基于停电损失计算与成本分析的配电网单元制供电网格可靠性规划

基于停电损失计算与成本分析的配电网单元制供电网格可靠性规划

0基于放电损失的单元制可靠性规划方法为了进一步提高供电网络的精细管理，电网公司积极推动基于单元的供电网络规划。满足供电可靠性是配电网规划的基本要求之一。盲目追求供电可靠性的改善是不经济、不合理的。应从供电可靠性和经济性协调优化的角度开展配网规划停电损失又称为缺电成本，是指电力供应不完全可靠或预期不完全可靠时社会所承担的全部经济损失本文提出一种基于停电损失计算与成本分析的配电网单元制供电网格可靠性规划方法。对使单元制网格满足一定的可靠性目标前提下的投资成本、停电损失等量化分析计算，作为网格规划的重要参考。不仅明确了影响配电网停电损失与可靠性指标等关键因素之间，而且协调了网格规划的经济性与可靠性。所提的计算方法可以结合实际给出配电网网格的可靠性规划方案，给出具体网格的可靠性指标、投资成本与停电损失参考值。1在计算电池损失和投资成本时1.1单元制供电网格单元制网格一般由若干个相邻的、开发程度相近、供电可靠性要求基本一致的地块（或用户区块）组成。其划分应与城乡控制性详细规划及区域性用地规划等市政规划相适应，不宜跨越市政分区分片，不宜跨越控规边界（对于无控规的区域，可按主供电源点供电范围划分供电单元）。在选取网格边界时，一般结合道路、河流、山丘等明显的地理形态等进行划分。单元制供电网格是本文开展规划研究的基本单元，传统的供电区域往往包含多个单元制网格为了便于分析研究，本文对划分得到的网格进一步分类。分类的依据应综合考虑网格内的经济发展状况、用电特性、可靠性要求等。本文划分网格的标准依据《配电网规划设计导则DL/T5729-2016》对于我国电网供电区域等级划分的规定，将属于A+、A以及B类供电区域的网格划分为I类网格；将属于C类供电区域的网格划分为II类；将属于D类供电区域的网格划分为III类1.2单位放电损失模型停电分为故障停电与预安排停电。其中，预安排停电一般不会引起停电损失，本文研究故障停电所引起的停电损失本文考虑的停电损失关联因素包括以下方面：(1）负荷密度。负荷密度决定缺供电力的水平，与停电损失正相关。(2）用户属性。电力用户可分为住宅类、工业类、商业类等。不同属性的用户用电特性各异，停电造成损失的特点也不同。不同网格内的停电损失水平与其所处环境的特征也有直接关联。本文依托算例所在地的实际调研，给出如表1所示的不同属性用户单位电量停电损失参考值。(3）停电止损。例如发生故障停电时，若网格内配有备用电源，基本上能消除停电损失。有些场合还需进一步考虑恢复供电后能否补救亏损。(4）网格可靠性。网格的可靠性水平与停电损失密切相关。停电频率越高、期望缺供电力越大、停电持续时间越长，停电损失越大。基于以上分析，单位电量停电成本f(t)可以用式（1）所示的数学模型来描述。式中：t为停电持续时间；A为网格内某类用户对应的单位电量停电损失稳定值（可参考表1）；τ为停电损失时间常数，反映了损失随停电持续时间变化的快慢程度，同样与网格类型和用户属性相关。式（1）描述的物理意义是：在停电发生的最初时刻，停电损失很小；随着停电持续时间增长，损失显著上升；一直不恢复供电，将按照单位电量引起稳定值A的损失不断累计。设某一单元制网格内共有N种不同属性的用户，第i类用户（i=1,2,...N）在网格内的容量比例为λ其余参数均需结合网格内的可靠性指标确定，即电力不足持续时间（LossOfLoadDuration,LOLD）、电量不足期望值（ExpectedEnergyNotSupplied,EENS）和平均停电频率（CustomerAverageInterruptionFrequency,CAIF），分别将其记为T对于存在停电止损、恢复供电补偿等情况的场合，可以根据实际需要在上式的基础上乘以修正系数k(0<k<1):对于仍处于规划阶段等缺失数据的单元网格，可依据网格的用地规划等背景资料首先确定网格分类，再选用同类型网格的典型数据估算。相对于电力企业承受的经济损失而言，估算用户承受的经济损失要困难得多，而且费用数值相对较大。在电力市场机制建立之后，电力企业应当更加注重用户的停电损失，因为其与企业的经济效益密切相关的。比如说如果实行供电合同制，供电企业与某些重要电力用户签订供电协议，规定保证每年至少供应一定数量的电力，每年停电时间不得超过一定的时间，如果违反协议给用户造成损失，就必须进行赔偿，此时用户停电损失就成为了电力企业经济损失的一部分。因此，在规划阶段就考虑网格的可靠性水平、停电损失等具有必要性。1.3提升网格可靠性的规划措施从可靠性投资的角度构建成本分析模型。国外的配电公司规定承诺供电标准，若达不到相关标准，则需向受影响的用户做出经济补偿。