低压配电网供电能力分析研究.docx

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低压配电网供电能力分析研究

毕业设计方案

题目低压配电网供电能力分析研究

学院自动化与电气工程学院

专业电气工程及其自动化

二〇一七年三月三十一日

县域配电网供电能力分析研究

[摘要]随着国民经济的快速发展，电力负荷的增长速度也明显加快，同时电力用户对配电网的供电能力提出了更高的要求。

本课题介绍了容载比法、最大负荷倍数法、试探法、图论法、目标规划法、模糊评估法等方法的概念、特点及不同，通过对县域配电网目前运行状态的深入了解，以及对容载比法、电压合格率、负载率、线损率、“N-1”校验率等历史数据进行统计、分析，采用了容载比法对配电网的供电能力进行了详细的研究，以此来查找配电网的不足和薄弱环节，最后给出了配电网近、远期规划建设、建议，对今后提升整个城市配电网的供电能力和供电可靠性有一定的借鉴意义。

[关键字]供电能力；容载比法；影响因素；研究

ResearchofSupplyCapabilityEvaluationofCountyDistributionNetwork

xxx

（Grade08,class4,MajorEngineering&Automation,ElectronicengineeringDept,ShanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shanxi）

Tutor:

xxx

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofnationaleconomy,theelectricpowerloadgrowthalsohasbeenobviouslypacedup,thepowerusersofelectricdistributionnetworkofpowersupplyputforwardhigherrequest.Theissueintroducesanalogymethod,themaximumloadcarryingcapacitymultiplemethod,heuristics,graphtheorymethod,thegoalprogrammingmethod,fuzzyevaluationmethodandothermethods’characteristicsanddifferences.Throughin-depthunderstandingofthecountrydistributionnetworkwhichiscurrentlyrunningstate,mainlyanalysesthesefactorsthattheanalogymethod,thegridvoltagequalificationrate,loadrate,linelossrateandtheN-1passrateimpactonthepowersupplycapacity,mainlytakesanalogymethodtoanalysisandstudythesupplycapacityofthedistributionnetwork,inordertofindthedeficienciesandweaknessofthedistributionnetwork,andgivethedistributionnetworkshortandlongtermplanningconstructioninthefuture,whichisbenefitforupgradingthepowergridoftheentirecitypowersupplycapacityandpowersupplyreliability.

KeyWords:

SupplyCapacity;AnalogyMethod;InfluenceFactors;Research

目录

1概述1

1.1研究背景1

1.2国、内外发展趋势1

1.3研究的意义2

2配电网供电能力的研究方法4

2.1主要的研究方法4

2.2几种主要研究方法的特点5

2.3其他研究方法6

2.4各种研究方法的比较7

3配电网供电能力的影响因素8

3.1容载比对配电网的供电能力的影响8

3.2线损率对配电网的供电能力的影响8

3.3电压合格率对配电网的供电能力的影响8

3.4负载率对配电网的供电能力的影响9

3.5“N-1”校验合格率对配电网的供电能力的影响9

4容载比的分析方法的研究10

4.1容载比简介10

4.2容载比的概念10

4.3容载比的特点10

4.4农网容载比的取值10

4.5容载比的研究现状11

5容载比法在县域配电网供电能力分析中的应用12

5.1县城10kV配电网现状12

5.1.110kV干线现状12

5.1.210kV支线现状12

5.1.3县城10kV电网运行方式12

5.2县城6条10kV干线供电能力分析13

5.3县城10kV主要支线供电能力分析17

5.4规划建议18

5.4.1近期规划建议18

5.4.2远期规划建议18

6供电能力模糊评估的原理和方法19

6.1模糊理论简介19

6.2模糊概率的概念19

6.3供电能力模糊评估的方法19

6.4评估因素的模糊处理20

7供电能力最大负荷倍数法的原理和方法22

7.1最大负荷倍数法的原理22

7.2最大负荷倍数法的概念及其模型23

7.3最大负荷倍数法潮流计算的方法比较23

7.4回路电流法流程24

8总结与展望26

8.1总结26

8.2展望26

结束语27

致谢28

参考文献29

附录30

1概述

1.1研究背景

配电网在电网中起到分配电能的作用，是电力系统中发电、输电、配电中的最后一个环节，配电系统主要由馈线、变压器、断路器、分段开关以及继电保护、自动化仪表等设备构成。

对于配电网供电能力的评价，一般包括对配电网的物理现状、运行现状和负荷发展进行评价。

当前的中国，电力负荷迅速增长，随着我国城市建设不断发展，城市用电负荷日益增长，人们对电能质量和供电可靠性的要求越来越高，电力用户对配电网的供电能力提出了更高的要求。

同时城市配电网供电能力的评估对准确评价现状，优化网络结构，提高电网供电的安全性和可靠性，提高企业的经济效益和社会效益具有很大的现实意义。

目前全国县级行政区划有2861个，县域经济面积占国土面积的94%以上，人口占全国总人口的73%以上，GDP占全国GDP的52%以上。

由于过去我国电网的建设滞后，配电网在供电能力这个方面存在着不少问题与隐患：

配电网建设和发展滞后于发输电系统以及城市的发展；网架薄弱，供电结构不合理，有些地方存在“有电送不出”的现象；供电可靠性差，损耗高。

针对这些棘手的问题，我国已经逐渐加大投资来建设和改造配电网，但资金的投入只有在科学合理地指导下才能产生期望的效果，其中，对配电网规划建设前后的供电能力评价是一个重要方面。

西乡自古有“秦岭南麓小江南”美誉，山川秀美，气候宜人，土地肥沃，物产丰富，文化昌明，被联合国科教文卫组织誉为“最适合人类居住的地方之一”,是全国商品粮基地县，茶叶基地县、高优高农业示范县、牧草综合开发示范县、瘦肉猪基地和烤烟生产基地县。

随着西乡县城“十二五”的快速发展，县委、县政府以构建和谐茶乡为目标，积极推进“农业稳县、工业强县、资源富县、旅游活县、开放兴县”战略，由于城镇化建设速度的不断加快，县城规模的迅速扩大，城市功能的日臻完善，城市品位的不断提升。

这些都对县城的电网供电能力、供电可靠性、供电持续性提出了更高、更严的要求，现有的配电网系统随着负荷的增长，已经无法满足城镇经济发展的需要，主要存在以下几个问题：

1.供电电源形式单一，供电质量较差，随着负荷的增加配电网的供电能力不足，电网安全运行存在一定隐患；2.电网的网架结构不合理，供电能力不足，电能质量较差，电网整体运行水平不高；3.配电网自动化程度不高，设备陈旧，服务质量和用电管理水平跟不上电力时代发展的需要。

因此，对现有县城区域电网的供电能力进行评估就成为亟待解决的社会问题。

本文基于西乡县的历史数据采用容载比法和模糊评估法对其配电网供电能力进行分析研究。

进行它不仅可以发现现有电网的薄弱环节，而且也为今后电网的规划提供了理论指导。

1.2国、内外发展趋势

国内外科技工作者在对配电网供电能力的研究过程中，有的是通过分析配电网线路和变电站负荷情况以及系统和用户的用电情况，进行统计、分析和计算后，得出相应的指标来评估配电网各个方面的供电情况，提出改进措施和建议；也有的是根据影响配电网供电能力的各项指标，按照其重要性建立相应的隶属度和权重，通过模糊理论综合评估配电网的供电能力。

国外科技工作者在对配电网供电能力的研究过程中，根据自己的现状：

国外电网由于发展时间较长，而且区域面积相对不大，基础设施比较完备。

因此各个国家的发展的重点有所侧重，美国在全国范围内存在多个交流输电网，人员年龄老化，事故较为频繁，需要防止大停电。

因此改造基础电网设施，提升电网自动化水平，提高电网运行的安全可靠性、降低电网损耗是目前电网发展的重点。

在电网建设中更加关注电力网络基础架构的升级更新，以提高电网运行水平和供电可靠性，有效接入可再生能源，同时最大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。

