（电力系统及其自动化专业论文）苏州工业园区配电网中若干问题的研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a sap a r to fu r b e np o w e rn e t w o r k ，u r b a nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a y sa l li m p o r t a n tr o l eo fd i s t r i b u t i n g e l e c t r i cp o w e ri nt h et e r m i n a t i o no fp o w e rs y s t e r m a sw ea l lk n o w ，t h ev o l t a g ei sl o w e r , t h en u m b e ro f d e v i c e si sm o r ea n dt h es c a l eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sl a r g e r s op r o b l e m so fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka l s oa l e v e r ym u c h o n l yw h e nw ep a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ep r i m ep r o b l eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，w ec a nr e s e a r c h a n ds o l v et h ep r o b l e mb e t t e rw i t hh a l f t h ee f f o r t s u z h o us u p p l yc o m p a n yh a sa c c h d _ u l a t e das e r i a lo fr u l e sw h i c hs u i tf o rd i f f e r e n tr e g i o n t h et h e s i s r e s e a r c h sa n ds t u d y ss o m eo f 也ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hs u z h o ui n d u s t i a lp a r k sd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g f i r s t l y t h es p a t i a ll o a df o r e c a s tw h i c hi sa l l y i e dt ot h es u z h o ui n d u s t r i a lp a r kl o a df o r e c a s ti s i n t r o d u c e d s e c o n d l y 血es u z h o ui n d u s t r i a lp a r k s2 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki se v a l u a t e db a s e do nb a l a l i c e o fp o w e r1 0 a d 1 0 s so fv o l t a g ea n d1 0 s so fl i n ep o w e r t h ee x s i s t i n gp r o b l e m so f2 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k a n ds o m ea d v i c ef o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n ga r ep r e s e m e d t h i r d l y t h er e l i a b i l i t yo ft h e2 0 k v d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sa n a l y s e d a n ds o m es u g g e s t i o n sf o re n h a n c i n gt h er e l i a b i l i t ya r eg i v e n o nt h eb a s eo ft h er e s e a r c h ，s o m ec o n c u l t i o na n dt h en e wi d e ao fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n ga r e p r e s e n t e d k e y w o r d s ：s p a t i a ll o a df o r e c a s t ；p o w e rd i s t r i b u t i o np l a n n i n g ；r e l i a b i l i t y ，2 0 k vd i s t r i b u t i o n n e t w o r ke v a l u a t i o n 第1 章绪论 1 1 研究背景及其意义 第1 章绪论 城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，它包括区内发电厂、输电网、变电站、 高压配电网、中压配电网和低压配电网。