1、China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2006)饱和负荷下的城市高压配电网规划倪俊 1 宋晓辉 21 无锡供电公司, 江苏无锡,2140002 中国电力科学研究院,北京清河小营东路 15 号,100192摘要：本文从城市电网远景饱和负荷着手，探讨饱和负荷下的城市高压配电网规划方法，以增加规划的可操作性，解决线路通道、变电所落点困难的问题。探讨了提高长期电网规划可操作性的方法，给出了负荷密度与变电所供电范围的最优公式，该公式考虑了变电所建设费用、进出线费用等因素，在此基础上进行主变容量、高压变电所数量及
2、分布选择及优化；文中以无锡城市饱和负荷下的高压配电网规划为例对上述方法进行了验证。关键词：饱和负荷 电网规划 负荷预测 电网结构一、绪论城市电网规划按规划的阶段，可分为近期规划、中期规划和远期规划三个阶段 1,2,3,4，一般与国民经济发展规划和城市总体规划的年限一致。近期规划从当前实际出发着重解决当前城网存在的主要问题，逐步解决负荷需要。中期规划与近期规划相衔接，着重将城网结构有步骤地过渡到规划网络，使城网各个环节配置合理。远期规划主要考虑城网的长远发展，研究确定电源布局和规划网络，满足远期规划负荷水平的需要。城市电网的中、长期尤其是长期规划时，着重强调规划的宏观整体控制作用，而对局部或具体
3、的细节不应追求过细，从而为未来的发展预留出灵活的选择余地，使规划自身成为一个开放体系。按照上述规划方式进行城市电网规划，在负荷密度不高、城市发展速度较慢时，能够保证电网的有序发展。但当城市发展速度较快时，由于电网建设的可操作方案是在近中期规划提出的，而近中期规划依据的预测负荷低于远期负荷，造成预留的资源如变电所站址、线路通道等不能满足电网建设的需要。实际上，随着城市负荷及电力设施的增加，中国城市电网建设中不同程度的出现线路通道、变电所用地困难的问题，甚至造成了有电送不进的尴尬境况。为解决这类问题，吸取城市电网发展过程中的经验教训，有必要做好城市饱和负荷密度下的电网规划，增加电网规划的可操作性，
4、与城市的市政规划结合，预留出足够的变电所位置、线路通道等，保证电网的有序发展。本文从城市电网远景饱和负荷着手，探讨饱和负荷下的城市高压配电网规划方法，以增加规划的可操作性，解决线路通道、变电所落点困难的问题。二、饱和负荷下城市电网规划方法饱和负荷是城市负荷发展的较高阶段，可以认为是城市负荷发展的最终状态，城市建成区或拟建区，都将或快或慢的向饱和负荷发展。满足饱和负荷的电网也能满足城市发展过程中任一状态的负荷。因而，依据饱和负荷，可以规划出城市远景电网所需的资源，从而为解决线路走廊、变电所落点困难的问题提供思路，提高电网规划的可操作性。饱和负荷下的城市电网规划，可采用以下方法。首先是进行城市饱和
5、负荷的预测。城市负荷发展具有一定的规划，从发展过程来看，城市负荷发展分为三个阶段：缓慢增长阶段、快速增长阶段和饱和阶段，整个增长曲线是S 型的。预测时，不仅需要进行全系统饱和负荷的预测，还需要预测小区、地块的负荷。其次是进行电压等级的选择。电压等级的选择是电网发展的前展性课题，它直接关系到电网的发展方向。城市电压等级可以根据技术经济综合论证确定，它和国家经济发展、China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2006)电气设备制造技术水平密切相关，当然在进行选择时，必然受到原有电压等级的制约。电压等级选择时，
6、宜尽量简化电网的变压层次，有利于提高电网运行的经济性和可靠性。再者是变电所数量、分布、规模及主变容量的确定。确定出饱和负荷下所需变电所数量，进而规划出变电所落点，是提高规划可操作性的重要环节。变电所规模的确定可以规划变电所占地面积，进一步提高规划的可操作性。主变容量的优化则有助于实现设备的标准化。第四是电气主接线选择。电气主接线关系到电网供电可靠性，变电所占地面积与主接线也不无关系，并且变电所电气主接线最终影响到电网结构。城市高压变电所的主接线中，可采用线路变压器组、T 型接线、桥接线、单母分段等方式。第五是网架结构的规划。网架结构直接确定连接各变电所的线路数量,结合城市规划,可确定出线路走径
