城網(wǎng)改造中配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的設(shè)計(jì)

1、城網(wǎng)改造中配電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究目錄第一章述 11.1 11.2 配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展的現(xiàn)狀、主要內(nèi)容及存在問題1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容 11.4 配電網(wǎng)規(guī)劃中存在的主要問題和難點(diǎn) 2第二章基于GS平臺進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)勢 82.1 配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢 82.2 配電網(wǎng)規(guī)劃的運(yùn)行情況分析優(yōu)勢 92.3 配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、自動(dòng)布線優(yōu)勢 9第三章空間負(fù)荷預(yù)測方法的研究成10第四章基于Gs的配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)踐應(yīng)用建議 11第五章城網(wǎng)建設(shè)改造涉及的領(lǐng)域 1351電壓等級 13設(shè)備配52置13第六章城網(wǎng)建設(shè)改造的目標(biāo)和規(guī)劃 1461一次系統(tǒng)規(guī)劃涉及的主要內(nèi)容 1562二次系統(tǒng)規(guī)劃涉及的主要內(nèi)容 15第七章一二次系

2、統(tǒng)的相互支持和綜合優(yōu)化 1671負(fù)荷 預(yù)測1672節(jié)約 或推遲投資 177 21變電站177 22開關(guān)站 18723網(wǎng)絡(luò) 接線 1873可靠 供電 197 4供電 質(zhì) 207.5 降低 網(wǎng)損217.6提高供電能力 21第八章電力 市場的挑戰(zhàn) 228.1負(fù)荷管理系統(tǒng)228.2電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)238.3管理信息系統(tǒng)23第九章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 24結(jié)論參考文獻(xiàn) 27（論文摘要）文章在討論分析了配 電網(wǎng)規(guī)劃在實(shí)踐應(yīng)用中的步 驟、方法、關(guān)鍵點(diǎn)及目前存 在的主要難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對近 年來國內(nèi)基于地理信 息系統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃思路及空 間負(fù)荷預(yù)測方法兩大研究 熱點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)勢綜述和理 論 成果分析，探討了配電網(wǎng)規(guī)劃的

3、GIs平臺理論研究方案，運(yùn)用于工程 實(shí)際中的急需解決的技 術(shù)問題及今后的 發(fā)展前景。關(guān)鍵詞 配電網(wǎng)規(guī)劃；地理信息系統(tǒng)；空間負(fù)荷預(yù)測；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化第一 章 概述1.1 引言我國電力供求關(guān)系的變化和國家電力公司的成立，標(biāo)志我國電力工業(yè)的發(fā)展 已進(jìn) 入了一個(gè)新的歷史階段。電力供求關(guān)系的變化，導(dǎo)致電力市場由賣方市場向 買方市場 轉(zhuǎn) 變，為電力經(jīng)營從壟斷走向開放提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。而開放的電力市場，勢 必將促進(jìn) 含配 電系統(tǒng)自動(dòng)化在內(nèi)的城網(wǎng)建設(shè)和改造，以及電力電子技術(shù)(用戶電力)的 應(yīng)用。 配電系統(tǒng)的規(guī)劃是供電企業(yè)規(guī)劃活動(dòng)中的基本環(huán)節(jié) , 配電網(wǎng)的規(guī)劃質(zhì)量直接影響到配網(wǎng) 的網(wǎng)絡(luò)水 平及投資效益 , 其對于降

4、低網(wǎng) 損、提高可靠性和保障電能質(zhì)量的影響不亞于配 電網(wǎng)的運(yùn)行 管理, 因此說, 配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展對整個(gè)電力的發(fā)展至關(guān)重要。由于配 電網(wǎng)規(guī)劃是非常復(fù)雜的工程問題，需要考慮諸多因素，因此實(shí)際規(guī)劃中多數(shù)還是依靠人工及CAD制圖工具完成,也有部分地區(qū)嘗試在規(guī)劃過程中的某些步驟采用軟件完成 ,但 依然需要耗費(fèi)大量 的人力物力,而且在眾多可選方案及制約因素下 ,很難找到一個(gè)最優(yōu) 方案。 近年來, 地理信息系統(tǒng)(Geographic InformationSystem,簡稱GIS)在我國 電力系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用 為建立高效、 實(shí)用的配網(wǎng)規(guī)劃體系提出了新的課題。另一方面 , 空 間負(fù)荷預(yù)測方法由于其 在預(yù)測

5、負(fù)荷量的同時(shí) , 也能預(yù)測出負(fù)荷的增長位置 , 使其越來越 受到預(yù)測者的青睞。目前 已有不少基于GIS的電網(wǎng)規(guī)劃軟件包及智能決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生, 這些理論研究對于計(jì)算機(jī)應(yīng)用于 配電網(wǎng)規(guī)劃有著重要意義 , 但由于配電網(wǎng)地理信 息系統(tǒng)本身在國內(nèi)還處于起步階段 , 基于該系統(tǒng)的配網(wǎng)規(guī)劃在實(shí)際中尚處于探索、研究 及試點(diǎn)階段。12 配電網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀、主要內(nèi) 容及存在問題 配電網(wǎng)規(guī)劃按照電壓等級可以分為高、中、低壓三類 , 其中的中、低壓配電網(wǎng)規(guī)劃 在國內(nèi)開展較晚 , 相對主網(wǎng)規(guī)劃而言 , 配網(wǎng)規(guī)劃尚待完整。1.3 配電網(wǎng)規(guī)劃的主要 內(nèi)容無論以人工為主進(jìn)行的配網(wǎng)規(guī)劃還是以軟件系統(tǒng)協(xié)助參與的配電網(wǎng)規(guī)劃

