本发明涉及一种基于用户行为的户均配变容量的配置方法，属于电力行业配电网规划
技术领域：
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背景技术：
：户均配电变压器容量的研究是地区配电系统规划的重要内容，直接关系到该地区电力供应的可靠性以及改造的经济性评价，因此合理的选择户均配电变压器容量，不仅可以有效地指导供用电部门进行合理经济地投资，还对配电变压器的节能经济运行也起着关键作用，更关乎国计民生和社会的稳定发展。由于用电负荷和用电密度的急剧增加，配电变压器的应用越来越广泛，数量也越来越多，容量越来越大，变压器的初始投资及其电能的损耗在经济上都相当可观。所以在选择户均变压器容量时，既要使变压器的运行成本尽可能小，又不能使变压器容量过大导致初始投资成本过大，变压器容量的选取要将节能性与经济性相统一。户均配变容量受行政区为因素、经济发展人民生活水平提高因素、电力需求接近饱和时期的户均配变容量水平等因素的影响。户均配变容量是体现一个区域配网供电能力的重要指标，但是在户均配变容量指标得到重视、户均配变容量得到提升、居民生活的改善的同时，也存在以下问题：1、户均配变容量是体现一个区域配网基础建设、供电能力的关键指标，合理配置是解决用电卡脖子、大马拉小车现象的关键措施，但事实表明：国内尚无户均配变容量相应的技术原则；2、户均配变容量的提高会满足用户的用电需求，但户均配变容量过高会导致电力设备轻载甚至空载，造成电力部门及国家投资浪费，经济效益差，所以在满足用户的需求的同时必须产生良好的经济效益。目前，我国户均配变容量选取缺少技术及经济原则，户均配变容量的系统研究还处于初级阶段。技术实现要素：针对上述现有技术中描述的不足，本发明的目的是提供一种能避免用电2卡脖子2、2大马拉小车2现象的发生，并能对户均配变容量的经济性进行评价的基于用户行为的户均配变容量的配置方法。为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于用户行为的户均配变容量的配置方法，步骤如下：步骤S1，对居民负荷进行计算得出计算负荷Pjs。步骤S2，计算配电变压器的负载率β，并结合步骤S1得出的计算负荷Pjs，计算配电变压器容量S和配电经济运行区间。计算配电变压器的负载率β的具体步骤如下：1)、配电变压器的综合有功损耗ΔPz。配电变压器的综合有功损耗ΔPz的计算式为：ΔPz＝Poz+β2Pkz(4)；Poz＝Po+KGIo％Sε×10-2(5)；Poz＝Pk+KGUk％Sε×10-2(6)；式中，ΔPz——配电变压器的综合有功损耗，单位kW；Poz——配电变压器的综合空载损耗，单位kW；Pkz——配电变压器的综合短路损耗，单位kW；KG——无功当量，一级配电变压器取0.02～0.04，二级配电变压器取0.05～0.07，三级配电变压器取0.08～0.1；β——配电变压器负载率；Po——配电变压器的空载损耗；Pk——配电变压器的短路损耗；I0％——配电变压器的空载电流百分比；Uk％——配电变压器的短路电压百分比；Sε——配电变压器的额定容量，单位kVA；2)、计算配电变压器的运行效率η；配电变压器的运行效率η的计算公式如下：其中，ΔP％是指配电变压器运行的有功损耗百分数，P1是指配电变压器运行的有功功率；3)、计算配电变压器的负载率β；根据配电变压器的综合有功损耗ΔPz和配电变压器的运行功率η计算配电变压器的负载率β；由步骤2)中的式(8)可知，当为定值的时候，配电变压器的运行效率η与配电变压器的负载率β大小有关，且具有最大值；取η对β求导，其值为0时，得到最大运行效率对应的配电变压器的负载率，即最佳负载率β0，最佳负载率β0的计算公式如下：4)、对最佳负载率β0进行修订；在实际运行过