变电站规划范文

变电站规划范文（精选10篇）

变电站规划 第1篇

关键词：规划,变电站,电源选择

输电线路的选择, 必须符合国家的技术经济政策, 符合发展规划, 并积极慎重地采用新技术新材料新设备新工艺和新结构, 做到为国民经济、用电客户提供充足、可靠的清洁能源。在方案选择时需要考虑线路的安全可靠、技术先进、经济合理、便于施工、易于检修、方便维护等, 并保证线路的抗灾害能力。

1 现状数据准备

现状分析是规划变电站电源的基础, 只有摸清变电站的可能电源点, 才能进一步分析选择。高店变电站电压等级为110千伏, 近距离220千伏变电站有4座, 周围已建成相关110千伏电力线路7条, 电网分布图见图1。

从图1中可以判断高店站电源可以使用四种方案接入四个不同的220千伏变电站, 分别为:

1) 接入史口站:T接至史陈线。

2) 接入杨家站:T接至陈来线, 经正来线、杨正线接入杨家站。

3) 接入南塔站:存在两种方案:一是T接至缪水线, 二是联接至缪水备用线。

4) 接入丁庄站:T接至缪道线。

在现状数据准备时, 需要分析历史因素, 做为下一步选择的依据。经过分析各变电站、线路配置及运行情况, 发现220k V丁庄站、南塔站运行年限较短, 负荷较轻, 陈来线运行年限已超过30年, 建设标准较低。

2 线路走径的勘察

在线路路径选择前, 要先取得城市和市政设施布置的现状与规划资料, 做到路径选择与城市总体规划有机结合, 走廊位置与各种管线和其他市政设施统一安排。

在线路走径勘察时, 需要联系地方规划部门参与, 将各种接入方案逐一勘查, 在勘查过程中注意减少线路与其他设施交叉。当与其他架空线路交叉时, 其交叉点不应选在被跨越线路的杆塔顶上, 交叉角要符合有关的要求。注意避让储存易燃、易爆物的仓库区域, 避让房屋、洼地、冲刷地带、不良地质地区、原始森林区以及影响线路安全运行的其他地区。提前考虑林区中电力通道的建设与维护。电力通道与交通道路一般并肩而行, 易于施工和检修维护, 在路径选择时, 要考虑恶劣天气时, 线路抢修的可行性。

经实地勘查, 高店变电站电源线路走径见图2。

经实地勘查, 各走径长度就可以确定了。

1) 接入史口站:T接至史陈线79#杆塔, 线路长度11940米。

2) 接入杨家站:T接至陈来线11#杆塔, 线路长度6320米。

3) 接入南塔站:存在两种方案:

一是T接至缪水线4#杆塔, 线路长度13054米。

二是联接至缪水备用线, 线路长度12436米。

4) 接入丁庄站:T接至缪道线72#杆塔, 线路长度13783米

3 电源点的分布

经过现状数据准备和实际走径勘查, 可以进行综合分析了。综合分析一般从电源点的负载情况、变电站与电源点的距离、新建线路的长度等方面进行分析。

由于高店变电站来自220千伏丁庄站、南塔站的方案有多个, 并且存在同标架设情况, 在分析时需要将各种组合情况一一列出。高店变电站电源点分析见表1。

在接线号3、4、5、6进行组合时, 存在同塔现象。接线号3与4、5组合, 同塔长度13021米。接线号3与6组合, 同塔长度7205米。

结合各种因素, 选择接线方案6做为高店变电站的主供电源, 选择接线方案3做为高店变电站的备用电源。主供电源供电距离为17936米, 备用电源供电距离为28283米, 新架双回线路7205米, 单回线路11809米, 其中至缪水备用线5231米, 至缪道线6578米。最终接入方案走径图见图3。