城市电网是电力系统的重要组成部分。又是其负荷中心，具 有用电量大、负荷密度高、安全可靠和供电质量要求高等特点。鉴于配电网对供电成本和供电可靠性 有着重要的影响，如何做好配电网的规划和分析工作是电力公司未来成功的一个重要前提条件。 本文主要研究对象是城市中压配电网( 以下简称配电网) 。 随着我国电力体制改革的深入，要求打破垄断、逐步建立社会主义市场经济体制以及电力供需矛 盾的缓和，电力的发展必然要转向以市场需求为主导的战略目标。各个电力公司现在都在把电力市场 营销作为自己最主要的任务，树立起优质服务的观念，提高营销质量，进一步开拓和扩大用电消费市 场，树立起市场竞争和效益观念，尽最大可能地实现企业经济效益和社会效益的统一。而这些要求的 实施都是以配电系统向广大用户进行可靠的供电为基础的。 配电系统在电力系统中有着重要的地位。由于配电系统直接面对电力用户，位于整个电力系统的 末端，直接和用户在电气上连接在一起，是处于把发电、输变电和配电在内的整个电力系统与广大电 力用户连接起来，向用户供应电力和分配电力的关键环节。一旦配电系统的设备发生故障或计划检修， 往往会造成系统对用户的供电中断。据不完全统计，用户停电故障中有7 0 - - 8 0 是由配电系统的故 障造成的。因此，提高配电系统的可靠性对提高整个供电系统用户供电可靠性的影响极大。整个电力 系统对于用户的供电能力和质量都必须通过配电系统来完成和体现的，可以认为配电系统的可靠性， 实际上是整个电力系统在电源建设、电网结构、供电能力、电能质量和运行管理等诸多方面问题的集 中反映。 经过1 9 9 8 年开始的城市电网和农村电网的建设和改造，我国城市和农村配电网有了长足的发展， 电网供电能力、电能质量和供电可靠性有了很大的提高，基本满足了我国社会经济发展的需要，然而 要赶上和达到世界先进水平，彻底改善配电网的结构，还有许多问题尚未解决。党的十六大确立了我 国2 0 2 0 年实现全面建设小康社会的奋斗目标，绘就了我国在新世纪的发展蓝图。未来2 0 年问，中国 将实现由农村化向城市化社会的大转型。国家经济的高速发展有赖于国家城市化战略的顺利实施，而 作为城市化建设的基础，如何做好配电网的规划和建设是当前急需解决的问题。今后很长的一段时间， 配电网将面临着适应社会经济持续快速发展及不断自我更新改造的双重任务。 城市配电网规划既是城市总体规划的一部分，也是整个电力系统规划的重要组成部分。随着国民 经济的不断发展，城市建设也进入一个日新月异的新阶段。因此，进行合理有效的城市配电网优化规 划工作显得十分重要。城市配电网规划较之高压输、配电系统规划而言，其问题更为复杂多变，由于 配电网是电力系统与用户关系最为密切的部份，其发展受社会经济各方面的影响，特别是城市规划和 政策的影响也是最大的，因此配电网的发展必然是一个动态的过程，即配电网络必须适应负荷的增长， 而负荷的发展又是随着经济的增长而增长的。因此研究配网规划，特别是研究确定城市配网规划的主 要技术原则具有深远的现实意义。配电网的研究既包括负荷预测、电力分区规划，最优站点选择、网 架结构规划和电力通道规划，还包括与上级输配电网的协调发展等问题。 当前配网规划的主要目标为：( 1 ) 坚持“适度超前”和输配协调发展原则，确保“受得进，送 得出”；( 2 ) 综合考虑优化投资成本和降低运行维护成本，尽可能经济地规划电网；( 3 ) 满足所有 合理边际约束条件：电网安全( n _ 1 准则，短路电流) 、合理的供电可靠性和电压质量； ( 4 ) 电网 结构清晰，便于运行管理。 当前配电网规划急需解决的问题包括：( 1 ) 理顺投资渠道；( 2 ) 与城市规划协调发展； ( 3 ) 确定配网规划技术原则；( 4 ) 配网网架结构研究。 配电系统可靠性主要研究从供电点到用户，包括配电系统各变配电所、高低压配电线路及接户线 在内的整个高、中、低压配电系统及其设备按可接受所要求的电力来满足用户电力和电量需求的能力。 其实质就是研究直接向用户供给电能和分配电能的配电系统本身及其对用户供电能力的可靠性。配电 系统可靠性主要研究和考虑以下几个问题：设备本身的可靠性、整个系统组合的设备可靠性( 即网络 的可靠性) 、系统运行的可靠性和系统可靠性与用户供电可靠性的协调和配合。 东南大学工程硕士论文 可靠性分析工作是做好配网规划的基础性工作。配电系统可靠性的工作，可以分为两个基本方面， 即量度过去的性能和预测未来的行为。也就是说一方面对现有已运行的系统进行历史的可靠性的统 计、分析及评价，它是整个配电系统可靠性评价中极为重要的部分；另一方面，为了设计、规划和建 立新的系统，或者扩大、改造和发展现有的系统供电能力而进行可靠性预测评估，它可以评价和预测 各种设备及其对系统的影响。