一种10kV配电网线路规划接入容量计算方法与流程

本发明涉及一种配电网线路规划接入容量计算方法。特别是涉及一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法。
背景技术：
：10kv线路配电变压器装接容量是电网规划及运维管理的一个热点和难点。10kv线路装接容量过高容易造成10kv线路的重过载运行，10kv线路装接容量较低又容易导致10kv线路的轻载运行，设备利用率低，浪费电力资源。同时，负荷发展还需要一定的时间，故在不同的负荷发展阶段10kv线路装接容量的多少还需要考虑负荷特性的因素、接线模式的因素等。10kv配电网用户接入系统是电网规划及运维管理的另一个热点和难点。随着不同负荷特性的10kv配电网用户的报装，10kv配电网用户的负荷发展趋势还不明确，不能快速有效确定其“置信负荷”。同时，已有10kv线路新增用户接入后其运行安全性、可靠性、适应性是否科学合理，这些都是亟需要解决的问题。在电网实际运行过程中，由于城市化程度差异、用户性质差异、负荷密度差异以及负荷成熟程度等差异，导致现有10kv线路装接配电变压器容量上限控制标准对实际电网建设、运行和管理的指导性有限。一方面某些区域存在线路挂接配电变压器容量远未达到上限要求，但已经出现负载率较高的问题，造成这种现象的原因主要为10kv线路所带配电变压器虽然容量较小，但配电变压器负荷较大，造成10kv线路的负荷较大。另一方面10kv线路装接配电变压器容量较大，但负载率较低，造成这种现象的原因是未能充分分析10kv线路所带负荷的负荷特性及没有考虑负荷发展的阶段，10kv线路所带配电变压器虽然容量较大，但配电变压器负荷还处于负荷发展阶段，配电变压器负荷较小，造成10kv线路负荷较小。因此，为解决上述问题，亟需开展10kv线路规划接入容量计算方法，给供电企业在10kv配电网规划、配电网用户接入规划和运维管理方面提供科学指导和有效依据。目前，10kv配电网线路规划接入容量的分析与计算涉及到许多方面，10kv配电网线路规划接入容量一般参考经验值定为12mva或者参考导则规定的数值，至今尚没有统一的10kv配电网线路规划接入容量计算方法。10kv配电网线路规划接入容量计算方法所涉及算法主要有：(1)10kv配电网用户同时率计算方法在电力系统中，负荷的最大值之和总是大于和的最大值，这是由于整个电力系统的用户，每个用户不大可能在同一时刻达到用电量的最大值，反映这一不等关系的系数就被称为同时率，一般为电力系统综合负荷与电力系统各组成单位的绝对最大负荷之和的比值。(2)快速聚类分析方法快速聚类开始时将所有样本聚为k类，计算所有样本到k类的中心点的距离，将距离近的归为一类，然后重新计算中心点，如此反复，直到达到要求。(3)10kv线路供电能力计算方法对于10kv线路而言，单回线路的负载能力除了取决于其控制的安全电流(主干导线的截面决定)外，还与接线模式息息相关。除单辐射线路因无法转供电，不能满足n-1安全准则，负载率允许运行至不高于80％的重载标准外，其余接线模式均能够满足n-1安全准则，相应的运行负载率也就低于80％。10kv线路供电能力的影响因素为导线截面(安全运行限额电流)、接线模式、装接配电变压器容量和负荷性质，10kv线路的安全电流决定了该线路所能允许的最大负荷，接线模式则决定了线路实际运行中所能允许的最大负载率。10kv线路的安全电流与允许运行的最大负载率之间存在相互制约的关系，10kv线路的供电能力主要由这两项指标综合构成。其他影响指标如装接配电变压器容量，决定了线路允许携带的最多配电变压器台数，10kv线路的负荷特性决定了配电变压器之间的同时率。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现供电公司10kv配电网精益规划和精准投资目的的10kv配电网线路规划接入容量计算方法。本发明所采用的技术方案是：一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法，包括如下步骤：1)对10kv配电网用户负荷分类进行负荷特性分析，具体是通过对负荷主要分类情况以及对供电企业营销部门业扩负荷分类进行分析，得出10kv配电网用户负荷的主要分类，并对所述的10kv配电网用户负荷的主要分类进行负荷特性分析；2)对10kv配电网用户负荷需用系数计算，具体是利用电力用户采集系统导出规划区配电变压器至少五年的历史负荷数据，选取至少8000个数据完整的、不同负荷分类的配电变压器作为研究样本；计算任意年不同负荷类别的配电变压