城市中压配电网最大供电能力评估方法
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2. Shanghai Municipal Elect ric Power Co mpany , Shanghai 200080 , China)
Abstract : A met hod for evaluating t he maximum load capability is p ropo sed to deal wit h t he bottleneck of load capac2 ity in urban medium2voltage dist ribution system. By analyzing different co nnectio n modes for load t ransfer , a model of t he maximum load capability based on N21 p rinciple is given. The model , taking t he maximum load power as ob2 jective f unction , is a mixed integer p rogramming and can be solved by Lingo . The sample of act ual dist ribution sys2 tem verifies t he feasibility and effectiveness of t he met hod p ropo sed in evaluating t he maximum load capability , and shows t hat st rengt hening co nnectio ns between substations can imp rove supply reliability and develop t he latent sup2 ply capability of dist ribution system. The p ropo sed evaluation met hod is p romising to be applied in optimizing t he operation of dist ributio n system , determining t he app rop riate loading level of supply equip ment s and guiding con2 st ructio n of dist ribution system. Key words : maximum load capability ; evaluation met hod ; medium2voltage dist ribution system ; N21 p rinciple ; load t ransfer ; dist ribution system planning
2 最大供电能力计算模型
2. 1 单座变电站的最大供电能力
对于单独供电的变电站 i ,由于不存在站间负
荷转移 ,所以电网的最大供电能力 (即电网的最大可
供负荷 Psum ) 是考虑 N21 原则下该变电站所能提供
的最大负荷 ,即
Ni
∑ Psum =
PTi , k - PTMi 。
(1)
k =1
式中 , N i 、PTi, k 和 P TMi 分别为 i 站的主变台数 、单台
两个变电站的最大供电能力是指 N21 条件下
仍由本站供电的负荷与转移到相邻变电站供电的负
荷之和的最大值 ,即
m12
m21
∑ ∑ Psum = max ( ( PL1 + P1 ,2 , k ) + ( PL2 + P2 ,1 , k ) ) 。(2)
k=1
k=1
式中 , PL1 和 PL2 分别为 1 站和 2 站无法实现站间转
不同变电站电源馈入点的供电范围为一区段 , 每区段再分段 ,分段处安装分段负荷刀闸或断路器 ( SS) 。来自不同变电站的各分段通过联络负荷刀 闸或断路器 (L S) 连接 ,使馈线上的负荷能在变电站 间转移 ,如图 1 所示 。 1. 2 电缆环网接线
电缆环网通常有两个 (或以上) 电源 ,各环网点 (环网站) 进出线装有环网开关 ,可以隔离任一段线 路的故障 。当环网一端电源停电时 ,整个环网由另 一端电源供电 ,若两端电源来自不同变电站 ,即可实 现站间负荷转移 ,如图 2 所示 。 1. 3 开关站接线
0 引言
上海城市电网每年夏季都会迎来负荷高峰 。尽 管采用较高容载比规划设计 ,但在负荷高峰期间失 负荷现象仍有发生 。这一方面是由于负荷具有不确 定性 ,难以准确预测 ;另一方面是由于配电网存在供 电瓶颈 ,供电能力无法满足用户需求[1 ,2] 。因此 ,评 估配电网供电能力成为亟待解决的问题 。
图 4 两座变电站供电能力计算示意图 Fig. 4 Distribution net work consisting of 2 substations
虑功率因数的有功功率为准) ;下同 。
2. 2 两座变电站的最大供电能力
由两个变电站组成的供电网络如图 4 所示 ,变
电站采用三电源四分段接线方式[9] 。
大供电能力的数学模型和计算方法 。文 [ 6 ]探讨了 通过优选电缆导线提升城市电网供电能力的方法 。 但上述文献都没有考虑城市电网的可靠性要求 ,而 在市场环境下 ,城市电网特别是经济发达地区城市 电网的可靠性要求日益提高 。文[ 7 ]规定 ,向市区供 电的中压配电网应能在任何一条线路停运时通过转 移负荷来保证向用户持续供电 。文 [ 8210 ]提出了在 城市电网规划中考虑 1 台主变退出运行后仍能维持 用户正常供电的规划原则 (即 N21 原则) 。基于此 , 本文提出了满足 N21 原则的城市中压配电网最大 供电能力的评估方法 。
