电力系统规划

电力系统规划•负荷预测
•电力电量平衡
•电源规划
•输电网规划
•配电网规划
配电网规划(主要内容)
配电网的作用及其特点
中压配电网的常用接线方式 配电网规划模型及算法
配电网的作用及其特点(定义及分类)
定义：在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网络。

分类：
按电压等级分为高压配电网(35、63、110 kV)、中压配电网(3、6、10kV)和低压配电网(380V、220V)；
按供电区的功能来分类，可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网。

配电网电压等级的选择及应用范围
额定电压/kV线路结构输送功率/MW输送距离/km
0.22架空线≤0.05≤0.15
低压
配网电缆≤0.1≤0.2
0.38架空线≤0.1≤0.25电缆≤0.175≤0.35
6架空线≤25~10
中压
配网电缆≤3≤8
10架空线≤38~15电缆≤5≤10
35架空线2~1020~50高压
配网110架空线10~5050~150
配电网的作用及其特点(电压等级)
配电网的作用及其特点
配电网的作用及其特点
RBTS
系统
配电网的作用及其特点
RBTS
系统
配电网的作用及其特点
BUS6的配电网为一
复杂配电网，有83
个节点，40个负荷
点，2938户用户。

配电网的作用及其特点
配电网的作用及其特点(中压配网与输电网的比较)
中压配电网区别于输电网的主要技术特点：•配电网通常采用闭环设计、开环运行；
•为提高供电可靠性，每条出线设置了若干分段开关；•配电网的支路电阻r和电抗x之比r/x一般比较大，而并联电导和容纳很小，常规的潮流计算方法不易收敛；•配电网常处于不平衡多相运行状态；
•配电网中配电设备沿线配置，并且配电网的网络接线方式经常发生变化，检修更新频繁。

中压配电网常用接线方式(架空线路—放射式)
一、架空线路
1、放射式
特点：呈放射状树枝形，线路末端没有其它能够联络的电源。

优点：结构简单、投资较少、维护方便。

缺点：可靠性较低，只适合农村、乡镇和小城市。

中压配电网常用接线方式(架空线路—普通环式) 2、普通环式
●正常运行时呈闭合状态的分段开关
○正常运行时呈断开状态的联络开关
特点：将中压变电站不同的两回中压配电线路的末端或中部连接起来构成环式网络。

优点：配电线路检修可分段进行，停电范围比放射式小，适合于大中城市边缘及小城市和乡镇。

中压配电网常用接线方式(架空线路—手拉手环式) 3、手拉手环式
特点：变电站的一回主干线都和另一变电站的一回主干线联接，形成两端有电源、闭环设计、开环运行的结构，任何一端电源均可供应全
或真空开关)。

线负荷。

主干线常有若干分段开关(一般安装SF
6
优点：配电线路检修可分段进行，任一分段停电都可以不影响其它分段的供电。

某一中压变电站全站失电，配电线路的全部用户可由另一电源供电。

缺点：中压变电站的备用容量要适当增加，以保证事故情况可负担其
二、地下电缆线路
1、多回路平行线式
特点：适用于靠近中压变电站的10kV大用户末端集中负荷。

优点：供电可靠性较高，年平均停电小时数可小于20h。

2、普通环式
特点：单一电源供电，由电缆本身构成环式，以保证某段电缆故障时不影响用户的用电，正常时开环运行。

3、手拉手环式
特点：比普通环式多一侧电源，一侧变电站停电时，用户不受影响，供电可靠性较高。

3、手拉手环式
环网柜组成的环网结构：两路电源正常方式各供给3个环网柜，其出线可达到6～24回(环网柜每个区段控制1-4路出线，停电几率小)；接线方式灵活，可根据用户发
展的需要随时插入环网柜，而且可以灵活地接入电源。

3、手拉手环式
开闭所环网结构
中压配电网常用接线方式(架空线典型结线
)
断路器分段开关联络开关
(a)树干式接线(b)多分段单联络接线
(c)三分段三联络接线
架空线典型
接线方式
中压配电网常用接线方式(电缆典型接线)电缆典型接
线方式
(a) “2-1”单环网(b) “3-1”单环网
◆配电网规划
配电网规划：已知一区域未来的配电负荷大小以及相应的分布（面负荷密度）情况下，优化未来变电站的站址、容量(或变压器的组合)、配电线路的路径和导线型号，从而达到运行费用和投资费用最小的目的，并满足潮流、容量、电压、可靠性以及放射状运行约束等。

上述目标和约束条件均可以建立精确的非线性混合整数规划数学模型。

配网规划的数学模型已很完备，对模型的求解却相当困难。

仅考虑经济性；综合考虑经济性和可靠性
单阶段子系统（馈线子系统模型、变电站子系统模型）、单阶段全系统、多阶段子系统、多阶段全系统
单阶段模型：即静态模型，假设规划水平年内负荷需求不会改变；
多阶段模型：即动态模型，动态地考虑不同时间段的负荷变动情况；
子系统模型：将变电站和配电线分开考虑，首先规划变电站的位置和容量大小，然后确定配电线网络的最佳结构；
全系统模型：优化过程中同时包含了变电站位置和大小及配电线网络结构的优化。