可靠性统计、分析及评价是可靠性预测评估的基础。只有了解了现有配 电系统及其设备、元件可靠性的特性数据，才有可能进行配电系统可靠性的预测评估。反之，可靠性 的预测评估则是可靠性统计、分析及评价的深化和发展。只有通过可靠性的预测评估，并依此进行设 计、规划和改造，才有可能从根本上改善配电系统的可靠性。此两者密切相关，相辅相成，是配电系 统可靠性不可或缺的两个重要方面。因此，配电系统可靠性研究，用通俗的话来说，就是要通过对配 电系统可靠性进行历史的统计计算、分析和评价，来确定现有系统所存在的问题，并通过对过去的计 算预测未来，然后以预测来对运行情况进行比较，从而把可靠性推进更高的阶段。在整个过程中，还 涉及到如何合理地使用费用的问题。因此，配电系统可靠性的评价实际上就是对整个配电系统及其设 备进行历史的和未来的技术和经济的综合评价。 1 2 苏州工业园区配电网现状 1 2 1 苏州工业园区概况： 苏州工业园区是中国和新加坡两国政府的重要合作项目，开创了中外经济技术互利合作的新形 式。1 9 9 4 年2 月1 1 日，国务院下达关于开发建设苏州工业园区有关问题的批复；2 月2 6 日，中 新两国政府在北京正式签署了合作开发建设苏州工业园区的协议；同年5 月1 2 日，苏州工业园区破 土启动。 苏州工业园区地处苏州城东金鸡湖畔，行政区域面积2 8 8 平方公里，下辖3 个镇，户籍入口2 5 万。苏州工业园区包括( 1 ) 中新合作区( 简称中新区) ；( 2 ) 园区新发展区；( 3 ) 唯亭、娄葑、胜 浦三个镇。其中，中新合作开发区规划面积7 0 平方公里，后两项称为苏州工业园区周边地区。 1 2 2 苏州工业园区配网概况 苏州工业园区中压配网目前为2 0 k v 与1 0 k v 共存，中新合作开发区和胜浦北区采用2 0 k v 电压等 级，其他周边地区采用1 0 k v 电压等级。 ( 1 ) 中新合作区采用2 0 k v 电压等级的背景 1 9 9 3 年中国和新加坡两国决定在苏州市( 古城区) 东部合作开发具有国际水平的一个新区，规 划面积7 0 k i n 2 。用电负荷规划参照新加坡裕廊工业园中期负荷3 0 m w k m 2 ，长期负荷达5 0 m w k m z 。 而当时规划的7 0k m 2 内均为农村电力设施，仅有一座位于规划区与古城区交界处的2 2 0 k v 葑门变( 其 1 0 k v 主要向古城区供电) 有利用价值，其他电力设施极为简陋，供电能力很薄弱，不存在旧网改造 利用的问题，为此，原苏州供电局委托中国电机工程学会城市供电委员会作苏州工业园区中压配电 网电压等级专题论证，论证用11 0 k v 1 0 k v 、11 0 k v 2 0 k v 、11 0 k v 3 5 k v 1 0 k v 和11 0 k v 3 5 k v ，4 种 不同变压层次、应用配电网计算机辅助规划程序进行技术、经济比较。并对运行安全以及运行管理进 行了讨论，最终结论：认为在苏州工业园区采用2 0 k v ( 小电阻接地系统) 作为配电电压等级是合理 的。后经原江苏省电力局批准，在园区范围内配电电压采用2 0 k v 等级。1 9 9 6 年3 月园区第一座 1 1 0 k v 2 0 k v 园区变电所投运。 苏州工业园区配网在全国是率先使用2 0 k v 电压等级，并且经过近1 0 年的探索和实践，积累了丰 富的经验，因此，本文的研究工作主要针对苏州工业园区2 0 k v 配网，即中新合作区( 以下简称中新 区) 2 0 k v 配网。 ( 2 ) 中新区电源点 中新区现有2 2 0 k v 变电站两座，2 2 0 k v 星港变( 2 1 8 0 m v a ) ，2 2 0 k v 姚慕变( 2 i $ 0 m v a ) 。 2 第l 章绪论 l l o k v 变电站三座：1 1 0 k v 园区变( 3 x 6 3 m v a ) 、1 l o k v 南施变( 2 x 6 3 m v a ) 和1 1 0 k v 钟南 变( 2 x 6 3 m v a ) 。 图l - 1 中新区电源点分布图 ( 3 ) 中新区用电量和最大负荷 2 0 0 0 年2 0 0 4 年中新区的全社会用电量和年最大负荷见表1 1 。中新区面积按7 0 k i n 2 计，则2 0 0 4 年的中新区负荷密度为4 4 m w k m 2 。2 0 0 4 年中新区就业人口为1 0 7 2 4 4 万，则人均用电量为1 6 万千 瓦时。 表1 12 0 0 0 年2 0 0 4 年中新区2 0 k v 配网供电实绩 单位：m w ，亿千瓦时 2 0 0 0 正2 0 0 1 盆2 0 0 2 芷 2 0 0 3 生 2 0 0 4 生 平均年增长率( ) 年最大负荷 1 6 01 8 02 2 03 1 3 93 0 81 7 8 全社会用电量7 0 58 1 71 0 3 61 5 5 71 7 12 4 8 1 年最大负荷利用小时数4 4 0 6 4 5 3 94 7 0 9 4 9 6 05 5 5 2 3 东南大学工程硕士论文 图1 2 中新区全社会年用电量和年最大负荷曲线 2 0 0 0 年2 0 0 4 年中新区的全社会用电量和年最大负荷曲线如图1 - 2 所示。