关键词 : 最大供电能力 ; 评估方法 ; 中压配电网 ; N21 原则 ; 负荷转移 ; 配电网规划
中图分类号 : TM744
文献标志码 : A
文章编号 : 100326520 (2009) 0220403205
Evaluation Method f or Maximum Load Capability of Urban Medium2voltage Distribution System
第200395年卷 第 22
期 月
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 35 No . 2 Feb. 2009
·403 ·
城市中压配电网最大供电能力评估方法
欧阳武1 , 程浩忠1 , 张秀彬1 , 王 一1 , 王建民2 (1. 上海交通大学电气工程系 ,上海 200240 ;2. 上海市电力公司市区供电公司 ,上海 200080)
摘 要 : 针对城市中压配电网存在的供电瓶颈问题 ,分析了城市中压配电网在不同接线方式下的站间负荷转移情
况后提出了最大供电能力的评估方法 。在线路满足 N21 原则的前提下 ,着重考虑主变 N21 原则下所能提供的最大
负荷 ,给出了城市中压配电网最大供电能力的数学模型 。该模型是以中压配电网所能提供的最大负荷为目标函
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2009 年 2 月
目前已有文献对配电网的最大供电能力进行了 分析与探讨 。文[ 3 ,4 ]将城市电网最大供电能力定 义为“城市电网在任意设备均不过负荷条件下所能 供应的最大负荷”。文[ 5 ]提出了基于负荷特性的最
基金 资 助 项 目 : 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863 ) (2005AA5051012621) ;上海市重点科技攻关研究项目 (041612012) 。
1 最大供电能力的概念
本文中满足 N21 原则的配电网最大供电能力 是指一定供电区域的供电设备满足 N21 原则下的 最大供电负荷 ,包括站间可转移的负荷与站间不可 转移的负荷 。站间负荷转移通常可作为平衡变电站
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
主变容量和单台主变容量最大值 (实际计算中以考
图 1 架空线路的网络形接线 Fig. 1 Overhead line net work connection mode
图 2 电缆环网接线 Fig. 2 Cable network with loops connection mode
图 பைடு நூலகம் 开关站接线 Fig. 3 Cable net work with switch stations
·404 · Feb. 2009
High Voltage Engineering
Vol. 35 No . 2
主变负载率的手段 ,其大小受变电站站内接线和站 间连接方式影响 ,同时受电网负载水平限制[11] 。
对于一个单独的变电站 ,为满足 N21 原则 ,必 须留有一定供电容量作为备用 ,确保站内任一台主 变退出运行而不影响向用户供电 。如果不计变压器 过负荷能力 ,那么变压器通常的负载率应维持在 < 50 %。但变电站通常不是孤立的 ,相邻变电站之间 有线路联络 。这种站间联络使得部分负荷能在站与 站之间相互转移 。当变电站任一台主变因故障或检 修而退出运行时 ,所带负荷首先可通过母线间的联 络开关转移到站内其它主变 ,联络线路上的负荷还 可转移到相邻站 ,从而提高配电网运行的灵活性和 主变的负载率 。城市中压配电网主要的站间联络方 式[12214 ] 如图 1～3 所示 。 1. 1 架空线路的网络形接线
OU YAN G Wu1 , C H EN G Hao2zho ng1 , ZHAN G Xiu2bin1 , WAN G Yi1 , WAN G J ian2min2 (1. Depart ment of Elect rical Engineering , Shanghai J iao To ng U niver sit y , Shanghai 200240 , China ;
移的负荷 ,这些负荷所在馈线在同一变电站成环 ,只
能在变电站的不同段母线间进行负荷转移 ; P1 ,2 , k 和 P2 ,1 , k分别为正常情况下站间联络馈线 k 上由 1 站 和 2 站供电的负荷 ; m12 和 m21 分别为 1 站与 2 站站 间可联络馈线的回数 ,通常 m12 = m21 。
数 、以 N21 原则为约束条件的混合整数规划问题 ,采用优化计算软件包 L IN GO 求解 。实际配电网络的算例验证了
该方法在评估中压配电网最大供电能力方面的可行性与有效性 ,表明加强站间联络既能提高供电可靠性 ,又能有效
挖掘配电网的供电潜力 ,可望用于优化电网运行 ,确定供电设备合理的负载水平 ,指导城市中压配电网的规划建设 。
Project Supported by National High2tech Research and Develop2 ment Project of China (2005AA5051012621) , Important Science and Technology Research Project of Shanghai (041612012) .
