变电站优化选址

A1 的供电能力为 43-30=13，划去 B2 所在的列。
负荷点 变电站
B1
B2
30
B3
B4
20
B5
4
算例
4.1 算例 假设一个负荷地区分成 5 块，其负荷的中心位 置坐标为（2，8） ， （6，8） ， （12，8） ， （3，3） ， （9， 3） ，其负荷的大小分别为 10，30，20，20，40（单 位为 MVA） ；两个变电站，其坐标为（5，5） ， （9，
1
上海市教育委员会重点学科建设项目资助，项目编号： J51303 1
电站。因此，在进行变电站定容时首先要讨论变电 站的负荷率取值问题。 国内和国外对 T 的取值大小有两种观点和两种 做法， 一种认为 T 值取得大为好， 下称取高负荷率； 另一种则相反称取低负荷率。下面对这两种观点分 别进行讨论分析。 1.2.1 关于高负荷率 根据变压器负荷能力中的绝缘老化理论，允许 变压器短时间过负荷而不会影响变压器的使用寿 命， 大体取过负荷倍数 1.3 时， 延续时间 2h。 按“N-1” 准则，当变电所中有一台变压器因故障停运时，剩 余变压器必须承担全部负荷而过负荷地，过负荷率 为 1.3。所以，不同变压器台数的 T 值不同，台数 增多，T 值增大。 变压器取高负荷率时，为了保证系统的可靠供 电，在变电所的低压侧应有足够容量的联络线，在 2h 之内经过操作把变压器过负荷部分通过联络线 转移至相邻变电所。联络经容量为 L (K - 1)P(N - 1) （1-2） 式中：K——变压器短时过负荷倍数； P——单台变压器额定容量； N——变电所中变压器台数。 1.2.2 关于低负荷率 这种观点与前者显然不同，当变电所中有一台 变压器因故障停运时，剩余变压器承担全部负荷而 不过负荷，因此无需在相邻变电所的低压侧建立联 络线，负荷切换操作都在本变电所内完成。
i 1
n
A1
费用和运行费用，可简记为 C1 ( S i ) ；
A2
负荷大小
63
C2 W j2dij 为供电线路上的能量损
i 1 jJ i
N
首先取最小距离 4 ，B5 的负荷全由 A2 提供。
负荷点 变电站
失费用。 由于实际的网络接线和潮流情况在变电站规 划前是不可能得到的，因此这里采用近似的计算来 估计网损。
0 引言
变电站规划方法较多，通常有两类：一类是根 据规划人员的经验事先给出变电站的可能位置，再 根据一些算法选择其中较好的位置作为站址结果。 由于这类方法在规划前已经综合了运行人员和专 家对站址的实际因素的考虑，因而取得的站址具有 较好的适应性。但该方法需要经验丰富的运行人员 和专家对变电站的备选站址进行分析考察，工作量 较大，增大了规划所耗时间。第二类是无备选站址 的计算方法。这类方法通过优化算法的大范围搜索 自动优化得到站址。对于规划人员来说工作量较 小，因而更受规划人员青睐。该类方法通常考虑的 优化目标函数是建设费用和运行费用最小。而诸如 地理信息等因素由于建模较为困难而未予考虑，从 而导致所选的站址可能位于湖泊，繁华地段等不宜 建站的区域。因此第二类方法通常在优化选址完成 后需对规划站址进行适应当调整，站址调整后还应 根据其调整后的站址对其最优供电范围进行调整， 以达到建成后运行费用最小的目标。 本文主要讨论变电站选址定容的基本方法。 主要采用基本方法二：无备选站址的计算方法。 这类方法通过优化算法的大范围搜索自动优化得 到站址。对于规划人员来说工作量较小，因而更 受规划人员青睐。该类方法通常考虑的优化目标 函数是建设费用和运行费用最小。而诸如地理信 息等因素由于建模较为困难而未予考虑，从而导 致所选的站址可能位于湖泊，繁华地段等不宜建 站的区域。因此第二类方法通常在优化选址完成 后需对规划站址进行适应当调整，站址调整后还
2
点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选 择主变压器。 选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所 以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。 2.2 变压器台数的选择 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障 或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压 器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽 然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同 时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂 性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且 会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。 考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期 负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者 检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全 变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备 用，提高供电的可靠性。 2.3 主变容量的选择 主变容量一般按变电所建成近期负荷， 5～ 10 年规划负荷选择， 并适当考虑远期 10～20 年的 负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城 市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以 应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变 电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的 容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变 压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许 时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性 能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器 容量应保证全部负荷的 70%～80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。
应根据其调整后的站址对其最优供电范围进行调1 整，以达到建成后运行费用最小的目标。其基本 思路是首先采用最小元素法选定初始方案，即先 为供电距离表中最小距离处的负荷供电，依次类 推，直到求出全部方案。然后采用位势法计算初 始方案各单元格位势，接着用供电距离表中数字 减掉上表中对应数字，得到各单元格的检验数， 当所得检验数不全非负的时候，需要对方案进行 调整，采用闭回路修改法。最后采用位势法求得 检验数，若所有检验数为正，则该结果即为最优 方案。
B1
18
B2
10
18
0
B3
58
18
20
B4
8
40
0
B5
20
4
0
A1
A2
负荷大小
重新利用上面的方法计算得：
负荷点 变电站
B1
10
B2
30
B3