器平均负荷需用系数，基于快速聚类分析方法，明确配电变压器负荷发展阶段；调研全国典型城市的配电变压器负荷需用系数，通过横向和纵向对比，确定适合规划区的不同负荷类别、不同发展阶段的10kv配电网用户负荷需用系数，进而确定报装用户的置信负荷；3)配电变压器同时率计算，具体是分别选取不同负荷类别的配电变压器各30台，依据同时率计算公式和最大负荷日的配电变压器整点负荷，计算单一负荷性质的10kv线路配电变压器同时率和两种负荷性质为主的10kv线路配电变压器的同时率；4)10kv线路供电能力计算，具体是与配电网规划进行无缝衔接，确定规划区的10kv线路接线模式，计算10kv线路供电能力；5)10kv配电网线路规划接入容量计算，具体是利用确定的10kv配电网用户负荷需用系数、10kv线路供电能力和配电变压器同时率，建立10kv线路规划接入容量数学模型并计算，最终确定不同接线模式、不同负荷发展阶段、不同负荷特性的10kv线路规划接入容量。步骤1)所述的负荷主要分类情况包括：按电力负荷所属行业分类有：城乡居民生活用电负荷和国民经济行业用电负荷：其中国民经济行业用电负荷包括：农、林、牧、渔、水利业用电负荷；工业用电负荷；地质普查和勘探业用电负荷；建筑业用电负荷；交通运输业用电负荷；商业、公共饮食业、宾馆、广告、物资供销和仓储业用电负荷；其他事业用电负荷；按不同用地性质分类包括有：工业负荷、居民生活负荷、商业金融负荷、行政办公负荷、交通运输负荷、文化娱乐负荷和教育科研负荷；按负载性质分类有：感性负荷和容性负荷；按电压等级分类有：220kv用户负荷、110kv用户负荷、35kv用户负荷、10kv用户负荷和0.4kv用户负荷；按供电可靠性分类有：一类负荷、二类负荷和三类负荷；按用户性质分类有：公网负荷和用户负荷；按负荷的大小分类有：最大负荷、最小负荷和平均负荷；按电能的生产和销售过程分类有：综合用电负荷、供电负荷和发电负荷。步骤1)所述的供电企业营销部门业扩负荷分类包括：按居民小区分类有：居住用户；按第二产业分类有：交通运输、电气和电子设备制造业；金属制品；黑色金属冶炼及压延加工业；纺织业；橡胶和塑料制品业；非金属矿物制品业；服装鞋帽、皮革羽绒及其制品业；通用及专用设备制造业；化学原料及化学制品制造业；石油加工、炼焦及核燃料加工业；食品、饮料和烟草制造业；造纸及纸制品业；按第三产业分类有：金融、房地产、商务及居民服务业；批发和零售业；住宿和餐饮业；交通运输业；公共管理和社会组织、国际组织；教育、文化、体育和娱乐业；卫生、社会保障和社会福利业。步骤1)所述的对10kv配电网用户负荷的主要分类进行负荷特性分析是采用曲线法，分别对10kv线路和配电变压器的年负荷特性进行分析和典型日负荷特性进行分析，涉及的负荷特性指标为月最大负荷、年负荷曲线和日负荷曲线。步骤2)所述的10kv配电网用户负荷需用系数是配电变压器年最大负荷与配电变压器容量的比值，采用下式计算：步骤2)所述的计算配电变压器平均负荷需用系数，是采用下式计算：式中，aa1表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器历史第一年最大负荷，aa5表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器历史第五年最大负荷，ab1表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器历史第一年最大负荷，ab5表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器历史第五年最大负荷，am1表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器历史第一年最大负荷，am5表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器历史第五年最大负荷，ba表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器的额定容量，bb表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器的额定容量，bm表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器的额定容量。