城市中压配电网接线模式分析.ppt

,中压配电网接线模式分析,10kV配电网接线模式 配电网接线模式分析基本思路 配电网的可靠性评估 配电网的经济性分析 最优分段数计算模型 配电网接线模式识别,研究背景网架结构是城市电网规划与改造工作中的一个重点。接线模式是网架结构的基本反映，它不仅牵涉到电网建设的经济性和可靠性，而且对于整个电力工业发展具有重要意义。目前，有关接线模式的优劣主要是定性的分析，还缺乏系统的基于科学计算的量化分析比较，因此，对中压配电网的各种接线模式进行综合的定量经济技术比较分析计算，从而得出一些规律性的结论是非常必要，也是很有意义的。,第一章 前言,第一章 引言,郑东新区概况,郑东新区属于规划新区，总体规划面积150km2，目前三环以内的市区面积为133km2。郑东新区进行高起点规划和高品位建设，在国际知名的6家规划设计单位的规划招标中，最后采用了日本黑川方案。该方案将“新陈代谢”、“共生城市”及“环形城市”的理念应用于郑东新区，体现了新颖的创意和独到的风格；构建了颇具匠心的“西南-东北走向历史文化生态发展轴”，汇聚了整个城市的精华；并对原郑州市总体规划进行了合理修正，结合京广、陇海两大铁路干线，提出了城市工业布局呈“V”字形扩展的设想；郑东新区未来将建设成为集商贸、行政办公、居住、仓储、物流、教育科研等多种城市功能于一体的综合城区。,第一章 引言,对国内外10kV接线模式的应用情况进行调查、收集资料，并就其特点、适用条件进行分析和论述。在一定的边界条件下，对各接线模式的可靠性和经济性等进行定量的分析计算，得出不同接线模式的使用条件。提出一种识别城市中压配电网接线模式的方法。利用该方法对郑东新区远景中压配网接线模式进行识别，得到郑东新区变电站间的联络关系以及所采用的各种接线模式所占比例情况。,研究内容,第二章 10kV配电网接线模式综述,10kV中压配电网由110kV变电站的10kV配电装置、开闭所、配电站和架空线路或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理地分配到用户。一般城市的网络由架空线和电缆线混合组成。,第二章 10kV配电网接线模式综述,在研究一个特定的供电区域内的10kV配电网的网络结构时，我们采取架空线路和电缆线路分开进行分析研究的方法，这样也不失一般性。,第二章 10kV配电网接线模式综述,2.1 架空线路接线模式,单电源线辐射接线模式,特点：比较经济，新增负荷较方便。但故障影响范围较大，供电可靠性较差。适用场合：城市非重要负荷和郊区季节性用户。,不同母线出线的环式接线,特点：可靠性较高，接线清晰、运行比较灵活。但线路投资有所增加。适用场合：负荷密度较大且供电可靠率要求高的城区。,第二章 10kV配电网接线模式综述,特点：网络中有三个电源，在正常运行时，每条线路均应留有50%的裕量。单从经济角度分析时，这种接线模式和不同母线出线的环式接线一样。,不同母线三回馈线出线的环式接线,两分段两联络接线模式,特点：每条线路的故障范围缩小，提高了可靠性和架空线的利用率，但由于需要在线路间建立联络线，从而加大了线路投资。适用场合：可应用于城网大部分地区。,第二章 10kV配电网接线模式综述,三分段三联络接线模式,2.2 电缆线路接线模式,单电源线辐射接线模式,特点：比较经济，新增负荷较方便。但故障停电时间长，影响范围较大，供电可靠性较差。适用场合：城市非重要负荷和郊区季节性用户。,特点：可靠性较高，接线清晰、运行比较灵活。但线路投资有所增加。适用场合：负荷密度较大且供电可靠率要求高的城区。,不同母线出线的环式接线,第二章 10kV配电网接线模式综述,第二章 10kV配电网接线模式综述,双电源双辐射接线,特点：可以使客户同时得到两个方向的电源，因此供电可靠性很高。适用场合：城市核心区，重要负荷密集区域等。