4 电源规划点的分布

在确定线路走径后, 还要结合电源点的规划情况, 提前布置。由于线路通道日趋紧张, 合理安排杆塔的挂点, 减少线路整体建设, 也就成为线路规划的一部分。

高店变电站周围规划有220千伏变站1座, 110千伏变电站1座, 具体情况见图4。

在图4中可以清晰的看出, 220千伏尚道变电站建成后需要向110千伏来家站、陈官站、高店站、陈东站、缪道站提供电源, 配出线与本次规划线路出现交集, 即图4中红色线路部分, 在高店电源建设时, 交集部分设计杆塔时, 增加一组线路挂点。由于110千伏高店站、陈东站在经济开发区核心地带, 线路通道比较紧张, 考虑提前设置挂点, 减少土地占用显的更为重要。

5 结论

66千伏玉龙输变电工程创优规划 第2篇

编制单位：阜新供电公司基建部 编制日期：2011年2月

批准： 齐庆武 2011年2月14日

审核：

编写： 孙德成 2011季敬源 年2月11日 2011年2月10日

66千伏玉龙输变电工程

创优质工程总体规划

66千伏玉龙输变电工程是为阜新地区发展提供电源的新建项目，为把该工程建设成省公司优质工程特制定创优规划如下：

一、创优指导文件

1、《国家电网公司工程建设质量管理规定（试行）》（国家电网基建[2006]699号）

2、《国家电网公司输变电优质工程评选办法》（国家电网基建[2005]253号）

3、《国家电网公司输变电工程达标投产考核办法》（国家电网基建[2005]255号）

4、《电力建设工程施工技术管理导则》(国家电网工[2003]153号)

5、《电力建设施工质量验收及评定规程 第一部分：土建工程》（DL/T5210.1—2005）

6、电力建设工程质量监督检查典型大纲（火电、送变电部分）

7、《电气装置安装工程质量检验及评定规程》（DL/T5161.1～5161.17-2002）

8、《电力建设房屋工程质量病防治工作规定》（电建质监[2004]18号）

9、工程建设标准强制性条文电力工程部分（2006年版）

10、《国家重大建设项目文件归档要求与档案整理规范》（DA／T28—2002）

11、《66千伏玉龙输变电工程建设管理纲要》

二、创优指导思想

66千伏玉龙输变电工程创优的指导思想是：贯彻国家《质量振兴纲要》，百年大计，质量第一。设计水平、施工质量均达到国内同行业的领先水平，并有较好的经济、社会效益。做到工程建设管理规范，工程实体质量优良、技术先进、功能可靠，技术经济合理。实现工程的五优，即：

优越管理：创优工作全员参加，组织严密，规范有序，贯彻始终； 优良工艺：亮点突出，实体优良，结构稳定，实用美观；

优化设计：方案合理，技术领先，国内首创较多，取得省、部级以上优秀设计证书； 优异成果：有新技术、新工艺、新材料、新设备业绩，功能齐全，性能可靠； 优秀指标：技术经济数据齐全，经济合理，效益显著，环保达标，社会满意。

三、工程创优目标

1、工程质量目标

工程质量总评为优良，实现基建向生产移交“零缺陷”工程。变电站土建部分：分项工程合格率100%，单位工程优良率100%，观感得分率≥95%； 变电站安装部分：分项工程合格率100%，单位工程优良率100%，整体试运一次启动成功。变电站调试部分：分项工程合格率：100%，一次试运成功。

送电施工部分：分项工程合格率100%，单位工程优良率100%，整体试运一次启动成功。

2、工程安全目标

实现人身伤亡事故“零目标”，杜绝重大施工机械设备损坏事故、重大火灾事故、负主要责任的特大交通事故、重大环境污染事故和重大垮(坍)塌事故。特别是杜绝倒塔、人员高空坠落、感电事故和电网运行事故。

