t e g r a t e e n d o w p r o p o r t i o nm e t h o di nl o k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc o n n e c t i o np a t t e r n ss e l e c t i o n i sp r o v e dt oh a v es u p e r i o r i t ya n dr a t i o n a l i t y , w h i c hc o n s i d e r i n gm o r ef a c t o r sa n d a v o i d i n gt h ed i f f i c u l t yo fe x c e s s i v ea i mf u n c t i o n t h i sm e t h o dh a sg r e a tm e a n i n gi n c o r r e l a t i v ep r a c t i c e k e yw o r d s ：u r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a r m i n g ，c o n n e c t i o np a t t e r n ，a t t r i b u t e g u i d e l i n e ，i n t e g r a t ee n d o wp r o p o r t i o nm e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤注盘堂：或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：蝴 签字目期：堋年j 月力日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨生盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据摩进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：俐 导师签名： 签字日期：瑚年歹月矽e t签字日期：埘年，月p 日 第章绪论 1 1 本文研究的背景及意义 第一章绪论 电力工业是我国经济发展的基础产业。随着国民经济的飞速发展，全社会对 电力的需求不断增长。电力系统分为发电、变电、输电、配电、用电等几个环节。 与欧美等发达国家相比，我国某些地区的发电、输电、配电的投资比例不协调， 电网投资不到电源投资的一半，且配电网投资远小于输电网投资【l 】。这种投资比 例不合理的现象，加剧了电力紧张的现象，也使得某些地区的配电网，尤其是中、 低压配电网发生过载现象【2 引。随着电力体制改革的深化，以客户为中心成为电 力企业工作的核心，这更迫使我们把电力建设及改造的重心逐步转移到配电网 上。 配电网按电压等级，可分为高压配电网( 3 5 2 2 0 k v ) 、中压配电网( 6 1 0 k v ) 及低压配电网( 2 2 0 3 8 0 v ) 。目前，我国电网的大部分损耗是在配电网中，其中 1 0 k v 配电网损耗在其输送的电能总量中占有一定的比例。另外，我国部分地区的 中压配电网主要还存在供电能力不足，电网结构相对薄弱，备用切换能力相对较 差，不能完全达到“n 一1 ”的安全准则，供电可靠性不高，技术相对落后等问题 【4 捌。为了解决以上问题，我们必须对城市配电网的建设改造有高起点、超前性 的规划和技术要求，并针对城市配电网高负荷密度、大容量、需要高可靠性、线 路走廊紧张、设备占地空间狭小的特点，对具体的用电区域选择一种结构简单合 理、层次清晰、应变能力强、运行灵活可靠、线损及运营成本相对较低的配电网 网架结构，以适应该地区的发展需求 6 7 】。因此做好配电网规划工作具有重要意 义。 