,双接线模式,特点：这种接线即所谓的双环网，双环网中可以串接多个开闭所。（1）中串接2座开闭所，每条线路的最大负载率为50；（2）中串接3座开闭所，线路1和线路4最大负载率为67，线路2和线路3最大负载率为33，线路负荷分配不均；（3）中串接4座开闭所，每条线路的最大负载率为67，类似于架空线路的分段两联络接线模式，当其中一条线路故障时，整条线路可以划分为若干部分被其余线路转供，供电可靠性较高，运行较为灵活。适用场合：城市核心区、繁华地区，负荷密度发展到相对较高水平的区域。,（1）,（2）,（3）,不同母线连接开闭所接线模式,不同母线环网接线（三座开闭所）模式,特点：可以有效的解决变电站出线间隔和路径缺乏问题,接线方式灵活，适应性强,便于10kV电网分区分片,在故障状态下或检修时便于较大规模的负荷转移。适用场合：负荷中心距电源较远，或出线较多、线路走廊困难时。适合于成片开发的工业区、居住区、商业区等城市新区，或成片改造的城市旧区。,第二章 10kV配电网接线模式综述,“N-1”主备接线模式,第二章 10kV配电网接线模式综述,“3-1”接线模式,“4-1”接线模式,特点：供电可靠性较高，线路的理论利用率也较高，如“3-1”和“4-1”模式的线路利用率分别为67%和75%。适用场合：城市核心区、繁华地区，负荷密度发展到相对较高水平，而且存在大规模公用网的情况下。,第二章 10kV配电网接线模式综述,末端“3-1”环网接线模式,互为备用的主备接线模式,优点：避免了建设较长的专用联络电缆。也避免了两条线路满载而一条线路空载的运行情况。缺点：故障时线路之间的负荷转移较复杂，并且只适合于“3-1”主备模式。,特点：该模式相当于电缆线路的分段联络接线模式，每条馈线的最高负荷可以控制在该电缆安全载流量的67%。适用场合：架空线路逐渐发展成电缆网的情况。,2.3 国外接线模式简介,香港中华电力公司的典型闭环网（电缆）,第二章 10kV配电网接线模式综述,新加坡环式接线（电缆）,第二章 10kV配电网接线模式综述,3分段4连接方式（日本）,第二章 10kV配电网接线模式综述,巴黎中压仿垂形电网接线,第二章 10kV配电网接线模式综述,伦敦中压网孔型接线,第二章 10kV配电网接线模式综述,美国纽约双回线接线,第二章 10kV配电网接线模式综述,美国“46”网络接线,第二章 10kV配电网接线模式综述,第二章 10kV配电网接线模式综述,架空线路单电源线辐射接线不同母线出线的环式接线不同母线三回馈线出线的环式接线 分段联络接线 电缆线路单电源线辐射接线不同母线出线的环式接线双电源双辐射接线 双接线模式 不同母线环网接线（三座开闭所）不同母线出线连接开闭所接线主备接线模式,接线模式小结,第三章 配电网接线模式分析基本思路,接线模式分析的基本假设 配电网技术经济分析的总体思路各种接线模式的供电方案图,第三章 配电网接线模式分析基本思路,3.1 接线模式分析的基本假设,为了使研究更具有意义，在进行分析之前需要确定一些边界条件。对本次研究有影响的一些计算条件如下：,110kV/10kV变电站主变容量为50MVA，每个变电站配有2台或3台主变；变电所的负载率取为高负载率，即2台主变的变电站负载率取为65%，3台主变的变电站负载率取为87%；计算中功率因数统一取为0.9；,第三章 配电网接线模式分析基本思路,10kV电缆线路的截面统一取为400，架空线路的截面统一取为240；电压允许偏差范围为-3%+7%；各种接线模式均取其最高负载率，如单电源线辐射接线模式负载率取为100%；供电区域内的负荷点均匀分布，并适当加入人工干预。,计算经济性和可靠性时分别考虑了负荷密度为1.0，5.0，20.0，40.0，60.0，80.0，120.0（MW/km2）的情况，基本能够适应郑东新区近期和未来的负荷发展。