基于典型供电模式的配电网投资分配模型研究

基于典型供电模式的配电网投资分配模型研究

杨卫红王云飞刘速飞姚刚

（1．国网北京经济技术研究院北京102209；2．上海昌泰求实电力新技术有限公司上海200092；3．上海电力学院上海200090）

摘要：针对典型供电区域特点，构建了A+1、A+2～E1、E2共计28种典型供电模式，研究了基于典型供电模式的配电网投资分配模型，提出了典型区域电网供电模式投资分配算法，并结合典型供电区域应用实例，验证了该分配模型分配的适用性和匹配性。典型供电模式推广实施，可以提升配电网规划标准化建设水平，基于典型供电模式的配电网投资分配模型，为各省级电力公司管理部门对下属地级供电公司配电网投资资金分配管理提供了辅助决策指导作用。

关键词：典型供电模式；配电网；省级电力公司；投资分配；分配模型

0．引言

随着国民经济的快速发展，各地用电负荷连续增长，综合商业商贸区、高密度居住区以及功能各异的经济开发区层出不穷，各级用户对供电可靠性需求日趋多样化。用电需求与可靠性需求双重增长，使得配电网建设改造工作项目投资面临巨大压力，亟需合理有效的分配机制，以契合发展需求、规范建设、资金短缺和合理分配之间的问题。

在国家电网公司发布的《配电网规划设计技术导则》中，供电区域依据其行政级别被分为A+、A、B、C、D、E等六类，不同类别供电区域对应不同的配电网典型供电模式。配电网投资规模与典型供电模式的选取、地区电网发展现状，目标网架结构、目标供电可靠率之间的关系复杂，很难直接测算投资需求与不同典型供电模式下各项指标之间的量化关系。为了实现对计划年度电网投资规模的准确测算，使得确定的投资规模既能够满足地区经济、社会和电网发展需求，又不至过度浪费，建立基于典型供电模式的配电网投资测算模型是关键。

1．典型供电模式库

本文依托国家电网公司《配电网典型供电模式研究》报告研究成果，提炼公司配电网供电模式，初步建立配电网典型供电模式库，结合国内电力专家学者关于高、中压配电网供电模式[1-3]及影响供电模式的各类因素[4-7]的文献，以典型供电模式库中列举的28种典型供电模式，作为本次研究的基础来源。典型供电模式构建思路如图1所示：

图1典型供电模式构建

2．基于典型供电模式的投资分配模型构建

2.1基于典型供电模式的变电站供电区域模型

2.1.1.高压电源点分布模型

假设上级220kV电源及出线，无论何种接线方式，均能完全满足下级110kV及以下配电网的供电需求。为方便计算，考虑的模型中，已排除高山、戈壁、荒漠、水域、森林等无效供电面积。

高压电源点分布模型中，每个高压电源点的供区范围是一个圆形区域[8]，出线均匀，假设由4个同样规模的高压电源点A、B、C、D即可围成一个正方形的供电区域。如图2所示：

在该正方形供电区域内，四个电源点的变电站，可以满足高压电源点的三链结构、双链结构、单链结构，也可以满足下级10千伏线路出线的电缆双环网、单环网以及架空线路之间的适度联络，能够满足本次典型供电模式研究的需求。

将这个正方形区域ABCD进行更小供电单元的划分，即网格化供电，作为本次课题研究中最小的负荷单元，研究配套中压线路送出及规范接入配变容量后分析计算。

图2高压电源点分布模型

2.1.2.变电站供电范围

变电站供电半径的计算，是后期中压线路出线主干线长度计算的基础。模型供电范围，即供电面积，和负荷密度相结合，是后期负荷总量及单位负荷投资计算的基础。

（1）供电半径

其中：r为供电半径；

P为变电站所能供出的最大负荷；

kp为不同负荷密度。

（2）模型供电范围

两个变电站之间的距离为每个变电站的供电半径之和，即变电站间距D为：

2.2基于典型供电模式的配电网建设投资测算模型

一个地区同类供区划分中，典型供电模式选取一般不会超过两种。每种典型供电模式的投资，由变电站供区负荷、供电面积，计算出该变电站供区范围内配电网投资，进而由供区负荷求得单位负荷投资。变电站供区范围内配电网投资包括高压变电站投资、中压线路投资以及线路上挂接不同型号和容量组合的配变投资。

