專利名稱：農村地區高壓配電網電壓等級組合選擇方法
技術領域：
本發明涉及一種農村地區高壓配電網電壓等級組合選擇方法，屬電氣工程規劃技術領域。
背景技術：
電壓等級是電網結構中最根本的問題。電壓等級選取的不合理將導致網損增加，電壓合格率低，供電安全可靠性差，以及建設維修費用增加等一系列不良后果。目前，我國農村地區高壓配電網普遍采用35/10kV和110/10kV兩種電壓等級組合。在線路負載率低、絕緣 費用高的條件下，采用35/10kV的方案是適宜的。但是隨著城鄉負荷的不斷增長，該方案將出現供電能力不足、電壓質量差和線損電量高等問題。為解決上述問題，在經濟發達地區均已采用了 110/10kV電壓等級組合。取消35kV電壓等級的優勢包括(1)減少了 35kV電壓等級的能量損耗；(2)節省35kV電壓等級的設備投資；(3)減少35kV電壓等級運行環節，提高供電的可靠性。電壓等級組合的選擇與地區負荷水平、供電區面積及該電壓等級輸變電設備的建設、運行費用有關，選擇何種電壓等級的組合能為供電企業帶來最大的經濟效益，需通過技術、經濟的比較才能確定。負荷密度是目前地區電壓等級組合選擇的主要評判指標。在地區變電站平均供電范圍已知的條件下，該指標可求出每座變電站平均下送的負荷量，進而通過不同方案下運行、建設費用的比較，確定適合采用的電壓等級組合。如《電網技術》(2006年第30卷第10期64-68頁)上發表的技術文獻(“城市電網電壓等級的合理配置”)；《電網技術》(2011年第35卷第2期88-93頁)上發表的文獻(“湖南電網發展20kV配電網的技術經濟性研究”)；《供用電》(2003年第20卷第4期17-20頁)上發表的文獻“上海電網高壓配電網絡電壓等級技術經濟比較”和《電網技術》(1999年第23卷第2期31-33頁)上發表的文獻(“城網配電電壓等級研究”)。這些文獻都是通過地區負荷密度的大小來確定該地區適合采用的電壓等級組合。在負荷密度法中，變電站供電半徑的確定至關重要，因為它不僅決定變電站電源線路的長度，而且也決定著變電站下送的負荷量。但是，規劃期內變電站供電半徑的確定非常困難，因為它不僅隨著地區內變電站的增多而逐步減小、而且還隨著電源線路曲折系數的變化而變化。目前，所有技術文獻在供電半徑的設定時都采用固定的經驗值或通過簡單的估算獲得，沒有考慮該參數在規劃期內的變化情況和規劃期內負荷的增長變化情況，導致計算結果過于粗略。如2007年上海交通大學碩士學位論文“城市配電網電壓等級及供電模式選型研究”中通過變電站可供負荷與負荷密度的比值獲得供電面積，進而求得供電半徑，但規劃期內的負荷密度本身就是一個變化值，不能簡單地設定為一個常數；為比較IlOkV和35kV供電的經濟性，文獻《山東電力技術》，1994年第2期29-32頁中“城網農網高壓配電網電壓等級的選取”采用經驗值選取供電半徑，且未考慮供電半徑在規劃期內的變化；文獻“國內外電網配電電壓的現狀與發展一兼論我國推行20kV配電網的必要性與可行性二”(《電工技術》，1996年第10期1-5頁)中描繪了不同負荷密度下各種方案的建設運行費用曲線，同樣未考慮負荷密度及供電半徑在規劃期內的變化情況。綜上所述，目前尚無有效、實用的方法來估算規劃期內地區變電站的平均供電范圍及負荷密度，進而無法相對準確地評價地區適合采用的電壓等級組合，本發明提供一種新的電壓等級組合選取方法。

發明內容