国内由于电网发展的区域不均衡，电网建设发展滞后于经济的快速增长，基础设施薄弱，电网改造力度不大，电网运行经济性较差，全国统一协调调度自动化水平不高，在一定程度上存在用户断电或限电的情况。

目前各个区域电网关注较多的是供电可靠性、供电连续性及智能电网的建设，区域型电网供电能力的评估只限于部分供电企业和部分地区，在供电能力评估中它们更多的是研究降压变电站的供电能力、配电网最大供电能力计算方法、供电能力某种因素的模型研究、配电网供电能力评估体系计算机程序的实现等，很少有把县城供电能力评估体系作为一个影响因素较多、因素相互制约的综合复杂系统来对待，现有的配电网评估体系考虑的评估因素较少，其评估结果不能完整、准确的反应城市配电网实际的供电能力，对今后配电网的改造、重构、再建不能起到真正的指导作用。

对于配电网最大供电能力的计算方法问题，已有不少研究者提出采用线性规划法、内点法、尝试法和最大负荷倍数法等进行计算。

但在这些方法中，有的用于配电网时误差较大，如线性规划法；有的虽然计算结果准确性较高，但过程复杂，计算时间过长，如内点法；有的方法的计算结果的准确性没有办法保证，如尝试法；有的方法的计算速度虽较快，但准确性欠缺，如最大负荷倍数法。

因此，还需要针对配电网特点，提出既能够保证计算快速性，又能够保证结果准确性的配电网最大供电能力计算方法。

因此，考虑县域配电网的众多影响因素，对县域配电网的综合供电能力评估体系研究就成为亟待解决的现实问题。

在进行供电能力分析之前，需要收集大量有关的历史数据，并对这些信息加以分析，完全依靠工作者的经验规划不仅会造成大量的时间和人力资源的浪费，而且传统的规划方法已经不能满足现代化建设的要求。

因此计算机技术的应用既是我国现代电网建设当前的迫切需要，也是今后长期发展必要的科学手段。

目前国内外的一些电力部门和软件公司已经共同开发研制出了一些电网规划软件，为计算机技术的应用积累了宝贵的经验。

近几十年来，对电网规划优化方法的研究已取得了很大的进展，国内外有很多文献报道了各种优化方法在规划工作中的应用，这些方法大致可分为启发优化方法、传统数学优化方法和智能优化算法等。

多目标电网规划是将电网规划的经济型和可靠性有机的结合，使优化方案的综合效益达到最佳，适应了现代电网规划的实际需要。

不确定性条件下的规划已在电力系统各领域的研究取得了一定的进展。

随着时间的推移和计算机技术的更新换代，优化问题的主要矛盾不在于运行速度而在于建立问题的数学模型和求解算法，不确定规划理论的建立和发展正是当前这一方面的国际研究潮流的具体体现。

目前，不确定性条件下输电网网络规划还未有深入的研究，这也是一个非常值得研究的课题。

1.3研究的意义

改革开放之后，我国国民经济进入了快速发展时期，电力负荷持续增长，社会对于电力系统供电能力的要求更是与日俱增，尤其是配电网供电能力。

配电网供电能力指的是配电网将经输电网传输过来的电能安全、可靠、经济地输送到用户的能力，是衡量配电网合理性的重要标准，其重要性具体体现在以下三个方面：

1）配电网是电力系统中联系电源与用户的最后一个环节，直接与用户相联，一旦配电网出现了故障，用户的供电就会受到影响，所以配电网供电能力是整个电力系统供电能力安全性的直接体现；2）配电网的节点数量非常大，且大多数采用辐射型结构，使得配电网发生故障的概率要远大于电力系统的其他部分，根据不完全统计，用户停电故障的80%以上是由配电网的故障所引起的，配电网供电能力直接影响着电力用户用电的可靠性；3）配电网拥有数量巨大的电力设备，它的费用占到整个电力供电系统投资的60%及运行成本的20%，因此配电网的建设、改造以及运行的经济性直观反映了配电网供电能力的经济性，直接影响着整个供电系统的经济效益。