6、, 其內(nèi)容必 然包括配網(wǎng)現(xiàn)狀分析、負(fù)荷預(yù)算、技術(shù)原則的確定、建設(shè)改造規(guī)劃方案確定 、投資估 算于經(jīng)濟(jì)評價(jià)幾個(gè)方面 ,其細(xì)節(jié)及關(guān)鍵 點(diǎn)如下:(1) 配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析該過程主要通過收集配網(wǎng)的設(shè)備及運(yùn)營數(shù)據(jù) , 完成配網(wǎng)現(xiàn)狀的分析。主要包括配電網(wǎng) 整體營運(yùn)指標(biāo)計(jì)算及分析、配電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量及年限統(tǒng)計(jì)、配網(wǎng)電源的負(fù)載 率情況、 10kV出線間隔的利用率情況、中壓配網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況、中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。通過 以上內(nèi)容的分析 , 得出配網(wǎng)的高電壓布 點(diǎn)是否合理、供電半徑是否滿足要求、負(fù)荷分布 是否合理、設(shè)備的狀況等結(jié)論 , 從而確 定規(guī)劃期的改造目標(biāo)及方向。(2) 規(guī)劃期的負(fù)荷預(yù)算主要包括電量和最大負(fù)荷總量預(yù)

7、測、負(fù)荷地理分布預(yù)測兩個(gè)方面。前者用于 衡量 高壓電源總量規(guī)劃的合理性和初步測算規(guī)劃期內(nèi)需新建輸變電設(shè)施的規(guī)模; 后者確定城市各供電區(qū)域規(guī)劃期內(nèi)的負(fù)荷增長情況 , 是高壓電源供電分區(qū)劃定、線路布置和供電范 圍確定的依據(jù) ,在實(shí)踐中目前多采用空 間負(fù)荷預(yù)測的思路完成。(3) 規(guī)劃技術(shù)原則的確定一般以上級確定的技術(shù)原則為基礎(chǔ) , 綜合規(guī)劃區(qū)實(shí)際情況 , 從配網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、架 空及電纜線路的選型、變壓器及開關(guān)設(shè)備選型、二次系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求 等方面確 定技術(shù)細(xì)則。(4) 電網(wǎng)建設(shè)改造規(guī)劃這是目前配電網(wǎng)規(guī)劃的重中之重 , 具體要進(jìn)行高壓變電站選址、定容量及供電區(qū)域 劃分, 之后進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃和優(yōu)

8、化 , 然后提出分年度具體的建設(shè)和改造項(xiàng) 目, 最后進(jìn) 行相應(yīng)地地理接線圖的繪制。1.4 配電網(wǎng)規(guī)劃中存在的主要 問題和難點(diǎn)(1) 規(guī)劃數(shù)據(jù)收集的困難隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大 ,配網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)越來越龐大 ,更新速度快,每次規(guī)劃均需要 花費(fèi)大量的時(shí)間及人力整理相關(guān)資料。配電網(wǎng)規(guī)劃主要涉及配網(wǎng)設(shè)備的裝備 及運(yùn)行數(shù) 據(jù)、規(guī)劃區(qū)域的用電及負(fù)荷數(shù)據(jù)、規(guī)劃區(qū)域的市政規(guī)劃資料、規(guī)劃區(qū)的國民 經(jīng)濟(jì)類數(shù) 據(jù)等 , 其中數(shù)據(jù)量最大的為配網(wǎng)設(shè)備的 裝備及運(yùn)行數(shù)據(jù)。該部分?jǐn)?shù)據(jù)的收集整理占用大 量時(shí)間。(2) 空間負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性有待提高 配網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測中總量預(yù)測的方法和技術(shù)經(jīng)過多年的實(shí)踐已較為成熟 , 而作為配 網(wǎng) 規(guī)

9、劃核心的空間負(fù)荷預(yù)測方法由于既要預(yù)測負(fù)荷的量還要預(yù)測負(fù)荷的增長 位置, 在城 市用 地類型變化頻繁、配網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展較為復(fù)雜的情況下 , 其準(zhǔn)確性受多種條件制約。(3) 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化困難 網(wǎng)架規(guī)劃的目的是根據(jù)規(guī)劃期內(nèi)的負(fù)荷水平及電源規(guī)劃確定相應(yīng)的最佳配網(wǎng)結(jié)構(gòu),同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性、可靠性要求。因此 , 配網(wǎng)規(guī)劃是一個(gè)具有多目標(biāo)性、不確定性、非線 性和多階段性的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題 , 求解困難。第二章 基于GIS平臺進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)勢配電 GIS 是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將配電網(wǎng)絡(luò)的分布、屬性及實(shí)時(shí)信息 按其 實(shí)際地理位置描述在地理背景上 , 形成 的集查詢、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、分析、管理等多 種功能

10、于一體的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。利用 GIS 強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)分析的拓補(bǔ)功能 來處理配電系統(tǒng)與空間有關(guān)的信息 ,不僅能夠極大地方便規(guī)劃數(shù)據(jù)的獲取、處理 , 提高 規(guī)劃人員的效率，而且規(guī)劃過程和結(jié)果也更加直觀、更具交互性。以下是 GIS平臺上進(jìn) 行配電網(wǎng)規(guī)劃的主要優(yōu)勢 :2.1 配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢面對越來越密集的電網(wǎng)、復(fù)雜的電力設(shè)備、時(shí)刻變化的負(fù)荷信息、不斷變遷 的道路 和建筑,GIS為我們提供了各種圖形、地圖、數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一共享的平臺。 GIS數(shù)據(jù)庫存 儲了用 于進(jìn)行系統(tǒng)各部分分析和顯示的空間及屬性數(shù)據(jù) , 對于配網(wǎng)規(guī)劃中所需的配電網(wǎng)、 變電站及 設(shè)備、用戶等大量數(shù)據(jù) , 如果結(jié)合地理環(huán)境 ,

