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【摘 要】城市电网是城市现代化建设的重要基础设施，是城市居民用电的重要保障，做好电网规划工作意义重大。本文结合笔者多年的工作实践，对城市电网规划的方法和思路进行了分析，阐述了电网规划方案的技术经济性和可靠性的要求，并结合实例加以运用，取得了令人满意的结果。
【关键词】电网；规划；负荷预测；变电站规划；经济分析
1.前言
电力工业是国民经济发展的基础产业，与国家的经济发展和人民生活息息相关。城市是电力系统的主要负荷中心，而城市电网作为国家电力系统的重要组成部分，规划是否得当不仅关系到城市的发展也关系到城市居民的生活状况，而运作是否良好取决于其规划是否科学，是否经济合理。为此， 本文对城市电网规划的整个流程进行归纳总结，从城网规划流程中的负荷预测、变电站规划以及电网规划方案技术经济评价、可靠性评价方面进行研究， 最终形成一套城网规划的综合规划方法。
2.负荷预测
负荷预测的准确性对配电网规划有着显著的影响。首先，从全局和分类2方面对供电总负荷进行预测；其次，进行空间负荷预测得到各小区负荷；最后，多种预测结果相互校验、修正。
2.1全局预测
全局负荷预测是对全地区总的负荷需求量进行全面宏观预测，了解规划地区总的负荷发展水平，以便确定规划年的输配电系统所需要的设备容量。
全局负荷预测时需要将这个地区的一般负荷和大用户负荷分别进行预测。一般负荷作为自然增长负荷，采用回归分析法预测规划年的电量和负荷的大小。把大用户作为点负荷来处理，通过该地区的国民经济数据得到各大用户的用电量，再考察在规划年大用户是否有扩建或停产等情况。全局负荷预测得到的结果可以采用弹性系数法相互进行校核。
2.2分区负荷预测
分区负荷预测法分别对供电区内每个分块（分区）的用电量和负荷进行局部预测，以便确定变电所的合理分布。在分区的基础上，分区负荷预测采用与全局负荷预测相似的方法，即将一般负荷和大用户负荷分开进行预测。然后，将各个分区的负荷预测结果汇总得到总负荷及电量，以与全局负荷预测得到的结果相互进行校核。
2.3空间负荷预测
空间负荷预测是城市配电网规划的基础。空间负荷预测的方法有很多种，其中，分类分区法是一种简单实用的方法。其主要思想是：先估算各小区的负荷密度，再结合其面积计算各小区负荷。目前，大多数分类分区法对同类小区采用相同的负荷密度，难以将时间发展因素对小区负荷密度的影响考虑全面。
“供电网计算分析辅助决策软件：规划配网负荷预测子系统”（www.ceesinc.cn）改善了传统的空间负荷预测精度。该软件算法采用基于空区推论的思想把各类小区分为有、无历史负荷数据的老城区和新城区，采用不同的负荷预测思路进行预测。预测结果中各小区负荷密度之间具有时序性和差异性，更具有实际参考价值。
3.变电站布点及容量优化
3.1概述
变电站规划是配电网规划的关键环节，直接影响未来电网的结构、供电质量、运行经济性和供电可靠性。传统的规划方法很难对其进行全面、准确、科学的规划。随着电力系统的不断发展，进行变电站规划时涉及到的因素也越来越多，因此在规划时要考虑多个目标，而这些目标有时具有不同重要性甚至是相互矛盾的指标，因此需要合理地解决各个目标之间的冲突。在选择变电站站址时，经济性指标最优（投资和损耗费用最低）只是众多优化目标之一，必须同时兼顾变电站站址的环境效益和社会效益等方面因素。
本文从科学、实用角度出发，将计算机辅助自动选址与专家经验规划相结合，以此求得经济性指标和地理环境适应性指标综合最优的组合方案，实现多级电网的整体优化。
3.2计算机优化阶段：变电站初始方案自动确定
变电站规划问题可描述为：在负荷分布已知的情况下，以变电站带负荷能力和供电半径为约束条件，以投资费用和运行费用最小为目标，确定变电站的位置、容量。
3.3专家干预阶段：候选站址综合边界因素评估
采用自动选址功能对变电站进行布点规划很多时候忽略了地理环境及施工环境等外部因素。这些外部因素中包含了用地性质、交通状况、施工条件、地质地形等各種数据信息，这些信息对变电站选址起到了决定性的作用。从工程实践来看，这种未考虑站址综合外部因素的方法所选出的站址很可能坐落在不适宜建站的区域（如小区附近、街道、繁华区等），进而影响整体方案的可行性。本文考虑了这一情况，在此基础上由有关专家对初始站址方案附近的地理信息进行分析，进行如下关键调整：
（1）在初始规划方案基础上，针对每个不适宜建站的站址，分析其周边环境，给出几个可行的调整位置。