程中，如果按照最佳负载率β0来选择配电变压器容量，极易形成大马拉小车的局面，造成配电变压器的不经济运行；所以需要对最佳负载率β0进行修订，根据非线性的负荷曲线进行修订最佳负载率β0；非线性的负荷曲线中始终存在一个损耗最低点，损耗最低点对应的负载率称为综合功率经济负载系数βJZ，综合功率经济负载系数βJZ的计算公式为：式中：βJZ——配电变压器综合功率经济负载系数；KT——负荷波动损耗系数，与负荷曲线的形状系数Kf的平方成正比，在1.00～1.2区间波动；负荷波动损耗系数KT的计算公式为：式中：Kf——负荷曲线的形状系数，在1.0～1.1区间波动；T——统计期时间，单位为小时；Ai——每小时记录的电量，单位为千瓦时；5)、计算经济运行区间；6)、根据四类供电区域的不同，通过对配电变压器的负载率β的优化实现对各自的经济运行区间进行优化；具体如下：A类供电区域：居民小区里可能会出现中型商业，所以尽量满足安全性，允许配变过载20％，但也避免出现大马拉小车的现象；B类供电区域和C类供电区域：在运行中要避免轻载，在最大负荷时满足应急照明、电梯的安全运行，在负荷逐年上升的过程中处于最佳经济运行区间；D类供电区域：在考虑农村负荷特性曲线的峰谷比较大，相较于波峰，农村负荷处于波谷时间较长，所以配电变压器的负载率应该避免配电变压器的长期低于临界负荷率运行，同时又应该满足农忙需求以及未来负荷增长需求，D类区域配变容量在结合农村负荷曲线特性、考虑未来负荷发展需求的前提下，以经济区间下限为依据，尽可能提高变压器的负载率；7)、根据计算负荷Pjs和优化后的配电变压器的负载率β计算配电变压器的容量S；配电变压器的容量S的计算公式如下：式中：Pjs——计算负荷；——补偿后的平均功率因数；β——配电变压器的负载率；S——配电变压器的容量；步骤S3，确定配电低压用户数n′；步骤S4，根据步骤S1、步骤S2和步骤S3计算户均配变容量Sav；步骤S5，对户均配变容量进行经济化分析。在步骤S1中，居民负荷按照用户的用电行为分为四类供电区域，分别为A、省会城市及重点城市的市区中心；B、省辖市市区；C、县城城区；D、农村。对于A类、B类和C类供电区域的计算负荷Pjs的计算方法采用负荷密度法；负荷密度法的计算公式如下：Pjs＝M×V(1)；M＝S×R×D(2)；式中：M—建筑面积；V—单位建筑面积负荷取值；S—占地面积；R—容积率，即一定地块内，总建筑面积与用地面积的比例；D—建筑密度，即一定地块内所有建筑物的占地面积与用地面积的比例；对于D类供电区域的计算负荷Pjs的计算方法采用自然增长率法；自然增长率法的公式如下：An＝A(1+α)n(3)；式中，An—规划区第n年负荷；A—规划区基础年的负荷；n—年份；α—年均增长率。在步骤S4中，户均配变容量Sav的计算公式如下：Sav——户均配变容量；Pjs——计算负荷；——补偿后的平均功率因数；β——配电变压器的负载率；n′——配电低压用户数。在步骤S5中，采用成本效益比分析法进行经济性分析，具体如下：1)、计算成本，所述成本包括配变投资成本及运行维护费和配变及配套设备的损耗费；1.1)、计算配变投资成本及运行维护费；a、计算配变投资成本；首先，收集配电站造价与相应的配电站容量的典型数据，拟合得到配电站投资模型；配电站投资模型如下：Zb＝a+bST＝a+bn″Sb(14)；式中：Zb——单座配电站的投资造价，万元；a，b——常数，由典型数据拟合而得；ST——配电站容量，kVA；n″——配电变压器台数；Sb——单台配电变压器容量，kVA；然后，计算配电站年投资成本；配电站年投资成本计算公式如下：式中：i——投资效益率，一般取10％；k——投资回收期，一般配电站可取20年；b、计算配电站的运行维护费；配电站的运行维护费计算公式如下：FV＝kVZb(16