2 0 0 4 年中新区年最大 负荷达到3 0 8 m w ，年平均增长率为1 7 8 。2 0 0 4 年中新区全社会用电量达到1 7 1 亿千瓦时，年平均 增长率为2 4 8 。可见中新区负荷增长的速度小于用电量增长的速度。与之对应的年最大负荷利用小 时数处于增长的趋势。 图i - 3 中新区配网年最大负荷利用小时数曲线 ( 4 ) 中新区2 0 k v 配电网现状： 根据电源点的位置和负荷分布，按地理情况分成相对独立又能互供的分区，各配电分区有较明确 的供电范围，供电范围互不交叉，一般以主要道路或其他自然环境划界，各配电所分区范围随电源点 的增加及负荷的增长进行调整。 4 第1 章绪论 在各个供电分区内，依据园区详规用地性质作出的负荷测算，按照两回2 0 k v 截面为4 0 0 m s ”电缆 在满足( n 一1 ) 原则下的供电能力，划成供电小分区。一般在每一供电小分区的中心位置建中心开闭 所。每级中心开闭所早期为单母线分段带联络。同一变电站不同母线段各馈出一回供电。为满足( n 一1 ) 的原则，正常时电缆的利用率仅为5 0 ：后期中心开闭所改为单母线三分段，三回电源结线， 中间段( i i 段) 为备用段。两中心开闭所形成四供一备结线，满足( n 1 ) 的原则，电缆利用率为 8 0 。 供电小分区内对专变用户的供电方式：1 ) 对装机容量不超过1 2 5 0 k v a 的小用户，要求每户设环 网室，6 7 个环网室形成一个环，平时开环运行，电源由中心开闭所不同母线段馈出供( 三段母线 开闭所为i ，i i i 段) ；2 ) 超过4 0 0 0 k v a 报装容量的必须两路供电，电源由中心开闭所不同母线段馈 出；3 ) 其他用户容量推荐两路供电，以满足( n 1 ) 原则。 供电小分区内对住宅小区的供电方式：1 ) 住宅小区由中心开闭所不同的母线段各馈出一回出线， 形成两路电源供电；2 ) 绝大部分为独立的土建配电所内设2 x 8 0 0 k v a ( 1 0 0 0 k v a ) 干式变压器( 干式 变压器选用低噪声，低损耗) ；3 ) 配电所2 0 k v 为单母线分段( 双n 型结线) 3 4 座最后一座加联 络可形成一个环，低压单母线分段加联络。 线路一般分为3 4 段。主干线采用y v 2 2 3 4 0 0 ，3 5 0 0 电缆，分支电缆采用3 x 2 4 0 m m 2 及 3x 9 5 m m 2 截面的铜芯交联电缆。线路最大电流的平均值1 3 2 i a ，线路平均负载率为3 0 7 2 。 中新区现有2 0 k v 线路共计8 8 条。全部采用电缆出线，总长度4 0 4 2 4 6 公里，公用配变2 1 8 台， 总容量2 2 0 m v a ，专用配变5 0 6 台，总容量1 1 3 9 m v a ，如表1 2 、1 3 所示。 表1 2 中新区2 0 k v 电缆、配电所( 带公用配变) 、开闭所情况 2 0 k v 电缆2 0 k v 配电所2 0 k v 开闭所( 环网室) l 线路回路长度 配电所变压器台数容量环网单元数开闭所环网单元数 ( 条) ( k m ) ( 座台k v a )( 台)( 座)( 台) 8 84 0 4 2 4 61 2 1 2 1 8 2 2 0 2 6 01 6 3 11 5 87 3 2 注：1 上述数字系2 0 0 5 年6 月底统计的供电公司管辖的设备， 2 根据供用电规划专变用户的进线电缆与供电公司交接点在开闭所馈出环网柜电缆连接处，故实 际2 0 k v 电缆数倍于上述数据。 表1 3中新区专变用户情况 户数( 户)变压器台数( 台)报装变压器容量( k v a ) 3 9 25 0 61 1 3 9 0 2 0 ( 5 ) 中新区配电网存在的主要问题 由于城市建设快、新增负荷点相对分散，且负荷性质复杂，造成局部地区负荷不平衡，线路 负荷分配不合理，装机容量与负荷不协调，配网负荷率不高，配电设备利用率不高； 由于城市规划不断调整，而且处于经济高速发展期，没有科学合理的负荷预测方法来预测负 荷； 通道资源紧张，采取全电缆供电方式，需要与城市道路建设同步规划电力通道。 中压配电线路联络线不足，或虽有联络但转供能力差，要加强电源点间的中压线路联络，提 高线路供电能力。 1 3 本文主要工作 城市配电网作为城市电网不可或缺的一部分，在整个网络中起着电能终端配送的关键作用。众所 周知，电力系统每降低一个电压等级，设备数据量就增加一个数量级，配电网的设备繁多，规模巨大， 因此出现的问题和需要解决的问题很多。只有抓住影响配电网发展的主要矛盾，进行重点研究，才能 起到事半功倍的作用。 5 东南大学工程硕士论文 苏州供电公司经过多年的研究探索，并结合国家有关准则，已经积累了一套针对不同供电区域的 规划准则。通过对于当前所采用的规划原则进行评估，可对以后的规划工作有指导作用。 本文正是根据这个思路，结合苏州工业园区配网规划的实际工作，对于配网规划作了一些探讨和 研究。主要内容包括： 1 、基于负荷密度法对园区进行分片负荷预测。 2 、通过对苏州工业园区中新区2 0 k v 配电网络的分析，采用层次分析法建立城市配电网评估的模 型。