7、,这是提高规划可操作性的重要一环。第六是进行线路走廊及变电所所址的规划,这是落实电网规划、使电网规划具有可操作性的关键环节。规划的线路走廊、变电所所址应取得相关部门的协议书。三、城市饱和负荷预测(一)饱和负荷预测方法饱和负荷指负荷达到极大值、不再增长或增长缓慢的状态。预测不仅要有总量负荷，还要有分区、分块负荷。长期负荷预测方法基本上均可应用于饱和负荷预测，包括弹性系数法、负荷密度法、空间负荷预测等。1.电力弹性系数法世界各国的历史统计资料表明，国民生产总值和电力消费之间有一定的相关关系。需电量和国民生产总值之间的规律，通常用电力弹性系数表示。所谓电力弹性系数是指一定时期内，需电量的平均增长速度
8、与国民经济总产值的平均增长速度之比。电力弹性系数法常用于电力需求的长期预测。但预测结果只能作为其它预测方法的参考。2.负荷密度法负荷密度法是依据预测地区的人口或土地面积的单位平均需电量与总人口或总土地面积进行预测的一种预测方法。负荷密度法适用于供电区内大量分散的用电负荷预测，负荷密度按供电内分区面积以每平方公里的平均负荷千瓦数表示。供电区内少数集中用电的大用户必要时可视作点负荷单独计算。采用负荷密度法应首先调查各分区的现有负荷，分别计算现有负荷密度值。必要时可将分区再分为若干小区进行计算后加以合成。然后根据功能区和大用户的用电规划以及市政生活用电水平等并参考国内外城市用电规划资料，估计规划期内
9、各分区可能达到的负荷密度预测值。从各分区的负荷密度汇总计算市区内总负荷预测值时，应同时考虑分区间的负荷分散系数，及单独计算的大用户用电预测值。3.空间负荷预测法空间负荷预测法是近 20 年来新发展起来的预测方法，它不仅能够预测未来负荷的变化规律，而且对未来的负荷地理分布情况也做出预测。空间负荷预测法基本可分为几个步骤：(1)对需要进行负荷预测的区域按一定的规则细分成一个个小区。(2)向政府有关部门的开发单位收集各预测小区的规划方案。(3)根据各小区的规划方案，对各小区进行负荷及负荷特性的预测。(4)将各小区的负荷特性曲线按一定方法进行合并，得出某一地区的电力负荷预测值。(二)城市饱和负荷预测C
10、hina International Conference on Electricity Distribution (CICED 2006)根据城市发展规划，结合区域经济发展前景，进行城市饱和负荷的预测。可采用以下方法和步骤：a采用负荷密度法预测、空间负荷预测法、电力弹性系数法预测出全系统负荷。其中负荷指标可根据城市当前负荷指标和城市发展规划、参考国内外发达城市负荷指标选取。b将三种方法的预测结果进行相互校核，确定出远景饱和负荷。c采用空间负荷预测法将负荷分解到各小区、地块。四、变电所优化规划(一)变电所供电半径优化设负荷密度为 ，主变容载比为 k1，变电所投资为 c+dk1P，二次侧线路单位
11、投资为b，一次侧进线线路单位投资为 f，变电所供电范围是边长为 2a 的正方形，二次侧平均出线长度为 k2a，一次侧进线平均长度为 k3a，二次侧每条出线平均负荷为 P1，供电区域总面积为 S，则可推出变电所及二次出线总投资为：Cost= (1)fbPSdc3123对 a 求导，并令其等零，可得出：(2)0231cfakpb称满足式(2)的 a 为经济供电半径。由式(2)可知：a. 在假定条件下，经济供电半径与主变容载比无关，总投资与容载比成正比关系。b. 当不考虑一次侧进线线中投资时，经济供电半径与负荷密度的关系为：(3)bkcPa213a3与负荷密度 成反比，其关系如图 1。负 荷 密 度
12、经济半径图 1 经济供电半径与负荷密度变化趋势图c当不考虑二次侧线路投资时，可求出 a 小于 0 且与负荷密度无关，说明这种情况下不存在极值点。投资的导数小于 0，说明投资为 a 的递减函数，负荷密度一定时 a 越大投资越小。此时，a 将受到变电所最大供电能力、供电半径等的制约，可取：a=min( ,r) (4)max21S其中 r 为在考虑各种约束时的最大允许供电半径，S max为在考虑各种条件时的变电所最大允许容量。d当即考虑一次侧进线线路投资，也考虑二次侧线路投资时，可解出：China International Conference on Electricity Distributio