)；式中，kv——配电站年运行维护率；1.2)、计算配变及配套设备的损耗费；a、n″台配电变压器的年损耗费用为：式中：Po——配电变压器空载损耗，kW；ΔPk——配电变压器负载损耗，kW；SL——配电变压器最大视在功率，kVA；ST′——配电变压器年平均视在功率；t1——配电变压器年投入运行小时数，h；τmax——配电变压器的最大负荷损耗小时数，h；β1——电价，元/(kW.h)；b、低压配电线路的损耗费用为：FH＝NK2IpjRdzt2β1×10-3(18)；式中：N——配电变压器低压侧出口电网结构系数，单相两线制取2，三相三线制取3，三相四线制取3.5；K——负荷曲线的形状系数；t2——线路年供电时间，h；Rdz——线路导线等值电阻；Ipj——线路首端负荷电流的年平均值；c、高压配电线路的损耗费用计算式为：FL＝3I2Rt3β1×10-3(19)；式中：I——线路的相电流；R——线路每相导线的电阻；t3——高压配电线路运行时间；2)计算配变效益；对于电力企业，配变效益主要体现通过售电给用户所带来的年供电量所带来的效益；由配变供电给电力企业所带来的效益公式为：B1＝E×β1′(20)；式中：B1——电力企业向居民所收电费；E——居民用电量；β1′——供电公司购售电价差；对于A、B、C类地区用户，配变效益体现在减少供电中断造成供电企业损失电量和用户因为停电带来的损失，D类地区效益体现在供电中断供电企业损失；停电损失采用产电比法，数学模型为：OC＝EENS×β2(21)；式中：OC——停电损失费用，元；EENS——缺供电量，kWh；β2——产电比，元/kWh；根据产电比法，配电站内n″台配电变压器的年停电损失费用模型可表示为：式中：T′——配电变压器平均故障时间，h；f——负荷率，T′max/8760，T′max为配电变压器最大故障时间；——补偿后的平均功率因数；3)、计算成本效益比值；项目的成本为：C＝Fd+FV+Fs+FH+FL(23)；项目的效益为：B＝B1-OC(24)；项目投资建设的成本效益比的表达式为：当成本效益比V小于1时，效益大于成本，项目经济效益良好；否则，项目经济效益较差。本发明可以保障电网安全运行、降低电网损耗、提高供电可靠性和电能质量；能够有效地缩小配变容量要求、减少施工投入，提高电力公司人力、物力资源的利用率，达到节电和降低电网运行成本的目的。使得配电网能够最大限度地满足社会经济的发展和人民生活水平的提高对用电的需求。具体实施方式实施例：一种基于用户行为的户均配变容量的配置方法，步骤如下：步骤S1，对居民负荷进行计算得出计算负荷Pjs。居民负荷按照用户的用电行为分为四类供电区域，分别为A、省会城市及重点城市的市区中心；B、省辖市市区；C、县城城区；D、县域。根据家庭电气化水平选取各类供电区域的用电指标如表1所示：表1对于A类、B类和C类供电区域的计算负荷Pjs的计算方法采用负荷密度法；城市平均负荷密度是一个反映城市和人民生活水平的综合指数。负荷密度法是根据对不同规模城市的调查，参照城市发展规划、人口规划、居民收入水平增长情况等，用每平方公里面积用电负荷，来测算城镇负荷水平。由于城市的经济和电力负荷常有随同某种因素而不连续(跳跃式)发展的特点，因此应用负荷密度法是一种比较直观的方法。负荷密度法的计算公式如下：Pjs＝M×V(1)；M＝S×R×D(2)；式中：M—建筑面积；V—单位建筑面积负荷取值；S—占地面积；R—容积率，即一定地块内，总建筑面积与用地面积的比例；D—建筑密度，即一定地块内所有建筑物的占地面积与用地面积的比例。负荷密度法的关键是单位建筑面积负荷取值，其指标是根据不同性质建筑的用电负荷特点进行分类取值，该指标为规划区内同一类建筑用电归算至10kV电源侧的用电指标，而非某一建筑单体的单位建筑面积负荷指标。