该模型考虑了多种因素和其重要性权重对评价结果的影响，同时能够充分反映专家的经验和知识， 为配电网的模糊评估奠定了基础。在配电网的各项性能指标和整体评估中，本文引入了模糊评价的概 念，对配电网的技术合理性、运行安全性、供电质量、可靠性、运行经济性等各项指标以及配电网的 总体性能作了量化。 3 、依据可靠性评估原理，采用故障模式影响分析法，通过收集历史配网可靠性数据，建立故障 模式影响分析表等方法，对于苏州工业园区配网四种典型的接线方式进行可靠性评估分析，提出提高 供电可靠性的措施。 4 、在上述研究的基础上，得出结论，并提出下一步开展配网规划的新思路。 6 第2 章空间负荷预测在园区配网规划中的应用 第2 章空间负荷预测在园区配网规划中的应用 2 1 空间负荷预测概述 负荷预测是电网规划的重要环节，是电网规划的基础工作。负荷预测合理性与准确性直接影响着 电网规划的质量，甚至是成败的关键。 电力系统负荷预测可以分为总量预测和空间负荷预测。总量预测属于战略预测，是将整个规划地 区的电量或者负荷作为预测对象，它的结果决定了未来电网的供电容量。负荷总量预测结果对于电网 规划中电源点的确定和发电规划具有重要的指导意义，是电网规划重要依据，同时也是空间负荷预测 必不可少的基础数据。 空间负荷预测是对规划区域内负荷的地理位置和数值大小等进行的预测，它提供未来负荷的空间 分布信息，只有确定了配电网供电区域内未来负荷的空间分布，才能对变电站的位置和容量，主干线 的型号和路径，开关设备的专设以及他们的投入时间等变量进行规划。因此，空间负荷的准确性决定 了电网规划方案的可操作性和适应性。 空间负荷预测不仅在时间上预测未来负荷的增量，而且还预测负荷增长的空间信息。国外，早在 5 0 年代就开始了对空间负荷预测的研究 3 3 - - 3 5 。国内起步较晚，在近几年内，配网建设得到重视之后， 才开始系统地研究空间负荷预测。以往，国内配电网规划的负荷预测工作多采用负荷密度法。负荷 密度法是将配电网供电范围分成若干功能区，由各分区现有负荷值计算现有负荷密度值，然后根据地 区规划中有关的分区规划，如经济发展、产业结构、市政建设、人口、居民生活水平等，参考国内外 类似分区的用电水平，估计规划期内各分区可能达到的负荷密度预测值。此法适用于地区内大量分散 的用电负荷，至于少数集中用电的大负荷，可另作为点负荷单独考虑。此方法中功能区一般按城市自 然街区划分，通常划分的小区较大，故无法提供配网规划所需的较细的空问负荷预测值，且功能区中 负荷密度预测值的估计完全凭经验，人为因素太多。 空间负荷预测是一项规模大，不确定性因素多且涉及领域广的系统工程。这项工作所要处理的数 据量以及相应的计算量都非常大，所以如何处理这些数据也是一项重要的研究工作。 2 2 空间负荷预测的基本原理 空间负荷预测的方法主要有趋势法、多变量法和用地仿真法。各种方法各有利弊，趋势法以划分 的小区为基础，采用曲线拟合或其他推断方法来预测规划年的峰值负荷。方法简单、计算量和数据需 求量小是这种方法的两个显著优点，但是对于空地的预测显得无能为力。多变量法对数据质和量的要 求比较高，己逐步淘汰。 土地仿真法一般都用到土地使用分析方法来预n 4 , 区的用户类型和某种类型的用户数，再根据预 测的用户未来的负荷密度、典型的负荷曲线或终端负荷曲线来预n d , 区的负荷。在土地仿真法中，额 外用户的增长量、位置、类型、密度由土地使用法来预测，在预测用户未来的负荷密度、典型负荷曲 线或终端负荷曲线中，考虑各用户用电量的增加或减少。因此，预测精度最高，可行性好p 6 j 。 本文以用地仿真法来进行空间负荷预测。 用地仿真法是一种自上而下的方法，它通过建立用地仿真模型来模拟小区的未来发展情况，最终 将系统负荷预测结果分配到每一个小区，这种方法具有较高的精度，尤其适用于长期预测。 空间负荷预测是一个将总量负荷预测分配到供电小区的过程，可分为三个阶段： ( 1 ) 空间信息收集 7 东南大学工程硕士论文 对待预测区域的空间信息进行处理，可以收集到规划区域地理、交通、社区、市政和城市规划等 方面的信息。 ( 2 ) 土地使用决策 根据不同小区对不同负荷类型适应值的区别，决定各个小区发展各类负荷的情况。 ( 3 )负荷增长预测 根据每一种用地类型的负荷密度或者负荷增长曲线以及区域面积，得出该区域负荷增长的情况。 考虑到各小区的负荷的大小与此小区的土地上建立了何种类型的负荷用户( 即土地用来作何种用 处，属于何种土地使用) 有关，故可以仿真土地的使用发展情况来预测未来负荷大小和分布，即产生 了仿真法。仿真法，是对未来土地使用发展的仿真，根据未来土地发展仿真的情况，将地区的总负荷 预测值分配到各小区，以确定各小区的负荷。 仿真法是在地区负荷预测值控制下进行的，即事先进行总地区的负荷预测，根据各小区负荷预测 值之和与总地区的负荷预测值相等的约束条件来控制分区预测结果。 2 2 1 空间负荷预测的步骤 仿真法首先进行土地使用数据初始化，划分小区，进行土地使用用户分类，准备现有各小区土地 使用情况数据，土地与负荷间转换关系，并进行现有数据的分析，预测未来土地使用与负荷的关系。 土地使用数据初始化之后，进行土地使用的预测，包括对小区发展各类土地使用类的评分和在此 评分基础上并满足各小区负荷预测值之和与总地区的负荷预测值相等的约束条件下的小区土地使用 预测，得到规划年的各个小区的土地使用预测情况。