换言之，规划阶段用于提升可靠性水平的投资越多，理论上网格的可靠性水平越高，停电损失越小。分析“投资费用-可靠性-停电损失”之间的关系，通过预计算的停电损失与可靠性成本分析确定合理的规划投资。提升网格可靠性的规划措施可分为两类。一类可降低电量不足期望值P另一类主要为更换电力设备，可降低平均停电频率λ因此，可以用形如下式的模型来表征这一关系：式中：C(x)为投资成本；x为可靠性指标，α，β，γ为待定参数，需结合历史数据定值。2基于授权时间和程序根据式（7）给出的“可靠性指标-停电损失”关系与式给出的“可靠性指标-成本”关系，可以进一步分析“成本-停电损失”之间的关系，从而制定合理的规划投资方案。本文基于帕累托优化的方法考虑这一问题。在规划单元制网格时，提升可靠性水平能减少停电损失，但增加了投资成本；单纯追求投资成本的优化会引起投资损失增加。电力企业应当在投资成本和停电损失之间做权衡。换言之，需要确定合理的可靠性规划水平。本文将可靠性指标（P对于不同取值的μ（μ≥0），求解该问题，得到对应的x,F(x),C(x)。将分别以F(x)和C(x)为目标函数进行单目标优化得到的最优解记为xX、Y的意义是优化过程中投资成本和停电损失目标的满意程度，显然X,Y∈[0,1]，取值越大优化结果越优。以X、Y为坐标轴绘制所得的帕累托曲线，是求得综合最优解μ、可靠性水平x的关键，并可分析得出网格规划的可靠性水平、投资成本与停电损失参考值。本文所提出的基于停电损失计算与投资成本分析的单元制网格可靠性规划流程如下：步骤一：针对待研究的配网系统，划分得到单元制网格。开展网格分类和前期调研，确定适用于提升网格可靠性水平的改造措施；步骤二：基于本网格的特点和背景参数等构建“可靠性指标-停电损失”关系与“可靠性指标-成本”关系的数学表达式；步骤三：引入帕累托乘子，对停电损失和投资成本优化问题开展帕累托分析；步骤四：按照预设的可靠性要求等，对所提方案开展规划分析，得到相应的结论。3单元制网格的可靠性目标函数根据负荷密度和供电可靠性要求分别对停电损失进行计算，以江苏电网为例。假设每个单元制网格内用户数100户，用户平均容量50MW。各类可靠性改造措施对可靠性改善影响的调研情况如表2所示，根据表2中数据拟合的C(x)模型如图3所示：算例共考虑该地四个典型单元制网格的可靠性规划问题。4个网格的参数信息和基本情况如表3所示：根据本文所提方法，对以上4类网格建立起“可靠性指标-停电损失”关系与“可靠性指标-成本”关系，引入便于帕累托分析的乘子μ。μ取0至10之间的值，取值间隔为0.5，共取20个点。在此基础上的计算结果如图4所示。图4给出了网格A～网格D的成本目标计算结果。由图4可见，随着乘子（成本前）的取值不断增大，各网格都满足投资成本减少、停电损失增大的规律。传统的规划分析追求投资成本最少、建设经济性最优；单方面追求极低的停电损失带来过高的投资也不符合实际。从工程实际的角度，为保障单元制网格的可靠性水平，应选取投资成本大于停电损失的计算结果作为规划方案。因此，各网格停电损失与投资成本相等时的临界值对各网格内开展的可靠性规划具有参考价值。将这一计算结果汇总在表4中。图5给出了各单元制网格的可靠性指标EENS计算结果关于乘子的变化规律。随着乘子取值增大，投资成本的权重升高，优化给出投资更加经济、但可靠性水平和停电损失相对差的结果，各网格的EENS计算结果不断下降，且下降趋势先快后慢。按照规划阶段设定的可靠性指标目标（本例中以EENS不高于80MW为例），结合图5可以得出更加精确的单元制网格规划投资估计。将这一结果汇总在表5中。结合上述分析可知，单元制网格的可靠性规划成本与网格类型存在较大关联。按照相同的规划目标，即使采取较为有效的可靠性改进措施，I类网格的投资成本仍然高于II类、III类网格。这说明用户属性、经济水平等是决定网格规划成本的关键因素。图6是随着乘子变化，投资成本、停电损失2项目标的满意程度之间的关系示意。由图6可见，投资成本的满意程度关于停电损失满意程度非常敏感。这表征着对于算例系统的单元制网格，停电损失较小地波动会引起投资成本在较大范围内变化。因此在满足可靠性目标的前提下，按照一定的流程和方法确定可靠性规划成本和水平具有较强的必要性。4单元制网格的运行结果本文提出一种基于停电损失计算与成本分析的配电网单元制供电网格可靠性规划方法，对使单元制网格满足一定的可靠性目标前提下的投资成本、停电损失等量化分析计算，作为网格规划的重要参考。结合算例分析表明，本文提出的计算与分析流程具有可行性。主要结论包括：(1）本文给出了典型单元制网格的停电损失、成本分析与规划可靠性目标计算结果。从工程实际的角度，为保障单元制网格的可靠性水平，应选取投资成本大于停电损失的计算结果作为规划方案。本文所提的方法和计算结果对于单元制网格的可靠性规划具