3、工程投资目标

工程造价实现静态控制、动态管理。工程实现全范围招投标，降低工程造价。工程合同管理、合同签约、合同执行规范，不出现违约和索赔事件。按执行概算进行投资指标分解控制。从技术、工艺、工期、管理等方面降低成本，同等条件下，工程投资不超过限额设计指标。设计变更按有关规定和程序进行审批，因设计原因造成的设计变更费用不超过基本预备费的30%。实现总投资不超概算水平。

4、工程档案管理目标

所有施工记录、质量保证资料、质量关键控制环节的数码档案等工程档案与施工进度同步形成，归档及时，数据准确、真实可靠、完整齐全，满足合同及工程档案管理要求。

四、施工创优管理措施

1、制度保证措施

为实现本工程创优目标，针对工程特点及管理要求，编制以下质量保证制度并在工程施工全过程认真落实，以保证各种质量控制措施的有效执行并取得预期效果：

⑴ 施工质量工作责任和奖惩制度； ⑵ 施工图会审及技术交底制度；

⑶ 原材料检验、试验，设备开箱、交接，及跟踪管理制度； ⑷ 施工质量检查、检验、不合格品纠正制度； ⑸ 隐蔽工程验收制度；

⑹ 设计变更及材料代用管理制度； ⑺ 计量器具管理制度； ⑻ 质量事故报告及处理制度； ⑼ 档案管理制度。

2、组织保证措施

（1）成立领导小组，领导创优工作，制定创优目标

由阜新供电公司组织设计单位、监理单位、参建单位成立创优工作组织机构，负责完成66千伏八家子输变电工程的创优工作。领导小组组长由主管局长担任。

组 长： 李 东 副组长： 齐庆武

成 员： 刘志春 张 建 王 涛 李振宇 范国峰 孙德成 季敬源（2）、达标创优工作组：负责指导、督促、检查日常创优工作、申报工作 组 长：刘志春

成员：张 建 王 涛 李振宇 范国峰 孙德成 季敬源

3、技术保证措施

⑴ 施工技术人员到现场进行实地勘察，掌握现场地理环境，编制针对性的施工技术措施、安全环境保证措施、质量保证措施等施工作业指导文件。重要施工技术方案应经施工技术人员论证，内部履行审批手续后，报本工程监理部审核批准后实施。

⑵ 分部工程开工前，项目部须组织技术、质量、安全等部门，针对本工程特点,就相关作业文件和工作要求对施工人员进行详细交底。

⑶ 工程开工前，由项目总工组织本工程技术、质量、安全、设备等管理部门，对施工图进行认真审查，并提出修改意见，审查时应特别注意工序接口、及与现场实际情况的核对。施工中发现地质条件等与设计不符的情况，及时书面向监理反映。

⑷ 注意收集新技术、新工艺、新材料、新设备的信息，结合本工程特点，经严密的技术经济分析和必要的试验、试点，积极在本工程应用成熟的“四新技术”，以优化施工工艺，提高工效，在技术方面为工程创优提供保证。

4、建设管理措施

（1）严格履行国家的基本建设程序，加强“五制”管理。在执行工程建设标准强制性条文规定的基础上，优化设计、创新工艺、科学管理；制定略高于国家及电力行业现行施工规范及质量验收、评定规程的内控创优标准，依此指导施工。

（2）、各分建设管理单位负责工程创优目标管理考核工作，督促各参建单位落实创优措施；定期检查阶段性创优结果，不断完善创优管理。为了保证创优工作动态监督，各分建设管理单位应选派一名常驻工地代表对工地进行督查，对工地的建设情况严格控制，发现问题及时纠正，问题严重时应及时下令停工整顿。（3）、各创优工作小组在创优规划的基础上，编制创优实施细则。细则要详细，要对质量标准进行响应，数据明确，措施到位。要体现出项目施工的优秀工艺、优秀的指标，从而实现优秀的成果。

（4）、各创优工作小组确定每月在工程现场召开一次现场办公会，了解工程进展情况，检查工程质量。同时根据工程需要，不定期的组织召开小型会议，及时解决工程问题，部署创优工作任务。