再根据土地使用预测情况，与预测的土地与负荷 的关系来确定未来小区的负荷大小。 2 2 2 1 数据初始化 收集土地使用的数据，并将之数据初始化，提供给仿真法中各步骤使用。具体包括如下几步： ( 1 ) 小区的划分 为了提供负荷增长的位置信息，以便进行空间负荷预测，首先要将整个地区划分为规则的或不规 则的若干小区，以预测每个小区内未来负荷增长的位置，为配网规划提供空间信息。 小区划分得越细致，负荷预测的空问解析度( r e s o l u t i o n ) 越高。且小区大小必须小于所规划的变电 站的供电区。 小区的划分有四种方法：按设备供电区域划分，按自然街区划分，大小一致的网格划分，沿道路 的路段划分限o a d _ 一i n k ) 。在负荷密度较大的城市，应采用网格划分的仿真法，而在负荷密度小的 乡村适于用沿基于路段划分的仿真法。 ( 2 ) 用户分类 根据空间负荷特性，各种类型的用户的负荷用电特性是不相同的，占用土地情况也是不同。为了 更好的分析各小区内的负荷情况，一般对各用户根据其用电特性进行分类，分成各个用户类( c u s t o m e r s c l a s s ，也叫土地使用类l a n dl l s ec l a s s ) 。分类分得较细，会产生大量的土地使用类，这将增加数据收集 和处理的工作量，使数据分析更加复杂：但分类分得太粗，则根本达不到用户分类预测的目的，降低 不了预测误差。 一般分类尽可能将相同用电需求模式的用户分成一类，但两种用户的用电需求模式截然不同，或 他们对周围区域的增长特性有不同的影响，应该将两种用户分成不同类型h ”，且不同地区，由于当地 实际情况的不同，用户分类并不会完全相同。 ( 3 ) 未来终端负荷预测 在步骤4 负荷模型中须用到负荷与土地的对应关系，将预测的未来土地的使用情况转换成空间负 荷。而此对应关系在不同时间，由于自然发展或d s m 的原因而有所不同，故须预测未来的负荷与土 地的对应关系一一即未来终端负荷的典型关系。 终端负荷预测的目的是提供未来典型负荷曲线的预测数据。一般来讲，终端负荷预测要考虑如下 几个方面的变化对用户典型负荷曲线产生的影响： 1 1 随着科技的发展，用户终端电器的效率会越来越高，负荷会呈下降趋势； 8 第2 章空间负荷预测在园区配网规划中的应用 2 ) 随着生活水平的提高，用户会不断增加节能电器，并不断淘汰旧的高耗能电器 3 ) 各类用户使用的终端设备所占比例在变化； 4 ) 考虑d s m 和负荷控制的影响； 5 ) 城市发展空间有限，各类用户的负荷密度会不断增加。 ( 4 ) 分类土地预测 空间负荷预测在负荷分配的过程中，不仅要保证所有小区的负荷之和等于总量负荷预测的结果， 而且要保持各类负荷间一定的比例关系。在城市的发展中各行业、各部门都是相互协调、相互促进的， 内在地存在一个比较固定的比例关系。分类地预测就是要利用这个比例关系，以系统负荷总量预测 值，根据预测的未来终端负荷曲线，推导出各用地类型的未来土地增长量。该比例关系可从统计数据 中得到，也可以直接利用当前的比例关系。分类土地预测也可以从土地规划部门获得，但要对数据的 合理性进行校验。 2 2 2 2 土地使用的预测 土地使用预测主要分两步：对土地评分以及对小区土地的使用预测。 ( 1 ) 空间模型 对于每小区来说，可能发展各土地使用类，对此中可能性进行评分，即为空间模型。目前，常用 的评分方法有：直接评分，适应一需求评分，模糊近似推理。 ( 2 ) 土地使用预测 土地使用预测，对应土地使用评分，以使土地发挥最大价值为目的，以总量预测值为约束条件， 计算出各小区的未来年中的各类土地使用类的数量。 ( 3 ) 土地负荷转换 将土地使用预测的各小区的一定单位数量的各土地使用类，转化成各小区的用电负荷值，具体有 三种方法。 1 负荷密度法： s 心y ) = ( x y ) l c i = s i ( x ，y ) ( 2 n l = l1 = 1 式中，m 为土地使用类的个数，三g 为第f 类的负荷密度，c c x , y ) 表示小区r x ，) ，j 的第i 类土 地使用面积，f r x ，y j 表示小区r 五) ，j 的预测负荷。 2 典型负荷曲线法： 三 s ( x ，y ，_ l l j = z 似川l c h ) ( 2 2 ) j = l 式中，m 为土地使用类的个数，z r 缈为第f 类负荷一日h 时的负荷，l c x ，) ，表示小区似，) ，j 的 第f 类土地使用面积，s 丫五只 j 表示小区r x ，y ，一日h 时的预测负荷。 3 终端负荷曲线法 每类土地使用类的各小类( 实际用电终端) 的预测年2 4 小时负荷曲线相叠加，形成该预测年此 类土地使用类的日负荷曲线，再根据各小区各类土地使用类的预测面积计算出各小区的负荷，这种将 土地使用预测转化为小区负荷值是三种方法中最为精确的一种。 求解出每个小区的土地适用预测面积后，便可以按照2 3 2 4 节中的几种方法将士地预测值转化 为小区预测年限的负荷值。 9 东南大学工程硕士论文 2 3 空间负荷预测在园区的应用 针对园区是在原农田上建设的特点，以及一部分片区的历史负荷资料比较少，且负荷增长幅度随 着开发面积和新项目的不断引进呈高速度上升，每年增长幅度较大，传统的负荷预测结果在负荷的大 小和地理位置分布上都存在着较大的偏差。