对于离变电站较远的供电区域设置开关站 ,用 以替代变电站 10 kV 出线仓位 ,减少变电站出线电 缆根数 。当开关站母线的电源分别来自不同变电站 时 ,改变开关站的母联开关状态便可将该母线上的 负荷转由另一变电站供电 ,如图 3 所示 。
由于城市中压配电网采用环网设计并开环运 行 ,所以通常能够满足线路 N21 原则[15] 。因而 ,本 文只着重分析主变 N21 情况 。
Abstract : A met hod for evaluating t he maximum load capability is p ropo sed to deal wit h t he bottleneck of load capac2 ity in urban medium2voltage dist ribution system. By analyzing different co nnectio n modes for load t ransfer , a model of t he maximum load capability based on N21 p rinciple is given. The model , taking t he maximum load power as ob2 jective f unction , is a mixed integer p rogramming and can be solved by Lingo . The sample of act ual dist ribution sys2 tem verifies t he feasibility and effectiveness of t he met hod p ropo sed in evaluating t he maximum load capability , and shows t hat st rengt hening co nnectio ns between substations can imp rove supply reliability and develop t he latent sup2 ply capability of dist ribution system. The p ropo sed evaluation met hod is p romising to be applied in optimizing t he operation of dist ributio n system , determining t he app rop riate loading level of supply equip ment s and guiding con2 st ructio n of dist ribution system. Key words : maximum load capability ; evaluation met hod ; medium2voltage dist ribution system ; N21 p rinciple ; load t ransfer ; dist ribution system planning
2 最大供电能力计算模型
2. 1 单座变电站的最大供电能力
对于单独供电的变电站 i ,由于不存在站间负
荷转移 ,所以电网的最大供电能力 (即电网的最大可
供负荷 Psum ) 是考虑 N21 原则下该变电站所能提供
的最大负荷 ,即
Ni
∑ Psum =
PTi , k - PTMi 。
(1)
k =1
式中 , N i 、PTi, k 和 P TMi 分别为 i 站的主变台数 、单台
两个变电站的最大供电能力是指 N21 条件下
仍由本站供电的负荷与转移到相邻变电站供电的负
荷之和的最大值 ,即
m12
m21
∑ ∑ Psum = max ( ( PL1 + P1 ,2 , k ) + ( PL2 + P2 ,1 , k ) ) 。(2)
k=1
k=1
式中 , PL1 和 PL2 分别为 1 站和 2 站无法实现站间转
不同变电站电源馈入点的供电范围为一区段 , 每区段再分段 ,分段处安装分段负荷刀闸或断路器 ( SS) 。来自不同变电站的各分段通过联络负荷刀 闸或断路器 (L S) 连接 ,使馈线上的负荷能在变电站 间转移 ,如图 1 所示 。 1. 2 电缆环网接线
电缆环网通常有两个 (或以上) 电源 ,各环网点 (环网站) 进出线装有环网开关 ,可以隔离任一段线 路的故障 。当环网一端电源停电时 ,整个环网由另 一端电源供电 ,若两端电源来自不同变电站 ,即可实 现站间负荷转移 ,如图 2 所示 。 1. 3 开关站接线
0 引言
上海城市电网每年夏季都会迎来负荷高峰 。尽 管采用较高容载比规划设计 ,但在负荷高峰期间失 负荷现象仍有发生 。这一方面是由于负荷具有不确 定性 ,难以准确预测 ;另一方面是由于配电网存在供 电瓶颈 ,供电能力无法满足用户需求[1 ,2] 。因此 ,评 估配电网供电能力成为亟待解决的问题 。
图 4 两座变电站供电能力计算示意图 Fig. 4 Distribution net work consisting of 2 substations
虑功率因数的有功功率为准) ;下同 。
2. 2 两座变电站的最大供电能力
由两个变电站组成的供电网络如图 4 所示 ,变
电站采用三电源四分段接线方式[9] 。
大供电能力的数学模型和计算方法 。文 [ 6 ]探讨了 通过优选电缆导线提升城市电网供电能力的方法 。 但上述文献都没有考虑城市电网的可靠性要求 ,而 在市场环境下 ,城市电网特别是经济发达地区城市 电网的可靠性要求日益提高 。文[ 7 ]规定 ,向市区供 电的中压配电网应能在任何一条线路停运时通过转 移负荷来保证向用户持续供电 。文 [ 8210 ]提出了在 城市电网规划中考虑 1 台主变退出运行后仍能维持 用户正常供电的规划原则 (即 N21 原则) 。基于此 , 本文提出了满足 N21 原则的城市中压配电网最大 供电能力的评估方法 。