,第三章 配电网接线模式分析基本思路,3.2 配电网技术经济分析的总体思路,由于配电网是直接面向用户的，所以在实际分析时，认为配电网是由若干小区组成的，且每个小区都由110kV变电站、10kV线路、开关设备等构成；同时为了研究方便，认为每个小区都是以110kV变电站为中心、以变电站的供电半径为半径的圆形供电区域。,第三章 配电网接线模式分析基本思路,10kV配电网的技术经济分析，主要比较经济性和可靠性两方面内容：,经济性分析主要思路:,110kV变电站年总费用,10kV线路的年总费用,该种接线年总费用,第三章 配电网接线模式分析基本思路,在变电所供电区域内，对于分别由各种接线模式组成的网架计算：,接线模式间的比较,二者相加,可靠性分析主要思路：,平均年故障率,故障时受影响用户数,对各个不同方案考虑每个元件的：,平均修复时间,转移负荷的情况,平均用电有效度指标（ASAI）,系统平均断电频率指标（SAIFI）,系统平均断电持续时间指标（SAIDI）,第三章 配电网接线模式分析基本思路,3.3 各种接线模式供电方案图,在进行各种接线模式之间的分析比较时，结合第二章的各种接线模式，可以给出几个供电方案图如下：,单电源线辐射接线的供电方案,第三章 配电网接线模式分析基本思路,三分段三联络接线的供电方案（架空线）,第三章 配电网接线模式分析基本思路,“3-1”主备接线的供电方案（电缆）,第三章 配电网接线模式分析基本思路,第四章 配电网的可靠性评估,配电网可靠性评估的基本方法各种接线模式的可靠性评估配电方案可靠性计算原始数据 可靠性计算结果分析,第四章 配电网的可靠性评估,4.1 配电网可靠性评估的基本方法,可靠性是与供电质量有关的一项基本指标；本次研究采用配电网可靠性评估的传统方法：故障模式后果分析法进行各种接线模式的可靠性计算；本文主要计算了三个指标：,系统平均用电有效度ASAI,系统平均断电频率 SAIFI,系统平均断电持续时间 SAIDI,ASAI用户用电小时数/用户需电小时数,SAIDI用户断电持续时间总和/用户总数,SAIFI用户断电总次数/用户总数,第四章 配电网的可靠性评估,4.2 各种接线模式的可靠性评估,以单辐射和手拉手接线模式为例，分析具体的可靠性计算思路：,母线故障,断路器故障,线路故障,由于手拉手接线模式可以转带负荷，因此可靠性比单辐射的情况有所提高；同种接线模式，分段数增多会使停电损失的用户数减少，从而使可靠性提高；,第四章 配电网的可靠性评估,4.3 配电方案可靠性计算原始数据,断路器的拒动率取2.11%，每次故障的平均等效开关操作时间（倒闸时间）取1.5小时。,在计算中使用的可靠性基础数据如下表所示。,第四章 配电网的可靠性评估,4.3 可靠性计算结果分析,可靠性负荷密度曲线,第四章 配电网的可靠性评估,针对七种不同负荷密度（1.0，5.0，20.0，40.0，60.0，80.0,120.0，单位MW/km2）下的各种接线模式的可靠性情况进行了计算并对结果进行了分析，作出了在典型变电站容量下的可靠性负荷密度曲线。,可靠性负荷密度曲线是指在一定的变电站容量下，配电网的可靠性指标ASAI和负荷密度之间的关系图。,第二篇 规划成果介绍,在同一接线模式下，配电网的可靠性随供电区域负荷密度的增加而增加。从配电网可靠性评估的结果来看，架空线的分段三联络接线模式为最优。电缆线路的双接线（3）和“N-1”接线模式最优。电缆的双接线（3）和“N-1”接线之间，架空线的手拉手接线和分段联络接线之间的可靠性数值相差不多，主要是未充分考虑线路的多重故障和联络开关的故障。,不同负荷密度下电缆线路的可靠性,不同负荷密度下架空线路的可靠性,第五章 配电网的经济性分析,配电方案经济计算的基本方法 配电网经济性基本参数的计算 中压10kV线路停电损失计算 配电方案的经济计算原始数据 各接线模式经济性比较和结果分析,第五章 配电网的经济性分析,5.1 配电网经济计算的基本方法,在变电站容量一定的情况下，对不同负荷密度：,确定变电所的供电区域；在此区域内，考虑各种接线模式的网架结构；对每一种方案计算其年总费用；根据年总费用的大小判断其经济性。