(5)、各创优工作小组要与工程施工同步摄取工程音像材料，要使其能清楚、真实的反映土建、安装施工过程，尤其是隐蔽工程情况，从而反映工程的实体质量。

5、设计优化措施

设计方案应反映出时代性、前瞻性及技术的先进性，应根据项目的作用、功能、质量要求及所在地域的人文特点进行方案设计、对比、优化，推荐最优方案。积极、慎重地采用新技术、新材料、新工艺、新设备，反映出当前国内的先进水平，保证技术先进、布局合理、功能齐全稳定、亮点突出、投资优于限额设计，从而发挥最大效益。

新建玉龙变电所所址位于阜新玉龙新城区、阜新高新技术产业园区，西距玉龙公路800米，南距锦山公路12米。本期及终期安装2台40MVA主变压器。66kV本期及终期2回。本期1回T接在66kV六麦线上，另1回接入新建六玉线。10kV本期及终期出线26回。无功补偿本期10kV装设2组6000kvar电力电容器。本期在10kV I.II段母线上各安装1台700kVA干式接地变和1台630kVA消弧线圈。

玉龙变电站T接六麦66kV线路上，由六家子220kV变电站供电。本工程需要在六麦66kV主线路上挂另一回导线。

玉龙66kV分歧线T接六麦66kV线路后向东沿规划路延伸至玉龙66kV变电站。六麦线挂线段线路长度3.3km，玉龙66kV分歧线新建线路长度1.68km。导线选用LGJ-240/30钢芯铝绞线,每相2根。

采用2根地线，1根采用24芯OPGW光缆，另1根采用GJ-50钢绞线。

6、施工管理措施

施工单位必须按创优规划进行全面的质量二次策划，制定为完成目标所采取的质量控制措施及创优实施细则；找出施工过程中的重点、难点，从而针对它们采取先进、严谨的新技术、新工艺、及科学的施工方法和控制措施，创造出施工成果的特点和亮点。

具体要求如下：

（1）、项目部应认真执行《建设工程项目管理规范》，健全安全、质量管理体系并组织、人员落实，使之有效运行。搞好项目质量、安全、进度、投资控制，能体现计划、实施、检查、处理各环节的持续改进过程。

（2）、出现分包或劳务分包的工程要对分包队伍进行严格审查、控制，特别是对现场的规章制度、人员结构，特别是质量技术人员结构，质量控制措施、施工人员的作业行为，要随时规范。

（3）、施工组织设计按“导则”规范编写，并对工程的重点、难点做重点的叙述，力求创新，把质量目标及保证措施、关键部位的技术措施，各项经济技术指标做为重点，使措施可操作性强，能切实的贯彻执行，全过程指导施工。

（4）、工程施工验评项目划分表编制准确、完整，能够覆盖工程全部，并经监理签认。（5）、制定各工序的详细施工方案（作业指导书），其内容应充实，可操作性强。（6）、做好材料、设备的采购、保管、复试工作，做好过程控制，竣工验收、试运工作，实行质量一票否决制。树立各分项、分部工程不达优良标准决不转入下道工序的决心，从而实现全程控制，保证工程功能齐全、性能可靠，创建国家优质工程。

（7）、加强设备的检验、试验、测试工作，做到项目齐全、数字准确、结论清楚。（8）、全部施工技术资料（施工记录、调试记录、试验记录、安装记录、质检记录、隐蔽工程记录、施工图会审记录、技术交底、设备材料质量证明、工程联系单）应齐全、完整、清晰、数据准确，能够说明工程的内在质量；并应按工程档案部门的要求进行搜集、报送、签证及整理。做到施工过程的资料应与工程进度同步形成。