城市配电网作为电力系统的重要组成部分，是电力系统的主要负荷中心，同 时也是城市现代化建设的重要基础设施之一【8 】。对城市配电网进行科学的规划， 以保证电网改造的合理性和电网运行的安全性和经济性，保证供电质量，是当前 电力部门的一项重要任务。 近年来城市发展迅速，用电负荷需求量快速增长，并且对电能质量，供电可 靠性要求不断提高，相对而言，城网建设发展比较缓慢。目前城市电网建设不能 很好的适应城市经济社会发展的需要，电网结构不合理是重要原因之一【9 】。对配 电网网架模式进行科学的优化，有利于提高系统的运行管理水平和运行效率，还 可以降低系统的网络损耗，提高供电可靠性，并且为实现配电自动化提供基础。 第一章绪论 此外，城市配电网网架模式的科学性和合理性不仅关系到电网运行的安全性 和经济性，也直接影响着城市的环境、美观和地方经济的发展，更关系到广大人 民群众物质文化生活的质量和水平。在国民经济飞速发展的新形势下继续不断加 强城市配电网规划工作，对配电网网架模式进行合理的优化，是十分必要和紧迫 的任务1 。 1 2 配电网网架模式优化选择的研究现状 目前，对l o k v 配电网网架模式优化的研究有很多，如文献 2 对当前国内外 l o k v 配电网网架模式作了简单介绍。文献 1 2 对当前国内l o k v 配电网的网架模 式进行了详细的研究，分别对不同网架模式进行了经济性和可靠性比较。 以往对于l o k v 配电网网架模式的优化方法大多着眼于对网架模式的设计和 寻优，并没有具体给出一种或几种较适合当地发展的接线模式。如文献 1 3 提出 了一种以提高可靠性为目标，同时考虑电力设备成本最小化的方法。文献 1 4 通过列出不同方案的供电成本曲线图( 横坐标为可靠性，纵坐标为供电成本) ， 得出在满足一定可靠性要求条件下的最优化网架模式的规划方法，这种方法虽然 在以往的基础上有了较大的改进，但仍是停留在定性的分析网架模式优化的问 题。 近年来，我国对于配电网网架模式优化选择的研究进一步发展，已经从定性 的分析向着部分定量分析的方向发展和完善，归纳起来具体可分为以下四个阶 段： ( 1 ) 比较早期的配电网网架模式研究的文献只是简单的提出可靠性和负荷密 度对配电网网架模式的影响，如文献 1 5 】，虽然从经济性、可靠性、网损率和网 络节点的电压水平等方面对城市中压l o k v 配电网络的常用接线模式进行了分析 比较和研究，但并没有将这些因素综合考虑，只是根据不同的接线模式和负荷密 度，初步给出了中压配电网接线的推荐模式。 ( 2 ) 文献 1 1 】和文献 1 6 在文献 1 7 】的基础上有了一定的改进，研究了在不同供 电区域负荷密度和不同变电所容量条件下，高、中压配电网常见的几种接线模式 的经济性和可靠性，通过对经济性和可靠性指标的量化，研究各指标随负荷密度 和变电所容量变化的趋势，以及在相同条件下不同接线模式之间的比较。基于定 量计算结果，经综合考虑，给出了更加具体并且更有指导意义的建议方案。 ( 3 ) 文献 1 8 】将高、中压配电网的网架模式研究更为具体化综合化，也使城市 配电网网架模式优化得到进一步完善。从经济性和可靠性两方面对高压配电网和 中压配电网的城市组合电网接线模式进行分析比较，采用了一种供电面积可调的 第一章绪论 分析模型。根据负荷密度和变电所容量大小改变供电区域半径，采用“单位负荷 年费用”为经济性指标，以“平均用电有效度”为可靠性指标，对两级配电网形 成的组合电网进行了经济性和可靠性指标的量化计算，研究2 种指标随负荷密度 和变电所容量变化的趋势，以及进行相同条件下不同接线模式之间的比较。在对 计算结果综合分析的基础上，根据不同情况推荐了具有参考意义的接线模式。 ( 4 ) 对于经济性和可靠性对配电网网架模式研究有了较为完善的分析后，文 献 1 9 】中又注意到，可实施性对于配电网网架模式优化的重要性。