（2）由熟悉规划区域地理状况的专家对各个候选站址的地理属性进行评分，在此基础上，利用层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）获得各个站址的地理属性综合得分值，作为评价站址适应性的指标。
4.城市配电网规划中的估算方法
4.1 10kV线路出线估算
城市各片区的20/10kV线路新建条数n可通过计算目标年所需新增的线路极限输送容量总和与新建线路的极限输送容量之比求得，即：
式中：So为各区现有线路的极限输送总容量，可通过统计现有线路的条数及对应导线型号查表得到；ΔSc为目标年导线改造后增加的极限输送总容量；Sn为目标年该片区所需的线路极限输送总容量；Sl为新建线路选择的典型导线对应的极限输送容量。其中，Sn可表示为
式中：P为空间负荷预测目标年各片区负荷大小；e1为目标年中压线路平均负载率。在城市电网中，为了实现线路间负荷完全转带能力及满足经济负载率要求，e1通常为30%～50%。
4.2配变台数估算 配变分为公用配变和专用配变，第i分区第j规划年新增公用配变台数nij可表示为：
式中：Pij为第i分区第j规划年扣除专线负荷后的负荷，kW；Pi，j－1为第i分区第j－1规划年扣除专线负荷后的负荷，kW；e1为配变经济负载率；SK为配变平均容量，MVA；cosθ为配电网功率因数；ni0为现状年第i分区的配变总数。
则第i分区第j规划年新增公用配变数nij，1可表示为nij，1=knij（3）
式中k为城市公用配变台数与专用配变台数的比例，与当地的用电性质相关。
5.多方案技术经济比较
规划网络接线模式对电网供电可靠性及经济性有显著影响。首先由规划人员根据经验导则，利用规划软件提出若干网架方案，然后对各规划方案进行经济技术与可靠性分析，最后经综合分析后提出推荐方案。
5.1规划方案技术比较及电气计算
首先对电网规划方案进行潮流计算和短路计算。
潮流计算的目的是为了评价网络方案，选择导线和变电所主设备规格，为选用调压装置、无功补偿及其配置提供依据，并为其他电力系统计算分析（如短路计算）提供原始数据。在进行潮流计算时，规划人员要综合考虑电网的各种运行方式，如高峰负荷和低谷负荷方式，丰水期、平水期和枯水期方式，事故运行方式和各种特殊运行方式。在大负荷方式下计算时，假定各用户均工作在最大负荷条件下，网络运行方式按正常开环运行（使每1个环上分段的負荷尽可能分配均匀）。对于双放射线路而言，为了保证在N－1的条件下线路不过负荷，正常运行方式下的线路负荷率应小于0.5。通过计算得出正常运行方式下的线路负荷水平情况及不同规划方案的网损情况。
短路计算的目的是为了选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体，确定限制短路电流的措施。在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数，还可为电网接线和电厂、变电所电气主接线提供比选依据，并为确定送电线路对附近通信线的影响提供计算资料等。规划设计中，短路计算时一般计算今后若干年最大运行方式时三相短路和单相接地短路的零秒短路电流。
5.2 N－1校验原则
为了校验各方案是否满足N－1原则，对各方案全部进行可能的N－1校核分析。对于规划的可行方案应满足N－1原则，即系统中任何1条线路故障或高压变电站1台主变停运时，通过倒闸操作能够实现负荷转移，及时恢复供电。经过N－1状态的计算，线路的负荷率不能超过100%，而且线路的电压损失不能超过3%。
5.3投资效益分析比较
投资效益分析可从静态与动态2方面进行。静态投资效益分析忽略了资金的时间价值，主要是通过比较各方案的总投资来确定项目的经济性优劣。其缺点在于可能导致项目建设初期经济性占优，但在以后逐年运行中出现电网运行费用过高，使得在项目整个寿命期内经济性不佳的情形。
动态投资效益分析法有效考虑了时间价值，引入了动态回收期、净现值、内部收益率等经济指标，使得项目间的经济分析更加准确、有效、合理。
5.4规划流程
通过对各方案进行以上多方面指标的比较分析，最终确定一种技术上可行、经济上占优的电网规划方案。
基于综合边界条件的电网规划新方法具体流程如图1所示。
图1基于综合边界条件的电网规划方法流程
6.结语
综上所述，在现代城市电网规划中，如果只是靠经验法或“直观法”的做法是不够科学的。为了优化电网系统结构，做好电网规划工作，就必须通过技术经济性和可靠性的双重分析，才能最终确定规划方案，才能为我们城市的建设和经济发展打下坚实的基础。
参考文献：
[1] 郭荣荣.城市电网规划技术方法浅析[J].能源与节能，2012年09期.