13、n (CICED 2006)(5)3 3232 742742 mncmnmca 其中： ，1pbkf3由于在推导过程中，各参数均为估算值，并不一定和实际工程严格符合，且所设定供电区域为正方形与实际也有一定差异，上述结论不一定是最恰当的，而是有一定误差，但具有参考价值。（二）变电所主变台数及容量规划1变电所主变台数规划研究成果表明，110kV 及以上变压器来说变压器优化负载率在 0.790.97 之间，国际规定的变压器最佳经济运行区的上限为 0.75，综合考虑变压器负载率在 0.75 及以上时运行是经济的。按 N-1 原则， 保证一台变压器故障不引起其他变压器过负荷(或事故过负荷) 来分析，当
14、2 台变压器时，为达到这一要求，2 台同容量的变压器只能各自带 50% 65% 的负载。这显然不是变压器最佳运行状态，同时备用容量也偏大(达 100% 或 67% )。而当变压器为3 台时，则每台可带 67% 87% 的负荷(在变压器经济运行范围内)，而备用容量则降至 50% (或 25% )。当 4 台主变时，每台主变可带负荷至 75%90% ，也在最佳经济运行范围内，备用容量可降至 33% (或 10% )。可以看出，变电站配置 34 台主变后，系统变电容量不是增加了而是可以降低(备用容量降低)，有利于充分利用变电设备容量。城市负荷密度具有较高的特点，变电站的布点会面临极大挑战，在长期规划
15、中采用多台主变以缓解变电站的征地压力和减少进出线通道是相当必要的，也是可行的。因此，在变电站的规划中，需考虑远景 3-4 台主变以应对不断增长的负荷需求。2变电所主变容量优化根据预测出的负荷密度，计算出经济供电半径，进而可确定出每座变电所供电负荷；再由选定的主变台数、容载比，可方便的确定出主变容量。五、算例分析以中国无锡市城中分区远景高压配电网规划为例。基本情况：无锡市城中分区，总用地面积为 38.47 平方公里，现状人口约 50.3 万。总体规划将城中分区定位为以居住用地和生活服务设施为主，承担行政、商业、文化、金融等综合职能，是主城区的一级商业中心。城中分区城市建设用地总的发展规模为 35
16、.75 平方公里，控制人口规模为 59.35 万人。饱和负荷预测：结合目前该区负荷指标，参考上海、东京等城市中心城区的负荷指标，将无锡城中分区饱和负荷密度可确定为 3.5-4.5 万千瓦/平方公里，取绿地率为 25%，扣除绿地面积后，饱和负荷为 94-120 万千瓦。电压等级选择：目前高压电网是 35kV 和 110kV 共存，但 35kV 数量较少。经技术经济比较，确定该分区电压等级 110kV，35kV 电压等级只为用户采用。变电所规划：规划远景变电所总量为 14 座，主接采用线路变压器组，变电所规划为3-4 台主变，主变容量为 50MVA、63MVA 为宜。网架结构：经技术经济分析，网架
17、结构采用手拉手结构。六、结论China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2006)本文探讨了提高城市长期电网规划可操作性的方法，结果表明，依据城市现状及发展规划，确定出城市饱和负荷下的变电所数量、规模、落点及网架结构，从而制定出线路走廊规划、变电所所址的方法，是切实可行的，可有效提高电网规划的可操作性，为解决城市电网发展过程中的难题提供了思路。参考文献1 城市电力网规划设计导则（试行）,19852 孙洪波,电力网络规划,重庆大学出版社，19963 蓝毓俊，现代城市电网规划设计与建设改造，中国电力出版社，20044 E.Lakervi ,E.J.Holmes著， 范明天,张祖平等译，配电网络规划与设计(Electricity distribution network design)M 中国电力出版社,1999.8