当对一个具体 地区进行规划时，要根据该地区的现状及未来发展方向进行网架模式优化，当真 正落实到实际中时，可实施性的重要性就体现出来，于是，该文献也分析了可实 施性对配电网网架模式优化的影响，但遗憾的是，并没有将其量化为一个指标进 行计算。 综上分析，以上三类优化方法都在某种程度上达到了决策者对网架模式某一 方面的要求，但也存在不同程度的缺陷，总结起来主要有以下三点： 1 对网架模式进行优化时，优化的内容考虑不够全面，都只考虑了可靠性和 经济性两方面的内容，使得最后决策结果不合理： 2 有的方法并未提出合理的数学模型对网架模式的优化进行综合分析； 3 当进行最优化计算时，容易产生维数灾难，目标函数和约束条件不易处理 的问题，影响计算结果。 由此可见，l o k v 配电网网架模式的优化方法需要进一步深入研究，主要问题 是确立更全面的优化内容以及建立合理的综合分析方法。 1 3 本文研究的主要内容 本文首先介绍了目前国内外常见的配电网接线模式，以及各种模式的优缺 点。然后，在提出配电网网架模式优化内容的基础上，确定了网架模式的四个属 性，以及各属性的计算方法；并提出了种综合赋权法，将该方法应用于l o k v 配电网网架模式优化，建立数学模型，提出实施步骤。最后，将该方法应用于我 国南方某城市，进行实证性研究。具体研究内容如下： 第一，归纳总结国刚 - l o k v 配电网的网架结构模式，分别分析架空线路和 电缆线路的各种接线模式的特点以及适合应用的条件。总结各种接线模式的供电 方案。 第二，简单介绍和分析配电网网架模式研究的现状，在总结和补充的基础 上提出l o k v 配电网网架模式优化中需要考虑的四个方面，即经济性、可靠性、可 实施性和可发展性，并分别具体分析这四个指标，给出各指标的基本计算方法。 第一章绪论 第三，在分析客观赋权法和主观赋权法的基础上，提出综合赋权法，分析 比较该方法的主要特点，以及这种方法的优势。该方法在许多领域都有所应用， 现将其应用于配电网网架模式优化中，建立起较为合理的数学模型，并总结出该 方法实施的具体步骤。 第四，结合我国南方某城市的具体情况，分析该城市的接线模式状况以及未 来的发展趋势，将综合赋权法应用于该城市的网架模式优化中，利用负荷密度与 经济性、可靠性的关系，得出该城市经济性和可靠性的指标，运用专家预测的方 法得出可实施性和可发展性的指标，从而最终得出该城市较适合的配电网接线模 式。 4 第二章l o k v 配电网接线模式综述 第二章l o k v 配电网接线模式综述 1 0 k v 配电网由高压变电所的l o k v 配电装置、开关站、配电房和架空线路 或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到客户 【2 0 2 1 1 。一般城市的网络由架空线和电缆线混合组成。在研究一个特定的供电区域 内的1 0 k v 配电网的网络结构时，可采取架空线路和电缆线路分开进行分析研究 的方法，这样也不失一般性。 2 1 架空网接线模式 在研究供电区域内架空线的接线模式时，考虑到实际可行性，分析了几种具 有代表性的接线模式：单电源线辐射接线、不同母线出线的环式接线、不同母线 三回馈线的环式接线和分段联络接线【2 2 】。 2 1 1 单电源线辐射接线 单电源线辐射接线( 以下简称单辐射接线) 的接线方式如图2 1 所示。其优 点是比较经济，配电线路和高压开关柜数量少、投资小，新增负荷也比较方便。 但其缺点也很明显，主要是故障影响范围较大，供电可靠性较差。当线路故障时， 部分线路段或全线将停电；当电源故障时，将导致整条线路停电。适用于城市非 重要负荷和郊区季节性用户。 对于这种简单的接线模式，由于不存在线路故障后的负荷转移，可以不考虑 线路的备用容量，即每条出线( 主干线) 均可以满载运行。 图2 1 单电源线辐射接线模式( 架空线) 第二章l o k v 配电网接线模式综述 2 1 2 不同母线出线的环式接线 不同母线的环式接线模式( 又称手拉手接线) 如图2 2 所示，这种接线方式 有两个电源( 可以取自同一变电所的不同母线段或不同变电所) 。