湖北省電力勘測設(shè)計院的研究人員許可、鮮杏等，在2015年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，主要對分布式電源接入條件下的城市中壓配電網(wǎng)的接線方式進行了可靠性經(jīng)濟分析。結(jié)合當(dāng)前分布式電源發(fā)展的形勢需求，研究分布式電源接入下的接線方式可靠性、經(jīng)濟性分析模型，定量計算相關(guān)可靠性和經(jīng)濟性指標(biāo)，將配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)以停電損失的形式折算為經(jīng)濟性指標(biāo)加入到經(jīng)濟性規(guī)劃中，以接線方式的單位負(fù)荷可靠性經(jīng)濟成本最低為規(guī)劃目標(biāo)，得出了推薦的城市中壓配電網(wǎng)接線方式。該研究對于城市中壓配電網(wǎng)規(guī)劃有一定的指導(dǎo)意義。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的主要負(fù)荷中心，也是現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。對配電網(wǎng)進行科學(xué)地規(guī)劃，以保證電網(wǎng)的合理建設(shè)以及安全、可靠、經(jīng)濟的運行，是電力部門面臨的一項重要任務(wù)。

配電網(wǎng)規(guī)劃工作中，配電網(wǎng)接線方式的選擇是城市配電網(wǎng)規(guī)劃的重要內(nèi)容，接線方式的選擇不僅關(guān)系到電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、可靠性、安全性和適應(yīng)性，也直接影響城市的美觀和城市經(jīng)濟的發(fā)展，對提高規(guī)劃水平和質(zhì)量、提高電網(wǎng)供電品質(zhì)和未來負(fù)荷發(fā)展的適應(yīng)能力十分重要。

配電網(wǎng)接線方式規(guī)劃的評價指標(biāo)主要有可靠性、經(jīng)濟性、安全性和適應(yīng)性等。這些指標(biāo)存在量綱不一致、指標(biāo)重要程度不同、指標(biāo)優(yōu)劣判斷趨勢不同的問題，不能簡單的將各指標(biāo)的計算結(jié)果線性相加來評價接線方式的優(yōu)劣，一般采用多指標(biāo)體系的綜合評估方法進行規(guī)劃方案的綜合評價。

文獻[1-5] 的評價方法是將各評價指標(biāo)通過層次分析法以專家打分的方式進行綜合評估，但由于多個規(guī)劃目標(biāo)權(quán)重的選取不可避免的具有一定的主觀性，因此這種方法存在一定的局限性[6]。

文獻[7]提出采用兩層規(guī)劃模型解決電網(wǎng)規(guī)劃中經(jīng)濟性與可靠性相協(xié)調(diào)的問題，并采用粒子群優(yōu)化算法進行優(yōu)化求解，但該優(yōu)化規(guī)劃方法較為復(fù)雜，難以應(yīng)用于城市中壓配電網(wǎng)典型接線方式規(guī)劃方案評價中。

分布式電源(Distributed Generation)是指安裝在用電地點附近，與配電網(wǎng)直接相連的發(fā)電形式，采取并網(wǎng)運行或采取獨立運行的方式。分布式發(fā)電的接入對配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟性和節(jié)點電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會帶來影響，并將影響配電網(wǎng)接線方式和網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

本文結(jié)合分布式電源接入的形勢需求，研究分布式電源接入條件下的接線方式可靠性、經(jīng)濟性分析模型，將可靠性指標(biāo)折算為經(jīng)濟性指標(biāo)加入到配電網(wǎng)經(jīng)濟性規(guī)劃問題中，通過定量計算各接線方式的單位負(fù)荷可靠性經(jīng)濟成本，以可靠性經(jīng)濟最優(yōu)為規(guī)劃目標(biāo)來確定城市中壓配電網(wǎng)的推薦接線方式。