,第五章 配电网的经济性分析,5.2 配电网经济性基本参数的计算,变电站,变电站综合投资,变电站运行费用,变电站年总费用,线路,线路的综合投资,线路年运行费用,线路的年总费用,线路年停电损失,现值转年值法,现值转年值法,第五章 配电网的经济性分析,需要注意的是：,在经济性计算时，需要考虑货币的时间价值，因此采用动态经济比较法，即将所有费用均折算为年费用进行比较。,计算中还需要考虑变电站的一些基本特征参数：变电站最大负荷、供电半径、单条出线最大负荷、变电站出线总数等。,所采用的基本参数以郑东新区的数值为准。,所有线路的末端电压必须符合相关规定。,第五章 配电网的经济性分析,5.3 中压10kV线路停电损失计算,电网供电总成本,投资成本,运行成本,缺电成本,缺电成本,缺电成本,即停电损失，是供电可靠性水平高低的直接经济体现。,5.3.1用户停电损失,指电力供应不完全可靠或预期不完全可靠时（即由于电力供应中断或不足而发生断电或限电时）社会所承担的全部经济损失。,停电损失又可分为直接损失和间接损失。其中直接损失较易确定，并且大部分可用货币估算出其损失；而间接损失造成的影响则不好估计。,在电力市场机制下,第五章 配电网的经济性分析,5.3.2停电损失的计算,产电比计算法,产电比 国民生产总值(GDP)/所消耗电能,第五章 配电网的经济性分析,第五章 配电网的经济性分析,配电系统的停电损失计算分为两个部分，即直接经济损失的计算和间接经济损失的计算。,直接经济损失,电力部门因为系统停电而少创造的经济效益。,间接经济损失,总停电损失,通过产电比计算而得的考虑停电所造成的社会影响的经济损失。,5.4 配电方案的经济计算原始数据,表5-2 变电站综合造价,表5-3 110kV双绕组变压器数据,表5-6 变电站及配电线路检修维护率,本文进行经济性计算时所取的参数数值如表5-1表5-6所示。表5-1 基本参数表格,第五章 配电网的经济性分析,表5-4 10kV线路技术数据,表5-5 不同负荷性质的电价情况,表5-6 变电站及配电线路检修维护率,第五章 配电网的经济性分析,5.5 各接线模式经济性比较和结果分析,下面针对七种不同的负荷密度下的各种接线模式的经济性情况进行了计算和分析，作出了在典型变电站容量下的总费用负荷密度曲线。,第五章 配电网的经济性分析,在同一种接线模式下，架空网和电缆网的总费用都随供电区域负荷密度的增加而下降。负荷密度较小时，各种接线模式的费用差异比较大，随着负荷密度的增大，各种接线模式的总费用差距逐渐减小。当负荷密度较低时，采用单辐射接线模式最经济。当负荷密度较大时，架空网采用可靠性和导线利用率较高的分断联络接线模式会更好，电缆网采用可靠性和导线利用率较高的双接线（3）和“N-1”接线模式会更好。,不同负荷密度下的电缆网总费用,不同负荷密度下的架空网总费用,第五章 配电网的经济性分析,5.6 郑东新区接线模式选择,第六章 最优分段数计算模型,线路最优分段数计算的必要性和基本原理最优分段数分析思路最优分段数计算结果分析,第六章 最优分段数计算模型,6.1 线路最优分段数计算的必要性和基本原理,在城网干线中为了使线路灵活运行；能适应负荷的发展和线路的分割；为了减少停电用户的数量和进行必须的相互的连接；提出在线路上需要进行相应的分段，因此就需要对各种接线模式的分段情况进行具体的分析。,第六章 最优分段数计算模型,当然，这也需要和成本的问题结合起来相平衡。因为经济性与可靠性这两个因素是相互矛盾的。,分段数增多,经济性变差,停电损失减小,可靠性增加,因此我们需要找出一个最优的分段 情况，使得在一定的边界条件下，总的经济性为最好。