在这种接线模 式中，线路的备用容量为5 0 ，即正常运行时，每条线路最大负荷只能达到该架 空线允许载流量的1 2 。若系统中一条线路的电源出现故障时，可将联络开关闭 合，从另一条线路送电，使相应供电线路达到满载运行。 手拉手接线的最大优点是可靠性比单电源线辐射接线模式大大提高，接线清 晰、运行比较灵活。线路故障或电源故障时，在线路负荷允许的条件下，通过切 换操作可以使非故障段恢复供电。但由于考虑了线路的备用容量，线路投资将比 单电源线辐射接线有所增加。 它比较适用于负荷密度较大且供电可靠率要求高的城区供电，运行方式一般 采用开环。 母线l 母线2 线路1 一1 ：4 审一口皇b 图2 2 不同母线出线的环式接线模式( 架空线) 2 1 3 不同母线三回馈环式接线 在实际应用中，还有一种接线方式，即不同母线三回馈线的环式接线模式， 如图2 3 所示。网络中有三个电源( 可以取自同一变电所的2 段母线和不同变电 所) 。正常运行时联络开关都是打开的，当线路1 出现故障时，联络开关l 闭合， 由线路2 送电；当线路2 出现故障时，或联络开关1 闭合由线路1 送电，或联络 开关2 闭合由线路3 送电；当线路3 出现故障时，联络开关2 闭合，由线路2 送 电。 、 在正常运行时，每条线路均应留有5 0 的裕量。这种接线在运行时比较灵活， 使线路的可靠性增加。而从经济角度来看，这种接线模式和不同母线出线的环式 接线是一样的。适用于可靠性要求比较高，负荷密度较大的地区。 6 第二章l o k v 配电网接线模式综述 母线1 母线2 母线3 线路1 、j v 卫i _ r 一 一 - d 旨k i 黼d 审一k l 图2 3 不同母线三回馈线的环式接线模式( 架空线) 2 1 4 分段联络接线 分段联络接线的接线模式如图2 4 、图2 5 所示，通过在干线上加装分段开 关把每条线路进行分段，并且每一分段都有联络线与其他线路相连接，当任何一 段出现故障时，均不影响另一段正常供电，这样使每条线路的故障范围缩小，提 高了供电可靠性。 这种接线每条线路应留有1 3 或1 4 的备用容量。与不同母线出线的环式接 线模式和不同母线三回馈线的环式接线模式相比，分段联络的接线模式提高了架 空线的利用率( 两分段两联络的导线利用率由5 0 提高到6 7 ) ，但由于需要在 线路间建立联络线，因此也加大了线路投资。 这种接线模式可应用于城网大部分地区，联络线可以就近引接，但应注意的 是，要在不同变电所的出线或同一变电所的不同母线出线问建立联络。 图2 4 两分段两联络接线模式( 架空线) 第二章l o k v 配电网接线模式综述 母线 联络3联络2 图2 - 5 三分段三联络接线模式( 架空线) 综上所述，将架空网各种接线模式的优缺点以及适用条件进行归纳总结， 如下表所示： 表2 - 1架空网各种接线模式优缺点及适用条件比较 接线模式优点缺点适用条件 城市非重要负荷和郊区 单辐射接线投资小，新增负荷方便供电可靠性差 季节性用户 负荷密度大，可靠性要求 手拉手接线可靠性高，运行灵活投资较大 高的城区 不同母线三回馈可靠性要求高，负荷密度 线的环式接线 可靠性高，运行灵活投资较大 大的地区 可靠性高，提高了架空 分段联络接线投资较大可用于城网大部分地区 线线路的利用率 2 2 电缆网接线模式 在研究供电区域内的电缆线路的接线模式时，考虑到实际可行性，研究了若 干类具有代表性的接线模式，如单电源线辐射接线、不同母线出线的环式接线、 双电源双辐射接线、两联络双兀接线、不同母线出线连接开闭所接线、不同母线 环网接线( 三座开闭所) 和主备接线。 2 2 1 单电源线辐射接线 单电源线辐射接线的接线模式如图2 - 6 所示，该接线模式类似于架空线的单 电源线辐射接线。其优点就是比较经济，配电线路较短，投资小，新增负荷时连 接也比较方便。 第二章l o k v 配电网接线模式综述 其缺点主要是电缆故障多为永久性故障，故障影响时间长、范围较大，供电 可靠性较差。