[2] 周洋.浅谈如何做好城市电网规划[J].科技与企业，2012年22期.
【关键词】电网；规划；负荷预测；变电站规划；经济分析
1.前言
电力工业是国民经济发展的基础产业，与国家的经济发展和人民生活息息相关。城市是电力系统的主要负荷中心，而城市电网作为国家电力系统的重要组成部分，规划是否得当不仅关系到城市的发展也关系到城市居民的生活状况，而运作是否良好取决于其规划是否科学，是否经济合理。为此， 本文对城市电网规划的整个流程进行归纳总结，从城网规划流程中的负荷预测、变电站规划以及电网规划方案技术经济评价、可靠性评价方面进行研究， 最终形成一套城网规划的综合规划方法。
2.负荷预测
负荷预测的准确性对配电网规划有着显著的影响。首先，从全局和分类2方面对供电总负荷进行预测；其次，进行空间负荷预测得到各小区负荷；最后，多种预测结果相互校验、修正。
2.1全局预测
全局负荷预测是对全地区总的负荷需求量进行全面宏观预测，了解规划地区总的负荷发展水平，以便确定规划年的输配电系统所需要的设备容量。
全局负荷预测时需要将这个地区的一般负荷和大用户负荷分别进行预测。一般负荷作为自然增长负荷，采用回归分析法预测规划年的电量和负荷的大小。把大用户作为点负荷来处理，通过该地区的国民经济数据得到各大用户的用电量，再考察在规划年大用户是否有扩建或停产等情况。全局负荷预测得到的结果可以采用弹性系数法相互进行校核。
2.2分区负荷预测
分区负荷预测法分别对供电区内每个分块（分区）的用电量和负荷进行局部预测，以便确定变电所的合理分布。在分区的基础上，分区负荷预测采用与全局负荷预测相似的方法，即将一般负荷和大用户负荷分开进行预测。然后，将各个分区的负荷预测结果汇总得到总负荷及电量，以与全局负荷预测得到的结果相互进行校核。
2.3空间负荷预测
空间负荷预测是城市配电网规划的基础。空间负荷预测的方法有很多种，其中，分类分区法是一种简单实用的方法。其主要思想是：先估算各小区的负荷密度，再结合其面积计算各小区负荷。目前，大多数分类分区法对同类小区采用相同的负荷密度，难以将时间发展因素对小区负荷密度的影响考虑全面。
“供电网计算分析辅助决策软件：规划配网负荷预测子系统”（www.ceesinc.cn）改善了传统的空间负荷预测精度。该软件算法采用基于空区推论的思想把各类小区分为有、无历史负荷数据的老城区和新城区，采用不同的负荷预测思路进行预测。预测结果中各小区负荷密度之间具有时序性和差异性，更具有实际参考价值。
3.变电站布点及容量优化
3.1概述
变电站规划是配电网规划的关键环节，直接影响未来电网的结构、供电质量、运行经济性和供电可靠性。传统的规划方法很难对其进行全面、准确、科学的规划。随着电力系统的不断发展，进行变电站规划时涉及到的因素也越来越多，因此在规划时要考虑多个目标，而这些目标有时具有不同重要性甚至是相互矛盾的指标，因此需要合理地解决各个目标之间的冲突。在选择变电站站址时，经济性指标最优（投资和损耗费用最低）只是众多优化目标之一，必须同时兼顾变电站站址的环境效益和社会效益等方面因素。
本文从科学、实用角度出发，将计算机辅助自动选址与专家经验规划相结合，以此求得经济性指标和地理环境适应性指标综合最优的组合方案，实现多级电网的整体优化。
3.2计算机优化阶段：变电站初始方案自动确定
变电站规划问题可描述为：在负荷分布已知的情况下，以变电站带负荷能力和供电半径为约束条件，以投资费用和运行费用最小为目标，确定变电站的位置、容量。
3.3专家干预阶段：候选站址综合边界因素评估
采用自动选址功能对变电站进行布点规划很多时候忽略了地理环境及施工环境等外部因素。这些外部因素中包含了用地性质、交通状况、施工条件、地质地形等各種数据信息，这些信息对变电站选址起到了决定性的作用。从工程实践来看，这种未考虑站址综合外部因素的方法所选出的站址很可能坐落在不适宜建站的区域（如小区附近、街道、繁华区等），进而影响整体方案的可行性。本文考虑了这一情况，在此基础上由有关专家对初始站址方案附近的地理信息进行分析，进行如下关键调整：
（1）在初始规划方案基础上，针对每个不适宜建站的站址，分析其周边环境，给出几个可行的调整位置。
（2）由熟悉规划区域地理状况的专家对各个候选站址的地理属性进行评分，在此基础上，利用层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）获得各个站址的地理属性综合得分值，作为评价站址适应性的指标。