步骤2)所述的报装用户的置信负荷，是指用户报装容量与配电变压器负荷需用系数的乘积，公式为：报装用户置信负荷＝报装用户预计报装容量×配电变压器负荷需用系数(3)步骤3)所述的同时率计算公式为：式中，an表示历史某年最大负荷日第a台配电变压器在n时刻的负荷值，bn表示历史某年最大负荷日第b台配电变压器在n时刻的负荷值，mn表示历史某年最大负荷日第m台配电变压器在n时刻的负荷值。步骤4)所述的计算10kv线路供电能力，是采用如下公式：式中，s10kv线路为10kv线路的供电能力；α10kv线路为10kv线路允许的最大负载率；u为10kv线路电压；i为10kv线路安全电流；cosψ为功率因数，取值0.95。步骤5)所述的10kv线路规划接入容量数学模型为：s变为10kv线路规划接入容量；α为配电变压器负荷需用系数；β为配电变压器的同时率。本发明的一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法，可以满足供电公司10kv配电网精益规划和精准投资的目的；规范配电变压器负荷需用系数，科学预测新增用户的置信度负荷，指导新增用户接入管理；规范10kv线路装接容量，优化设备利用效率，提高10kv线路运行的经济性、安全性和可靠性。附图说明图1是本发明一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法的流程图；图2是2015年典型10kv居民线路年负荷特性曲线图；图3是2015年典型10kv居民线路典型日负荷特性曲线图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明的一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法做出详细说明。本发明的一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法，包括如下步骤：1)对10kv配电网用户负荷分类进行负荷特性分析，具体是通过对负荷主要分类情况以及对供电企业营销部门业扩负荷分类进行分析，得出10kv配电网用户负荷的主要分类，并对所述的10kv配电网用户负荷的主要分类进行负荷特性分析；其中，(1)所述的负荷主要分类情况包括：按电力负荷所属行业分类有：城乡居民生活用电负荷和国民经济行业用电负荷：其中国民经济行业用电负荷包括：农、林、牧、渔、水利业用电负荷；工业用电负荷；地质普查和勘探业用电负荷；建筑业用电负荷；交通运输业用电负荷；商业、公共饮食业、宾馆、广告、物资供销和仓储业用电负荷；其他事业用电负荷；按不同用地性质分类包括有：工业负荷、居民生活负荷、商业金融负荷、行政办公负荷、交通运输负荷、文化娱乐负荷和教育科研负荷；按负载性质分类有：感性负荷和容性负荷；按电压等级分类有：220kv用户负荷、110kv用户负荷、35kv用户负荷、10kv用户负荷和0.4kv用户负荷；按供电可靠性分类有：一类负荷、二类负荷和三类负荷；按用户性质分类有：公网负荷和用户负荷；按负荷的大小分类有：最大负荷、最小负荷和平均负荷；按电能的生产和销售过程分类有：综合用电负荷、供电负荷和发电负荷。(2)所述的供电企业营销部门业扩负荷分类包括：按居民小区分类有：居住用户；按第二产业分类有：交通运输、电气和电子设备制造业；金属制品；黑色金属冶炼及压延加工业；纺织业；橡胶和塑料制品业；非金属矿物制品业；服装鞋帽、皮革羽绒及其制品业；通用及专用设备制造业；化学原料及化学制品制造业；石油加工、炼焦及核燃料加工业；食品、饮料和烟草制造业；造纸及纸制品业；按第三产业分类有：金融、房地产、商务及居民服务业；批发和零售业；住宿和餐饮业；交通运输业；公共管理和社会组织、国际组织；教育、文化、体育和娱乐业；卫生、社会保障和社会福利业。(3)所述的对10kv配电网用户负荷的主要分类进行负荷特性分析是采用曲线法，分别对10kv线路和配电变压器的年负荷特性进行分析和典型日负荷特性进行分析，涉及的负荷特性指标为月最大负荷、年负荷曲线和日负荷曲线。