当线路故障时会导致全线停电；当电源故障时也将导致全线瘫痪。 对于这种简单的接线模式，不需考虑线路的备用容量，即每条出线( 主干线) 均是满载运行。 母线 图2 - 6 单电源线辐射接线模式( 电缆) 2 2 2 不同母线出线的环式接线 该种接线方式如图2 7 所示，与架空线的不同母线出线的环式接线一样，电 缆线路的这一接线形式中有两个电源( 可以取自同一变电所的两段母线或不同变 电所) ，正常情况下，一般采用开环运行方式。在实际应用中，正常运行时，每 条线路均留有5 0 的裕量。比较适用于供电可靠性要求较高的地区。 其优点是供电可靠性较高，运行比较灵活。缺点是投资相对较大。 比较适用于对可靠性要求较高，负荷密度较高的地区。在实际中，双电源用 户较多的地区采用双环网以提高供电可靠性。 图2 7 不同母线出线的环式接线模式( 电缆) 2 2 3 双电源双辐射接线 双电源双辐射接线的接线模式如图2 8 所示。该接线模式可以使客户同时得 到两个方向的电源，满足从上一级1 0 k v 线路到客户侧l o k v 配电变压器的整个 网络的n 1 ”要求，供电可靠性很高。 9 第二章l o k v 配电网接线模式综述 这种接线方式适用于对供电可靠性要求很高的供电区域，如城市核心区，重 要负荷密集区域等。 母线1 母线2 图2 8 双电源双辐射接线( 电缆) 2 2 4 两联络双兀接线 该种接线方式如图2 - 9 所示。这种接线类似于架空线路的分段两联络接线模 式，当其中一条线路故障时，整条线路可以划分为若干部分被其余线路转供，供 电可靠性较高，运行较为灵活。 它适用于城市核心区、繁华地区，以及负荷密度发展到相对较高水平的区域。 母线1 母线2 图2 9 两联络双兀接线模式( 电缆) 2 2 5 不同母线出线连接开闭所接线 母线3 母线4 这种接线模式如图2 1 0 所示，实际上就是从同一变电所的不同母线或不同 变电所引出主干线连接至开闭所，再从开闭所引出电缆线路带负荷( 一般从开闭 所出线的电缆型号比主干线电缆型号小一些) 。在这里每个开闭所具有两回进线， 开闭所出线采用辐射状接线方式供电。开闭所出线间也可以形成小环网，进一步 提高可靠性。 1 0 第二章l o k v 配电网接线模式综述 为了满足“n 1 ”准则，当开闭所两回进线中的一回进线出现故障时，另一回 进线应能带起全部负荷。这样正常运行时，每回进线应有5 0 的备用容量。开闭 所的容量可按一回进线的安全允许容量来选择。在开闭所出线为放射状时，所有 出线均可满载运行。 该种接线用于负荷中心距电源较远，或出线较多、线路走廊困难的情况。 母线1 母线2 图2 1 0 不同母线出线连接开闭所接线模式( 电缆) 2 2 6 不同母线环网接线( 三座开闭所) 这种接线形式如图2 1 l 所示，来自同一变电所不同母线或不同变电所的三 条主干线，分别连接三个开闭所，每个开闭所之间均设有联络线。正常运行时， 开闭所的母联均断开运行。 为提高可靠性，每条主干线应留有1 3 的备用容量。当一条主干线出现故障 时，将其所供开闭所的两个母联都闭合，使故障线路所带的负荷平均分配到另外 两条主干线。易知开闭所的容量为每条主干线容量的2 3 。开闭所出线可采用辐 射状接线或环网接线方式。 母线1 母线2 母线3 图2 一l l 不同母线环网接线( 三座开闭所) 模式( 电缆) 第二章1 0 k v 配电网接线模式综述 2 2 7 “n i ”主备接线模式 所谓“n 1 主各接线模式，就是指n 条电缆线路连成电缆环网，其中有1 条线路作为公共的备用线路正常时空载运行，其它线路都可以满载运行，若有某 1 条运行线路出现故障，则可以通过线路切换把备用线路投入运行。 该种模式随着“n ”值的不同，其接线的运行灵活性、可靠性和线路的平均 负载率均有所不同。一般以“3 1 ”和“4 1 模式比较理想，总的线路利用率分 别为6 7 和7 5 ，如图2 1 2 、图2 1 3 。