近年来，国家十分重视“三农”工作，县域经济的发展对电能的需求越来越大，国家每年都要投入大量的资金来加强电力建设，以保证用户需求，对这些投资若能节约一个较小的百分数，其绝对值就相当可观,而电力系统是一个有机的整体，因此，做好县域配电网供电能力分析研究，确保县域电网科学有序地发展，满足农村经济和社会发展要求，无论从经济上还是技术上都具有十分重要的意义。

本课题组通过参考国、内外部分地区配电网供电能力评估体系建设的先进实践经验，对西乡县供电分公司管辖的县城区域配电网进行诊断、评估，对面临的关键问题进行梳理和分析，提出科学的县域配电网供电能力评估体系，合理、可行的完成对西乡城区现有配电网的评估和分析。

通过评估的结论查找配电网的不足和薄弱环节，这样不仅可以积极消除制约配电网供电能力的瓶颈，不断提高设备利用率和配电网络供电能力，不断适应负荷的迅速增长，努力改善电网电能质量，也为今后配电网的近、远期规划建设提供科学决策依据，而且可以通过此项工程不断优化配电网网络的业务运营模式，更新管理理念，在不断提高县域电网供电可靠性、连续性的同时不断提高整个城市电网的供电能力，采取积极、稳健的措施深入挖掘城市电网的供电能力，满足人民生活日益增长的用电要求。

2配电网供电能力的研究方法

随着国民经济的飞速发展，电力负荷的增长也明显加快，电力用户对配电网的供电能力提出了更高的要求。

配电网供电能力是评价配电网输送电能能力的重要标准，对于电网规划的决策以及电网运行的安全性与经济性有着重要影响。

同时城市配电网供电能力的评估对准确评价现状，优化网络结构，提高电网供电的安全性和可靠性，提高企业的经济效益和社会效益具有很大的现实意义。

本课题通过对县域配电网目前运行状态的深入了解，研究制约县域配电网供电能力的因素，分别对容载比法、电压合格率、负载率、线损率、“N-1”合格率等历史数据统计、分析，计算出不同评估因素的量化结论，最后结合专家经验给出的权值，对整个配电网的供电能力给出量化结论，并利用评估结果给出今后电网的规划建设建议。

目前，国内在供电能力的评价方法和评价指标方面所做工作不多，主要采取了三种思路对供电能力进行评价：

一是评价城市电网供电能力的常用方法，包括容载比法、尝试法、最大最小负荷倍数法和网络最大流法以及采用基于直流潮流的线性规划模型和基于交流潮流的模型来求解城市电网最大供电能力指标；二是通过选取影响电网供电能力的主要影响因素，引入模糊评估算法，对城网供电能力的各项指标和整体进行模糊评估；三是以主变互联关系为基础进行电网供电能力计算。

本文主要要求掌握配电网供电能力的三种研究方法——容载比法、最大负荷倍数法和模糊评估法，主要从这三个方面深入研究配电网供电能力。

2.1主要的研究方法

（1）容载比法：

容载比就是变电容量与最高负荷之比，指城市电网变电容量（kVA）在满足供电可靠性基础上与对应的负荷（kW）之比，它是反映电网供电能力的重要技术经济指标之一，是宏观控制变电总容量和规划安排变电容量的依据。

（2）最大负荷倍数法：

所谓最大负荷倍数法就是根据配电网目前各个节点已知的负荷大小为基础，所有节点负荷均按照相同的比例速度增长，最后的负荷增长达到系统的线路极限时停止增长，此时全网的负荷大小就是该配电网的最大负荷供电能力。

