电网差异化规划新方法

电网差异化规划新方法 篇1

随着国家电网公司《电网差异化规划设计指导意见》[1]的下发,对电网进行“普遍提高,重点加强”的差异化规划越来越引起人们的重视[2,3,4,5],差异化规划设计逐渐用于指导电网规划和改造,以提高电网的抗灾能力和降低灾害损失,但是抗灾能力的提高必然伴随着投资的增加,因此必须对差异化规划后的电网进行经济性评估。

常规的电网规划经济性评估方法,有投入产出法[6,7]、成本效益分析法[8,9]、基于全寿命周期理论(Life Cycle Cost,LCC)的资产管理分析[10]等,文献[11]基于灾害经济学理论关于抗灾投资效益的“有无对比”计算原理,对电网抗灾投资效益的量化进行了探索。文献[12]针对差异化网架提出了抗灾型指标,分析了其对投资效益的影响,这些方法和研究成果对差异化电网经济性评估有一定的指导作用,但都有各自的侧重点且均是针对常规的电网规划,对差异化规划后的电网并不适用。

本文以全寿命周期成本理论[13,14]为基础,结合灾害经济学中“有无对比”的计算原理,提出一种电网差异化规划经济性评估方法,其主要思想是将“有差异化设计”时的加强成本与“无差异化设计”灾害场景下的减损效益进行对比,在全寿命周期内进行管理,通过经济性量化指标IR,直观地反映电网差异化规划的经济性。算例分析表明,该方法充分考虑了规划后的电网在灾害场景下的特殊运行模式,指标计算简单,对差异化规划后的电网经济性评估进行了有益的探索。

1 全寿命周期成本理论及其改进方法

1.1 全寿命周期成本理论

电网的全寿命周期成本指的是电网经济寿命周期内所发生的总费用,其基本模型[15]为:

式中:IC为电网的一次投资成本;OC为电网运行成本;FC为电网故障成本;DC为报废成本。

1.2 改进LCC在差异化规划中的运用

由于差异化设计是要确保发生重大自然灾害时,核心骨干网架稳定运行且重要负荷持续供电,故进行差异化规划所需的投资成本分为核心骨干网架的新建成本和对原有电网的改造成本,结合全寿命周期成本模型并进行改进,所有的成本要素只考虑因为差异化设计所新增的成本,主要考虑重大自然灾害的影响,不考虑常规的故障成本。故改进后的全寿命周期成本模型为:

各差异化成本要素分解结构如表1所示。

提高设计标准,进行差异化规划后,发生重大自然灾害时,由于核心骨干网架的稳定运行和重要负荷的正常供电,能够大大降低自然灾害对电力系统造成的损失,即带来差异化效益,也称为“减损”效益,根据灾害经济学中“有无对比”原则,可以定义为“无差异化设计”时灾害可能造成的损失。计算模型为:

差异化效益构成要素分解如表2所示。

1.3 差异化成本和差异化效益计算方法

对于差异化投资成本,在计算过程中,将所有投资折算为单位线路新增成本与线路长度的乘积:

式中:Ci为第i条强化线路的单位新增成本;li为线路长度。

差异化运行成本和维护成本按差异化投资成本百分比进行估算。

式中:K1为运行维护比例系数,一般取0.1～0.2。

差异化报废成本也可按投资成本百分比进行估算。

式中:M1为处理成本;M2为残值;K2为报废系数。

对于差异化效益,主要包括直接经济效益和间接经济效益。

其中,电力设施抢修费用可用未加强时所需的投资百分比进行估算,即:

式中:K3为灾后恢复系数;CI为不进行差异化规划所需要的投资。

式中:λ3为电力公司的售电电价;λ2为发电公司的上网电价;L为保障的重要负荷数;λ为发电成本;I为重要保障电源非计划停运后重启费用;N重要保障电源数目。

间接效益可以通过与直接效益1个合理比例来计算,即:

式中:k为综合社会影响倍率。

2 经济性评估模型

通过对电网差异化规划成本和减损效益的分析,将成本和效益均折算至全寿命周期末进行比较。折算后总成本:

式中:i为资金贴现率;n为使用年限。

由于灾害发生的不确定性,灾害发生在不同的年份,考虑资金的时间价值,减损效益折算至全寿命周期末的值不同。

式中:j表示灾害发生的年份。

电网差异化规划的收益:

显然,对于确定的差异化规划方案和特定的灾害场景,W单调递减,对W进行分析,有以下3种可能情形:

(1)无论灾害发生在哪一年,即在全寿命周期内无论j取何值,均有收益W≥0。

(2)无论灾害发生在哪一年,即在全寿命周期内无论j取何值,均有收益W<0。

(3)灾害发生在不同的年份,收益W将由正变为负,即当j=t时,W≥0;而j=t+1时,W<0。t表示年份。

情形(1)和情形(2)很明显分别表示差异化规划方案经济可行与不可行,对于情形(3)则需要具体分析。

定义使收益W≥0的年数与使用年限的比值为差异化回收期率,反映在全寿命周期内,差异化效益大于差异化成本的可能性,用IR表示,则:

IR越大,表示差异化规划后,差异化效益大于差异化成本的可能性越大,方案经济性越好,极端情形为情形(1),此时IR=1。

IR越小,表示差异化规划后,差异化效益小于差异化成本的可能性越小,方案经济性越差,极端情形为情形(2),此时IR=0。

至此,将收益W的3种情形用差异化回收期率统一起来,作为评估差异化规划方案经济性的指标。

3 算例分析

通过Garver 6节点模型进行仿真分析,主要考虑冰雪灾害的影响,算例数据如表3所示。

文献[16]计算结果显示,重要线路为3-5,2-6,4-6,均为新建差异化线路,其长度分别为20 km、30 km、30 km。

将设计标准由30年一遇提高到50年一遇,评估时简化认为寿命周期n=35 a,且灾害场景为寿命周期内发生1次30年一遇以上50年一遇以下的冰灾,加强线路正常运行并保障重要负荷,未加强线路均停运。设定资金贴现率i为5%,售电电价λ为600元/MWh,上网电价λ2为300元/MWh,发电成本为150元/MWh,灾害情况下期望停电时间为2 d,发电机非计划停运后重启费用I=30万元/台,K1、K2分别取值为0.15、-0.05。考虑到灾后抢修甚至比新建线路更困难,这里K3取1.2;由于大面积停电的综合影响远远大于停电本身造成的单纯电量损失,故k取值为15;据工程经验,30年一遇单回线路初期投资为104.19万元/km,50年一遇线路投资约为30年一遇投资的3倍,最低差异化投资期率ε取0.5。

由式(4)-(6)和式(12)得到各成本,结果如表4所示。

由式(7)-(11)可计算得出直接效益和间接效益,根据式(13)可算得灾害发生在不同年份折算至全寿命周期末的值,部分数据如表5所示。

最后根据式(13),可以得到全寿命周期内,不同年份发生灾害时的收益曲线,如图1所示。将表4和表5的数据进行对比,或从图1可以直观看出:当灾害发生在第23年时,收益W>0;当灾害发生在第24年时,收益W<0。由前面的分析可知,差异化回收期率。

在灾害场景和其他参数不变的情况下,将线路设计标准由30年一遇提高到100年一遇。100年一遇线路投资约为30年一遇投资的4.5倍。得到的最终收益如图2所示。

此时差异化回收期率:

比较可得:IR50>IR100,说明将差异化线路设防标准提高到50年一遇的经济性优于设防标准提高至100年一遇,这也与实际情况相符,因为在文章设定的灾害场景下,设防标准提高到50年一遇就已经满足规划要求,提高到100年一遇额外增加了投资,经济效益降低。

4 结论

(1)针对在极端自然灾害情况下,差异化规划后的电网只有核心骨干网架运行的特殊模式,本文所提方法对全寿命周期成本要素进行了扩充和改进,综合利用了全寿命周期成本和效益成本分析法的优点。

电网差异化规划新方法 篇2

[关键词]可靠性因素；电网规划；新方法

近年来，随着经济社会改革的不断深入，电力行业实现了突飞猛进的发展，社会对电力资源的需求量不断增加。为此，电网必须不断提高运行和规划的可靠性，才能减少电气设备故障发生的概率。

1.电网规划应当遵循的原则

10千伏至35千伏电网是地区电网的重要组成部分，其对国民经济的发展具有重要意义，它是电网与居民住户之间连接的最后一环，如果地区电网规划缺乏合理性，就很容易造成电力设备的破坏、供电不足等问题，甚至引起大面积停电，影响人们的正常生活。为保障电力系统正常运行，电力部门在进行电网设计时，不仅要考虑经济因素也要考虑可靠性因素，提高电网运行的安全稳定性。当前，我国电网规划设计应当遵循的原则主要表现在以下几个方面：

1.1综合考虑规划区域各种因素对电网建设影响

为满足地区经济社会发展需要，在对某一地区电网进行规划之前，要综合考虑各种因素的影响，将各种因素作为电网设计的约束条件，实现经济发展与电网可靠性之间的协调，使电网规划符合科学性、合理性要求。

1.2合理划分、布设电压

10～35kv电网在规划过程中应当遵循上级电网对下级电网的指导作用以及下级电网对上级电网的基础作用。在进行电网规划建设之前，要求列出相应的文件，例如上级电网规划结果；电网规划、设计和运行应遵循的有关规程、规范和规定；其他相关的资料等。据此确定电网划分和电压布设的限度。

1.3输电线路容量的规划

首先负荷变电站的布设应当以该区域未来用电量的多少为标准，对已经架设完成的设备进行更新升级；其次变电站数量应当以区域规模为主要参数进行确定，根据用电量增加变电站数量，保证居民正常用电需求；最后，变电站可以选择环形运行方式也可以选择独立运行方式，后者能够提高供电稳定性。

1.4电网架构和变电站布设

在进行电网构架及变电站布设时，要综合考虑供电的负荷密度以及供电半径，通过综合考虑区域特点，确定变电站布设的数量和位置，确保电网安全稳定运行。同时，还要将电网构架与变电站的布设同城市规划结合起来，减少规划费用，降低电网建设对环境的破坏。