11、 采用空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲 , 可以使數(shù) 據(jù)管理更加 直觀、有效 , 規(guī)劃結(jié)果更具 實(shí)際意義, 從而大大減輕規(guī)劃人員的工作量。2.2 配網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行情況分析優(yōu)勢科學(xué)的決策在某種程度上依賴于決策者所掌握的信息量的大小。 GIS可以最大限度 地 將有關(guān)信息集成起來 , 從而為電力系 統(tǒng)決策人員提供一個(gè)多元化的決策依據(jù)。在規(guī)劃 地址 及預(yù)測中涉及諸多關(guān)聯(lián)因素 , 如資 源、人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、負(fù)荷情況、用戶報(bào)裝情況 等, 它們 都與地理系統(tǒng)有關(guān)。將GIS作為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)據(jù)分析、管理功能的工具，通 過與其 他系統(tǒng),如SCADA MIS用電營業(yè)系統(tǒng)、配變監(jiān)測儀等接口有 效地組織數(shù)據(jù)信息，從 而方便運(yùn)行數(shù)據(jù)的

12、整理、分析 , 使規(guī)劃 更貼近實(shí)際。2.3 配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、自動(dòng)布線 優(yōu)勢 地理信息系統(tǒng)是配網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)的重要前提 : 在 GIS 平臺上采用人工智能的 搜索算法以求解網(wǎng)架優(yōu)化問題，由于GIS空間分析功能，在變電站選址尋優(yōu)過程中，可以 有效避開障礙物；另一方面，利用GIS進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)規(guī)劃的 可視化、 自動(dòng)化, 而且能直接得到網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的地理接線圖 ,從而將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與圖形輸出緊密 結(jié)合。近年來，國內(nèi)很多學(xué)者在GIS規(guī)劃平臺理論研究方面取得了一定突破。文獻(xiàn)1結(jié) 合地理信息的空間特性與人工智能兩者的優(yōu)點(diǎn) , 詳細(xì)論述了用于配網(wǎng)規(guī)劃的智能決策支 持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組合,為GIS平臺下

13、配網(wǎng)規(guī)劃提出了研究方向。文獻(xiàn)2以文獻(xiàn)1為基 礎(chǔ),討論了在地理信息系統(tǒng)環(huán)境中 ,采用遺傳算法尋找最優(yōu)布線路徑的數(shù)學(xué)模 型及算法。 文獻(xiàn)3采用一種基于空間GIS的變長度符號編碼策略來表示線路的結(jié)構(gòu)，以最短路徑 法形成初始網(wǎng)架；并采用具有禁忌搜索 思想的TS算法對初始網(wǎng)架進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)4、 、6分別運(yùn)用空間GIS和人工智能優(yōu)化算法對城市中壓配電網(wǎng)輻射型、多分段多聯(lián)絡(luò)、帶開閉所接線模式下的自動(dòng)布線進(jìn)行了深入研究 , 并通過算例驗(yàn)證了該方法的可 行性。在實(shí)際城網(wǎng)中 ,一般是幾種接線 模式并存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的自動(dòng) 布線目前尚未見到解決的有效方式。第三章 空間負(fù) 荷預(yù)測方 法的研究成果實(shí)踐表

14、明,空間負(fù)荷預(yù)測方法是眾多預(yù) 測方法中最適宜于配網(wǎng)規(guī)劃的方法之一 ,但 由于配網(wǎng)自動(dòng)化尚未發(fā)展成熟 , 使配網(wǎng) 的數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)較差 , 從而制約了該方法的預(yù)測 準(zhǔn)確性 , 在這方面很多學(xué)者也進(jìn)行了不 同角度的研究和改進(jìn)。文獻(xiàn) 7 將模糊推理方法 用于空間負(fù)荷預(yù)測的小區(qū)用地適應(yīng)性和優(yōu)劣分析中 , 建立了能夠充分體現(xiàn)專家決策的基 于模糊集理論的城市土地開發(fā)和土地改造預(yù)測的基本原理 , 為預(yù)測中確定小區(qū)土地開發(fā) 時(shí)間和使用性質(zhì)提供了系統(tǒng)的方法。文獻(xiàn) 8 對影響空間負(fù)荷預(yù)測的不確定因素進(jìn)行了 詳細(xì)分類 , 將空間負(fù)荷分解為基礎(chǔ)分布 和事件分布的疊加 , 并針對大事件出現(xiàn)時(shí)間和位 置的不確定性 ,提出了

15、多方案預(yù)測法 ,改進(jìn)了用地最優(yōu)分配模式 ,從而解決了城市改造中 的不確定性問題。文獻(xiàn) 9 通過神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)參數(shù)訓(xùn)練使從專家獲取的模糊規(guī)則庫更符合每 個(gè)地區(qū)的實(shí)際地理情況 , 得出的小區(qū)用 地評分更加合理。第四章 基于GIs的配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)踐應(yīng)用建議由第三部分介紹的情況來看，目前基于GIS平臺的配網(wǎng)規(guī)劃研究多集中于網(wǎng)架優(yōu)化、 自動(dòng)布線方面 , 且在該方面也未能全面 應(yīng)付實(shí)際規(guī)劃中的復(fù)雜情況 , 故研究成果也還未 能廣泛應(yīng)用。另一方面，從GIS系統(tǒng)本身的實(shí)踐情況來看，目前國內(nèi)部分地區(qū)開發(fā)的配 網(wǎng)GIS系統(tǒng)由于資料量大、更新快等原因，暫時(shí)還沒有非常成功的例子，要真正應(yīng)用規(guī) 劃軟件進(jìn)行輔助規(guī)劃,前提之一