1 配電網(wǎng)接線方式概述

目前，我國正在進行的城市配電網(wǎng)建設(shè)改造工程，要求對配電網(wǎng)接線方式進行規(guī)劃設(shè)計，配電網(wǎng)接線形式，應(yīng)保證在正常情況下，能滿足供電安全、經(jīng)濟和質(zhì)量的要求;在故障和設(shè)備檢修情況下，有比較大的靈活性，適應(yīng)對供電可靠性要求便于運行及維護檢修;優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、降低線損;保證經(jīng)濟、安全運行;節(jié)約設(shè)備和材料，投資合理;適應(yīng)配電自動化需要;有利于供電可靠性和電壓質(zhì)量;靈活地適應(yīng)系統(tǒng)各種可能的運行方式。

1.1 高壓配電網(wǎng)接線方式

高壓110kV配網(wǎng)主要有環(huán)網(wǎng)型、放射型、鏈?zhǔn)?、T接等幾種結(jié)構(gòu)類型。

國內(nèi)一般城區(qū)110kV電網(wǎng)基本形成環(huán)網(wǎng)及“手拉手”雙電源供電模式，也有部分鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu);農(nóng)村偏遠地區(qū)電網(wǎng)以放射式為主，供電可靠性偏低

。

高壓配電網(wǎng)接線方式示意圖主要如下[2]：

圖1鏈?zhǔn)浇泳€

圖2 雙π接線

圖3 3T接線

1.2 中壓配電網(wǎng)接線方式

中壓10kV配網(wǎng)按架空線路和電纜線路區(qū)分，主要有環(huán)網(wǎng)型、放射型、多分段多聯(lián)絡(luò)型、“N-1”主備等幾種結(jié)構(gòu)類型。

近年來，隨著大規(guī)模電網(wǎng)建設(shè)、改造工作的不斷深入開展，國內(nèi)發(fā)展較快的供電區(qū)中壓配電網(wǎng)架空網(wǎng)接線模式逐漸形成了以多分段多聯(lián)絡(luò)和多分段單聯(lián)絡(luò)為主，逐步減少了輻射式接線結(jié)構(gòu)。

中壓壓配電網(wǎng)接線方式示意圖主要如下[2]：

圖4 幅射式連接方式

圖5 兩分段兩聯(lián)絡(luò)接線方式

圖6 雙環(huán)網(wǎng)接線

圖7 “3-1”主備接線方式

2 配電網(wǎng)接線方式典型規(guī)劃場景

2.1 供電區(qū)域類型

參考國家電網(wǎng)《配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》，依據(jù)行政級別、供電可靠性需求、規(guī)劃水平年的負(fù)荷密度，可以將供電區(qū)域可劃分為A+、A、B、C、D、E這六種供電區(qū)域。

2.2 變電站容量

110kV變電站容量決定了供電半徑，從而影響高中壓配電網(wǎng)各種接線方式的線路長度。容量具體取值參考國家電網(wǎng)《配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》，如下所示。

表1 110kV變電站容量推薦表

2.3 供電架構(gòu)模型

變電站受分布受地理條件影響較大，用均勻分布和條狀分布兩種理想化分布模型來描述110kV及以上變電站組成的供電架構(gòu)模型。雙電源和單電源的這兩種供電架構(gòu)模型示意圖如下所示。

圖 8 供電架構(gòu)模型示意圖

3 配電網(wǎng)接線方式技術(shù)經(jīng)濟計算

3.1 配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)(略)

文獻[9]提出了很多配電網(wǎng)可靠性評價指標(biāo)，本文結(jié)合中壓配電網(wǎng)接線方式研究這一目標(biāo)，從中選取的主要可靠性評價指標(biāo)有用戶平均停電持續(xù)時間(AIHC)，供電可靠率(RS)，用戶平均停電次數(shù)(AITC)，系統(tǒng)停電等效小時數(shù)(SIEH)等[10]。其中，AIHC和RS線性相關(guān)，反映的是系統(tǒng)供電的可用度;AITC反映的是接線方式的復(fù)雜程度和是否具有轉(zhuǎn)供能力;SIEH反映的是配電系統(tǒng)容量和損失負(fù)荷的關(guān)系。

