最大供電能力基本介紹

配電系統(tǒng)是聯(lián)系用戶和發(fā)輸電系統(tǒng)的紐帶，是保證可靠供電的重要環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，直接影響到人民生活水平質(zhì)量的提高、城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及投資環(huán)境的優(yōu)化。因此安全、可靠、經(jīng)濟(jì)應(yīng)該作為配電系統(tǒng)的主要關(guān)注點(diǎn)。輸電系統(tǒng)中經(jīng)典的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)直接反映了上述關(guān)注點(diǎn):輸電系統(tǒng)的最大輸電能力(Total Transfer Capability, TTC)是指電力系統(tǒng)在滿足一定的安全穩(wěn)定約束條件下可傳輸?shù)淖畲蠊β?，它是輸電網(wǎng)安全與效率博弈平衡的指標(biāo)。TTC指標(biāo)族及其相關(guān)理論研究成果眾多，在輸電系統(tǒng)中己大量應(yīng)。本文提出的配電網(wǎng)最大供電能力是與輸電系統(tǒng)相對應(yīng)的指標(biāo)。配電網(wǎng)最大供電能力(Total Supply Capability, TSC), TSC是一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿足N-1安全準(zhǔn)則條件以及各種實(shí)際運(yùn)行約束下的最大負(fù)荷供應(yīng)能力。同TTC類似，TSC給出了配電網(wǎng)在安全可靠運(yùn)行范圍內(nèi)的效率和經(jīng)濟(jì)性最高的工作點(diǎn) 。

TTC的定義是基于對電力系統(tǒng)的安全性的研究，電力系統(tǒng)的安全性是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行中承受突然擾動(如短路或系統(tǒng)中元件意外退出運(yùn)行等)的能力電力系統(tǒng)安全性在配電網(wǎng)中主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)的N-1安全性中，因此TSC的研究應(yīng)主要基于配電網(wǎng)的N-1安全性研究。配電網(wǎng)的N-1安全性是指正常的運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)中的某一元件:如線路或變壓器等，因故障斷開后，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，并且其他元件不出現(xiàn)過負(fù)荷、過電壓并且頻率也在允許范圍內(nèi)。

供電能力對于配電系統(tǒng)的重要作用等同于輸電能力對于輸電系統(tǒng)的作用，但供電能力理論研究才剛剛開始，成果遠(yuǎn)不能與輸電能力相比。其原因除了由于過去長期以來配電的受重視程度相對輸電較弱以外，還存在著某些技術(shù)原因:在過去，我國城市配電網(wǎng)雖己普遍實(shí)現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提供了負(fù)荷在變電站間轉(zhuǎn)移的通道，但大部分中壓網(wǎng)絡(luò)的自動化程度仍較低，網(wǎng)絡(luò)開關(guān)操作耗時常超過半小時;而變電站普遍具有綜合自動化系統(tǒng)，一旦發(fā)生主變N-1，負(fù)荷能快速切換到站內(nèi)其它主變。中壓網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)帶負(fù)荷與變電站內(nèi)部轉(zhuǎn)帶的負(fù)荷從時間上是無法比擬的，因此在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)生主變故障時一般只考慮站內(nèi)主變壓器間的負(fù)荷切換，而不通過中壓網(wǎng)絡(luò)在變電站之間轉(zhuǎn)帶負(fù)荷。

配電網(wǎng)最大供電能力(Total Supply Capability, TSC)的定義為:配電網(wǎng)中所有饋線N-1校驗(yàn)和變電站主變N-1校驗(yàn)均滿足時，該配電網(wǎng)所能帶的最大負(fù)荷。N-1時要考慮主變和饋線間的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶、主變和饋線的容量、網(wǎng)絡(luò)中主變間以及饋線間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系等配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行約束。除了配電網(wǎng)總體TSC外，TSC模型和計算還需給出達(dá)到TSC時，各主變和饋線的負(fù)荷。

配電系統(tǒng)最大供電能力(Total Supply Capability, TSC)與輸電系統(tǒng)輸電能力(Total Transfer Capability, TTC)是相互對應(yīng)的，TSC是現(xiàn)有電網(wǎng)的最大負(fù)荷供應(yīng)量，即是使現(xiàn)有電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率達(dá)到最高的工作點(diǎn)，當(dāng)前工作點(diǎn)與供電能力的比較可體現(xiàn)出現(xiàn)有電網(wǎng)的效率，以及未來的負(fù)荷供應(yīng)潛力，TSC的含義不僅包括此時的網(wǎng)絡(luò)的最大供應(yīng)負(fù)荷，還包括在此工作點(diǎn)下，負(fù)荷在配電網(wǎng)絡(luò)中各主變，饋線以及饋線分段上的分配。