2)对10kv配电网用户负荷需用系数计算，具体是利用电力用户采集系统导出规划区配电变压器至少五年的历史负荷数据，选取至少8000个数据完整的、不同负荷分类的配电变压器作为研究样本；计算任意年不同负荷类别的配电变压器平均负荷需用系数，基于快速聚类分析方法，明确配电变压器负荷发展阶段；调研全国典型城市的配电变压器负荷需用系数，通过横向和纵向对比，确定适合规划区的不同负荷类别、不同发展阶段的10kv配电网用户负荷需用系数，进而确定报装用户的置信负荷；其中，(1)所述的10kv配电网用户负荷需用系数是配电变压器年最大负荷与配电变压器容量的比值，采用下式计算：(2)所述的计算配电变压器平均负荷需用系数，是采用下式计算：式中，aa1表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器历史第一年最大负荷，aa5表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器历史第五年最大负荷，ab1表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器历史第一年最大负荷，ab5表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器历史第五年最大负荷，am1表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器历史第一年最大负荷，am5表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器历史第五年最大负荷，ba表示电力用户采集系统导出的第a台配电变压器的额定容量，bb表示电力用户采集系统导出的第b台配电变压器的额定容量，bm表示电力用户采集系统导出的第m台配电变压器的额定容量。(3)所述的报装用户的置信负荷，是指用户报装容量与配电变压器负荷需用系数的乘积，公式为：报装用户置信负荷＝报装用户预计报装容量×配电变压器负荷需用系数(3)3)10kv配电变压器同时率计算，具体是选取30台配电变压器，依据同时率计算公式和最大负荷日的配电变压器负荷，计算单一负荷性质配电变压器和两种负荷性质配电变压器的同时率；所述的同时率计算公式为：式中，an表示历史某年最大负荷日第a台配电变压器在n时刻的负荷值，bn表示历史某年最大负荷日第b台配电变压器在n时刻的负荷值，mn表示历史某年最大负荷日第m台配电变压器在n时刻的负荷值。4)10kv线路供电能力计算，具体是与配电网规划进行无缝衔接，确定规划区的10kv线路接线模式，计算10kv线路供电能力；所述的计算10kv线路供电能力，是采用如下公式：式中，s10kv线路为10kv线路的供电能力；α10kv线路为10kv线路允许的最大负载率；u为10kv线路电压；i为10kv线路安全电流；cosψ为功率因数，取值0.95。5)10kv配电网线路规划接入容量计算，具体是利用确定的10kv配电网用户负荷需用系数、10kv线路供电能力和配电变压器同时率，建立10kv线路规划接入容量数学模型并计算，最终确定不同接线模式、不同负荷发展阶段、不同负荷特性的10kv线路规划接入容量。所述的10kv线路规划接入容量数学模型为：s变为10kv线路规划接入容量；α为配电变压器负荷需用系数；β为配电变压器的同时率。下面以某市城区为例进一步说明本发明的一种10kv配电网线路规划接入容量计算方法。1.10kv配电网用户负荷分类和负荷特性分析某市城区的10kv配电网用户负荷分类情况如表1所示。表110kv配电网用户负荷分类情况表序号10kv配电网用户负荷分类用电性质1工业用户负荷用电性质为工业用电2商业用户负荷用电性质为商业用电3居民用户负荷用电性质为居民生活用电4行政办公用户一般包括交通、邮电、通信、医院、商务办公等用户，负荷用电性质为行政办公用电某市城区的10kv配电网用户年负荷特性总结情况和典型日负荷特性总结情况分别如表2和表3所示，以10kv居民线路为例，其年负荷特性曲线和典型日负荷特性如图2和图3所示。表210kv线路或者配电变压器年负荷特性总结情况表10kv线路或者配电变压器年负荷特性曲线特点工业线路或者工业配电变压器曲线较为平稳，一年四季负荷波动不大商业线路或者商业配电变压器“夏季较大高峰”和“冬季较小高峰”行政办公线路或者行政办公配电变压器“夏季高峰”居民线路或者居民配电变压器“夏季、冬季双高峰”表310kv线路或者配电变压器年负荷特性总结情况表10kv线路或者配电变压器典型日负荷特性曲线特点工业线路或者工业配电变压器“上午高峰、下午高峰”(中午负荷落差较大)商业线路或者商业配电变压器“单高峰”行政办公线路或者行政办公配电变压器“上午高峰”和“下午高峰”(中午负荷落差较小)居民线路或者居民配电变压器“中午小高峰”和“晚上大高峰”2.10kv电网用户负荷发展阶段以工业配电变压器为例，介绍配电变压器负荷发展阶段，如下：共计调研典型工业配电变压器3644个，研究典型工业配电变压器10年负荷发展过程，计算其平均负荷需用系数，如表4所示。表4典型工业配电变压器负荷发展趋势情况表(单位：kva、kw)工业配电变压器的平均负荷需用系数一般为0.65～0.7之间，与投运年限关系不大，工业配电变压器几乎没有负荷发展过程，从一开始投运就能稳定输出额定容量六成以上的负荷。