3.2 故障樹分析法

故障樹分析是以系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件(頂事件)作為分析目標(biāo)，應(yīng)用邏輯演繹的方法研究分析造成頂事件發(fā)生的各種直接和間接原因，并用邏輯門將各個可能事件相聯(lián)系，建立起一棵倒立的樹狀圖形,然后應(yīng)用概率統(tǒng)計方法定量分析，由基本事件的發(fā)生概率計算頂事件的發(fā)生概率。

對于城市中壓配電網(wǎng)接線方式的可靠性分析，主要存在以下問題：(1) 引起配電網(wǎng)故障的原因不僅僅是由元件故障造成的，還有一些是人為的主觀原因?qū)е碌?，人為因素?dǎo)致的故障很難準(zhǔn)確計算，另一方面，負(fù)荷側(cè)故障導(dǎo)致的配網(wǎng)停電也難以準(zhǔn)確估計;(2)準(zhǔn)確的可靠性指標(biāo)計算需要大量準(zhǔn)確的配電網(wǎng)運行原始數(shù)據(jù)，而對于中壓配電網(wǎng)接線方式研究，由于統(tǒng)計等方面的原因國內(nèi)可靠性數(shù)據(jù)不夠全面;(3)可靠性評估受一些不確定因素的影響，如環(huán)境因素等，這些因素具有很強的隨機性和不確定性。因此，在對各接線方式進行可靠性分析時，元件故障率本身帶有一定的不確定性，即模糊性。故可以利用模糊數(shù)據(jù)理論將這些模糊因素以元件失效率的形式折算到各元件故障率參數(shù)中，則可以進行確定性可靠性指標(biāo)分析。根據(jù)故障樹分析法可構(gòu)造故障樹分析步驟如圖1所示[11]，其中，基本事件主要包括線路、變壓器、開關(guān)元件故障等，通過基本事件可靠性指標(biāo)的計算結(jié)合故障樹分析步驟，即可得到式(2)中各接線方式的綜合可靠性指標(biāo)。

圖9 故障樹可靠性分析步驟示意圖

3.3 停電損失(略)

配電網(wǎng)在運行過程中的停電故障會帶來一定的經(jīng)濟損失。停電損失主要是由于故障停電對電網(wǎng)和用戶造成的經(jīng)濟損失，主要包括停電直接損失、社會影響損失等。

3 不同接線方式下配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟性影響因素分析(略)

配電網(wǎng)的經(jīng)濟性分析主要包括建設(shè)經(jīng)濟性分析和運行經(jīng)濟性分析兩大類。其中，配電網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)濟性主要從資金投入、成本回收年限和設(shè)備殘余價值等角度進行分析;配電網(wǎng)的運行經(jīng)濟性主要是從運行維護成本、網(wǎng)損率和設(shè)備利用率角度進行分析。

由于不同的設(shè)備使用年限一般不同，需要進行適當(dāng)?shù)恼鬯悴拍苡嬎憧偨?jīng)濟成本，故基本的計算方法采用等年值法。

3.1 建設(shè)成本

配電網(wǎng)的建設(shè)成本主要包括輸電線路、變壓器、開關(guān)等元件設(shè)備的經(jīng)濟造價。

3.2 運行成本

配電網(wǎng)的運行成本主要包括設(shè)備運行維護成本、變壓器損耗和線路損耗等。

4 考慮分布式電源接入的中壓配網(wǎng)接線方式可靠性和經(jīng)濟性分析

分布式電源(Distributed Generation)是指安裝在用電地點附近，與配電網(wǎng)直接相連的發(fā)電形式。單機容量一般為數(shù)千瓦至多 50MW，通常能同時提供供電、供熱和制冷的能源系統(tǒng)，一般采用清潔能源，如風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏電池發(fā)電、燃料電池發(fā)電和小型燃?xì)廨啓C發(fā)電等多種發(fā)電方式。該系統(tǒng)具有較高的能源轉(zhuǎn)換效率和良好的環(huán)境保護性能。

一般而言，分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)，380V或10kV配電系統(tǒng)，并網(wǎng)運行或采取獨立運行的方式。分布式發(fā)電的接入對配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟性和節(jié)點電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會帶來影響，并將影響配電網(wǎng)接線方式和網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