最大供電能力的定義是基于配電網(wǎng)N-1安全性的，卻又與配電網(wǎng)的N-1安全性校驗(yàn)有著明顯的區(qū)別。在規(guī)劃過程中，在傳統(tǒng)N-1安全性校驗(yàn)中，在給定工作點(diǎn)下，電網(wǎng)工作者需假設(shè)每一臺主變(每一條饋線)都有可能發(fā)生故障，且分析每一臺主變(饋線)發(fā)生故障后的情形，通過大量仿真計算來校驗(yàn)該主變發(fā)生故障后電網(wǎng)是否安全，計算量大。仿真結(jié)果只能給出安全或不安全的判斷以及哪些主變N-1不通過 。

而供電能力則將配電網(wǎng)的N-1作為前提約束條件，根據(jù)電網(wǎng)中主變和饋線的容量以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)荷供應(yīng)能力進(jìn)行計算，能給出現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的供電潛力，如計算準(zhǔn)確，最大供電能力工作點(diǎn)一定是滿足N-1安全性仿真校驗(yàn)的，而且當(dāng)負(fù)荷載在TSC點(diǎn)上有一點(diǎn)增加時，即會出現(xiàn)不滿足N-1校驗(yàn)的情況，即TSC點(diǎn)是N-1安全邊界上的臨界點(diǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，供電能力的N-1安全性約束條件構(gòu)成的線性規(guī)劃可行域可表示為歐式空間中的封閉區(qū)域，這個區(qū)域被定義為配電系統(tǒng)安全域(Distribution System Security Region, DSSR) f46-47]}DSSR是由多個超平面圍成的歐式空間，而每一條N-1安全性的約束克表示為歐式空間中線性的超平面，相當(dāng)于圍成安全域的安全邊界。最大供電能力以及安全域的優(yōu)勢在于，在電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定的前提下，配電網(wǎng)最大供電能力和安全域是唯一確定的，只需事先計算一次最大供電能力和安全域，然后在任意工作點(diǎn)下，都能確定其與安全域及供電能力的位置關(guān)系，不安全工作點(diǎn)和TSC工作點(diǎn)與DSSR的關(guān)系:

定義1:可用供電能力(Available Supply Capability, ASC)是指保證N-1安全條件下，一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)在現(xiàn)有負(fù)荷的基礎(chǔ)上可以增加的供電能力，即

ASC=TS-Ld

其中Ld表示配電系統(tǒng)現(xiàn)有的全部負(fù)荷。

配電系統(tǒng)最大供電能力受到兩個因素影響，各變電站主變?nèi)萘颗渲煤妥冸娬局髯兊穆?lián)絡(luò)。根據(jù)聯(lián)絡(luò)的位置，可將其分為同一站內(nèi)兩臺主變的站內(nèi)聯(lián)絡(luò)和不同站的兩臺主變的站間聯(lián)絡(luò)。變電站主變配置及主接線結(jié)構(gòu)決定了站內(nèi)聯(lián)絡(luò)，一般來說，站內(nèi)聯(lián)絡(luò)總是存在且容量足夠大，能夠支持主變負(fù)荷與同一站內(nèi)其它主變的轉(zhuǎn)移是暢通和可均分的。本文重點(diǎn)研究站間聯(lián)絡(luò)的作用。站間聯(lián)絡(luò)是由變電站下級出線及其饋線間聯(lián)絡(luò)線組成，構(gòu)成了保證在N-1安全下的變壓器負(fù)荷轉(zhuǎn)移通道。配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了聯(lián)絡(luò)的情況。

分別將變電站容量配置及站內(nèi)聯(lián)絡(luò)和站間聯(lián)絡(luò)提供的供電能力定義為變電站供電能力和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力。

定義2:變電站供電能力(Substation Supply Capability, SSC)是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)變電站容量配置及站內(nèi)聯(lián)絡(luò)提供的供電能力，等于在無任何站間聯(lián)絡(luò)時的配電網(wǎng)的最大供電能力。