“5 1 ”以上的模式接线比较复杂，操作 也比较繁琐，同时联络线的长度较长，投资较大，线路载流量的利用率提高已不 明显。 “n 1 ”主各接线模式的优点是供电可靠性较高，线路的理论利用率也较高。 该方式适用于负荷发展已经饱和、网络按最终规模一次规划建成的地区。 母线1 母线2 母线3 主供线路1 母线1 母线2 母线3 母线4 图2 1 2“3 - 1 ”主备接线模式( 电缆) 图2 一1 3“4 一l ”主备接线模式( 电缆) 实际应用中还有类似于“3 1 ”主备接线模式的末端“3 1 ”环网接线模式( 图 第二章l o k v 配电网接线模式综述 2 1 4 ) 和互为备用的主备接线模式( 图2 1 5 ) 。 末端“3 1 ”环网接线模式正常运行时每条线路各承担2 3 线路负荷，并将3 条线路中的1 条( 如线路2 ) 按负荷均匀地分为甲、乙两段，并与其余2 条线路 在末端进行环网，在各联络开关房分别设立环网开环点。 本接线的特点在于通过合理调整环网的网架，每条线路都无需走回头路进行 环网，而改在不同电源线路间进行末端环网，从而避免了较长的专用联络电缆。 另外，该方式避免了两条线路满载而一条线路空载的运行情况。 该模式的缺点是故障时线路之间的负荷转移较复杂，并且只适合于3 1 ”主 备模式，若条件具备，不失为一种较好的电缆配网接线模式。 母线1 母线2 母线3 图2 1 4 末端“3 1 ”环网接线模式( 电缆) 在互为备用的主备接线模式中，每一条馈线都在线路中间以及末端装设开关 互相连接。正常情况下，每条馈线的最高负荷可以控制在该电缆安全载流量的 6 7 。该模式相当于电缆线路的分段联络接线模式，比较适合于架空线路逐渐发 展成电缆网的情况。 母线1 母线2 母线3 图2 一1 5 互为备用的主各接线模式( 电缆) 第二章1 0 k v 配电网接线模式综述 通过对电缆网各种接线模式的分析研究，下面将各接线模式的优缺点以及适 用条件进行总结和比较，归纳如下表所示： 表2 - 2电缆网各种接线模式优缺点及适用条件比较 接线模式优点 缺点适用条件 投资小，新增负荷城区非重要负荷及郊区 单辐射供电可靠性差 方便负荷 可靠性高，运行灵可靠性高，负荷密度高的 手拉手投资较大 活地区 城市核心区，重要负荷密 双电源双辐射接线供电可靠性很高投资大 集区 供电可靠性高，运 城市核心区、繁华地区， 两联络双兀接线投资较大负荷密度发展到相对较 行灵活 高水平的区域 不同母线出线连接负荷中心距电源较远，或 开闭所接线 可靠性较高投资比单辐射大 出线较多、线路走廊困难 负荷中心距电源较远，或 不同母线环网接线可靠性较高投资比单辐射大 出线较多、线路走廊困难 “n 1 ”主备接线模供电可靠性高，线 投资较大，“5 1 ”以负荷发展已经饱和、网络 上的模式接线比较按最终规模一次规划建 式路利用率高 复杂 成的地区 2 3 国外接线模式简介 国外的中压配电网也有许多各有特色的接线模式。下面简要介绍一下新加 坡、日本、法国、英国和美国的典型配电网接线模式。 首先介绍一下新加坡地区，该地区的典型的供电模式如下图2 1 6 所示，其 电缆主要采用环式接线，也就是通常说的的手拉手接线模式，该接线模式的供电 可靠性较高，运行灵活，适用于负荷密度较高的地区。 日本采用的是三分段四连接的接线模式，如下图2 1 7 所示，该接线模式的 供电可靠性较高，架空线路的线路利用率也较高，适用于城市电网的大部分地区。 1 4 第二章l o k v 配电网接线模式综述 图2 1 6 新加坡环式接线( 电缆) 图2 1 7日本3 分段4 连接方式 法国巴黎的中压配电网采用仿垂形的接线模式，如下图2 1 8 所示，该接线 模式中各线路的连接较紧密，供电可靠性较高。 英国伦敦的中压配电网采用网孔型接线模式，如图2 1 9 所示，该接线模式 的供电可靠性较高，适合于负荷密度较高的地区。 美国纽约采用双回线的接线模式，如图2 - 2 0 所示，供电可靠性很高，适合 负荷密度高，对供电可靠性要求较高的地区。 