4.1 接線方式可靠性分析

根據(jù)分布式電源接入中壓配電網(wǎng)不同接線方式下的可靠性評估模型，針對各區(qū)域的負(fù)荷供電半徑以及各元件的可靠性等效參數(shù)，可以求得DG以不同容量、不同位置接入各接線方式下的可靠性指標(biāo)結(jié)果。

圖11 A、A+類供電區(qū)域、均勻分布供電模型下，不同中壓配網(wǎng)接線方式的可靠性指標(biāo)隨負(fù)荷密度的變化曲線

圖 12 B類供電區(qū)域、均勻分布供電模型下，不同中壓配電網(wǎng)接線方式的可靠性指標(biāo)隨負(fù)荷密度的變化曲線

圖 13 C類供電區(qū)域、均勻分布供電模型下，不同中壓配電網(wǎng)接線方式的可靠性指標(biāo)隨負(fù)荷密度的變化曲線

圖14 D類供電區(qū)域、均勻分布供電模型下，不同中壓配電網(wǎng)接線方式的可靠性指標(biāo)隨負(fù)荷密度的變化曲線

根據(jù)圖11~14，對于各供電區(qū)域類型下含分布式電源接入的各種接線方式的可靠性，有以下結(jié)論：

1) 同一種接線模式下，可靠性隨著負(fù)荷密度的增大而提高。這是因為在變電站容量一定的提前下，負(fù)荷密度越大，供電半徑越小，從而線路的故障率越低，表現(xiàn)為可靠性越高。

2) 對于A類中壓配電網(wǎng)，兩種接線方式下DG集中接入比DG均勻接入的平均故障次數(shù)、平均故障時間和系統(tǒng)等效停電小時數(shù)低。電纜線雙環(huán)網(wǎng)接線比電纜線N供1備(N=3)對于DG接入的可靠性性能高，但在DG接入過程中，電纜接線下雙環(huán)網(wǎng)接線對于不同電源容量和典型負(fù)荷密度的靈敏度比電纜線3供一備接線方式低，可靠性性能提高不如3供一備接線;

3) 對于B、C、D類中壓配電網(wǎng)，各接線方式下DG集中接入比DG均勻接入的平均故障次數(shù)、平均故障時間和系統(tǒng)等效停電小時數(shù)低。因此，B類中壓配電網(wǎng)各接線方式下建議DG以集中的方式接入配電網(wǎng)中。

4) 對于負(fù)荷密度較大的區(qū)域，DG適合集中接入配電網(wǎng)，對負(fù)荷密度較小的區(qū)域DG適合接入均勻接入各負(fù)荷點。這是因此，隨著負(fù)荷密度的減小，供電半徑增加，DG形成孤島運行的故障率提高，導(dǎo)致DG在負(fù)荷密度較小的區(qū)域集中接入配電網(wǎng)的可靠性低于DG以均勻的形式接入配電網(wǎng)。

4.2接線方式經(jīng)濟性分析

接入分布式電源后的配電網(wǎng)接線模式經(jīng)濟性將受到一定程度的影響，主要考慮分布式電源本身的建設(shè)運行成本、分布式電源建成后帶來的可靠性效益以及分布式電源帶來的環(huán)境效益。下面建立各費用的經(jīng)濟性評估模型，對分布式電源接入配電網(wǎng)后的不同接線方式下的經(jīng)濟性效益進行分析評估。

根據(jù)前文所述的各種接線方式經(jīng)濟性指標(biāo)計算結(jié)果，可以得到各類供電區(qū)域下含分布式電源接入的各中壓配電網(wǎng)接線方式在不同供電架構(gòu)模型和電源容量下，經(jīng)濟性指標(biāo)隨負(fù)荷密度的變化曲線如下所示。