值得指出的是，變電站供電能力SSC正好對應(yīng)了傳統(tǒng)僅僅依靠變電站內(nèi)主變互相轉(zhuǎn)供的規(guī)劃導(dǎo)則中的容載比概念。當(dāng)配電系統(tǒng)不存在站間聯(lián)絡(luò)(或調(diào)度運(yùn)行中不利用站間聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移變電站負(fù)荷)時，系統(tǒng)最大供電能力將達(dá)到最低值，一般地，兩主變變電站的變電站供電能力為變電容量的一半，三主變變電站的變電站供電能力為變電容量的三分之二。本文研究發(fā)現(xiàn)增加站間聯(lián)絡(luò)會增加系統(tǒng)最大供電能力，將增加的這部分供電能力定義為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力。

定義3:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力(Network Transfer Capability, NTC)是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)通過增加站間聯(lián)絡(luò)而新獲得的供電能力。

配電系統(tǒng)最大供電能力為變電站供電能力與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力的和，如式(2-11) 所示。

TSC -SSC NTC(2一11)

當(dāng)配電系統(tǒng)達(dá)到全聯(lián)絡(luò)，即系統(tǒng)中每兩臺變壓器間都有站內(nèi)或站間聯(lián)絡(luò)，且聯(lián)絡(luò)容量對于轉(zhuǎn)移負(fù)荷足夠大時，系統(tǒng)最大供電能力在不增加主變?nèi)萘康那闆r下達(dá)到最大值，將這種情況下的供電能力定義為全聯(lián)絡(luò)供電能力。

定義4:全聯(lián)絡(luò)供電能力(Maximum supply capability, MSC)是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)所有主變兩兩互聯(lián)，即系統(tǒng)達(dá)到全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時的最大供電能力。

在現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，增加變電站與變壓器數(shù)量與容量可提升變電站供電能力，增加變電站間聯(lián)絡(luò)的數(shù)量與容量可提升網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力。顯然，后者是更加經(jīng)濟(jì)的。將通過增加現(xiàn)有系統(tǒng)站間聯(lián)絡(luò)的數(shù)量與容量而增加的供電能力潛力定義為可擴(kuò)展供電能力。

定義5:可擴(kuò)展供電能力(Expandable Supply Capability, ESC)是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)通過增加變電站間聯(lián)絡(luò)的數(shù)量與容量至全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時所新獲得的供電能力。ESC可用下式表示:

ESC=(MSC一TSC) ( 2-12）

定義ESC%為ESC與SSC的比率。

ESC%=100 X ESC/ SSC(2一13)

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中沒有站間聯(lián)絡(luò)即網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力為零時，可擴(kuò)展供電能力達(dá)到最大值，定義其為最大可擴(kuò)展供電能力ESCmax，即全聯(lián)絡(luò)供電能力與變電站供電能力的差，如式(2-14)所示。

ESCmax = (MSC一SSC) ( 2-14）

同理，ESC}ma、如式(2-15)所示。

ESC%max = 100 X (MSC一SSC)/SSC ( 2-15）

ESCma、等于全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力NTC，此時NTC達(dá)到最大值NTCmax

ESC%max=100 XNTCmax/ SSC(2一16)MSC和ESC的概念對于挖掘一個配電網(wǎng)的供電潛力具有重要作用。

TSC:計算方法主要有解析法和線性規(guī)劃模型法兩類。

最大供電能力解析法

文獻(xiàn)巨川提出了基于N-1安全準(zhǔn)則和主變壓器(簡稱主變)互聯(lián)關(guān)系的TSC'解析算法。該方法從主變聯(lián)絡(luò)單元入手對供電能力進(jìn)行分析，其核心步驟是聯(lián)絡(luò)單元最大負(fù)載率分析。但是該方法并沒有考慮聯(lián)絡(luò)線路容量約束和主變過載二次轉(zhuǎn)供的問題。在此基礎(chǔ)上計及了主變過載和聯(lián)絡(luò)線路容量約束，使得計算結(jié)果進(jìn)一步接近了配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行，其詳細(xì)計算過程不再贅述。

最大供電能力模型法

建立了TSC:計算模型，較全而地描述了TSC:的概念。所建立的模型以TSC:為目標(biāo)函數(shù)，以N-1準(zhǔn)則下的負(fù)荷轉(zhuǎn)帶作為主要約束條件，轉(zhuǎn)帶過程計及了主變?nèi)萘恳约跋乱患壟潆娋W(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)和線路容量約束。TSC:模型可轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題求解，但求解模型時并不能保證各主變負(fù)載較均衡，甚至某些主變負(fù)載率會達(dá)到極值。一個可行的解決方法是建立負(fù)載均衡模型 。