16、是有較 為成熟的GIS系統(tǒng),并能夠保證GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的 及時(shí)更新及完整、正確 , 前提之二是在 空間負(fù)荷預(yù)測及網(wǎng)架優(yōu)化等開發(fā)出較為實(shí)用的算 法及配套規(guī)劃軟件。在目前形勢下，應(yīng)該以規(guī)劃試點(diǎn)的模式 對基于GIS平臺的配網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行嘗試，建議可 以如下方式展開 :(1) 軟件的試點(diǎn)必須在開發(fā)有 GIs系統(tǒng),并且相對管理應(yīng)用較為成熟的地區(qū)進(jìn)行。同 時(shí)規(guī)劃軟件必須能夠很好地與GIS系統(tǒng)整合。 由于現(xiàn)階段還沒成熟的基于 GIS的規(guī)劃軟件，故建議采用試點(diǎn)的方式，供電部門 與科研單位進(jìn)行合作開發(fā) , 根據(jù)應(yīng)用情 況不斷進(jìn)行軟件的改進(jìn)。(3) 進(jìn)行軟件開發(fā)試點(diǎn)的時(shí)候 , 配合相關(guān)工 作崗位的設(shè)置試點(diǎn)及人員的規(guī)劃理

17、論等培 訓(xùn)。目前中壓配電網(wǎng)規(guī)劃的難點(diǎn)在于準(zhǔn)確的空間負(fù)荷預(yù)測及10kV線路的自動(dòng)布線。在自動(dòng)布線不成熟的時(shí)候，可以通過GIS平臺給出一些布線的走向建議，提供人工布線 的工具,重點(diǎn)則實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃布線方案的 效果分析上。(5) 在基于GIS的規(guī)劃軟件未真正成熟之前，即使不能夠利用其進(jìn)行完整的規(guī)劃，仍 然可以利用規(guī)劃軟件中的成熟部分 ,輔助進(jìn)行一部分的規(guī)劃工作 ,然后隨軟件的升級及 成熟, 逐步加大軟件的應(yīng)用及在規(guī)劃中 的使用比例。第五章 城網(wǎng)建 設(shè)改造涉 及的領(lǐng)域城網(wǎng)建設(shè)改造涉及的領(lǐng)域包括以下 2 個(gè)方面，電壓等級與設(shè)備配置。5.1 電壓等級城網(wǎng)覆蓋高中低 3級電壓。高壓主網(wǎng)屬于子輸電系統(tǒng)范疇，中低壓

18、電網(wǎng)為配 電系 統(tǒng)，分別由地市級的 SCADA/EM系統(tǒng)(通常無 AGC和縣 區(qū)級的SCADA/LM/DMS統(tǒng)來 管理。應(yīng)該注意的是，地市級的 SCADA/EM系統(tǒng)是一個(gè)基于變電站RTU的全遠(yuǎn)動(dòng)化系 統(tǒng)，而縣區(qū)級的SCADA/LM/DM不可能全部自動(dòng)化，最多只能作到中壓自動(dòng)化，低壓主 要靠預(yù)付費(fèi)智能卡(Smart Card)/自動(dòng)遠(yuǎn)方讀表(AMR的電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，和“投訴 熱線處理”來建立供需雙方的通信聯(lián)系。5.2 設(shè)備配置涉及到如圖 1 所示的 4 個(gè)領(lǐng)域。電力電予y電力席場t圖1城網(wǎng)建設(shè)改造的相關(guān)領(lǐng)域圖中，一次系統(tǒng)包括高壓子輸電系統(tǒng)和中低壓配電系統(tǒng)；二次自動(dòng)化包括地市級和縣區(qū)級的有關(guān)自動(dòng)化；

19、電力市場主要指“配電市場”；電力電子技術(shù)主要指面向配電的“用戶電力”。當(dāng)然，關(guān)系最密切的是實(shí)線部分的一二次系統(tǒng)，但需考慮到電力市場發(fā) 展和電 力電子應(yīng)用可能帶來的影響。此外，自動(dòng)化方面由于配網(wǎng)“欠帳”較多，因 此配網(wǎng) 中壓自動(dòng)化和雙向通信的“一戶一表”建設(shè)自然成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)。第六章 城網(wǎng)建設(shè)改造的目標(biāo)和規(guī)劃國家電力公司對城網(wǎng)建設(shè)改造所提出的目標(biāo)是：(1) 提高供電能力10%(2) 供電可靠性99.90%99.99%;(3) 電壓合格率98%(4) 網(wǎng)損降低10%5）符合環(huán)保要求。與“九五”電網(wǎng)管理工作的目標(biāo)相比，具有 3 個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是突出 提出了商 業(yè)化運(yùn)營，增加 10%供電能力的具

20、體指標(biāo)；二 是 供電可靠性、電能質(zhì) 量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要 求高了（“九五”的目標(biāo)為：供電可靠性 99.7%99.9%、電壓合格率95%網(wǎng)損降低1.2%2.0%）;三是增加了環(huán)保要求。顯然，為了實(shí)現(xiàn)上述這些目標(biāo)，必需同時(shí)啟動(dòng)城 網(wǎng)一次系統(tǒng)和二次自動(dòng)化的建設(shè)和改造。由于各個(gè)城網(wǎng)情況不同，投資水平有限，所需解決的問題和先后順序也 不一樣。因此，當(dāng)前的城網(wǎng)建設(shè)改造，只能采取“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施”的方針。6.1 一次系統(tǒng)規(guī)劃涉及的主要 內(nèi)容（1）負(fù)荷預(yù)測（要求年誤差w 5% ;（2）電壓等級（要求高/中/低電壓等級W4 ）;（3）接地方式（中壓 ）;（4）網(wǎng)絡(luò)接線（含饋線負(fù)載率 /短路容量 ）;（5）變電站