7、工程监理管理措施

监理单位在工程创优的全过程中的作用致关重要。除应认真执行《建设工程监理规范》规定的工作外，还要作好以下创优工作：

（1）、监理单位应编制保证监理工作质量，实现创优目标的各类制度，如质量验收制度、现场巡视制度、平行检验及旁站监理制度、工程报验及验评制度、竣工验收制度等。

（2）、现场项目监理部应定期或不定期会同施工项目部召开现场监理工作会议，对创优工作做出阶段性的监理评定，交换意见，确定工艺改进措施。

(3）、按规范及监理合同的要求，编制并报送监理规划、监理细则、旁站监理方案；认真实行质量、安全、进度、投资控制；按“规范”要求，提供、编制施工阶段的28种监理资料，做到该核的核，该审的审，该改的改，该批的批，该报的报。按要求编制监理月报、监理总结，并适时向建设单位汇报监理工作。

(4）、监理的各类联系单、通知单、停复工令等都应闭合管理，全部监理资料[施工阶段的28种及竣工验收资料（含消防、档案、环保、劳动卫生等）]应清晰、完整、签字准确，具备责任的可追溯性。

(5）、监理单位本部应定期对项目监理部进行例行检查、监督。对监理不到位的行为和不胜任的人员及时指正、调换。

(6）、现场项目监理部可针对工地的安全、质量可采取设立“黄灯”警告制度和“红灯”停工制度，对安全、质量违规程度及时准确亮出“黄灯”和“红灯”，并形成书面材料交给施工单位和业主单位，并根据有关规定进行相应处罚。

五、施工工艺及技术控制措施

为确保工程达标投产，实现创优目标，对以下施工项目进行策划和控制，使之成为本工程的施工亮点。

1、建筑工程施工质量及工艺

1）、露出地面的砼达到清水砼效果,基面平整、无蜂窝、漏石现象。

2）、围墙表面平直无裂纹，整体观感美观顺畅，施工过程要在控制各种误差上来保证整体误差不超标。

3）、建筑物屋面采用二道防水措施，首先是抗渗砼的刚性屋面后再做柔性防水，或采用社会同行业的先进防水方案。

4）、各建筑物的内、外装修，由分建设单位和施工单位邀请装修公司进行二次策划，特别是装修工艺、装修材料要进行论证。在不过份提高装修标准的前提下制定好简单、美观、大方、色调沉稳、环保、防火方案。方案一定要与变电站性质相协调，外观色调要与整所空间感观相协调。

5）、道路施工采用定型模板，一次成型。路面施工采用真空吸水机及圆盘磨光机。施工措施要保证路面的质量和效果。

2、电气安装质量及工艺

所有安装工作，在满足图纸和规范的前提下，应充分追求工艺效果，做到精细、美观、品质优良,主要应从以下几方面提高工艺标准：

（1）、一次设备安装正直、牢靠、底脚不加垫片；转动部分操作灵活，无卡阻；充油、充气设备密封良好、无渗漏现象；导电部位严密可靠、接触良好；外观整洁、光亮、无污物。一次设备地角螺栓加塑料保护帽，全站宜采用统一颜色。设备油漆在竣工前，统一色调补漆。

（2）、全部电气设备接地引线，依据接地扁铜的实际宽度，确定涂黄绿相间直道条文漆的宽度，顶端为黄色。表面光洁，没有流漆的痕迹。明敷接地线应事先整平。电气设备室内增设美观、较精致的接地螺栓，并加注接地符号进行标示。

（3）、端子箱、动力箱和控制箱等箱体统一采用国内优秀厂家生产的不锈钢铆接制作，并保证箱内元件采用品牌产品。

（4）、相序漆使用长效夜光漆。根据现场及设备实际情况，决定相序漆的位置，原则上应醒目、涂漆均匀、无毛边、不流不漏，相同设备位置统一、大小统一。

（5）、电缆敷设整齐美观、互不交叉。电缆接地线要可靠接地，且工艺美观。电缆护套剥切工艺讲究，固定可靠，排列有序。每敷设完一根，立即沿线整理，排列，绑扎牢固，并在要求位置挂好电缆标牌，易于查看。电话线、电源线、网络线、视频线等统一规划布置，不得乱拉乱扯。电缆护套剥切后外露部分必要时采取热塑管过渡。且工艺美观。电缆在箱、屏、柜内的孔洞封堵工艺要干净、美观。使用放火泥、袋等材料时，要统一工艺。