線性規(guī)劃模型法相對解析法的優(yōu)點(diǎn)在于對Tsc的概念表達(dá)更清晰直接，并能通過線性規(guī)劃方法確保找到Tsc的最優(yōu)解。

現(xiàn)行的三級用戶劃分方法可將用戶對用電可靠}h}的不同需求區(qū)分開來，這樣不但可以保障重要用戶的供電，而且還為需求側(cè)資源的利用提供了可能。雖然三級用戶劃分方法并未對同一用戶內(nèi)部負(fù)荷進(jìn)行更細(xì)致的劃分，但該方法應(yīng)用廣泛。基于此方法研究用戶分級對Tsc的影響更符合現(xiàn)實(shí)，因此本文將基于三級用戶劃分方法進(jìn)行研究。

由負(fù)荷劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，一、二級用戶負(fù)荷的中斷會造成相當(dāng)重大的損失，因此這類用戶一般情況下不允許中斷供電。在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計時，需要保證一、二級用戶供電的高可靠性，雖然在迎峰度夏等特殊時期也可對該類用戶實(shí)施停限電，但這種調(diào)節(jié)屬于正常運(yùn)行模式下的計劃用電，并不適用于系統(tǒng).v- I模式下短時間內(nèi)的負(fù)荷靈活削減。因此一、二級用戶計劃中的負(fù)荷量減小，只是為了滿足電網(wǎng)正常運(yùn)行時的安全約束，而并未使線路運(yùn)行的實(shí)際安全負(fù)荷承載量超過原始Tsc大小，因此并不影響實(shí)際Tsc的大小。而三級用戶中除了個別相對較重要的負(fù)荷外，其余負(fù)荷對供電可靠性的要求較低，即使中斷或削減部分負(fù)荷也不會造成大的影響。故一些三級用戶可以簽訂相關(guān)用電協(xié)議，在系統(tǒng)正常運(yùn)行模式或.v- I模式下靈活參與網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷大小的調(diào)節(jié)，在電網(wǎng)發(fā)生.v- I時改變其安全約束條件，從而影響Tsc的大小。

由于參與基于價格的DR ( price-based DR)用戶是在正常運(yùn)行模式下根據(jù)電價的變化自愿進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整的，并不針對N-1模式響應(yīng)，即并不改變N-1模式下各饋線及主變的負(fù)荷量，因此本文對該類DR不做詳細(xì)分析。而基于激勵的DR(incentive-based DR)可能會影響N-1模式下用戶需求的大小，故其可能對TSC'造成影響。常見的基于激勵的DR有直接負(fù)荷控制(direct load control,DLL)、可中斷負(fù)荷(interruptible load, IL)、緊急需求響應(yīng)(emergency demand response, EDR)和容量/輔助服務(wù)計劃(capacity/ancillary serviceprogram, CASP)等下而將對這些項(xiàng)目逐個進(jìn)行分析 。

由于時間有限，還有待進(jìn)一步的發(fā)展和完善 :

(1)配電網(wǎng)最大供電能力的模型的配電網(wǎng)所考慮的N-1安全性只考慮了負(fù)荷轉(zhuǎn)帶后的過負(fù)荷問題，簡化了N-1過程。實(shí)際上，最精確的做法應(yīng)該是對N-1轉(zhuǎn)帶后的運(yùn)行方式進(jìn)行潮流計算，這樣能夠計及網(wǎng)損，并考慮電壓約束和每段饋線容量約束。同樣，分布式電源的接入對最大供電能力的影響也應(yīng)考慮到模型中。

(2)主變短時過載系數(shù)k也應(yīng)考慮進(jìn)入供電能力模型，可定義為短時供電能力。

(3)可以考慮更復(fù)雜的故障模式，如配電網(wǎng)N-2以及N-X情景下的配電網(wǎng)最大供電能力。

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為加快培養(yǎng)高素質(zhì)農(nóng)電工技能人才隊(duì)伍，按照《國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)規(guī)范》的要求，山西省電力公司組織編寫了《供電所人員職業(yè)能力培訓(xùn)教材》，全書共有十六個單元。

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