,投资增加,线路总费用,第六章 最优分段数计算模型,供电可靠率总费用曲线,D点是总费用最小的点，它所对应的线路分段数即为该接线模式的最优分段数！,第六章 最优分段数计算模型,因此，各种接线模式的比较步骤如下：,找出在不同的边界条件下的各接线模式的最优分段数情况；,经计算得到各接线模式在最优分段情况下的经济性和可靠性指标的数值；,进行接线模式之间的综合分析和比较。,得出最后结论。,第六章 最优分段数计算模型,6.2 最优分段数分析思路,在不同的负荷密度下，确定变电所的供电区域；在此区域内考虑不同分段情况的某一接线模式的网架结构；对每一种分段情况计算其年费用；根据各种方案年费用的大小选择出分段数最优的情况。,变电站容量,负荷密度,供电半径,最优分段数,第六章 最优分段数计算模型,通过具体计算和说明可以看出:,第六章 最优分段数计算模型,配网接线模式识别的提出 配网接线模式识别原理及方法 配网接线模式识别结果 结论,第七章 配电网接线模式识别,第七章 配电网接线模式识别,接线模式识别是指对实际的城市中压配电网识别出存在有哪些典型接线模式，统计出各接线模式在整个中压配电网接线中所占的比例。模式识别作为一种工具，可以对现有的网络或规划网络进行识别，有助于配电网规划设计人员理解该中压配电网的特征，从而实现对中压配电网网架结构的完整分析。实际的中压配电网网络结构复杂，数据量非常大，要识别出网络的接线模式，人工方法不可取。基于此，本次研究提出了一种基于网络拓扑分析和模式识别理论的城市中压配电网接线模式识别方法。,7.1 配网接线模式识别的提出,第七章 配电网接线模式识别,本文的识别方法基于网络拓扑分析和模式识别理论。网络拓扑分析是把用电气设备描述的物理模型转换为用节点和支路描述的数学模型，为接线模式的识别提供配电网各组成部分之间的电气联系信息，即为接线模式的识别提供样本集。模式识别理论则用于接线模式的识别。,7.2配网接线模式识别原理及方法,7.2.1 算法基础,第七章 配电网接线模式识别,7.2.2 识别方法,模式识别系统框图,预处理,建立接线模式识别系统的预处理主要包括以下三个方面：,（1）数据的完整性和一致性校验 分析的数据从AM/FM/GIS中提取，有可能出现数据丢失现象，这时需要进行完整性和一致性校验，以保证后续工作的正确性。,第七章 配电网接线模式识别,（2）网络拓扑分析 采用传统的网络拓扑分析方法。（3）联络分析 通过对联络开关的定位来实现联络分析。建立接线模式模型的目的在于为接线模式识别确立研究对象，整合原始数据，为特征提取作准备。,第七章 配电网接线模式识别,特征提取,提取接线模式的结构特性作为接线模式的特征。通过对城市中压配电网各典型接线模式的分析，从中抽取接线模式的电源点特征、联络线特征和导线类型特征作为各接线模式的典型特征。,第七章 配电网接线模式识别,识别,在接线模式的典型特征提取出来后，采用一定的模式识别方法进行识别，根据配电网典型接线模式结构特征比较明确、易于确定的特点，建立规则库，采用特征匹配的方法来识别城市中压配电网的典型接线模式。,第七章 配电网接线模式识别,根据郑东新区远景中压配电网络规划结果，该网络共有42座变电站、664条中压线路，将其录入模式识别系统中进行计算，可以得到郑东新区中压配网接线模式识别结果.,7.3 配网接线模式识别结果,第七章 配电网接线模式识别,第七章 配电网接线模式识别,郑东新区110kV变电站10kV线路接线模式统计,第七章 配电网接线模式识别,郑东新区110kV变电站10kV线路接线模式统计,第七章 配电网接线模式识别,郑东新区10kV线路接线模式统计,由上述表中数据可知，郑东新区远景中压配电网共采用了3种接线模式，其中以双环网为主，所占比例为66.87，其它两种接线方式为主备和双辐射，所占比例分别为21.68、11.45,各变电站间以禄庄、少室、三里河、东环、航南和古城变站间联络较多。