基于停电损失评价的固原市配网投资效益研究

引言

配网是连接输电网络与用户的纽带,加快配网自动化建设可有效提高供电可靠性和供电质量。网络重构通过灵活切换开关状态,调控配网潮流:网络重构可优化网络损耗,改善电能质量,故障时可实现故障隔离和恢复功能。故障隔离和恢复可减少停电时长,降低停电损失。国内外学者主要侧重于研究配网网络重构实现机理和算法改善,然而设备成本是配网自动化实现主要制约因素之一。电网的投资效益评估是电网建设和运行重要的一环,文献以电力改革为前提,分析了微网、增量配网的投资效益。

本文分别从源、荷视角详述了配网经济效益评估指标,并根据固原市用户调研结果,建立了固原市工业、商业、居民用户停电损失模型,评估了基于停电损失的固原市配网投资效益。

1配网经济效益评估指标

1.1发电电源经济效益评估

(1）单个电源经济效益评估:

式中,A为节点边界电价,Ai为第i个发电单元售电电价:NG表示系统发电电源总数:Ci为第i个发电单元投资单价:Pgi为第i个发电单元发电量。

(2）节点发电电源经济效益评估。即连接于同一节点的所有发电电源经济效益总和:

(3）系统发电电源总体经济效益评估:

1.2负荷经济效益评估

(1）单个用户经济效益评估:

式中,ND表示系统负荷总数:Bj为第j个用户供电要约买入价格:Pdj为第j个负荷功率。

(2）节点用户经济效益评估。即连接于同一节点的所有负荷的经济效益总和:

(3）系统用户总体经济效益评估:

2用户停电损失模型分析

2.1停电损失评估

用户停电损失评估研究分为负荷层面(居民用电、商业用电、工业用电）、馈线层面、变电站层面。本文基于负荷层面评估固原市居民、商业、工业用电停电损失。用户停电损失评估方法主要包含直接法、间接法。直接评估法包括通过服务和生产损失评估停电成本(商业用电、工业用电）,通过停电时长评估居民停电成本:间接评估法则通过备用资源的投用成本来评估停电损失。

2.2用户停电损失模型

工业和商业用户数据变量较多且波动量较大,分析较为复杂。自适应神经模糊推理系统(AdaptiveNeuroFuzzyInferencesystem,ANFIs）基于学习混合算法实现,且通过神经网络来达到模糊推理的目的,可按照人的认知分析数据。ANFIs可处理复杂的数据库,本文采用自适应神经模糊推理系统分析工业、商业用户调研数据:居民用户数据涉及变量较少,本文采用平均值模型分析居民用电数据。由此建立了图1所示的工业、商业、居民用电模型。

3算例分析

3.1算例描述

图2所示为固原市某区域的配网结构图,包含3个馈线,各馈线负荷类型如表1所示。馈线1由工业、商业用户组成,其供电可靠性要求最高,停电损失成本最大:馈线2主要由商业用户组成,停电成本较馈线1低:馈线3主要由居民用户组成,停电成本最低。

3.2用户停电损失模型

本文利用ANF1s对21个工业用户数据进行分析,得出了工业停电成本与电能消耗、供电恢复时间、停电过程特性、停电时长存在映射关系的结论。图3所示为工业用户停电损失成本与工业电能消耗、供电恢复时间的关系。由图可知,停电损失与供电恢复时间成正比。

图3工业用户停电损失模型

类似地,基于ANF1s分析了商业用户数据,并建立了图4所示商业用户停电损失模型,即商业用户停电损失成本与电能消耗、停电时长的关系图。

图4商业用户停电损失模型

根据不同体量的居民小区,本文分别建立了小型、中型、大型居民负荷的停电成本模型该模型反映了停电成本与停电时长的映射关系,如图5所示。

3.3电网投资效益优化算例分析

图6所示为各馈线停电损失与停电时长关系。馈线1包含工业负荷最多,相同停电时长下,馈线1的停电损失最大:馈线3主要由居民用电负荷组成,相同停电时长下,馈线3停电损失最小。

图2所示配网模型其中继电开关包括重合器、分段开关、隔离开关:通过开关操作,可实现故障的快速隔离和恢复功能,降低用户停电损失。本文将配网的故障分为三种类型,即一类瞬时故障、二类短时故障故障持续时间15～45s）、三类永久性故障故障时间大于2min）。如表2所示,安装成套继电开关之后,电网发生瞬时故障后,83.25%的配网用户可避免供电中断:发生短时故障、永久性故障后,系统分别有10.05%、1.42%用户可避免供电中断。总体而言,安装成套自动化开关后,系统发生故障后,总计有94.72%的用户可持续性供电。

本文评估了安装继电开关后系统降低的停电成本。例如,对于一类故障,馈线3的83.25%用户可免于供电中断的情形,系统降低的停电成本为35843元:馈线3的10.05%用户可免于短时故障引起停电的情形,系统降低的停电成本为85023元:馈线3的1.42%用户可避免永久性故障引起的供电中断,系统降低的停电成本为176530元。安装继电开关后,馈线3每年可减少的停电损失总计为297396元。类似地,其他馈线减少的停电成本分别如表3所示。根据表3可推导出安装成套自动化开关后,系统每年可减少的停电损失总计为3532482元,成套自动化开关投资成本为150万元:则安装成套自动化开关后,运营5个月左右可收回安装成本。

4结语

本文根据固原市用户调研结果,分别建立了固原市工业、商业、居民用户停电损失模型:安装成套自动化开关后,通过开关操作可减少停电区域,降低停电成本。本文评估了基于停电损失的固原市配网投资效益:通过算例分析,得出了系统运营5个月后可收回成套自动化开关安装成本的结论。