而空间负荷预测的特点是将大量不确定性数据进行优化处 理，可以得到比其它方法更好的预测结果。 在园区采用空间负荷预测还有以下优势： 1 ) 根据园区的总体规划，园区现有面积2 8 8 平方公里基本定型，而且能提供相对比较详细的用 地规划，地块性质、建筑面积、建筑物构成等信息。 2 ) 需要进行1 0 k v 2 0 k v 配电网络规划，对各地块的负荷分布预测有较高要求，空间负荷预测能 很好的提供负荷分布信息。 3 ) 园区有较多的新开发地区，本来没有历史的负荷数据，因此就不能用趋势法来进行预测，而 用空间负荷预测的方法就能弥补趋势法的不足。 4 ) 常规负荷预测方法很难考虑到小区用地类型发生变化时的负荷发展情况，而空间负荷预测方 法可以较容易做到。 5 ) 空间负荷预测得到的结果不但有将来的负荷值，还有这些负荷在地理上的分布，这对于 园区的电网规划有较大的优势。 2 3 i 用地分析 整个园区的用地如表2 1 所示。 表2 i园区用地性质分析表 规划 序 比例人均 号分类代码用地性质面积( h a )( ( m 2 人) 1r 居住用地 2 4 3 5 3 81 9 3 62 8 1 9 2c 公共设施用地 1 4 5 0 0 21 1 5 31 6 7 8 3m工业用地4 3 4 8 0 63 4 5 75 0 3 2 4w 仓储用地 1 9 8 7 81 5 82 3 5t 对外交通用地1 8 2 9 51 4 52 1 2 6 s道路广场用地1 4 5 0 2 5i i 5 31 6 7 9 7 u市政公用设施用地2 7 2 2 82 1 63 1 5 g绿地2 2 3 8 8 31 7 82 5 9 l 其 g 1 公共绿地 1 4 5 3 7 31 1 5 61 6 8 3 8中g 2 防护绿地 7 8 5 16 2 49 0 9 小计建设用地 1 2 5 7 6 5 5i 0 01 4 5 5 6 e 水域和其它用地 1 2 6 0 8 水域 6 5 8 6 3 6 旅游休闲设施用地 1 4 9 7 5 6 基础设施走廊1 8 2 8 9 2 中心村1 0 8 7 6 9 其中生态绿地2 5 8 6 4 1 0 苏嘉杭西侧市区建设用地 9 9 4 4 5 l l 车坊用地 1 6 8 4 合计规划用地范围 2 7 8 6 3 1 0 第2 章空间负荷预测在园区配网规划中的应用 根据规划区用地性质的不同，将负荷分为，居住用地、工业用地、道路广场用地、仓储用地，市政 公用设施用地等。 2 3 2 用地划分 规划采用小区负荷密度指标法进行负荷预测，为使负荷分布结果接近实际情况，对园区先进行大 区划分，如图2 1 所示。然后进行中区用地划分。 1 ) 大区划分：将园区划分为1 2 个大区，分别是中新一、二、三区，娄葑北、南、东区，胜浦北 区，胜浦区，跨塘区、唯亭区，旅游度假区，车坊等。 2 ) 中区划分：中区的划分主要依据规划区主干街道、绿地自然形成的区块情况进行，使中区的 划分与地理条件基本相符。以娄葑东区( 部分) 为例，分为8 个中区，如图2 2 中a 0 1 - a 0 8 。 3 ) 小区划分：按照不同性质用地分类，再将中区划分成只含有一种用地性质的小区，如：在娄 葑东区( 部分) 范围内按照街块以及用地性质远景划分出了1 0 3 个用地小区，每个小区中只包含一种 性质的用地，且只属于一个中区，并对每个小区进行详细的编号。如图2 - 2 所示 图2 - 1 园区的大区划分 东南大学工程硕士论文 一 瞬：、j r 吣 蕊。1 ，。 。 8 - 一 # 。 塌 终 j p 酋 剖l 1 0 8 2 8l ” 川 。 一 i ，ii 、口h 叫” ”i幽jl 1 0 1 6 1 5 斧 媾蝌。_ 。- l di 。 一。u 图2 - 2 娄葑东( 部分) 用地小区划分示意图 2 3 3 用地指标负荷密度的选取 利用负荷密度指标的方法进行负荷预测，必须要确定每一类负荷的用电负荷密度参考指标。为了 使负荷密度指标能够代表未来发展情况，对已经经过了充分发展的大中型城市的同类型负荷的负荷密 度情况进行调查( 见附录) ，并以这些负荷密度指标作为规划区负荷密度指标设置的主要依据。同时， 对于地区特点明显的一些分类，如工业和居住等再结合本地的实际情况进行设置。园区的负荷密度指 标如表2 2 所示。 表2 2 各类用地负荷密度取值 建筑面积指标( w m 2 )行业内部 用地的分类用地名称 低 由 高同时率 一类：别墅，高档住宅 6 07 08 00 3 5 0 5 二类：中级住宅5 06 07 00 3 5 0 5 居住r三类：普通住宅3 04 05 00 3 5 0 5 行政，办公5 06 58 00 7 0 8 商业，金融，服务业 6 0 7 08 0 1 0 01 2 0 1 5 0 0 8 0 9 公共设 医疗卫生5 06 58 00 5 0 6 5 施用地c科教4 56 58 00 8 0 9 一类工业3 04 05 00 3 o 4 二类工业4 05 06 00 3 0 4 5 工业用地m 三类工业 5 06 07 00 3 5 o 5 仓储用地w普通仓储581 0 危险品仓储581 2 1 2 第2 章空间负荷预测在园区配网规划中的应用 堆场 1 522 5 道路广场s道路 1 01 52 0 ( k w k m )广场 5 01 0 01 5 0 公共停车场3 05 08 0 2 3 4 负荷预测结果 根据以上各种不同性质用地的负荷密度指标的设置结果，结合东区用地规划的实际情况，应用小 区负荷密度指标法，得到规划区各小区的具体负荷分布预测结果，然后采用一定的同时率合计得到各 个分区的负荷值。