在计算总计算负荷时，应首先计算各地块内各类建筑用电负荷，该负荷值需考虑各类型建筑用电的需用系数，然后将各地块负荷相加，并考虑总同时系数，总同时系数取值宜为0.7～0.9。在负荷指标选取时，应根据建筑类别、规模、功能和等级等因素综合考虑，在特殊情况下，如超高层建筑、大型高科技工业厂房、研发设施和大型空调仓储建筑等，以及上述指标中未包括的建筑类型，应根据具体项目情况确定具体指标。单位建筑面积负荷指标的选取，既要考虑当前的经济发展水平，又要适应远期负荷增长的用电需要。在采用单位建筑面积用电负荷指标时，应明确所用指标值的含义，并应考虑各级同时系数。对于D类供电区域的计算负荷Pjs的计算方法采用自然增长率法；自然增长率法是根据历史负荷数据，研究分析历史负荷的自然增长规律，然后结合未来社会经济的发展情况，确定规划水平年电网负荷可能出现的增长率，然后根据确定的增长率推算出规划水平年的负荷。自然增长率法的公式如下：An＝A(1+α)n(3)；式中，An—规划区第n年负荷；A—规划区基础年的负荷；n—年份；α—年均增长率。步骤S2，计算配电变压器的负载率β，并结合步骤S1得出的计算负荷Pjs，计算配电变压器容量S和配电经济运行区间。计算配电变压器的负载率β的具体步骤如下：1)、配电变压器的综合有功损耗ΔPz；配电变压器的综合有功损耗ΔPz的计算式为：ΔPz＝Poz+β2Pkz(4)；Poz＝Po+KGIo％Sε×10-2(5)；Poz＝Pk+KGUk％Sε×10-2(6)；式中，ΔPz——配电变压器的综合有功损耗，单位kW；Poz——配电变压器的综合空载损耗，单位kW；Pkz——配电变压器的综合短路损耗，单位kW；KG——无功当量，一级配电变压器取0.02～0.04，二级配电变压器取0.05～0.07，三级配电变压器取0.08～0.1；β——配电变压器负载率；Po——配电变压器的空载损耗；Pk——配电变压器的短路损耗；I0％——配电变压器的空载电流百分比；Uk％——配电变压器的短路电压百分比；Sε——配电变压器的额定容量，单位kVA；2)、计算配电变压器的运行效率η；配电变压器的运行效率η的计算公式如下：其中，ΔP％是指配电变压器运行的有功损耗百分数，P1是指配电变压器运行的有功功率；3)、计算配电变压器的负载率β；根据配电变压器的综合有功损耗ΔPz和配电变压器的运行功率η计算配电变压器的负载率β；由步骤2)中的式(8)可知，当为定值的时候，配电变压器的运行效率η与配电变压器的负载率β大小有关，且具有最大值；取η对β求导，其值为0时，得到最大运行效率对应的配电变压器的负载率，即最佳负载率β0，最佳负载率β0的计算公式如下：4)、对最佳负载率β0进行修订；在实际运行过程中，如果按照最佳负载率β0来选择配电变压器容量，极易形成大马拉小车的局面，造成配电变压器的不经济运行；所以需要对最佳负载率β0进行修订，根据非线性的负荷曲线进行修订最佳负载率β0；非线性的负荷曲线中始终存在一个损耗最低点，损耗最低点对应的负载率称为综合功率经济负载系数βJZ，综合功率经济负载系数βJZ的计算公式为：式中：βJZ——配电变压器综合功率经济负载系数；KT——负荷波动损耗系数，与负荷曲线的形状系数Kf的平方成正比，在1.00～1.2区间波动；负荷波动损耗系数KT的计算公式为：式中：Kf——负荷曲线的形状系数，在1.0～1.1区间波动；T——统计期时间，单位为小时；Ai——每小时记录的电量，单位为千瓦时；5)、计算经济运行区间；利用最佳经济负载率、居民负荷波动损耗系数及经济运行区间的确立方法，可以计算出变压器的经济运行区间。根据常用配变的型号、参数，并计算出综合空载损耗、综合短路损耗、最佳负载率及经济运行下限负载率等参数，可以确定配电变压器最佳经济运行区间和经济运行区间。