2.2.1.变电站投资

变电站投资分析计算方法有两种计算：一种是按照整座变电站配置规模总体投资CB，另一种是按照单台主变，及主变附属和辅助设备等，综合计算变电站投资总额CB。

2.2.2.中压线路投资

中压线路投资计算以单条线路沿线的中压配电网建设产生投资为基础，即线路出口断路器，分段开关，主干线长度等投资，再根据不同负荷密度下电网规模差异，即出线回路数，进行典型供电模式中变电站中压线路出线投资的总体测算，具体公式如下：

其中：

Lk为主干线长度，考虑线路的地形系数，取1.3；

C0为单位长度的线路投资；

Cd为出口断路器的投资；

Nf为线路的分段开关数；

Cf为分段开关的投资。架空线路的分段开关为负荷开关，电缆线路的分段开关为主馈线上的环网柜；

N为变电站不同接线模式下的出线回路数。

2.2.3.配变投资

国家电网供电辖区幅员辽阔，配电网建设程度具有典型区域特色，配变的型号容量包含了10千伏配电室的630-1000千伏安配变、315-630千伏安的箱变、30-400千伏安的三相柱上变。不同典型供电模式中，配电设施选择按不同配变容量组合，配变投资为Cbx。

2.2.4.单位负荷投资

在得到不同负荷密度下不同供电模式构建的模型电网变电站投资、中压线路投资、配变投资的基础上，得到单位负荷的各类投资计算。

2.3基于典型供电模式的配电网投资测算参数设置

2.3.1.配电网参数设置

配电网参数包括变电站、线路、配变三方面；变电站主要设置变电站数量、容量、出线规模、变电站负载率及变电站投资单价；线路设置架空线、电缆不同型号线路的限额电流、输送功率、断路器及投资单价等；配变设置不同配变的容量规格及投资单价。

2.3.2.供电可靠性设置

供电可靠性设置，主要有两方面设置的参数数据：一是不同供区现状年的供电可靠性；二是《配电网规划设计技术导则》中提出的A+-E类供区目标年规划的供电可靠性。

2.3.3.供区负荷密度设置

供电模式负荷密度设置，根据本地区电网负荷密度测算的实际情况，设置A+、A、B、C、D、E各类供区的实际负荷密度值。

3．典型地区应用实例

以国网公司J省电力公司Y市供电公司为例，开展基于典型供电模式的配电网投资分配模型实例验证。

3.1供电区年度建设费用计算

根据Y市供电公司供区变电站电压等级、主变配置台数、容量、下线中压线路出线特点等，选择Y市供电公司供区供电模式为A、B类以A-3、B-3为主，C、D类以C-2、D-2为主。利用本次研发的模型，输入各典型供区的负荷密度值，由此求得各年的建设测算值。结果如表1所示：

从表1可知，Y市供电公司配电网从2015年到2020年，建设费用大约需用391051.1万元，每年平均建设费用78210.22万元。

3.2模型分析与规划报告投资估算的对比

按A、B、C、D供电区划分分析总结，2015年～2020年典型供电模式投资年均78210.22万元。Y市供电公司配电网“十三五”规划报告中估算结果，2015年～2020年年均8.2994亿元。二者相差倍率为1.061。

在分析计算过程中，由于地方物价差异及电气规划工程师考虑的方案裕度不同，参数初始化设置中，存在地块划分、负荷预测、设备选型、单价、线路长度、线路挂接配变组合数量等参数差异，导致与Y市供电公司配电网规划报告估算对比分析，存在一定的误差，误差在配电网规划合理范围内，验证了本研究模型的有效性和实用性。

4．结语

本文在国家电网公司发布的企业标准《配电网规划设计技术导则》中，供电区域按照行政级别A+、A、B、C、D、E等六大类别的基础上，进一步考虑涉及电网供电、电源接入、用户接入、配电自动化等不同的方面的细节，将国家电网辖区细化为28种典型供电模式，并将28种配电网典型供电模式作为相应供电区域的规划建设标准。

本文通过构建典型供电模式投资模型，对供电区域未来负荷发展所需投入的建设资金进行计算，并在Y市供电公司地区进行对比校核应用，最终结果在可接受的误差范围内，为省级电力公司管理部门按照负荷密度增长、典型供电模式选取、供电可靠性等因素，对下属地市供电企业分配年度规划建设资金，提供了有效的参考指导价值。

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作者简介：

杨卫红（1972），女，博士，高级工程师，主要从事配电网规划、配电网技术与智能电网技术等方面的研究工作；

王云飞（1979），男，工学硕士，高级工程师，主要从事交直流配电网规划等方面的研究工作；

说明：本论文的课题受到国网公司北京经研院《面向可靠性的配电网规划项目投资评价分析与优选排序关键技术研究》项目基金资助