以娄葑东区( 部分) 的a f t 中区来说，得到各个小区的负荷分布如图2 3 所示。 图2 3a 0 7 中区负荷预测结果( 单位：k w ) 用类似的方法进行其它分区的负荷预测，其结果显示如表2 3 所示： 表2 3 各个分区的负荷预测值 名称负荷( 删) 中新区2 1 2 4 9 6 胜浦北2 2 9 9 5 娄葑东区 5 1 3 1 7 跨塘 1 2 6 7 5 娄葑北区 7 3 5 娄葑南区 8 2 唯亭1 5 3 2 3 胜浦区 3 8 4 旅游区 3 2 1 总计4 0 0 8 9 考虑分区同时率( 0 9 5 ) 3 8 0 8 东南大学工程硕士论文 可以看出，总用地负荷为3 8 0 8 m w ，园区总面积是2 8 8 k m 2 ，平均负荷密度为2 4 m w k m 2 ( 除去水 域面积) ，据了解。日本东京都心区( 面积6 1 7 k m 2 ) 1 9 9 5 年的的平均负荷密度为2 2 6 m w k m 2 。而 园区是个新发展区，根据园区未来的规划，园区在未来达到2 4m w k m ：完全有可能的。 2 4 本章小结 负荷的总量预测智能对未来电网的总体规模做出规划，因此必须通过空间负荷预测来提供未来负 荷的空间分布信息。空间负荷预测是对规划区域内负荷的地理位置和数值大小所进行的预测，是配电 网规划的基础。 空间负荷预测主要有三种方法：趋势外推法、多变量法和土地仿真法。趋势外推法由于所需数据 量少，实现方法简单，在一定场合仍旧得到应用。针对小区负荷增长时所呈现的s 型饱和曲线，本章 首先将饱和曲线引入趋势外推法，较好地对各个小区的负荷增长进行了拟合。 土地仿真法通过仿真小区各种类型土地的未来发展情况来预测小区的负荷。首先进行空间信息的 收集，在对小区进行评分后，建立了小区土地决策的经典运输模型，最后用遗传算法求解该运输模型， 得到各个小区的预测负荷。 土地仿真法是比较精确的空间负荷预测方法，但是其计算过程比较复杂，考虑的经济、环境、交 通等因素较多，目前国内在数据自动采集、积累方面的基础薄弱，因此这种方法在工程实际中还没有 得到广泛应用。随着城网改造的进行，国家对这方面的投入不断加大，可以预见用地仿真法将会得到 较好的应用。 本章在园区应用空间负荷预测的方法进行了负荷预测，结果显示是合理的。 1 4 第3 章基于层次分析法和模糊评价的配电网评估 3 1 概述 第3 章基于层次分析法和模糊评价的配电网评估 3 1 1 配电网评估的意义 随着国民经济的发展，电力负荷的增长明显加快，对城市电网的要求越来越高。原有的城网在供 电能力、供电质量、供电可靠性以及运行的安全性和经济性的方面已经不能完全满足要求。为了适应 城市的快速发展，电网的改造和扩建就成了迫在眉睫的任务。自1 9 9 8 年9 月，国家电力公司提出加 快城市电力网建设改造的意见，目标是提高城市电网安全运行水平，将供电可靠率提高到9 9 9 0 9 9 9 9 ；提高电能质量，降低线损，使城市电丽电压合格率达到9 8 ；重视环境保护。同时提出要 搞好网架结构和提高城市电网自动化水平。 经过多年的城市电网建设改造工作，国内各个城市的供电能力、供电质量、供电可靠性，以及客 户服务水平都有了很大的提高。但是必须对城市电网的性能进行量化，尤其是城市中低压电网性能进 行量化，才能为下一步将要开展的“十一五”电网规划的投资力度和建设规模，提供科学合理的依据， 对电力市场的建立提供有效的资源。此外，虽然城网改造己经取得了很大的成绩，但依然有可能遗留 部分问题没有解决，特别是城市中低压电网遗留部分问题和新出现的问题没有解决，这些依然存在的 问题，对其程度也必须进行量化，才有可能在“十一五”规划中予以妥善考虑和解决。 城市电网的评估一方面对城网规划工作具有巨大的现实意义，通过对电网现状的正确评价，实现 对电源的合理和适时配置，优化网络结构，提高城网供电的安全性和可靠性；另一方面对进一步投资。 适应电力市场的要求，搞好安全供电，提高企业的经济效益，逐渐规范数据和管理模式，与国际接轨， 具有深远的意义。 3 1 2 配电网评估的依据 ( 1 ) 城市电力网规划设计导则及“实旌补充意见及说明” ( 2 ) 城市中低压配电网改造技术导则及“实施补充意见及说明” ( 3 ) 关于加快城市电网建设改造的若干意见 ( 4 ) 城市建设与改造评估的若干规定 ( 5 ) g b l 2 3 2 5 电能质量一供电电压允许偏差 ( 6 ) 发输电输 2 0 0 1 1 0 0 号文件 3 1 3 国内外研究现状 目前在城市配电网评估方面的深入研究较少，通常的做法有两种。一是计算一些单独的技术指标， 如线损率、电压合格率、线路平均负载率、供电可靠率等来评价网络性能。但每一个指标仅仅能反映 配电网某一方面的性能，