4.城市配电网规划中的估算方法
4.1 10kV线路出线估算
城市各片区的20/10kV线路新建条数n可通过计算目标年所需新增的线路极限输送容量总和与新建线路的极限输送容量之比求得，即：
式中：So为各区现有线路的极限输送总容量，可通过统计现有线路的条数及对应导线型号查表得到；ΔSc为目标年导线改造后增加的极限输送总容量；Sn为目标年该片区所需的线路极限输送总容量；Sl为新建线路选择的典型导线对应的极限输送容量。其中，Sn可表示为
式中：P为空间负荷预测目标年各片区负荷大小；e1为目标年中压线路平均负载率。在城市电网中，为了实现线路间负荷完全转带能力及满足经济负载率要求，e1通常为30%～50%。
4.2配变台数估算 配变分为公用配变和专用配变，第i分区第j规划年新增公用配变台数nij可表示为：
式中：Pij为第i分区第j规划年扣除专线负荷后的负荷，kW；Pi，j－1为第i分区第j－1规划年扣除专线负荷后的负荷，kW；e1为配变经济负载率；SK为配变平均容量，MVA；cosθ为配电网功率因数；ni0为现状年第i分区的配变总数。
则第i分区第j规划年新增公用配变数nij，1可表示为nij，1=knij（3）
式中k为城市公用配变台数与专用配变台数的比例，与当地的用电性质相关。
5.多方案技术经济比较
规划网络接线模式对电网供电可靠性及经济性有显著影响。首先由规划人员根据经验导则，利用规划软件提出若干网架方案，然后对各规划方案进行经济技术与可靠性分析，最后经综合分析后提出推荐方案。
5.1规划方案技术比较及电气计算
首先对电网规划方案进行潮流计算和短路计算。
潮流计算的目的是为了评价网络方案，选择导线和变电所主设备规格，为选用调压装置、无功补偿及其配置提供依据，并为其他电力系统计算分析（如短路计算）提供原始数据。在进行潮流计算时，规划人员要综合考虑电网的各种运行方式，如高峰负荷和低谷负荷方式，丰水期、平水期和枯水期方式，事故运行方式和各种特殊运行方式。在大负荷方式下计算时，假定各用户均工作在最大负荷条件下，网络运行方式按正常开环运行（使每1个环上分段的負荷尽可能分配均匀）。对于双放射线路而言，为了保证在N－1的条件下线路不过负荷，正常运行方式下的线路负荷率应小于0.5。通过计算得出正常运行方式下的线路负荷水平情况及不同规划方案的网损情况。
短路计算的目的是为了选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体，确定限制短路电流的措施。在电力系统中合理地配置各种继电保护并整定其参数，还可为电网接线和电厂、变电所电气主接线提供比选依据，并为确定送电线路对附近通信线的影响提供计算资料等。规划设计中，短路计算时一般计算今后若干年最大运行方式时三相短路和单相接地短路的零秒短路电流。
5.2 N－1校验原则
为了校验各方案是否满足N－1原则，对各方案全部进行可能的N－1校核分析。对于规划的可行方案应满足N－1原则，即系统中任何1条线路故障或高压变电站1台主变停运时，通过倒闸操作能够实现负荷转移，及时恢复供电。经过N－1状态的计算，线路的负荷率不能超过100%，而且线路的电压损失不能超过3%。
5.3投资效益分析比较
投资效益分析可从静态与动态2方面进行。静态投资效益分析忽略了资金的时间价值，主要是通过比较各方案的总投资来确定项目的经济性优劣。其缺点在于可能导致项目建设初期经济性占优，但在以后逐年运行中出现电网运行费用过高，使得在项目整个寿命期内经济性不佳的情形。
动态投资效益分析法有效考虑了时间价值，引入了动态回收期、净现值、内部收益率等经济指标，使得项目间的经济分析更加准确、有效、合理。
5.4规划流程
通过对各方案进行以上多方面指标的比较分析，最终确定一种技术上可行、经济上占优的电网规划方案。
基于综合边界条件的电网规划新方法具体流程如图1所示。
图1基于综合边界条件的电网规划方法流程
6.结语
综上所述，在现代城市电网规划中，如果只是靠经验法或“直观法”的做法是不够科学的。为了优化电网系统结构，做好电网规划工作，就必须通过技术经济性和可靠性的双重分析，才能最终确定规划方案，才能为我们城市的建设和经济发展打下坚实的基础。
参考文献：
[1] 郭荣荣.城市电网规划技术方法浅析[J].能源与节能，2012年09期.
[2] 周洋.浅谈如何做好城市电网规划[J].科技与企业，2012年22期.