21、（含變壓器容載比 ）;（ 6 ）無功補(bǔ)償（含電壓 / 無功優(yōu)化 ）;（ 7）潮流及可靠分析（僅計(jì)及一次規(guī)劃 ）;（ 8）網(wǎng)損分析（僅計(jì)及一次規(guī)劃 ）。6.2 二次自動(dòng)化規(guī)劃涉及的主 要內(nèi)容（1）配電管理系統(tǒng)（SCADA/DMS;（2）負(fù)荷管理系統(tǒng)（LM） ;3）電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（AMR; 4）地理信息系統(tǒng)（GIS）;（5）管理信息系統(tǒng)（輸/變/配/用電管理）；（6）變電站 / 開關(guān)站自動(dòng)化（含無人值班 ）；（7）饋線自動(dòng)化（含環(huán)網(wǎng)控制 ）；（8） 通信網(wǎng)絡(luò)（縱向 /橫向系統(tǒng)集成 ）。當(dāng)前的任務(wù)，就是根據(jù)城網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展，通過上述一二次系統(tǒng)的統(tǒng)一 規(guī)劃和分 步實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)城網(wǎng)建設(shè)改造的目標(biāo)。規(guī)劃必

22、然涉及投資。雖然這次城網(wǎng)建設(shè)改造投資力度很大，但由于“欠 帳”太多， 仍然存在投資有限的問題。這就需要一二次緊密結(jié)合、相互支持、綜合優(yōu)化 ，不放棄 任何一個(gè)節(jié)約或推遲投資機(jī)會，并考慮到電力市場發(fā)展和電力電子技術(shù)的應(yīng) 用可能帶 來的影響，使投入的系統(tǒng)和設(shè)備具有較長的生命周期。第七章 一二次系統(tǒng)的相互支持和綜 合優(yōu)化為了實(shí)現(xiàn)城網(wǎng)建設(shè)改造的預(yù)期目標(biāo)，一二次系統(tǒng)之間有些方面相互攸關(guān) ，需要或 可以相互支持和綜合優(yōu)化。7.1 負(fù)荷預(yù) 測負(fù)荷預(yù)測是城網(wǎng)建設(shè)改造規(guī)劃的基礎(chǔ)，它既是規(guī)劃一次系統(tǒng)的建設(shè)改造 （在規(guī)劃 年限內(nèi)，新建或改造變電站、開關(guān)站、線路等的數(shù)量、位置和規(guī)模）的依據(jù) ，也是開 展二次自動(dòng)化工作（

23、新建或改造負(fù)荷管理系統(tǒng)、電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等的模式、步 驟和規(guī)模） 的依據(jù)。和用于調(diào)度的短期負(fù)荷預(yù)報(bào)不同，城網(wǎng)規(guī)劃用的負(fù)荷預(yù)測，短期為1 a,長期為510 a,并采用滾動(dòng)修正的方式來保證其精確度（一般要求年誤差w5%。寸要預(yù)報(bào)饋線的負(fù)荷年增長率及基于地產(chǎn)使用（居民、商業(yè)、工業(yè)、機(jī)關(guān)學(xué)校等）和 社會經(jīng)濟(jì) 因數(shù)（城市分區(qū)大小和數(shù)量、飽和區(qū)數(shù)、密度、能量因數(shù)、負(fù)荷因數(shù)及多樣 性等）所決定的今后負(fù)荷水平這里，城網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測分區(qū)、經(jīng)常性的地產(chǎn)使用和社會經(jīng)濟(jì)因數(shù)的數(shù)據(jù)登 錄，二次 自動(dòng)化中離線設(shè)備管理和在線的地理接線，均與地理信息有關(guān)。因此，自動(dòng) 化中的地 理信息系統(tǒng)提供城網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測服務(wù)，將顯著提高其使用水平。城

24、網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測 軟件與地 理信息系統(tǒng)相結(jié)合，可在任一閉合的多邊形內(nèi)，統(tǒng)計(jì)檢索修改有關(guān)數(shù)據(jù)，并 據(jù)此進(jìn)行 負(fù)荷分析和預(yù)測，大大提高滾動(dòng)修正、隨時(shí)預(yù)測和查閱負(fù)荷的方便性。7.2 節(jié)約或推遲投 資城網(wǎng)建設(shè)改造工作中，投資最大的是依據(jù)負(fù)荷預(yù)測所進(jìn)行的一次系統(tǒng)的 變電站、 開關(guān)站和線路的建設(shè)改造。7.2.1 變電站 城網(wǎng)的高壓變電站，大部分屬于子輸電系統(tǒng)的終端變電站。傳統(tǒng)的變電站設(shè) 計(jì)，占地 面積大、基建任務(wù)重、自動(dòng)化水平低、且多為有人值班設(shè)計(jì)。隨著綜合自動(dòng) 化和無人 值班技術(shù)的推廣，性能價(jià)格比明顯提高。但現(xiàn)在投入的大多數(shù)綜合自動(dòng)化無 人值班變 電站，仍為大控制室的集中布置設(shè)計(jì)，沒有充分發(fā)揮綜合自動(dòng)化無人值