本發明的目的是，根據現有配電網電壓等級選擇規劃存在的問題，提出一種新的電壓等級組合評價方法，該方法給出了規劃期內供電半徑的計算方法，使運行費用和建設費用的計算可考慮負荷年均增長率和供電半徑年均變化率的影響，實現對各方案經濟性更精確的比較。 本發明的技術方案是，在考慮折舊期內供電半徑和負荷變化的條件下，計算不同方案下的建設和運行費用，從而對電壓等級選擇方案經濟性進行比較評價。本發明主要針對我國農村地區高壓配電網電壓等級組合的選取，故僅以110/10kV (方案一)和35/10kV (方案二)兩種組合方案作為比較對象。根據《農村電力網規劃設計導則》(DL/T5118-2000)的規定，IlOkV和35kV變電站均需配有無功補償設備，故其低壓側IOkV母線可作為電壓恒定的電源處理。因此就IOkV線路來說，可認為IlOkV和35kV變電站供電半徑相同。在不考慮維護費用和報廢費用差別的條件下，若式(I)成立，則表明該地區11 OkV/1 OkV的供電方式要優于35kV/10kV電壓等級的供電方式。(Wcl+Wpl)<(Wc2+Wp2)(I)
式中--Wci和Wc2分別為方案I和方案2折舊期內的建設費用；rpl和Wp2分別為方案I和方案2折舊期內的運行費用，即損耗費用。此處，用將來值作為比較標準。本發明農村地區高壓配電網電壓等級組合選擇方法包括以下步驟
第一步、供電半徑的確定
供電半徑的大小不僅決定著電源線路的長度，也決定著變電站下送的負荷量。因此供電半徑的確定對運行費用和建設費用有著至關重要的影響。此處，本發明提出一種新的負荷飽和年供電半徑計算方法，進而可通過供電半徑的年均變化率和折舊期的年限確定折舊期末的供電半徑。一般來說，IOkV線路的曲折系數與其電源的數量成反比關系。因此，負荷飽和年的供電半徑慫可由以下方程確定
免/及/ =h
^ 貧及;=S(2)
ItcMe = kjirij
式中下標/和C分別代表負荷飽和年和當前年;7為最遠負荷到電源點的IOkV線路長度\k為最遠IOkV線路對供電半徑的曲折系數為供電半徑.Jn為IOkV電源數，即35kV和IlOkV變電站的個數A為供電區面積。式(2)中，當前年的電源數％、曲折系數(為已知值；規劃目標年農村地區最遠負荷到電源點的IOkV線路長度上限厶在國網公司配電網技術導則中有規定，也為已知值。因此，只有kf、mf和Rf為未知量，而等式方程也有三個，可確定目標年供電半徑的唯一解。第二步、建設費用的計算
建設費用為變電站的投資建設所需的費用，一般都作為一個固定值考慮，但從一個較長時間的規劃期來看，由于新變電站的η入等原因，電源線路的建設費用會隨著供電半徑和曲折系數的降低而降低。因此，折舊期末電源線路的建設費用并不是由其當初的建設長度，而是由折舊期末的供電半徑和曲折系數決定。假設某地區需年到達負荷飽和年，則供電半徑和曲折系數的年均下降率分別為
《=中J素置c(3 ) (4)
式中下標/和c分別代表負荷飽和年和當前年W為供電半徑X為電源線路的曲折系數'dr和dk分別為供電半徑和曲折系數的年均下降率。假設負荷飽和年大于設備折舊年，在計及供電半徑和曲折系數變化率的條件下，折舊期末變電站建設費用I計算表達式如式(5)所示，推導過程見附錄。由于IlOkV和35kV變電站的供電半徑相同，其IOkV電網的建設標準一致，故此處不考慮IOkV網絡的建設費用。W= XtQ+lTr(5)
式中:尤和J7分別為變電站變電設備和單位長度電源線路的建設費用必為建設的電源線路長度(包括備用電源線路4在內)'i為銀行年利率·，η為折舊期限。第三步、運行費用的計算
運行費用主要包括電源線路和變壓器的損耗費用。在計及負荷的年均增長率、供電半徑的年均變化率和運行費用的年利率后，折舊期末電源線路和變壓器的損耗費用值分別如式(6)和式(7)所示。同樣，由于IOkV電網的建設標準一致，此處不考慮IOkV網絡的電量損耗費用。朽-