利用快速聚类方法，典型工业配电变压器负荷发展阶段只有一个发展阶段：负荷发展饱和期。依次类推，共计调研典型商业配电变压器1040个，商业配电变压器的平均负荷需用系数一般为0.28～0.46之间。投运前三年商业配电变压器的平均负荷需用系数为一般为0.28～0.35之间，投运六年及以上的商业配电变压器的平均负荷需用系数为一般为0.37～0.46之间。典型商业配电变压器负荷发展阶段有两个发展阶段：负荷发展期(配电变压器投运1～3年)和负荷发展饱和期(配电变压器投运4年及以上)。共计调研典型行政办公配电变压器948个，行政办公配电变压器的平均负荷需用系数一般为0.35～0.48之间，与投运年限关系不大，行政办公配电变压器也几乎没有负荷发展过程，从一开始投运就能稳定输出额定容量三成以上的负荷。典型行政办公配电变压器负荷发展阶段只有一个发展阶段：负荷发展饱和期。共计调研典型居民配电变压器4506个，居民配电变压器的平均负荷需用系数一般为0.19～0.45之间。投运前四年居民配电变压器的平均负荷需用系数为一般为0.19～0.25之间，投运四年及以上的居民配电变压器的平均负荷需用系数为一般为0.33～0.45之间。典型居民配电变压器负荷发展阶段有两个发展阶段：负荷发展期(配电变压器投运1～4年)和负荷发展饱和期(配电变压器投运5年及以上)。3.10kv配电网用户负荷需用系数对金华市、珠海市、南宁市和北京市的典型配电网用户的负荷需用系数发展趋势进行调研，如表5所示。表5全国典型城市10kv配电网用户负荷需用系数发展趋势表根据以上的调研结果，考虑到未来负荷的发展，确定某市城区配电网用户负荷需用系数推荐值，如表6所示。表6某市城区10kv配电网用户负荷需用系数推荐值4.配电变压器同时率单一负荷性质配电变压器的同时率计算结果如表7所示。表7单一负荷特性配电变压器同时率配电变压器负荷性质同时率工业0.7632商业0.7756居民0.7886行政办公0.7878基础调研数据同上，选取典型配比进行计算，两种负荷性质配电变压器的同时率计算结果如表8所示。表8两种负荷特性配电变压器同时率5.10kv线路供电能力某市城区10kv目标网架不同接线模式的装接配电变压器容量及供电能力见表9。表9不同接线模式10kv线路的供电能力接线模式导线型号负载率(％)单条线路供电能力(mw)架空多分段单联络式jklyj-240504.09电缆单环网/双环网yjv22-300503.46架空多分段两联络jklyj-240504.096.10kv配电网线路规划接入容量某市城区各种负荷组成、各种接线模式的10kv线路装接配电变压器容量控制值，具体情况见表10。表1010kv线路装接配电变压器容量控制值(mva)负荷发展阶段负荷性质电缆单环网电缆双环网架空多分段单联络架空多分段适度联络负荷发展饱和期工业线路6688负荷发展期商业线路13131515负荷发展饱和期商业线路991010负荷发展饱和期行政办公线路991010负荷发展期居民线路18182121负荷发展饱和期居民线路101010.7510.75负荷发展饱和期工业、商业混合线路889.59.5负荷发展饱和期工业、居民混合线路991010负荷发展饱和期工业、行政办公混合线路889.59.5负荷发展饱和期商业、居民混合线路101010.7510.75负荷发展饱和期商业、行政办公混合线路9.59.51111负荷发展饱和期居民、行政办公混合线路101010.7510.75负荷发展期：电缆单环网、电缆双环网、架空多分段单联络、架空多分段适度联络的10kv线路负载率为0％～40％。负荷发展饱和期：电缆单环网、电缆双环网、架空多分段单联络、架空多分段适度联络的10kv线路负载率为40％～50％。以某市城区110kv东扩变为例，校验上述计算结果的有效性，如下：远景年东扩变共出19条10kv电缆线路(均为工业、居民混合线路)。2015年东扩变10kv线路的同时率为0.75，远景年东扩变10kv线路的同时率定为0.8。110kv东扩变的负荷计算如下：19×9×0.7454×0.64×0.8＝65.26(mw)上式中，0.7454为配电变压器的同时率，0.64为配电变压器平均负荷需用系数。110kv东扩变的负载率计算如下：65.26/100.00/0.95×100％＝68.69％上式中，0.95为110kv东扩变的功率因数。远景年110kv东扩变的负载率为68.69％，负载率较为合理，证明了10kv配电网线路规划接入容量的科学性和有效性。当前第1页12