25、班技 術(shù)中二次 自動(dòng)化隨一次設(shè)備分散布置、以少量通信電纜取代大量的信號電纜、取消大 控制室的 樓房和電纜溝設(shè)計(jì)、大大節(jié)約用地和相關(guān)的基建工程量的特點(diǎn)。應(yīng)該注意的是，依靠少量通信電纜實(shí)現(xiàn)分散布置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，系 以軟件組 態(tài)取代現(xiàn)場大量繁瑣的信號電纜的點(diǎn)對點(diǎn)調(diào)試。因此，還可以使自動(dòng)化系統(tǒng) 的工廠驗(yàn) 收（FAT和現(xiàn)場一次設(shè)備的安裝施工 同時(shí)進(jìn)行，以加快整個(gè)變電站的工程進(jìn)度。此外，為了檢修或故障時(shí)的備用切換，變電站經(jīng)常配置 2臺容載比為 2 的變壓器 如與自動(dòng)化相配合，切換時(shí)部分負(fù)荷可轉(zhuǎn)移到相鄰變電站，以節(jié)約或推遲所 需的增容 投資。7.2.2 開關(guān) 站城網(wǎng)的中壓開關(guān)站，屬配電系統(tǒng)范疇，比高壓變

26、電站的建設(shè)改造簡單得 多，現(xiàn)已 進(jìn)入綜合自動(dòng)化和無人值班技術(shù)的推廣階段。我國以10 kV為主的配網(wǎng)開關(guān)站，其二次自動(dòng)化已 能作到將饋線的測量、控制、 保護(hù)和通信接口集成在開關(guān)柜上，首先實(shí)現(xiàn)了配電系統(tǒng)中一二次設(shè)備一體化 的“零的 突破”。因此，最好選用那些一二次設(shè) 備統(tǒng)一集成好、并具有串行通信接口供遠(yuǎn)方監(jiān)控 用的開關(guān)設(shè)備，用以簡化投資和施工安裝層次?；蛟谶x用開關(guān)時(shí)對柜門的防 震能力和 間隔尺寸提出要求，以便開孔施工安裝集成化的測量、控制和保護(hù)自動(dòng)化設(shè) 備。7.2.3 網(wǎng)絡(luò)接 線城網(wǎng)的線路建設(shè)和改造，包括高壓主網(wǎng)、中壓環(huán)網(wǎng)和低壓配網(wǎng)。其中， 通過一二 次系統(tǒng)綜合優(yōu)化與投資節(jié)約密切相關(guān)的，主要是中壓

27、環(huán)網(wǎng)線路的建設(shè)和改造 。當(dāng)前，中壓環(huán)網(wǎng)是配網(wǎng)建設(shè)改造的一個(gè)熱點(diǎn)。這不僅是為提高供電可靠 性所必需， 而且還可簡化接線和節(jié)約投資。因?yàn)?，傳統(tǒng)上為了保證輻射形饋線供電的可 靠性，通常在變電站側(cè)采用雙母線和旁路代等復(fù)雜接線。改為環(huán)網(wǎng)后，完全可由具有 雙側(cè)供電 能力、負(fù)荷可轉(zhuǎn)移到饋線出口側(cè)的環(huán)網(wǎng)來保證。此外，同一輻射形饋線改為環(huán)網(wǎng)并通過自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的分段控制后， 在同樣滿 足 99.99%可靠性要 求的前提下，如線徑允許還可成倍增加供電的用戶數(shù)，以節(jié)約或推 遲所需的增容投資。因此，一次網(wǎng)絡(luò)接線應(yīng)與二次環(huán)網(wǎng)（或網(wǎng)格）控制綜合考慮，并認(rèn)真計(jì) 算有關(guān)饋 線的負(fù)荷率7.3 可靠供 電供電可靠性是城網(wǎng)建設(shè)改造

28、的一個(gè)重要目標(biāo)。涉及到高壓主網(wǎng)、中壓環(huán) 網(wǎng)和低壓配網(wǎng)。高壓主網(wǎng)一般按“ N?1的可靠性原則來規(guī)劃，一二次系統(tǒng)關(guān)系密不可分的是中 壓環(huán)網(wǎng)的安全控制。配電系統(tǒng)的安全控制和輸電系統(tǒng)不同。輸電系統(tǒng)中，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的 緊急控制 和系統(tǒng)解列后的恢復(fù)控制，是分別由專設(shè)的繼電保護(hù)、重合閘和SCADA/EM的故障診斷恢復(fù)控制應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)。而配電系統(tǒng)中，故障時(shí)的故障識別和恢復(fù)供電 ，統(tǒng)一由 環(huán)網(wǎng)集成化的“故障定位、隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電系統(tǒng)”來完成。這里，控制 環(huán)網(wǎng)分段 開關(guān)的控制器（FTU，不僅集成了測量、控制和保護(hù)等功能，而且還包括了開關(guān)投切 時(shí)所需的操作電源。這是配網(wǎng)安全控制的一大特點(diǎn)，也是配電系統(tǒng)中一二次

29、 設(shè)備緊密 結(jié)合、實(shí)現(xiàn)“一體化”的又一個(gè)例子。中壓配網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)控制，牽涉到負(fù)荷、走向、分段、架空、電纜等問題。 因此，一 二次系統(tǒng)緊密結(jié)合的“故障定位、隔離和自動(dòng)恢復(fù)供電系統(tǒng) ”，必需統(tǒng)籌兼顧優(yōu)化設(shè)計(jì)。 對于架空裸線，還需要考慮 70%瞬時(shí)故障的特點(diǎn)，增設(shè)必 要的重合器，對自動(dòng)化提出故 障測距，便于尋找和排除故障，以期快速恢復(fù)故障段供電等要求。涉及中壓配網(wǎng)安全供電、與一二次系統(tǒng)密切相關(guān)的還有一個(gè)系統(tǒng)中性點(diǎn) 的接地問 題。在小電流接地系統(tǒng)中，接地選線一直是一個(gè)難點(diǎn)問題。近年來國內(nèi)興起 的消弧線 圈接地，可以自清 70%架空裸線的瞬時(shí)接地故 障；但對于永久性故障 的選線問題，是交 由自動(dòng)補(bǔ)償?shù)南【€