◆变电所容量、供电半径及个数的确定
变电所经济容量、供电半径、单位面积上经济变电所个数均与面负荷密度密切相关。

变电所经济容量、供电半径、单位面积上的经济变电所个数均与面负荷密度密切相关。

◆配电网规划模型和算法
配电网网架优化模型举例(馈线子系统模型—等年值模型)目标函数
])1([1)1()1(min 10∑-=+++-++=n t t t t n n i ECOST C Z i i i NF NF ：年等值费用
Z ：方案总的新建线路投资费用t C ：方案第t 年的运行费用
t ECOST ：方案第t 年的用户停电损失费用
i
：贴现率n ：研究的时间周期数等年值法
∑∈=1D j j
j j
l a x Z 新建线路投资费用Z 的计算：
j a ：线路j 单位长度综合投资
1D ：待选线路集合
j x j l ：线路j 的的长度
：一个0-1变量（决策变量），1表示线路j 要修建
运行费用C 的计算：
包括新建和已建线路的维修、折旧费和电能损耗费：维修费、折旧费等占投资的比例
：电能损耗电价
j l ：线路j 的的长度
222
0j
j N j
j j j j j j P U l r C a l H C ψτ+=j H 0C j τ：线路j 的最大负荷损耗小时数
j ψ：负荷功率因数
P ：线路有功功率
配电网规划模型及算法(馈线子系统模型)
馈线子系统模型的约束条件
必须保障网络的连通性；
必须满足网络辐射性；
满足电压降落；
节点的功率平衡；
支路的最大电流。

配电网规划模型及算法◆配电网规划模型和算法
配电网规划图(含冗余元件)
初始
网络
变电站及负荷分布
规划
结果
初始网络
规划结果
配电网开关优化配置(隔离开关的配置)
隔离开关的最优位置
确定隔离开关的最优位置，可根据其在各种可能的位置上所带来的收益进行计算，该收益即所减少的停电损失。

方法的基本思想是：新设备能够保护它所处位置的上游(即靠近电源)的用户免受下游故障的影响。

因此，隔离开关的位置可以由上游变压器容量(kVA)与下游线路长度(km)的乘积来确定。

如果馈线上没有隔离开关，任何地方发生故障，由馈线供电的所有用户的停电时间都等于检修时间。

加上隔离开关后，隔离开关下游的任何故障，所造成上游用户的停电时间只等于隔离开关重合的时间(倒闸操作时间)。

节省的总费用：
如图4.6.1所示的线路，隔离开关的可能位置是1~9。

图中也标出了每段线路上的配电变压器的铭牌容量和线路长度。

该例中用于求解式(4.6.1)的数据是：
单位停电损
失对单位电价的倍数
每年投资费
因配置隔离
开关后减少
的停电时间单位电价
表4.6.1 确定隔离开关的最优位置
配电网开关优化配置(隔离开关的配置)
(本图中各位置的节
点参见图4.6.1，计算
节约停电费用时的各
项成本为：
a c
=2£/(kWh)；
n
=1£/(kWh)；
b c
n
=0.5£/(kWh)；
c c
n
=0.25；
d c
n
e为隔离开关的成本
图4.6.2 安装隔离开关
一、基本概念
定义：配电网开关优化配置就是确定馈线上断路器、隔离开关、分段负荷开关、分支线上熔断器以及联络开关等的最佳位置和数量，以提高系统可靠性，减少停电损失，提高资金的使用效率。

对开关优化配置：①变电所位置、容量已确定；
②出线已确定；③负荷、网络连接已确定。

二、数学模型（等年值法）
∑=-++=M
j P P Sj
j S j
j
i i i C N C 1
]
1
)1()
1([目标函数)
min(L M S C C C C ++=投资费用
运行维修费用
停电损失费用
开关的类型总数
第j 种开关增装的台数第j 种开关单台投资现值
第j 种开关设备
H
C C S M 0=H 为年运行费用占投资的比例系数
∑==M
j Sj j S C N C 10]
[投资现值
∑∑===LP
j
n j T i Ljt
ENSjt L C E C 11
负荷点总数
第j 个负荷点停电
事件总类
负荷点j 第t 种停电负荷点j 第t 种停电持续时间对应的单位停电损失
配电网开关优化配置(开关优化配置—数学模型)
约束条件•可靠性约束R≥ R 0•辐射形运行约束•潮流约束
•支路过负荷约束•
节点电压约束Uk
k Lk U U U ≤≤max
l i I ≤配电网开关优化配置(开关优化配置—数学模型)
对RBTS －BUS6系统进行开关优化配置。

该系统为一个带有分支馈线的复杂中压配电系统,有83个节点，40个负荷点，2938户用户，总平均负荷为10.7155MW 。

设备价格为：断路器50000美元/组、分段开关4700美元/组、熔断器610美元/组；设备的使用寿命为20年，每年的运行维修费用按投资的3%计算；贴现率i 为10 %。

配电网开关优化配置(开关优化配置—算例1)
配电网开关优化配置(开关优化配置—算例1)
1
2345
18
1920
25
29
31
32
8
7
30
26
28
6
27
14
11
9
102122
24
15
12
13
17
25
23
AS
3334
AS
配电网开关优化配置(开关优化配置—算例2)
配电网开关优化配置(开关优化配置—算例2)
1 增装断路器2台、隔离开关3台、熔断器4台第1优方案断路器：11-12、5-18，隔离开关：4-5[前]、7-8[前]、18-19[前]，熔断器：20-25、7-29、8-30、8-32。

第2优方案断路器：3-4、11-12，隔离开关：2-3[前]、6-7[后]、18-19[前]，熔断器：18-21、20-25、20-26、6-28。

第3优方案断路器：4-5、11-12，隔离开关：6-7[后]、4-11[后]、5-18[后]，熔断器：2-9、13-17、20-25、6-28。

配电网开关优化配置(开关优化配置—算例2)开关优化配置结果[断路器2台、隔离开关3台、熔断器4台]
1
2345
18
1920
25
29
31
32
8
7
30
26
28
6
27
14
11
9
102122
24
15
12
13
17
25
23
AS
33
34
AS
35
36
最优方案图[断路器2、隔离开关3、熔断器4]。