图1 110～35 kV电网结构过渡
Fig.1 110～35 kV power grid structure transition
摘 要：结合不同类型供电区域(A+、A、B、C、D、E)典型供电模式的组成特点，根据供电区域未来的发展定位，研究配电网供电模式的建设改造问题.首先提出改进的“最小单位负荷年费用法”——规划年最小费用法，制定不同类型供电区域间典型供电模式升级的过渡方案；然后利用改进的计算方法对过渡方案进行经济性比较，并综合分析各种方案；最后计算得到最佳过渡路径.
关键词：典型供电模式；供电区域；过渡路径；经济性
配电网是电网的重要组成部分，长期以来国内对配电网的研究和实践主要集中在接线模式方面.文献[1-5]对几种常见的接线模式进行可靠性、供电能力的比较，探讨配电网接线模式的安全性、可靠性、经济性等因素,对不同接线模式进行评估.这些研究为配电网的优化、经济运行及规划提供了有益的参考.但接线模式仅体现了本级线路间的联络关系，无法体现电网在不同区域和不同负荷密度[6-7]条件下配电网的供电结构.目前，随着负荷密度的增加及便于智能化管理的需要，采用标准化的供电模式来构筑高水平的配电网[8-9].构建适合我国特点的标准化供电模式以指导配电网的规划和改造，具有重要的现实意义.
目前已有大量研究供电模式的文章，文献[10-11]用“最小单位负荷费用法”对各种供电模式进行经济性比较,介绍中压配电网供电模式过渡的基本思路和原则.文献[12]提出根据变电站的新增站点扩展不同网架结构的方法，给出供电模式的扩展方式.上述文献对供电模式的优劣性进行经济性比较，也考虑供电模式的过渡问题，但未对过渡问题深入分析和讨论.
笔者根据供电区域未来的发展定位，考虑配电网向高可靠性和高设备利用率升级过渡的特点，研究供电模式最佳过渡方案.以我国某地区配电网为例，利用改进的“最小单位负荷年费用法” ——规划年最小费用法进行过渡方案经济性比较，综合分析各种方案，从中选出最佳过渡路线.以此指导配网规划，减少电力建设投资浪费.
1.1 供电模式电网结构发展方向
电网建设一般可分为初期、过渡期和完善期三个阶段，不同阶段划分的主要依据是地区负荷密度、负荷增长速度、以及网架情况.图1,2为110～35 kV、10 kV电网结构过渡示意图.在电网建设的过程中，可依据图1、图2在规划中设计好的电网结构发展方向，研究供电模式过渡方案.
图1 110～35 kV电网结构过渡
Fig.1 110～35 kV power grid structure transition
图2 10 kV电网结构过渡
Fig.2 10 kV power grid structure transition
1.2 典型供电模式的过渡
随着供电区域内用户对供电可靠性要求的提高和负荷增长，当该供电区域内的供电模式不适应用户需求时，需要对供电模式进行升级改造，通过不断升级改造使其达到该地区的目标供电模式.
供电模式升级的方向是，较低级供电区域的配电网供电模式经过负荷的不断发展过渡到更高级的供电区域典型供电模式,如图3所示.
图3 供电模式低级向高级升级示意图
Fig.3 Power supply mode upgrade schematic
不同类型供电区域间供电模式的过渡有：相邻级别的过渡、跨级别的过渡.在实际配电网建设时，考虑到变电站土建、线路走廊等一次性建成的条件限制，跨两级及以上级别的过渡方案理论上是不可能出现的.相邻级别的过渡只需各电压等级的网架结构符合过渡方向即可直接过渡，不存在需要比较过渡方案来寻找最佳过渡路径的问题，所以跨一个级别的最佳过渡方案研究最具有实际意义.
2.1 计算方法
供电方案经济性计算的基本方法是对供电模式的各种过渡方案利用“最小单位负荷年费用法”判定其经济性好坏[2-3].
通过对某供电区域多种过渡方案的比较，研究其由现状模式发展到目标供电模式的最佳过渡方案.由于针对的是同一地区，所以比较时不需要考虑负荷密度的问题；且在配电网规划建设时，现状模式发展到目标供电模式是随着负荷需求的增长而过渡的，是一个过程.因此，提出采用改进的“最小单位负荷年费用法”——规划年最小费用法，对过渡方案进行经济性计算.此方法利用不同过渡方案都是针对同一供电区域发展的这一特点，避免了供电模式发展中负荷密度不断变化这一复杂问题的计算，使计算思路更清晰明确.
计算时首先需要对确定的供电区域计算出高压变电站、高压线路和中压线路的投资费用,同时考虑线路损耗和变压器损耗等运行费用,然后按“现值转年值”法，转化为高压变电站年费用值、高压线路和中压线路年费用值,三者相加乘以规划年就可以得到配电网规划年的总费用值，如图4所示.
图4 供电方案经济性计算方法
Fig.4 Power supply mode economy method
2.2 计算公式
计算中引用的主要计算模型如下：
C=(SZU+LHZU+LZU)·N.
(1)
式中：C为规划年最小年费用；N为规划年；SZU为高压变电站年总费用，且有
；
(2)
LHZU为高压线路年总费用，且有
；
(3)
LZU为中压线路年总费用，且有
U.