30、圈控制器去統(tǒng)一解決，還是仍由自動(dòng)化來處理，需結(jié)合 配網(wǎng)實(shí)際， 通過一二次系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合來妥善解決。7.4 供電質(zhì) 量配網(wǎng)供電質(zhì)量主要反映在電壓水平上，城網(wǎng)建設(shè)改造目標(biāo)中，對電壓合 格率提出 98%的明確要求。城網(wǎng)中高中低三級電壓的合格率，涉及負(fù)荷和電網(wǎng)發(fā)輸配能力的匹配， 由輸電、 子輸電和配電系統(tǒng)分級負(fù)責(zé)。調(diào)控能力決定于一次系統(tǒng)，調(diào)控手段則由自動(dòng) 化來實(shí)現(xiàn)。城網(wǎng)的調(diào)控能力主要反映在變電站級的變壓器有載調(diào)壓和電容補(bǔ)償、饋 線級的分布電容器和電壓調(diào)整器、以及變電站變壓器和饋線間的各種負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。 調(diào)控手段則分別由子輸電系統(tǒng)的SCADA/EM和配電系統(tǒng)的SCADA/LM/DM來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意的是，

31、某些重要用戶對供電的質(zhì)量具有較高的要求，并不滿足于 98%的電壓合格率。這涉及到“電力電子”技術(shù)的應(yīng)用，本文的第5 節(jié)將對此加以討 論。7.5 降低網(wǎng)損降低網(wǎng)損是城網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)主要目標(biāo)，這主要依靠一次系統(tǒng)合理的 規(guī)劃和運(yùn)行。但一二次系統(tǒng)的有效配合，通過自動(dòng)化還可使網(wǎng)損進(jìn)一步降低。據(jù)國外文獻(xiàn)報(bào)道，一般配網(wǎng)網(wǎng)損約占整個(gè)電網(wǎng)能量輸出的5%，通過自動(dòng)化可在此基礎(chǔ)上再減少 10%（即整個(gè)配網(wǎng)的 0.5%）。因此，在我國配網(wǎng)網(wǎng)損較高的情況下，自 動(dòng)化更應(yīng)有所作為。用自動(dòng)化系統(tǒng)降低網(wǎng)損需有一次系統(tǒng)支持。如通過自動(dòng)化轉(zhuǎn)移負(fù)荷、根 據(jù)負(fù)荷平 衡原則減 少網(wǎng)損時(shí)，有關(guān)變壓器和饋線必需具有較高的容載比和負(fù)荷率。

32、 國外經(jīng)驗(yàn) 數(shù)據(jù)還表明，在環(huán)網(wǎng)上進(jìn)行“一開一合”和在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行“兩開兩合”的負(fù) 荷轉(zhuǎn)移， 通過負(fù)荷平衡所減少的網(wǎng)損可望從百分之幾提高到 10%。饋線級分布電容的就地補(bǔ)償和變電站級電壓無功的綜合優(yōu)化，更是用自 動(dòng)化來降低網(wǎng)損，改善供電質(zhì)量提高配電能力的有力措施，但同樣也都離不開一次設(shè) 備的支持。7.6 提高供電能力提高 10%的供電能力，是城網(wǎng)建設(shè)改造、推動(dòng)國民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的一個(gè)最終目標(biāo)。這除了按一次系統(tǒng)規(guī)劃，對城網(wǎng)高中壓系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)改造外，還涉及到量大面廣 的低壓系 統(tǒng)建設(shè)改造和為千家萬戶增容所必需進(jìn)行的改線換表問題。電力具有發(fā)供用同步完成的特點(diǎn)，因此，提高供電能力與改善服務(wù)增加 用電必然是一個(gè)

33、問題的 2 個(gè)方面，這就為負(fù)荷管理、電量計(jì)費(fèi)等自動(dòng)化和供用電系統(tǒng) 的結(jié)合， 提供了廣闊前景。當(dāng)然，整個(gè)城網(wǎng)建設(shè)改造的綜合優(yōu)化，還應(yīng)包括一次系統(tǒng)和配電系統(tǒng)自 動(dòng)化本身 的綜合優(yōu)化在內(nèi)。如一次系統(tǒng)電壓等級的選擇、無功補(bǔ)償與有功容量的匹配 、節(jié)能變壓器的使用，配電系統(tǒng)自動(dòng)化從“多島自動(dòng)化”走向系統(tǒng)集成、支持SCADA功能的FTU和電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等。第八 章 電力市場 的挑戰(zhàn)我國電力市場的啟動(dòng)，標(biāo)志著我國的電力工業(yè)已發(fā)展到一個(gè)新的階段： 由長期缺 電轉(zhuǎn)向提高供電能力，由行政管理轉(zhuǎn)向“公司化改組、商業(yè)化運(yùn)營、法制化 管理”。雖然電力市場由當(dāng)前的發(fā)電市場開放到面向大用戶的配電市場尚需相當(dāng) 長的時(shí)間， 但是，

34、為了適應(yīng)當(dāng)前供需關(guān)系的轉(zhuǎn)變和今后電力市場的發(fā)展，一些在長期缺 電和壟斷 經(jīng)營下所遺留下來的產(chǎn)物和運(yùn)行機(jī)制，已面臨必要的改造；當(dāng)前城網(wǎng)建設(shè)改 造所投入 的系統(tǒng)和設(shè)備，也要顧及不致因今后系統(tǒng)發(fā)展或技術(shù)進(jìn)步而重復(fù)建設(shè)甚至推 倒重來。 這里，首先涉及的是負(fù)荷管理系統(tǒng)、電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)。8.1 負(fù)荷管 理系統(tǒng)長期缺電期間，對用戶限電拉閘實(shí)施計(jì)劃用電的負(fù)荷控制，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)移感到停電的負(fù)荷管理（LM上來。當(dāng)代的負(fù)荷管理，主要是按事先編制好的負(fù)荷管理方案，通過饋線降壓 按編組周期輸流短時(shí)啟停用戶的可控負(fù)荷（空調(diào)、熱水器等），來實(shí)現(xiàn)用戶 電的負(fù)荷管理。此外，還應(yīng)積極開展基于分時(shí)電價(jià)的需方用電管理（ DS