美国的“4 6 ”网络接线模式也比较典型，如图2 - 2 1 所示，这种接线模式 使得个条线路之间的联系更为紧密，更进步的提高了供电可靠性，也使得线路 运行比较灵活。 第二章l o k v 配电网接线模式综述 图2 一1 8 法国巴黎中压仿垂形电网接线 图2 1 9 英国伦敦中压网孔型接线 。中压征压墅电所 图2 2 0 美国纽约双回线接线 1 6 第二章l o k v 配电网接线模式综述 2 2 1 美国“4 6 ”网络接线 2 4 各种接线模式的供电方案 在进行接线模式之间的分析比较时，结合第二章的各种接线模式介绍，以单 辐射接线、分段联络接线和主备接线为例，给出它们的供电方案如下： 2 4 1 单辐射接线的供电方案 如图2 2 3 所示，为了便于研究，假设供电区域由对称的6 根l o k v 出线( 架 空线或电缆) 、一个1 1 0 k v 配电站和相应的开关设备等所构成。每根出线都平均 带有该供电区域内总负荷的1 6 ，并且正常时每根线路都是满载运行的。 2 4 2 架空线分段联络线的供电方案( 以三分段三联络为例) 如图2 2 4 所示，为便于研究，假设供电区域大致与第一种相同，只是每根 线路都是三分段，且有三条联络线。为了进一步提高可靠性，每条联络线都与不 同的线路相连。实际运行时，可以从本供电区域内的不同线路连接联络线，也可 以从相邻供电区域的线路连接联络线。正常运行时，每条出线都留有1 3 的备用 容量，联络线的联络开关都是断开的。 2 4 3 电缆主备接线的供电方案( 以“3 1 接线为例) 如图2 - 2 5 所示，为方便研究，假设供电区域由对称的3 组l o k v 出线、一 个1 1 0 k v 配电站和相应的开关设备等所构成。每三条出线为一组，每一组的中 间线路为备用线路，三条出线的末端通过联络开关相连。正常运行时，带负荷线 路的理论负载率可以达到1 0 0 ，联络线的联络开关也是断开的。 第二章l o k v 配电网接线模式综述 图2 - 2 2 单辐射接线的供电方案 图2 2 3 三分段三联络接线的供电方案( 架空线) 图2 - 2 4“3 1 ”主备接线的供电方案( 电缆) 1 8 络开关 第三章l o k v 配电网网架模式优化研究 3 1 概述 第三章l o k v 配电网网架模式优化研究 近年来，随着配电网规划的不断进步和发展，对配电网网架模式的研究也得 到越来越多的认识，配电网网架模式的研究也在不断的完善中，在此基础上，配 电网网架模式的优化得到了初步发展，并一直在不断发展和完善中。 通过对配电网网架模式优化的研究，可以发现，仅仅从经济性和可靠性这两 个方面来研究一个地区所适合的接线模式是不够的，还必须考虑到该地区的现状 网架结构以及未来的发展方向，这就要求引入两个比较重要的指标，即可实施性 和可发展性。这样，如图3 1 所示，在经济性、可靠性、可实施性和可发展性这 四个属性指标共同作用的情况下，运用合理的计算方法，所得出的配电网网架模 式优化的结果将是更为合理的。 图3 1 配电网网架模式优化的四种指标 以下就分别讨论这四项指标及其计算方法。 3 2 经济性指标及其计算方法 3 2 1 经济性指标计算的基本方法 经济性指标的计算，首先在不同负荷密度下，对于每一变压器容量和台数组 合，确定变电所的供电区域。在这一区域内，考虑各种可能适合的l o k v 接线模 1 9 第三章l o k v 配电网网架模式优化研究 式的网架结构，并对每一种方案计算其年总费用，最后根据各方案年总费用的大 小来判定其经济性。在进行不同容量变电所的接线模式之间的经济性比较时，需 要把总费用转化为单位负荷年费用值1 2 3 1 。 在具体进行计算时，参考第二章的供电方案图，需对每个选定的供电区域 进行变电所、线路和其它配电装置的投资费用计算。计算时同时考虑线路损耗和 变压器损耗等运行费用，然后按现值转年值的方法，转化为变电所年费用值和线 路年费用值，两者相加就可以得到配电网的年总费用值。