廣咖O，噸咖￡<< (α (6)
K =gyyf￡Γμ(1+(7)
式中-.W1和Wt分別為電源線路和變壓器的損耗費用；積分變量Z為年'P為地區的負
荷密度;<足第^年的供電半徑; 為負荷的年增長率;pn^RJ2Q+^z為第z年的有功負
荷為電源線路的單位長度電阻'L為正常運行方式下變電站的受電線路長度，其值等于
電源線路長度4減去備用電源線路長度乙為第^年變電站受電線路長度；0為功
率因數角少為變電站主變高壓側電壓；7_為地區最大負荷利用小時數為電價-，rt為變壓器的短路電阻。第四步、方案的評價根據計算所得的建設費用和運行費用，通過式(I)即可對電壓等級選擇方案進行評價。本發明第二步中折舊期末變電站建設費用計算表達式的推導如下
在不考慮中、低壓設備建設費用的條件下，變電站的建設費用主要分變電設備和電源線路兩部分，如式(8)所示。W= Xt^XL(8) 其中，毛為考慮備用線路后電源線路的建設費用。對于變電設備，其建設費用與供電半徑等因素無關，因此可認為建設成本不變，故考慮利率因素后折舊期末變電設備的建設費用I/為
Xf= Xf(i+O"(9)
對于電源線路，由于新變電站的η入等原因，其建設費用會隨著供電半徑和曲折系數的降低而降低。因此在供電半徑年均變化率尤和曲折系數年均變化率達已知，且不考慮利率因素的條件下，其折舊期末的建設成本Z/可表示為
J/= XL{dtdfT(10)
對于第z年，其電源線路產生的利息費用應是上年建設成本的利息石與復合利息Jefi3 (1+0之和
^( ο
對于投產后第I年，.Ip5利率為毛i ;對于投產后第2年，利率為i/XJzi+Zzi (1+i);對于
投產后第3年，利率為ijd/Q 2XLi—cWLi (1+i) +XLi (1+i)2 ;對于投產后第4年，利率為、drdk)Xi+ {drdk) 2XLi (1+i) —cWLi (1+i) 2+XLi (1+i)3 ；……。通過上述推導可以看出，投產后第/7年，利率為
=XLi [ {drdkr1+ ( 廣2 (1+i) + ( 廣3 (1+i)2+……+ ( /Α廣(1+i廣 (12)采用積分形式表示為
(13)
因此，折舊期末，建設費用可表示為
Wc= Xtf+ X^ + Jff11J = JTtQ +1)11 +)a+(rftdr )B_X(1+
本發明與現有技術比較的有益效果是，給出了規劃期內供電半徑的估算方法，并在建設費用和運行費用的計算中考慮了供電半徑和負荷增長的變化影響，提高了評價結果的準確性。本發明適用于對地區電網電壓等級組合的選取和經濟性評價。


圖I為變電站接線方式示意 圖2為總費用對負荷的靈敏度關系；
圖3為臨界負荷密度對負荷年均增長率的靈敏度關系；圖I中圖號表示1是供電范圍；2是上級電源；3是待研究電壓等級變電站；4是正常運行方式下變電站的受電線路，L為其長度-,Lb是備用電源線路的長度W是變電站的供電半徑。
具體實施例方式本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。本發明實施例以110/10kV (方案一)和35/10 kV (方案二)兩種組合作為比較對象，計算整個折舊期內兩種不同方案下的建設和運行費用，并在建設費用和運行費用的計算中考慮供電半徑和負荷增長的變化影響，從而對電壓等級選擇方案進行評價。評價前，先確定評價標準。用將來值作為比較標準。若式⑴成立，即U1) < (Wc2+Wp2)，則可在該地區取消 35kV電壓等級，采用110kV/10kV的方式供電。式中rel和Wc2分別為方案I和方案2折舊期內的建設費用-Jpl和Wp2分別為方案I和方案2折舊期內的運行費用，即損耗費用。本實施例通過以下步驟進行實施。第一步供電半徑的確定