B4
20
B5
58
10
23
A1
A2
B5
A1的供电能力为 43 30 13，划去 B2所在列。
负荷点 变电站
20
40
B1
B2
30
B3
B4
20
经检验，检验数均为正，因此这就是变电站的 最优解。
min C C1 C2
约束条件为：
（3-1）
W
j ji
j
S i ei cos
i 1,2, . . N . , （3-2）
5） 。依次算出其供电距离，如下表所示：
负荷点 变电站
其中：
B1
18
58
10
B2
10
18
30
B3
58
18
20
B4
8
40
20
B5
20
4
40
供电 能力 63
C1 [g ( S i ) PA u ( S i )] 为 变 电 站 建 设
2
主变台数的选择
2.1 概述 在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所 中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功 率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务， 同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统 5～10 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将 造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的 过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积， 而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦 未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压 器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电 力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量 是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。 在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕 组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变 压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特
1 设计原则
在变电站选址定容时，要遵循一定的原则， 如 N-1 原则，负荷率的选取等等，本文主要讨论 这两种原则。 1.1 N-1 原则 按照这一准则,电力系统的 N 个元件中的任一 独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故 障而被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而 导致用户停电；不破坏系统的稳定性，不出现电 压崩溃等事故。当这一 准则不能满足时，则要 考虑采用增加发电机或输电线路等措施。 1.2 负荷率的选取原则 变压器负荷率又称运行率，是影响变压器容 量、台数和电网结构的重要参数。其值为：
J i ——由变电所 i 供电的负荷点集合；
r ——年利率； ——费用系数；
d ij
——变电所 i 和负荷点 j 之间的距离；
m
B1
18
58
10
B2
10
18
0
B3
58
18
20
B4
8
40
0
B5
20
4
0
供电 能力 13
A1 A2
负荷大小
23
PA
数。
r (1 r ) ——为现值折等年值的折算系 (1 r ) m 1
3
算法
本文采用的算法主要是运输模型。变电站所 带负荷的大小和变电站的地理位置是由规划的需 求决定的，通过最小化供电线损和建设费用产生最 大的成本效益。 通常在模型建立前，区块的分区负荷预测工作 已经完成，变电站的供电区域被分成一个个的区 块，负荷点位于每个区块的中心。每个区块的负荷 大小是负荷密度和区块面积的乘积。每个变电站都 通过一系列出线给负荷点供电，变电站出线所覆盖 的区域就是它的供电区域。因此，一般的变电站选 址和定容问题可表述为如下模型：
T 变压器实际最大负荷 (kVA) 100% 变压器额定容量 (kVA)
（1-1）
变压器实际最大负荷是一年中该主变在正常 运行方式下出现的最高负荷（按 SCADA 系统 15 分钟 1 点统计） ，非正常方式下出现的数据（如站 内有一台主变检修或故障停役，系统进行倒负荷操 作等）应该剔除。 对变电站而言，具体是指高压变电所中失去任 一组降压变压器时，必须保证向下一级配电网供 电；低压电网中当一台变压器发生故障时，允许部 分停电。这里高压变电所是指 35kV 及以上电压等 级的变电站，而低压变电所是指 10kV 及以下的变
变电站优化选址
黄旭峰，符杨，汤波，刘彬
（上海电力学院，上海市平凉路 2103 号，200090） 摘 要： 变电站规划的主要内容包括变电站的选址和定容两 部分。 所谓变电站的选址， 是指确定变电站站址的具体位置， 为了使电能传输更经济， 通常要求变电站站址应位于其所供 负荷的中心，但由于实际的地理条件，已有建筑等情况，通 常可在负荷中心位置附近选一适当位置作为其站址。 所谓变 电站的定容是指确定变电站的主变容量及台数， 其中还要考 虑适当的变压器负荷率和 N-1 原则等等。 确定变电站的位置 及容量是城市电网规划工作的一个重要环节， 其结果直接影 响未来电网的网络结构，供电电能质量和运行的经济性。 关键词：选址；定容；初始解；最优解
3
A1
A2
40
再划去B4所在列 。
负荷点 变电站
B1
B2
Baidu NhomakorabeaB3
B4
20
B5
负荷点 变电站
B1
18
B2
10
B3
B4
8
B5
A1
A1
40
A2
A2
18
4
未划去的供电距离最小是 10 ， B2 的负荷全由 A1 承担。
负荷点 变电站 供电 能力 13
用重心法求得变电站坐标：
10 8 30 8 20 5 20 8 40 5 7, y 2 6 10 30 20 20 40 10 2 30 6 20 5 20 12 40 9 x1 5, x 2 10 10 30 20 20 40 A1 5,7 , A 2 10 ,6 y1
S i ——变电所 i 的容量；
B1
B2
B3
B4
B5
A1
A2
40
ei ——变电所 i 的变压器的负载率；
n ——新建变电所的数目； m ——变电所寿命（年） ；
A2 的供电能力改为 63-40=23， B5 的负荷变为 0， 划去 B5 所在列。
负荷点 变电站
B1
18
B2
10
B3
58
B4
8
B5
20
4
0
供电 能力 63
N ——现有和未来的变电所的总数；
A1
A2
负荷大小
g ( S i ) ——未来变电所投资的费用；
u( S i ) ——变电所的运行费用；
Wj
——负荷点 j 的负荷大小；
58
10
18
30
18
20
40
20
23
未划去距离最小为 8 ，即 A1 到 B4，将负荷 B4 全由 A1 提供。
负荷点 变电站
A1
A2
5 总结
变电站站址选择与优化的具体方法还有很多， 如模糊层次分析法、 基于综合费用最低的变电站站 址优化方法、 网络运行费最小原则优化方法、 基于 改进 BP 神经网络的配电变电站选址研究，基于 GIS 和微分进化算法的变电站选址等等， 这里不再 多做讨论。