居民用配电变压器不同种类对应的最佳经济运行区间和经济运行区间如表2所示，表2居民用变压器种类最佳经济运行区间经济运行区间干式变26％～75％20％～100％油浸变19％～75％14％～100％由于一个区域电网的由各种型号容量配变的组成，若考虑所有配变的公共区间，则经济运行区间太小，对负荷的稳定性要求高，若考虑所有配变的最大区间，则在此区间内运行可能会导致非最佳经济运行区间，所以在考虑一个区域电网的配变经济运行区间可以取平均值。常用型号的最佳运行区间下限的平均值，为26％；取S9、S10、S11的常用型号的最佳经济运行区间的平均值，为19％。6)、根据四类供电区域的不同，通过对配电变压器的负载率β的优化实现对各自的经济运行区间进行优化；具体如下：A类供电区域：居民小区里可能会出现中型商业，所以尽量满足安全性，允许配变过载20％，但也避免出现大马拉小车的现象；B类供电区域和C类供电区域：在运行中要避免轻载，在最大负荷时满足应急照明、电梯的安全运行，在负荷逐年上升的过程中处于最佳经济运行区间；D类供电区域：在考虑农村负荷特性曲线的峰谷比较大，相较于波峰，农村负荷处于波谷时间较长，所以配电变压器的负载率应该避免变压器的长期低于临界负荷率运行，同时又应该满足农忙需求以及未来负荷增长需求，D类区域配变容量在结合农村负荷曲线特性、考虑未来负荷发展需求的前提下，以经济区间下限为依据，尽可能提高配电变压器的负载率；7)、根据计算负荷Pjs和优化后的配电变压器的负载率β计算配电变压器的容量S；配电变压器的容量S的计算公式如下：式中：Pjs——计算负荷；——补偿后的平均功率因数；β——配电变压器的负载率；S——配电变压器的容量。配电变压器容量的选择原则，如下：(1)装有一台配电变压器的变电所，主配电变压器的容量应满足全部用电设备计算负荷S30的需要，即ST≥S30；(2)装有两台配电变压器的变电所：每台配电变压器的容量应同时满足以下两个条件：a.任一台配电变压器单独运行，应满足计算负荷S30大约70％的需要，即ST≈0.7S30；b.任一台配电变压器单独运行，应满足全部一、二级负荷S30(I+II)的需要，即ST≥S30(I+II)；步骤S3，确定配电低压用户数n′。对于已建成或者有建设方案的小区直接统计户数，对于没有建设方案的小区需要进行用户数量预测。小区的居民用户数常采取的线性回归法、时间序列法等。1)线性回归法在统计学中，线性回归是利用称为线性回归方程的最小平方函数对一个或多个自变量和因变量之间关系进行建模的一种回归分析。这种函数是一个或多个称为回归系数的模型参数的线性组合。回归分析中，只包括一个自变量和一个因变量，且二者的关系可用一条直线近似表示，这种回归分析称为一元线性回归分析。如果回归分析中包括两个或两个以上的自变量，且因变量和自变量之间是线性关系，则称为多元线性回归分析。2)时间序列法时间序列，也叫时间数列、历史复数或动态数列。它是将某种统计指标的数值，按时间先后顺序排到所形成的数列。时间序列预测法就是通过编制和分析时间序列，根据时间序列所反映出来的发展过程、方向和趋势，进行类推或延伸，借以预测下一段时间或以后若干年内可能用户数达到的水平。其内容包括：收集与整理用户数量的历史资料；对这些资料进行检查鉴别，排成数列；分析时间数列，从中寻找用户数量随时间变化而变化的规律，得出一定的模式；以此模式去预测用户数量将来的变化情况。对于未建成的小区的用户数预测，可采用基于控规的用户数预测方法，根据城市的控规中各地块的用地性质、占地面积、容积率、建筑面积等详细数据参数，参考现有同区域或相似区域，对该小区的用户数进行预测。计算得到用户数n′的具体公式如下：式中：R——容积率；S——占地面积；D——建筑面积；Sav——户均面积。