由于IOkV線路的曲折系數與其電源的數量成反比關系，因此在當前年線路的曲折系數尤、供電半徑兄、電源數A和負荷飽和年最長線路長度厶已知的條件下，通過式(2)可求出飽和負荷年供電半徑慫的值。第二步建設費用的計算
從一個較長時間的規劃期來看，由于新變電站的η入等原因，電源線路的建設費用會隨著供電半徑的降低而降低。因此，折舊期末電源線路的建設費用不僅與當初建設的線路長度有關，還和折舊期末的供電半徑和曲折系數有關。假設某地區需年到達負荷飽和年，則供電半徑和曲折系數的年均下降率可分別通過式⑶和式⑷確定。由于IlOkV和35kV變電站的供電半徑相同，其IOkV電網的建設標準一致，故在方案的比較中可不考慮IOkV網絡的建設費用。假設負荷飽和年大于設備折舊年，在供電半徑和曲折系數年均下降率已知的條件下，折舊期末變電站建設費用I可通過式(5)確定，
K=^LtX^dfY(5)。第三步運行費用的計算
運行費用主要包括電源線路和變壓器的損耗費用。在計及負荷年均增長率、供電半徑年均變化率和運行費用年利率的條件下后，折舊期末電源線路和變壓器的損耗費用值可分別通過式(6)和式(7)確定。第四步方案的評價
根據計算所得的建設費用和運行費用，通過式(I)即可對電壓等級選擇方案進行評價。本實施例通過2010年某省農村地區電網驗證所提方法的有效性，驗證環境設置為2010年，某省農村地區面積為^=15. 53萬平方公里；用電最大負荷^=4000MW ;最大負荷利用小時數/ x=3000h ；10kV電源數a=881個，其中IlOkV變電站110座，35kV變電站771座；正常運行方式下變電站受電線路平均長度Z=24km，功率因素cos 0=0. 95 ;最長IOkV線路平均長度為l=30km;功率因素為cos01(l=O. 9 ;銀行年利率i=0. I ;電價c=0. 6元/kWh ；該省農村地區負荷達到飽和后的年數_7=30 ;變電和線路設備的折舊期均為25年；主變和線路參數如表I所示，單位造價如表2所示。表I主變和線路參數設置
權利要求
1.一種農村地區高壓配電網電壓等級組合選擇方法，其特征在于，所述方法考慮折舊期內供電半徑和負荷變化的條件下，計算不同方案下的建設和運行費用，從而對電壓等級選擇方案經濟性進行比較評價，所述方法包括 (1)采用新的負荷飽和年供電半徑計算方法確定供電半徑，負荷飽和年的供電半徑心可由以下方程確定
全文摘要
本發明公開一種農村地區高壓配電網電壓等級組合選擇方法，該方法給出了規劃期內供電半徑的計算方法，使運行費用和建設費用的計算可考慮負荷年均增長率和供電半徑年均變化率的影響，實現對不同電壓等級選擇方案更精確的經濟性比較。所述方法包括(1)采用新的負荷飽和年供電半徑計算方法確定供電半徑；(2)在計及電源線路長度受供電半徑影響的條件下，計算變電站建設費用；(3)在計及變電站下送負荷和受電線路長度受供電半徑影響的條件下，計算運行費用；(4)根據計算所得的建設費用和運行費用，對電壓等級選擇方案進行評價。由于計及了折舊期內供電半徑和負荷的變化影響，本發明大大提高了電壓等級組合方案經濟性評價的準確性。
文檔編號H02J3/14GK102882214SQ20121036984
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者熊寧 申請人:江西省電力公司電力經濟技術研究院, 國家電網公司