2.综合考虑可靠性因素的电网规划新方法

2.1影响电网可靠性因素的原因

影响10千伏至35千伏中压电网可靠性的因素主要有：设备故障、计划停电影响。引起设备故障的主要因素有绝缘损害、雷击、自然劣化或认为破坏等。计划停电影响指的是因配电线路试验、停电检修和施工等原因造成的电路停运。

2.2综合考虑可靠性因素的电网规划过程

综合考虑可靠性因素的电网规划方法有两种：一种是在进行电网规划时将各种可能破坏电网可靠性的因素作为约束条件考虑在内，从而提高电网运行的安全稳定性，但是由于这种方法忽视了对经济因素的考量，因此并不是最优方法。第二种方法则将可靠性因素同经济性指标联系到一起，使最终确定下来的电网规划方案符合经济性与可靠性的双重要求。在进行电网规划时，主要使用的是第二种方法。综合考虑可靠性因素的电网规划一般流程为：可行规划的收集；确定各节点信息，并通过节点信息确定数据收集的方向，完成数据收集工作；根据收集到的数据确定系统的可靠性系数、静态缺点损失评价率、动态缺点损失评价率以及各节点电量不足的期望值；进一步确定静态、动态缺点成本，同时完成对线路运行以及线路投资成本的估算，确定综合成本。通过对不同方案综合成本的比较，确定最终电路规划方案。

2.3依靠现代技术提高电网规划可靠性的方法

2.3.1借助gis地理信息系统提高电网可靠性。提高电网规划的科学合理性，必须对当前区域内的电网系统进行全面准确定位，进而形成活地图式的电网管理模式，实现电网管理的科学性、精确性、集约型和规范性。为了实现这一目标，电力部门在进行电网规划时可以借助于Geographic Information System地理信息系统。GIS地理信息系统的主要功能就是通过多种方式反映某一地区的行政区划、地形地势、人口分布等情况，借助于地理信息系统，电力部门能够对辖区内的用电部门、供电部门进行统一管理，并为电网架设工作提供准确的地形地质信息，帮助建设部门及时发现并排除可能出现的问题，提高电网建设的可靠性；并在电子计算机技术的帮助下，实现对线路故障的排查以及建设进度的实施跟踪，改变过去耗费时间耗费精力的蹲点排查的方式，提高电网管理的效率，改善电网管理的可靠性，增强电力企业管理水平的现代化程度以及应对风向的能力。2.3.2依靠电子智能巡检系统加强电网管理（此项在低电压等级电网也适用吗？中压配电网主干线路也有较长的，300多千米）当前不少电网的高压电线架设在山地丘陵地区，由于人员能力有限，电网系统复杂等多种不利因素的存在，使得电网的日常维护工作很难进行并且容易造成重大失误。为了改善这一困境，电力企业可以采用电子智能巡检系统加强对电网的日常管理和维护。借助于电子巡检系统，工作人员能够实现对远距离、地质条件复杂地段的电气设备的实时监控，了解电路的输电状态，并能够获得清晰的视频图像，便于技术人员对电网进行调整，降低了传统巡检方法的人力、物力成本，即使在天气条件十分恶劣的季节，也能够对电网进行监控，提高了电网巡检的可靠性，有助于维护输配电安全稳定。2.3.3建立仿真电网平台。当前，随着科学技术的不断发展，电网运行设备也在不断更新变化，这就对员工提出了更高的要求，要求他们能够及时掌握新设备的使用方法，但是使用真实的电网平台进行训练必然是不合适的，因此，电力企业需要引进先进的仿真电网平台。仿真电网平台建设的主要目的是提高电网员工的操作水平，消除他们内心的紧张情绪。仿真电网平台除了不能对现实的电网进行调度操作外，同真实的电网平台具有相同的功能，工作人员可以借助仿真电网平台练习日常工作的操作方法，学习新技术，熟悉新设备，提高自己的技术水平和解决问题的能力，从而增强电网规划的可靠性。2.3.4实现电网运行的自动化。电网运行是一个十分复杂的过程，从电力资源的运转、分配，再到电力资源通过变电站输送到用户，需要大量人员的参与。为了减少对人力资源的浪费，电力企业可以借助电子监控等设备实现电网运行的自动化。电子监控设备既能够对电气设备进行实时监控，也能够帮助实现电力资源的运输，在发现问题后可以把问题反馈给技术人员使他们能够及时赶到现场对设备进行维修，减少了设备故障给居民生活带来的影响，提高了设备运行的可靠性，也降低了电网运行成本。

结束语

总而言之，电网规划关系到国民经济的发展。为实现电网规划的科学性、合理性、集约型，电力企业应当认识在进行电网规划时考虑可靠性因素的重要性，坚持可靠性因素同经济因素结合起来的电网规划原则，积极运用新技术、新手段提高电网建设、运行的可靠性，实现电力企业现代化水平不断提高。

参考文献

[1]许晓峰.探讨综合考虑可靠性因素的电网规划新方法[J].通讯世界，2014，06：22-23.