农村土地如果控规比较详细，也可采用上述方法，若不详细，则可采用时间序列法或者自然增长率法，根据现有人口数、农村人口增长率预测未来人口数，利用下面公式即可得到用户数n′：式中：N——为人口数；nav——户均人口数。为了更加准确，可参考农村类似的地块之后参考其人口密度、人口增长率及户均人口数进行修正。如果不能够在相同区域找到类似地块，则可找其他区域或其他城市的相似地块。步骤S4，根据步骤S1、步骤S2和步骤S3计算户均配变容量Sav。户均配变容量Sav的计算公式如下：Sav——户均配变容量；Pjs——计算负荷；——补偿后的平均功率因数；β——配电变压器的负载率；n′——配电低压用户数。步骤S5，对配变容量进行经济化分析。采用成本效益比分析法进行经济性分析，具体如下：1)、计算成本，所述成本包括配变投资成本及运行维护费和配变及配套设备的损耗费；1.1)、计算配变投资成本及运行维护费；a、计算配变投资成本；首先，收集配电站造价与相应的配电站容量的典型数据，拟合得到配电站投资模型；配电站投资模型如下：Zb＝a+bST＝a+bn″Sb(14)；式中：Zb——单座配电站的投资造价，万元；a，b——常数，由典型数据拟合而得；ST——配电站容量，kVA；n″——配电变压器台数；Sb——单台配电变压器容量，kVA；然后，计算配电站年投资成本；配电站年投资成本计算公式如下：式中：i——投资效益率，一般取10％；k——投资回收期，一般配电站可取20年；b、计算配电站的运行维护费；配电站的运行维护费计算公式如下：FV＝kVZb(16)；式中，kv——配电站年运行维护率；1.2)、计算配变及配套设备的损耗费；a、n″台配电变压器的年损耗费用为：式中：Po——配电变压器空载损耗，kW；ΔPk——配电变压器负载损耗，kW；SL——配电变压器最大视在功率，kVA；ST′——配电变压器年平均视在功率；t1——配电变压器年投入运行小时数，h；τmax——配电变压器的最大负荷损耗小时数，h；β1——电价，元/(kW.h)；b、低压配电线路的损耗费用为：FH＝NK2IpjRdzt2β1×10-3(18)；式中：N——配电变压器低压侧出口电网结构系数，单相两线制取2，三相三线制取3，三相四线制取3.5；K——负荷曲线的形状系数；t2——线路年供电时间，h；Rdz——线路导线等值电阻；Ipj——线路首端负荷电流的年平均值；c、高压配电线路的损耗费用计算式为：FL＝3I2Rt3β1×10-3(19)；式中：I——线路的相电流；R——线路每相导线的电阻；t3——高压配电线路运行时间；2)计算配变效益；对于电力企业，配变效益主要体现通过售电给用户所带来的年供电量所带来的效益；由配变供电给电力企业所带来的效益公式为：B1＝E×β1′(20)；式中：B1——电力企业向居民所收电费；E——居民用电量；β1′——供电公司购售电价差；对于A、B、C类地区用户，配变效益体现在减少供电中断造成供电企业损失电量和用户因为停电带来的损失，D类地区效益体现在供电中断供电企业损失；停电损失采用产电比法，数学模型为：OC＝EENS×β2(21)；式中：OC——停电损失费用，元；EENS——缺供电量，kWh；β2——产电比，元/kWh；根据产电比法，配电站内n″台变压器的年停电损失费用模型可表示为：式中：T′——配电变压器平均故障时间，h；f——负荷率，T′max/8760，T′max为配电变压器最大故障时间；——补偿后的平均功率因数；3)、计算成本效益比值；项目的成本为：C＝Fd+FV+Fs+FH+FL(23)；项目的效益为：B＝B1-OC(24)；项目投资建设的成本效益比的表达式为：当成本效益比V小于1时，效益大于成本，项目经济效益良好；否则，项目经济效益较差。当前第1页1 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