关键词 : 最大供电能力 ; 评估方法 ; 中压配电网 ; N21 原则 ; 负荷转移 ; 配电网规划
中图分类号 : TM744
文献标志码 : A
文章编号 : 100326520 (2009) 0220403205
Evaluation Method f or Maximum Load Capability of Urban Medium2voltage Distribution System
第200395年卷 第 22
期 月
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 35 No . 2 Feb. 2009
·403 ·
城市中压配电网最大供电能力评估方法
欧阳武1 , 程浩忠1 , 张秀彬1 , 王 一1 , 王建民2 (1. 上海交通大学电气工程系 ,上海 200240 ;2. 上海市电力公司市区供电公司 ,上海 200080)
摘 要 : 针对城市中压配电网存在的供电瓶颈问题 ,分析了城市中压配电网在不同接线方式下的站间负荷转移情
况后提出了最大供电能力的评估方法 。在线路满足 N21 原则的前提下 ,着重考虑主变 N21 原则下所能提供的最大
负荷 ,给出了城市中压配电网最大供电能力的数学模型 。该模型是以中压配电网所能提供的最大负荷为目标函
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2009 年 2 月
目前已有文献对配电网的最大供电能力进行了 分析与探讨 。文[ 3 ,4 ]将城市电网最大供电能力定 义为“城市电网在任意设备均不过负荷条件下所能 供应的最大负荷”。文[ 5 ]提出了基于负荷特性的最
基金 资 助 项 目 : 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863 ) (2005AA5051012621) ;上海市重点科技攻关研究项目 (041612012) 。
1 最大供电能力的概念
本文中满足 N21 原则的配电网最大供电能力 是指一定供电区域的供电设备满足 N21 原则下的 最大供电负荷 ,包括站间可转移的负荷与站间不可 转移的负荷 。站间负荷转移通常可作为平衡变电站
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
主变容量和单台主变容量最大值 (实际计算中以考
图 1 架空线路的网络形接线 Fig. 1 Overhead line net work connection mode
图 2 电缆环网接线 Fig. 2 Cable network with loops connection mode
图 பைடு நூலகம் 开关站接线 Fig. 3 Cable net work with switch stations
·404 · Feb. 2009
High Voltage Engineering
Vol. 35 No . 2
主变负载率的手段 ,其大小受变电站站内接线和站 间连接方式影响 ,同时受电网负载水平限制[11] 。
对于一个单独的变电站 ,为满足 N21 原则 ,必 须留有一定供电容量作为备用 ,确保站内任一台主 变退出运行而不影响向用户供电 。如果不计变压器 过负荷能力 ,那么变压器通常的负载率应维持在 < 50 %。但变电站通常不是孤立的 ,相邻变电站之间 有线路联络 。这种站间联络使得部分负荷能在站与 站之间相互转移 。当变电站任一台主变因故障或检 修而退出运行时 ,所带负荷首先可通过母线间的联 络开关转移到站内其它主变 ,联络线路上的负荷还 可转移到相邻站 ,从而提高配电网运行的灵活性和 主变的负载率 。城市中压配电网主要的站间联络方 式[12214 ] 如图 1～3 所示 。 1. 1 架空线路的网络形接线
OU YAN G Wu1 , C H EN G Hao2zho ng1 , ZHAN G Xiu2bin1 , WAN G Yi1 , WAN G J ian2min2 (1. Depart ment of Elect rical Engineering , Shanghai J iao To ng U niver sit y , Shanghai 200240 , China ;
移的负荷 ,这些负荷所在馈线在同一变电站成环 ,只
能在变电站的不同段母线间进行负荷转移 ; P1 ,2 , k 和 P2 ,1 , k分别为正常情况下站间联络馈线 k 上由 1 站 和 2 站供电的负荷 ; m12 和 m21 分别为 1 站与 2 站站 间可联络馈线的回数 ,通常 m12 = m21 。
数 、以 N21 原则为约束条件的混合整数规划问题 ,采用优化计算软件包 L IN GO 求解 。实际配电网络的算例验证了
该方法在评估中压配电网最大供电能力方面的可行性与有效性 ,表明加强站间联络既能提高供电可靠性 ,又能有效
挖掘配电网的供电潜力 ,可望用于优化电网运行 ,确定供电设备合理的负载水平 ,指导城市中压配电网的规划建设 。
Project Supported by National High2tech Research and Develop2 ment Project of China (2005AA5051012621) , Important Science and Technology Research Project of Shanghai (041612012) .
对于离变电站较远的供电区域设置开关站 ,用 以替代变电站 10 kV 出线仓位 ,减少变电站出线电 缆根数 。当开关站母线的电源分别来自不同变电站 时 ,改变开关站的母联开关状态便可将该母线上的 负荷转由另一变电站供电 ,如图 3 所示 。
由于城市中压配电网采用环网设计并开环运 行 ,所以通常能够满足线路 N21 原则[15] 。因而 ,本 文只着重分析主变 N21 情况 。