电网适应负荷增长的能力可用一个线性规划模型表示，约束条件是满足网络潮流方程，电源出力不越限和线路不过载。

目标函数是网络的最大供电负荷，即：

maxkk为最大供电负荷与实际供电负荷之比，亦称之电网的最大负荷倍数正常系统应满足K≥1，K越大就越能适应较高的负荷水平。

⑶模糊评估法：

客观实际中，事物往往具有不确定性的一面，即具有随机性和模糊性。

所谓模糊性就是没有严格的界限划分、很难用精确的尺度来刻画事物的现象，反映模糊现象的这种概念就称为模糊概念。

在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和称为模糊集合，用来描述一个模糊集合中因素隶属该集合程度的特征函数称为隶属度函数，隶属度函数的取值在O～l之间，其值越大表示该元素隶属该集合的程度越深。

影响城区电网供电能力优劣性的因素主要包括容载比、线路的平均负载率、线路末端电压偏移、线路线损大小、供电可靠性、“N一1”校验合格率、设备运行年限等。

首先对各个元素分别进行模糊评估，确定每个模糊事件的隶属度函数是进行模糊评估的关键。

得到各个因素量化的模糊结论后，通过建立评判对象的因素集和和评语集。

利用专家评定或其他方法生成评判矩阵以及合理的模糊算子等步骤来完成。

最后，从宏观角度上对整个城区的供电能力进行模糊综合评估，给出整体水平的量化结果。

此方法通过对现有配网进行深入分析，根据专家经验合理考虑并确定评估因素，对供电能力进行定性和定量地评估和分析。

⑷试探法：

即先对给定系统进行潮流计算，如果没有支路发生功率越限，则增加系统负荷再进行潮流计算，直到增加很小的负荷就会导致支路发生功率越限为止。

就认为系统的最大供电能力就为支路发生功率越限之前的值。

⑸图论法：

图论法就是在不考虑网络元件的特性而只研究网络的拓扑关系时，可将城市电网抽象成一个图。

对城市电网进行拓扑分析，通过简单的矩阵运算来获取网络相关数据；并引用网络功率约束条件，建立城市电网的最大供电能力线性规划模型。

图是抽象支路和节点的集合，它反映图中所包含的各支路之间的联结关系，即节点与支路的关系。

在图论中，图可表示为G（V，E），V表示顶点集合，E表示边的集合。

当图中的边有方向时，则成为有向图；当图的每条支路和1个数字关联，则成为加权图，与该边相关联的数字称为该支路的权值。

由于在研究城市配电网供电能力时，需要考虑线路有功潮流的大小和方向，因此采用有向加权图表示城市电网，各支路的权值为线路上的有功潮流值，并采用修正的邻接矩阵来描述有向图，再通过对邻接矩阵的简单运算，获取城市电网的网络功率平衡方程，作为分析配电网供电能力线性规划模型的等式约束方程。

⑹目标规划法:

合理、优化的电网规划是从根本上消除网络瓶颈，提高设备利用率，提高网络供电能力，适应负荷增长，改善电网供电质量，提高供电可靠性的有力措施。

为此在城市电网中任意设备均不过负荷条件下，网络所能供应的最大负荷作为配电网最大供电能力。

⑺网络最大流法:

网络最大流法采用了网络规划的方法来计算供电能力，首先将供电网络进行化简，将其转化为等效网络，即系统状态流程图，然后建立求解最大流问题的数学模型，再根据支路的容量约束和等效网络的最小割集容量来确定网络的最大供电能力。