（6）、二次接线排列整齐、横平竖直、正确无误、标志清晰。所有备用芯应高于屏柜端子排的最上端，高度一致，不漏铜线芯，备用芯也同时带线芯芯号。电缆标牌采用统一大小，按电缆性质进行分色。普通控制电缆为黑色，动力电缆为红色，通讯电缆为蓝色。排列整齐、一致，互不重叠，便于查找电缆编号。二次电缆芯号采用双编号，即标出电缆编号和电缆回路号，统一采用20mm长度。

3、送电施工质量及工艺

（1）基础施工是送电线路施工的重要环节，占整个工程量50—60%，占有十分重要的位置。原材料试验合格后方可投入现场使用。混凝土配合比符合设计要求，并按工程要求制作试块；钢筋笼及地脚螺栓严格按设计要求执行，保证质量、型号、数量、制作等方面的正确；杆坑尺寸、基础尺寸满足评定标准，基础表面无蜂窝和漏石现象。

（2）做好塔脚根开尺寸的测量，如不满足要求，可适当进行调整，直至塔脚根开达到要求为止；主材的弯曲数值、直线、转角、终端塔倾斜角度符合要求；防盗螺栓、防松螺栓的使用及螺栓的穿向符合设计要求。

(3)架线施工是整个线路施工中技术性最强、高空作业最多的一个工序。确认导线规格型号及外观质量符合规定；采用张力放线，避免导线与地面摩擦而导致导线损伤；按设计要求合理布置导线接头，导、地线弧垂满足工程质量要求（控制在+5—-2.5之间）；相位排列正确；跳线制作、对杆塔的电气间隙符合要求；附件的安装工艺符合评定标准；接地电阻满足要求

六、文明施工与环境保护、水土保持、卫生防疫

工程参建单位应共同创造良好的文明施工环境，安全文明施工作业要做到安全管理制度化，安全设施标准化，现场布置及施工工序条理化，机料摆放定置化，作业行为规范化，施工场区环境清洁常态化。

1、施工现场安全生产标识、工序质量标准、工艺流程等警示提示标识等醒目，内容详尽。

2、施工单位应针对施工过程或有关活动可能对环境、水土造成污染和危害，采取环境保护措施。基础施工原材料与地面有效隔离，其它工序的材料及工器具分类摆放，整齐有序。严格做到工完料净场地清，有效恢复植被，及水土流失防护，施工余料余土要统一处理，不许随意弃扔。建设绿色环保工程。

3、建设单位应执行电力建设项目环境影响评价制度和环境保护、水土保持设施与主体工程“三同时”（同时设计、同时施工、同时投产）的规定。并根据有关规定完成环保、水保的验收工作。

4、施工单位应建立责任制，加强宣传教育工作，使职工自觉执行文明施工、环境保护、水土保持、卫生防疫措施，在工程建设过程中，防止和减少对施工场所对周围环境的影响，不出现人为因素造成的影响员工健康的疫情。

七、变电站设备性能及主要经济指标

这部分的要求同《国家电网公司输变电优质工程评选办法》之自查评分表之三“技术性能及主要经济指标”的要求相同。

八、生产运行

抽水蓄能电站规划设计研究 第3篇

摘要：对抽水蓄能电站在电力系统中具有调峰填谷的独特运行特性进行了分析，从抽水蓄能电站的选址、关键技术的引进和抽水蓄能电站的建设与环境三方面出发，给出抽水蓄能电站科学合理的规划建议。