,第八章 结论,1随着负荷密度的增大，各种接线模式因供电距离的缩短而使可靠性提高。负荷密度最大时，相应的供电可靠性最高。2对于完全由架空线组成的电网，可靠性由低到高的顺序依次是单辐射接线模式、手拉手接线模式、分段两联络接线模式和分段三联络接线模式。3对于完全由电缆线组成的电网，可靠性由低到高的顺序依次是单辐射接线模式、手拉手接线模式、双接线（1）、双接线（2）、“N-1”接线模式和双接线（3）即分段两联络接线模式。“N-1”接线模式中的N值越大，其可靠性将略有降低。,8.1 配电网可靠性评估,第八章 结 论,1随着负荷密度的增大，各接线模式的总费用减小。这是因为负荷密度增大而保持变电站容量不变，意味着供电半径将缩小，变电站到负荷的出线长度减短，线路投资也相应的减小，年总费用就会下降。2在各种架空线接线模式中，经济性指标（年总费用）由高到低的顺序依次是：手拉手接线模式、分段联络接线模式和单辐射接线模式。当负荷密度逐渐增大时，各接线模式之间的年总费用差距越来越小。此时，各种接线的经济性相差不大。3在各种电缆接线模式中，年总费用由高到低的顺序依次是：双接线（2）手拉手接线模式、双接线（1）、双接线（3）、“N-1”接线模式和单辐射接线模式。“N-1”接线模式中的N值越大，其年总费用降低。当负荷密度逐渐增大时，各接线模式之间的年总费用差距也在变小。,8.2 配电网经济性评估,第八章 结 论,1利用前文提出的配电线路最优分段数模型进行分析和计算，找出在不同的边界条件下各种接线模式的最优分段情况，从而得出了最优分段数和线路供电半径的对应关系表格。通过这些表格，工程技术人员就可以依据中压配电线路的主干线长度，查询出各种接线模式的最优分段情况了。2.当线路的供电半径取值一定时，最优分段数的值会受到负荷开关造价、产电比、线路故障率和修复时间、线路的线型和平均售电价等因素的影响而变化。这一点正好体现了最优分段数计算模型的良好的适应性。不同地区的电力系统的具体情况不同，因此线路的最优分段情况应该是不同的。对于一个特定的地区来说，以上的几个参数都是一定的，因此计算所得的线路最优分段情况也是一定的。,8.3配电线路最优分段数模型计算结论,第八章 结 论,1经过详细的计算发现，单辐射接线模式的经济性最好，但是其可靠性最差。而对于其他接线模式基本上是接线越复杂，其经济性就越好，可靠性也越高。因此郑东新区应该根据本市配电网的具体情况进行综合分析比较，选择最适合本市情况的接线模式。2对于以电缆线路为主的郑东新区推荐的接线模式如下：郑东新区负荷密度比较大，综合考虑各种电缆接线模式的可靠性和经济性情况，再结合各种接线模式之间相互转化的可操作性，建议未来郑东新区的电缆线路应更多采用双接线（3）即分段两联络接线模式，初期可以双接线（1）或双接线（2）模式供电。而对于一些负荷密度很高而负荷又比较集中，与周围的线路进行联络有一定困难的地区，可以考虑采用“N-1”接线模式。3在确定了配电网的接线模式以后，就可以根据供电区域的主干线路长度或者该区域的变电站容量和负荷密度情况来选择此种接线模式的最优分段数进行供电。,8.4针对郑东新区配电网规划和建设的一些建议,第八章 结 论,1提出了一种识别城市中压配电网接线模式的方法。该方法通过网络拓扑分析建立接线模式模型，凸现出分析对象；然后基于对中压配电网接线模式的分析与研究，建立接线模式识别规则库，再利用特征匹配方法实现接线模式识别。2郑东新区远景中压网络共有42座变电站、664条中压线路，将其录入模式识别系统中进行识别，发现郑东新区远景中压配网共采用了3种接线模式，其中以双环网为主，各变电站间以禄庄、少室、三里河、东环、航南和古城变站间联络较多，通过这些数据可以全面了解其中压配电网的特征，从而实现对中压配电网网架结构的完整分析。,8.5 配电网接线模式识别,第八章 结 论,