圖15 A、A+類中壓配電網(wǎng)不同接線方式下含DG的單位負(fù)荷綜合費用

圖16 B類中壓配電網(wǎng)不同接線方式下含DG的單位負(fù)荷綜合費

圖17 C類中壓配電網(wǎng)不同接線方式下含DG的單位負(fù)荷綜合費用

圖18 D類中壓配電網(wǎng)不同接線方式下含DG的單位負(fù)荷綜合費用

根據(jù)圖15~18，對于各供電區(qū)域類型下含分布式電源接入的各種接線方式的經(jīng)濟性，有以下結(jié)論：

1)對于A類中壓配電網(wǎng)，電纜雙環(huán)網(wǎng)接線的經(jīng)濟性效益較差、電纜3供一備接線的經(jīng)濟性效益較好。這是因為DG的接入對電纜3供一備接線的可靠性效益增加大于電纜雙環(huán)網(wǎng)接線;同時，DG接入對電纜3供一備接線帶來的網(wǎng)損效益大于電纜雙環(huán)網(wǎng)接線。因此，A類中壓配電網(wǎng)中建議DG集中接入電纜線路的3供一備接線方式中。

2)對于B類中壓配電網(wǎng)，電纜單環(huán)網(wǎng)接線與電纜3供一備接線的經(jīng)濟性效益較差、架空線二分段二聯(lián)絡(luò)接線的經(jīng)濟性效益較好。這是因為DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的可靠性效益增加量大于電纜單環(huán)網(wǎng)接線與3供一備接線;同時，DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的網(wǎng)損效益增加量大于電纜單環(huán)網(wǎng)接線與3供一備接線。因此，B類中壓配電網(wǎng)中建議DG集中接入架空線路下的二分段二聯(lián)絡(luò)接線方式中。

3)對于C類中壓配電網(wǎng)，電纜單環(huán)網(wǎng)接線的經(jīng)濟性效益<架空線雙輻射接線<架空線二分段二聯(lián)絡(luò)接線。這是因為DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的可靠性效益>電纜單環(huán)網(wǎng)接線>架空線雙輻射接線;同時，DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的網(wǎng)損效益>電纜單環(huán)網(wǎng)接線>架空線雙輻射接線。因此，C類中壓配電網(wǎng)中建議DG接入架空線路下的二分段二聯(lián)絡(luò)接線方式中。

4)對于D類中壓配電網(wǎng)，架空線單輻射接線的經(jīng)濟性效益>架空線二分段二聯(lián)絡(luò)接線。這是因為DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的可靠性效益<架空線單輻射接線;同時，DG接入對架空線路二分段二聯(lián)絡(luò)接線的網(wǎng)損效益<架空線單輻射接線。

5)同一接線方式下，經(jīng)濟性隨變電站容量的變大而增加。隨著變電站容量的增加，DG接入后使系統(tǒng)的網(wǎng)損減小量變大;同時，變電站容量的增加使DG接入后帶來的可靠性效益增加。因此，在分布式電源單位負(fù)荷造價不變的情況下，系統(tǒng)的經(jīng)濟性變好。

6)各接線方式的經(jīng)濟性，隨著負(fù)荷密度的增大而提高，因為負(fù)荷密度越高，則線路長度越短，線路投資及運行費用也越少。

4.3接線方式推薦

根據(jù)計算結(jié)果，可以分析得到各種典型場景下的考慮分布式電源接入的配電網(wǎng)推薦接線方式如表所示。

表2 計及分布式電源接入的配網(wǎng)接線方式推薦

5 結(jié)論

本文結(jié)合分布式電源接入的形勢需求，研究分布式電源接入條件下的接線方式可靠性、經(jīng)濟性分析模型，定量計算相關(guān)可靠性和經(jīng)濟性指標(biāo)，將配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)以停電損失的形式折算為經(jīng)濟性指標(biāo)加入到經(jīng)濟性規(guī)劃中，以單位負(fù)荷可靠性經(jīng)濟成本最低來確定城市中壓配電網(wǎng)的推薦接線方式。該評估方法較層次分析法更具客觀性。

原標(biāo)題:學(xué)術(shù)蚩悸欠植際降繚唇尤氳鬧醒古渫接線方式研究