考虑负荷特性和馈线分段的配电网供电能力评估

配电

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考虑负荷特性和馈线分段的配电网供电能力评估

翁晓春1，陈石川1，陈大才2，陈雪2，汤波3

（1．国网福建省电力有限公司，福建 福州 350000；2．国网福建省经济技术研究院，福建 福州 350000；

3．上海电力大学，上海 200090）

摘 要：计算配电网最大供电能力（total supply capability ，TSC ），除了可得出各个主变压器的负载率，还可准确描述各条馈线和各个馈线段的负荷分布。首先分析了负荷同时率对于TSC 计算的影响，在此基础上建立了考虑负荷特性和馈线分段的TSC 模型，该模型考虑了N -1校验和馈线段现状负荷约束。采用MATLAB 线性规划函数求解TSC 模型后，进一步以馈线期望负荷偏差最小为目标函数建立馈线负荷分布优化模型，采用MATLAB 二次规划函数求解得出各个馈线段分配负荷值。结合馈线段现状负荷，计算馈线段可供新接入配电变压器的场景。算例结果表明本文算法能够合理均衡地分配各条馈线和各个馈线段的负荷，能够指导新用户的有序接入。数据表明现状负荷约束不仅可能改变负荷分布，还可能降低TSC 值。关键词：负荷特性；馈线分段；配电网；最大供电能力；同时率

中图分类号：TM74 文献标志码：A DOI ：10.19421/ki.1006-6357.2021.03.009

［引文信息］翁晓春，陈石川，陈大才，等．考虑负荷特性和馈线分段的配电网供电能力评估［J ］．供用电，2021，38（3）：61-65，83．

WENG Xiaochun ，CHEN Shichuan ，CHEN Dacai ，et al ．Evaluation of power supply capability of distribution network load characteristics and feeder segmentation ［J ］．Distribution & Utilization ，2021，38（3）：61-65，83．

基金项目：国网福建省电力有限公司科技项目（52130018008X）。Supported by State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd.（52130018008X）.

0 引言

配电网的最大供电能力（total supply capability ，TSC ）［1-4］

指标能够反映配电网在现有网架和元件参数条件下，满足主变压器（简称主变）和馈线N −1校验等约束条件所能供应的最大负荷。该指标能够指导电力新用户的接入，而新用户受地理位置约束的影响，只能接入邻近的几个馈线段，因此有必要开展基

于馈线分段的配电网TSC 研究，结合现有负荷条件，给出各个馈线段可接入的配电变压器（简称配变）数量。

配电网TSC 计算结果主要受到计算模型考虑因素的影响。文献［5-6］计算TSC 值时考虑了主变的短时过载能力和联络线的容量约束。文献［7-8］考虑了主变低压侧主接线模式对于TSC 值的影响。容载比法主

要从负载与变电容量之间的比例计算最大供电能力，该值未考虑馈线容量约束，计算结果只涉及各个主变的负载率，而考虑馈线拓扑约束的TSC 计算结果能够

细化给出各条馈线上的负荷分布［9］。在很多研究中TSC 值是个帕累托前沿［10］，通过设置二级目标获取对

应的帕累托解，例如以各个主变负载率均衡［11］，或

者以各条馈线负载均衡［12］为目标。文献［11-12］考虑了某几个主变负载约束，如某区域负荷重载，但在实际情况中更多是主变不过载而某些馈线段有现状负荷约束，即在不改变现有分段开关安装位置的情况下计算配电网的最大供电能力。文献［12］虽然实现了

馈线负载均衡，但是同一馈线各个馈线段的负荷差异较大，不符合实际运行。在约束条件方面，有关研究只考虑所有设备不过载，即正常运行条件下的TSC 。目前的研究主要集中在考虑N −1校验和实际运行约束条件下的TSC ，计算结果更加准确实用［13］。随着配电网中清洁能源接入和负荷可控性提升，最大供电能力计算需要考虑分布式电源［14］、需求响应负荷［15-16］和

储能［17］的影响。

为实现TSC 计算结果更加符合实际，能够指导新用户的有序接入，本文分析了负荷特性对于TSC 计算的影响，提出考虑馈线分段约束条件的配电网TSC 计算模型，分别计算了考虑与不考虑现状负荷的TSC 值，并给出馈线段还能接入的配变数量。

两者之间的比值即为负荷同时率［18-20］，简称同时率，该值小于等于1。

研究区域可以是一个馈线段，可以扩大到几条相互联络的馈线，也可以扩大到一个主变的供电范围。对于区域内同类型负荷的同时率称为一级同时率，随着同类型负荷配变数量从1台逐渐增加，一级同时率

的值从1逐渐减少，直到收敛到一个固定值。不同类型负荷一级同时率的值有所不同，取决于该类型负荷中用户用电习惯的差异程度。以居民负荷为例，城市居民负荷由于居民工作类型和作息时间差别较大，其一级同时率要小于农村地区居民负荷一级同时率。在研究中需要根据求解问题的场景和精度要求合理选取同时率。对于区域内不同类型负荷累加时，需要乘以二级同时率系数，该值反应不同行业的错峰用电情况。如果不同类型负荷用电高峰时段完全错开，那么二级同时率值就会降低；反之如果不同类型负荷用电高峰时段有重叠，那么二级同时率值高于用电高峰时段完全错开的情况。对于某研究区域，可以通过统计调查各个类型的配变负荷曲线进行量化计算，得到该区域负荷的一级同时率和二级同时率。研究区域内总负荷S可以建模为：

（1）

式中：s j为第j个配变的容量，MVA；Ωi为第i类负荷配变集合；n为负荷的类型数；K i和K S分别为第i类负荷的一级同时率和区域的二级同时率。

1.2 同时率对TSC计算影响

计算TSC关键是要满足N−1校验，其分为馈线N−1校验和主变N−1校验。N−1校验示意如图1所示，馈线段F11、F51和F61为纯居民负荷，F12、F21为居民负荷和工业负荷相混合，F31、F71为纯工业负荷，其余为纯商业负荷。一条馈线的各个馈线段从靠近母线侧依次编号，如图1馈线F1的2个馈线段编号分别为F11、F12。

馈线N−1校验时若馈线F1出线开关故障，馈线段F11需转供给馈线F2，馈线段F12转供给馈线F6，研究区域包含多种类型负荷，需考虑二级同时率，充分释放馈线转供能力。为满足馈线F1的N−1校验，需满足约束条件：

（2）式中：K1和K2分别为第1类、第2类负荷的一级同时率；

F uv(i)表示馈线段F uv中第i类负荷配变容量和，i=1时为居民负荷，i=2时为工业负荷，i=3时为商业负荷；S F

i 为第i条馈线的容量。

主变N−1校验时，研究范围若包含多种负荷类型，则需要考虑二级同时率，充分释放主变可用供电能力。主变N−1校验时，所有馈线段可以通过站内主变转供、所有馈线段通过联络馈线转供、部分馈线段通过站内主变转供，同时剩余部分馈线段通过联络馈线转供，对应3种约束条件，满足其中1个约束条件就算校验成功。由于电网开环运行的特点，对于校验主变的某一馈线段只能通过联络馈线转供或只能通过站内主变转供，不存在同时转供的情况。仍以图1为例，2号主变N−1校验的3种约束条件如式（3）至式（5）所示，其中式（5）以馈线段F41站内转供、F51联络馈线转供为例。

（3）

（4）

（5）

式中：S i为主变i的额定容量；P i为主变i供电范围内所有馈线段所带的各类负荷之和，可通过式（6）计算：

（6）

图1 N−1校验示意

Fig.1 Illustration of N−1 test