35、M） 需方的積極性來參與負(fù)荷管理。供方負(fù)荷管理與需方用電管理相結(jié)合，必將有力地改善配電系統(tǒng)的負(fù)荷為隨后電力市場的開展打下基礎(chǔ)。8.2 電量計(jì) 費(fèi)系統(tǒng)過去壟斷經(jīng)營時(shí)期的電量計(jì)費(fèi)，主要是供方查表、用戶繳費(fèi)、逾期罰款系方式。城網(wǎng)建設(shè)改造中，正在進(jìn)行量大面廣的“一戶一表”建設(shè)。無論從當(dāng)前化運(yùn)營”或今后的“配電市場”來看，都應(yīng)盡可能地考慮到計(jì)費(fèi)信息的雙向中用戶遠(yuǎn)方讀表和中小用戶智能卡）以及和銀行結(jié)算的關(guān)系問題?！巴对V熱線處理”是供方和廣大用戶建立雙向聯(lián)系的又一渠道。因此，線路和“一戶一表”的建設(shè)改造時(shí)，一二次系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期建立用戶（含物業(yè)管理）分級分片雙向通信的聯(lián)系機(jī)制，提高供電服務(wù)水平。8.

36、3 管理信 息系統(tǒng)到用戶不減載、或不感到停，用以調(diào)動(dòng)曲線，并的單向聯(lián)的“商業(yè)通信（大進(jìn)行低壓一個(gè)面向輸配電的分設(shè)。但為保證電力市場交易的公平、公正和公開，當(dāng)前用于發(fā)輸電和今后用于 能量交易系統(tǒng)，必需和傳統(tǒng)上保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的能量管理或配電管理系統(tǒng)因此基電力生產(chǎn)和消費(fèi)同步完成的特點(diǎn)，又決定了能量交易和安全生產(chǎn)的不可分性于 Intranet/Internet以瀏覽器為特征，稱之為電子商務(wù)或網(wǎng)絡(luò) 交易的能量交易系統(tǒng)， 將通過網(wǎng)絡(luò)交換器與實(shí)時(shí)運(yùn)行保證電網(wǎng)安全的能量管理或配電管理系統(tǒng)相連 ，用以建 立“公開訪問的同時(shí)信息系統(tǒng) OASIS”。顯然，傳統(tǒng)上以專用網(wǎng)、專用信道和圖形用戶界面為特征的管理信息系統(tǒng)

37、（MIS）,不適于提供電力交易使用。這就提出了一個(gè)問題：是使傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng) 和今后的 交易信息系統(tǒng)并行發(fā)展，還是對現(xiàn)有的 MIS進(jìn)行改造，使之適應(yīng)今后電力市 場的發(fā)展。 事實(shí)上，一些面臨發(fā)電市場壓力的網(wǎng)省級調(diào)度中心，已經(jīng)按后者行事并已改 造就緒了。第九 章 電力電子 技術(shù)的應(yīng)用缺電局面的改觀和電力市場的興起，必然導(dǎo)致用戶對供電質(zhì)量要求的提 高。在城 網(wǎng)建設(shè)改造中，對電壓合格率要求達(dá)到 98%，已能滿足絕 大多數(shù)一般用戶的要求。但是， 配網(wǎng)在正常狀態(tài)下仍然存在一些可能發(fā)生的瞬間擾動(dòng)或波形畸變問題，如瞬 時(shí)故障時(shí) 重合閘動(dòng)作產(chǎn)生的瞬時(shí)失電，鄰線故障或沖擊負(fù)荷產(chǎn)生的瞬時(shí)欠壓，異相故 障時(shí)產(chǎn)生 的

38、瞬時(shí)過壓、雷電或電容投切操作時(shí)產(chǎn)生的瞬變過程，以及非線性負(fù)載所產(chǎn) 生的諧波 污染等。這對某些對供電質(zhì)量要求較高的重要用戶，如銀行、醫(yī)院、機(jī)場、 數(shù)據(jù)處理 中心等，都是不能容忍的。特別是隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展和普及（如現(xiàn)代 化的生產(chǎn) “流水線”等），這些擾動(dòng)的影響面和所帶來的危害就愈大。這時(shí)，就要求 助于電力 電子技術(shù)中面向供用電的“用戶電力”。配網(wǎng)供電中的瞬間擾動(dòng)和波形畸變問題，既可由用戶側(cè)，也可由供電側(cè) 來解決。當(dāng)前，主要是根據(jù)需要針對性地在用戶側(cè)分別安裝不停電電源（ UPS、電壓調(diào)整器、避雷器、濾波器、靜止補(bǔ)償器等來解決問題。但分析和實(shí)踐表明，隨著這類 用戶的不 斷增加，總的投資和損耗將大幅度上升，質(zhì)量的改善也有限，倒不如轉(zhuǎn)由供 方來統(tǒng)一解決為好。這也就是為什么 1988 年由美國電力科學(xué)院 N.G.Hingorani 博士所提出的“用戶電力” （Custom Power）,近年來越來越引起人們關(guān)注的原因所在。所謂“用戶電力”，是指供