该方法易于处理复杂的约束条件，适用于求解局部网络的最大供电能力。

2.2几种主要研究方法的特点

⑴容载比法

一般情况，可分别计算变电站所有出线不同电压等级各个支线的最大负荷，然后进行相加，即可得到该变电站的容载比。

由容载比的定义可知，当容载比取值增加时，在相同负荷水平下，变压器总容量将增加，使电网建设投资增加，也会使电网运行成本增加，从而使电费增加，或使电网企业经济效益降低；相反，若容载比取值减小，可能使电网的适应性变差，使调度不够灵活，甚至发生卡脖子现象，因此，容载比的选取应综合各种因素来考虑。

合理的容载比与恰当的网架结构相结合，对于保障电网供电可靠性及经济性、故障时负荷的有序转移，以及适应负荷的增长需求都是至关重要的。

它已逐渐被广泛地应用于配电网规划，成为宏观控制变电站布点和容量平衡的重要指标。

⑵最大负荷倍数法

利用最大负荷倍数法评价网络供电能力的思路是以网络现有的负荷为基础，假设各负荷点的负荷均以相同的比例增长，求取网络所能达到的最大负荷倍数。

这种方法综合了其他方法的优点，不但求解速度快，而且结果的准确性也有所保证。

该方法不但可以计算直流潮流也可以计算交流潮流，对于配电网潮流，如果能采用更好的计算方法，则速度将更快。

最大负荷倍数法求解速度快，但其假设各节点负荷均以相同比例增长，准确性会有所降低，结果的可信性度也会降低。

相对试探法，最大负荷倍数法的准确性也有很大的提高。

在最大负荷倍数法中，现有网络的负荷水平及其分布是影响最大负荷倍数的关键，如果能够对所有负荷地区的发展水平进行统计分析，分别确定各负荷的增长比例的话，该方法将更为精确，并能够得到广泛使用。

电网的供电能力还受到低负荷水平的制约。

潮流计算是求解配电网最大供电能力的基础。

主要方法有直接法、牛顿一拉夫逊法、前推回代法t4-5J和同路电流法。

同路电流法是最有效的方法．有着计算速度快和收敛性高等优点．而且有很强的处理环网的能力。

可是常规的回路电流法忽略了配电网线路的对地支路．对结果的准确性产生了一定影响。

⑶模糊评估法

常用的供电能力评估的方法都是从反映供电能力状况的各个因素出发，对每个单独的因素用配电网运行的约束条件进行检验，满足约束条件的线路越多，说明配电网的供电能力越好。

但这种方法不能给出一个量化的综合评估的标准和结果，因此不能严格地界定配网性能的优劣程度。

将模糊理论运用到配网供电能力评估是一种具有很大优越性的方法，只要选择合理的隶属函数，就能对城市配电网供电能力的优劣程度进行量化评价。

在应用模糊评估方法进行供电能力评估的过程中，主要有三个问题需要解决：

（1）从反映供电能力状况的各个因素出发，找到配电网供电能力分析的各类指标，一般包括：

线路负载率、变压器负载率、电压合格率、线损率、设备运行年限以及“N-1”校验通过率等。

（2）由于对选取的各个因素不能给出严格的界限来评定其优劣，因此引入模糊处理方法，建立科学的隶属函数评估模型，对各类指标进行定量模糊评估。

（3）考虑各因素对配电网供电能力的影响，确定各个因素对应的权值，利用层次分析法进行模糊综合评估。

⑷试探法

试探法是评价电网供电能力最直接的做法。

由于试探法计算过程繁琐费时，计算过程中的负荷节点分配系数的选取及电源出力的调整方式在很大程度上影响了最终的计算结果，并且系统各变量相互影响制约，各个评估指标的权重、重要程度不能很好的体现出来，因此在系统情况比较复杂的条件下，试探法很难得到准确的结果和定性的结论，并且计算结果的准确性很难得到保证。

⑸图论法

它们的目的都是从若干可能的安排或是方案中寻求某种意义子下的最优安排或方案，数学上把这种问题称为最优化或优化问题。

它们都易于用图形的形式直观地描述和表达，数学上把这种与图相关的结构称为网络。

⑹目标规划法

目标规划算法比容载