(4)
式中：SZ、LHZ、LZ分别为高压变电站、高压线路、中压线路综合投资费用；SU、LHU、LU分别为高压变电站、高压线路、中压线路运行费用.
注意：当各项费用值不是十分明确时，年运行费用可按综合投资的百分率进行计算：
.
(5)
.
(6)
.
(7)
式中：β为年运行费用占综合投资的百分率,%.
3.1 不同类型供电区域间的最佳过渡路径
本案例给出适合我国某地区发展的3种类型供电区域的典型供电模式B-3、A-3和A+-4，假设B-3是该地区的现状典型供电模式，A+-4是该地区的目标典型供电模式.每种典型供电模式的基础数据在国网发展策划部编制的《配电网典型供电模式》报告中均可找到.
比较3种典型供电模式，高压110 kV的网架都为单链结构，符合110～35 kV电网结构过渡；中压网架也同样符合网架过渡方向.案例又为跨级过渡，这种情况下的过渡可分为直接过渡和逐步过渡两种方案如表1所示.
表1 过渡方案
Tab.1 Transition scheme
方案号过渡路径12直接过渡B-3→A+-4逐步过渡B-3→A-3→A+-4
采用规划年最小费用法对过渡方案进行经济性计算时，所需设备造价和技术参数，以及计算公式中的基础数据，如表2所示.
表2 线路综合投资造价
Tab.2 Lines cost
线路线型/mm2综合投资/(万元·公里-1)110kV电缆630mm2190LGJ-2407010kVYJV22—8.7/153*400105YJV22—8.7/153*30095JKLYJ—24042
3.2 经济性比较结果与分析
通过比较供电模式的数据参数，可知高压变电站和高压配电网设备参数都相同，在过渡方案经济性计算时只需考虑中压配电网即可.对于确定的供电区域，利用规划年最小费用法计算线路单位长度综合投资费用.计算每种供电模式中压配电网单位综合造价结果，如表3所示.
考虑到不同供电设施的经济使用年限不同，采用“等年值法”，将费用现值折算为使用年限内的年费用.
表3 供电模式中压配电网单位综合造价
Tab.3 Power supply mode of medium voltage distribution network unit costs
供电模式中压配电网接线示意图单位综合造价/(万元·km-1)A+-4840A-3630B-3548
.
(8)
式中：Ct为平均分布在n年内的年费用；Z为投资费用；n为设备的经济使用年限；r0为折现率，现阶段取0.1；β取10%.
查表可知电缆线路经济使用年限40 a、架空线路30 a，由此计算各自的折算率η.
.
(9)
当n=40，η=0.102 3；n=30，η=0.106 1.
根据折算率，利用现值折算公式即可计算现值折算综合单位造价，如表4所示.
再采用规划年最小费用法计算各过渡方案的规划年最小费用.假设规划年N=40 a，x表示B-3升级到A-3后运行x年后，再升级到A+-4运行N-x年，该地区的负荷密度与升级后的典型供电模式相匹配.按照2.2中的计算公式，结果如图5所示.
由图5可知，B-3升级到A-3后运行x年中的x取不同的值，在规划年内所需的最小费用也不同.只有当x=0时，这时方案2与方案1相同，方案2所需的最小费用最大.对于方案2来说，x必须大于0，且随着x的增大过渡方案2的费用不断减小.据此可推测，对于其他地区的典型供电模式过渡，当需计算变压器和高压线路的费用时，也遵循随着x的增大而所需最小费用不断减小的规律.所以可以得出，对于跨一个级别的过渡研究来说，最佳的过渡路线是逐步过渡.
表4 过渡方案经济性比较结果
Tab.4 Transition economy comparison results
过渡方式过渡单位综合投资/万元现值折算综合单位造价/万元单位年运行费用/万元最小年费用/万元到规划年最小费用/万元直接过渡B-3→A+-484085.8988.59094.4883779.520间接过渡B-3→A-363064.4496.44570.894 x年A-3→A+-421021.4832.14823.631 (N-x)年⫹3779.520
图5 N=40 a，x取不同值时两种方案的最小费用
Fig.5 N=40 a, minimum cost of different schemes according to x
笔者研究的跨级过渡只针对跨一个级别的过渡方案.通过案例分析可知，最佳的过渡路线是逐步过渡；规划年最小费用法避开了负荷密度不断变化这一复杂问题的计算，使计算思路更清晰明确.此研究不仅是指导我国配电网建设改造工程的重要依据，还是减少电力建设投资造成巨大浪费的重要前提.
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Abstract：The construction and transformation of power supply modes were explored researched according to the composition of the typical power supply mode in different power supply areas(A+, A, B, C, D, E ) as well as future development orientation. The “smallest unit of planning year” adapted from “smallest unit of load method”, was proposed at first, to make the transition program for the updating of typical power supply mode in different power supply area. Then transition schemes were economically compared and comprehensively analyzed using modified method of calculation. At last, the optimal transition path was selected to determine its development course of power supply mode by calculating.
Key words：the typical power supply mode; power supply area; the optimal transition path; economy
收稿日期：2016-05-30；
修订日期：2016-07-19
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51407163)
文章编号：1671-6833(2017)03-0054-04
中图分类号：TM 726
文献标志码：A
doi：10.13705/j.issn.1671-6833.2016.06.008