如果此值再除以该方案 中变电所的最大负荷，就可以得到该配电方案的单位负荷年费用值。 3 2 2 经济性指标中基本参数的计算 1 0 k v 配电网线路的费用构成主要包括三个方面：线路的综合投资费用、年 运行费用和停电损失。 1 线路投资费用z 配电线路的投资费用一般可用下式进行计算： z = n x ( l x k c o + q + ( n u m 一1 ) x c z ) ( 万元) ( 3 1 0 ) 式中，变电所出线总回数，或称二次干线数； 三每回主干线长度( k m ) ； k 。线路曲折系数，即用理想线路长度估算实际线路长度的比例系数。 对于不互联的接线方案，k 取1 1 ；互联的方案，k 取l - 3 ； c n 单位长度的线路投资( 万元k m ) ； c 。线路首端断路器的投资( 万元台) ； c ，分段开关( 即负荷开关) 的投资( t j 元台) ； h u m 线路的分段数。 对于架空和电缆接线的单辐射接线、手拉手接线，l 取变电所供电半径。 对于分断联络接线，还需加入联络线的长度，如对于三分断三联络接线就需再加 入三条联络线的长度。联络线长度可以这样计算，由于每条联络线与其联络的两 条变电所出线之间形成一个等腰三角形，知道变电所的出线根数便可以知道两条 相邻出线之间的夹角度数，从而可以计算出联络线的长度。对于互联的接线模式， 对应每条联络线，投资费用还需加上半个联络开关的投资。 采用负荷开关进行分段是考虑到配电网大部分线路就是由负荷开关进行分 段的。虽然有些架空线路采用断路器分段，还有一些电缆线路采用环网柜组网， 但是在本问题的分析中，这些器件起到的也是负荷开关的作用。因此采用负荷开 第三章1 0 k v 配电网网架模式优化研究 关进行分段是有说服力的，是符合实际情况和计算要求的。 2 年运行费用u 一 年运行费用包括两个方面的内容，一是线路损耗费用，一是检修、维护费 用。具体计算公式如下： u = a a a x l 0 - 4 + u l ( 万元) ( 3 - 1 1 ) 式中，u 检修、维护费； 口电能电价( 元栅) ； a a 线路全年电能损失总值( 姗) ，并且 a 4 = a p l f ( k w h ) ( 3 1 2 ) 式中，鸸线路的总有功损耗； f 最大负荷损耗小时数( 办) ，当最大负荷利用小时数取5 4 0 0 ，而功率 因数为o 8 5 时，该参数取3 0 0 0 。 3 线路年费用旧 n f , = z 删+ u ( 3 1 3 ) 式中，胝平均分布在n 年内的线路年费用； z 线路综合投资； u 线路年运行费用； 玎线路的经济使用年限； 电力工业投资回收率。 4 中压1 0 k v 线路停电损失计算 由于电力事故造成系统供电不足的损失有时非常巨大，进行电网规划时必须 考虑将来电网供电的可靠性。此外，在当今电力市场逐步形成和发展的形势下， 电网规划也不应脱离电力市场这个大环境。用户在购买电力的同时也购买了电力 的一个重要品质属性一定的供电可靠性。由于供电可靠性问题而给用户造成 的经济损失必将成为今后制定电价时所要考虑的重要因素。因此，在电力市场机 制下不难理解，电网供电总成本不应再仅包括电网扩展建设的投资成本、运行成 本，还应包括由于电网电力供给不足或中断所造成的用户停电损失，亦即需求侧 的缺电成本。后者是供电可靠性水平高低的直接经济体现。显然，高可靠性与低 投资成本是一对矛盾，因此需要在计算停电损失之后，确定在什么样的投资下才 第三章i o r v 配电网网架模式优化研究 能获得供电总成本最低的最佳可靠性水平。 停电损失是指电力供应不完全可靠或预期不完全可靠时( 即由于电力供应中 断或不足而发生断电或限电时) 社会所承担的全部经济损失它不仅包含电力用 户的经济损失，也包括电力企业的经济损失。 停电损失又可分为直接损失和间接损失。直接损失是由于停电直接造成的影 响，在停电的当时就反映出来的经济损失。它一般直接反映在产品成本、性能效 益等经济活动中。间接损失可能在停电当时