关键词：抽水蓄能电站规划设计关键技术环境

0引言

近二十多年来，我国经济和社会有了快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，用户对供电的要求也越来越高。抽水蓄能电站作为我国电源结构中一种新型电源，以其调峰填谷的独特运行特性，在电力系统中发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能。抽水蓄能电站将成为水电建设的主流。因此，科学合理的规划这一有效的、不可或缺的抽水蓄能电站势在必行。

1抽水蓄能电站选址规划

抽水蓄能电站的运行原理是利用电力负荷低谷时的电能把水抽至上水库，将水能转化为电能，在电力负荷高峰时期再放水至下库发电，将水能转化为电能，它将电网负荷低谷时的多余电能转变为电网高峰时期的高价电能，从而起到电网调峰的作用。因此，建设抽水蓄能电站的关键是选好站址。

抽水蓄能电站的站址规划是在负荷中心的周围地区寻找可能开发的站址。其可选面不象常规水电站那样只能沿着河流寻找合适的站址，它的可选面比较宽。一般要求上、下池之间的落差愈高愈好。选址时首先要开展普查工作，调查所给区域内所有可开发的抽水蓄能电站站址的基本建设条件，弄清所在电网的负荷水平、负荷特性和电源结构，调峰电源的缺口，以及对调频、调相、事故备用等动态功能的需求。通过比较从中选出建设条件较好的站址，然后进行规划阶段勘测设计工作，通过理论推正和实际考察来确定一期开发工程的实施。针对抽水蓄能电站的特点，大多选址是在已有水库的地方寻找山头建设上池，其中上池用于蓄水，以原有水库作为下池。部分站址也可选择已有水库附近的谷地建设下池，以原有水库作为上池。大多是汛期抽水，枯水期发电。因此，站址选对了可大量节约建设资金。例如广州抽水蓄能电站(简称广蓄电站)是一个纯抽水蓄能电站，其位于广东省从化县吕田镇，距广州市90km。上水库位于召大水上游的陈禾洞小溪上，下水库位于九曲水上游的小杉盆地。广蓄电站承担广东电网的调峰、填谷、调相、事故备用要求的任务和西电东送电量不均匀性的调节作用。该站址的自然条件较好，无论是上、下库成库条件还是落差，都比较理想，选择的合理科学，其电站装机可达到240万kW。考虑到电力系统的需求，广蓄电站分两期建设。一、二期工程装机120万kW，年发电量分别为23.8、25.089亿kW·h。广蓄电站的上、下水库容量，可供8台机组满负荷发电约6h，抽水约7h。经多年运行，循环效率可达76％。

2关键技术的引进规划

在抽水蓄能电站关键技术方面，对高悬水库基础的渗流场进行分析，提出渗流控制标准和相应的渗流控制措施。一般防渗漏规划设计，可行方案有3种：①上游坝面喷混凝土；喷混凝土方案造价适中，施工便利，但要在实验过后准确把握其有效性。②坝体灌浆：灌浆方案造价最低，但耐久性、可靠性不如钢筋混凝土面板。③上游坝面增设钢筋混凝土面板防渗，钢筋混凝土面板方案造价最高，但防渗及加固效果最好，耐久性强，坝体实际承受的扬压力最小。

抽水蓄能电站的关键设备是水泵、水轮、电动发电机组。抽水蓄能电站的机组能起到作为一般水轮机发电的作用和作为水泵将下池的水抽到上池的作用。在电力系统的低谷负荷时，其作为水泵运行，完成上池蓄水：在高峰负荷时，其又作为发电机组运行，利用上池的蓄水发电，送到电网。在抽水蓄能电站机组运行技术方面，需要开展机组起动方式，工况转换及变频起动装置(SFC)谐波分析和预防措施研究。这样不仅能进一步优化水泵水轮机和发电电动机的主要技术参数(上、下库正常蓄水位，死水位，调节库容以及装机容量等)和机组总体结构而且提高了抽水蓄能电站的运行稳定性。初期的机组是水泵与水轮机分开的组合式水泵水轮机组。后来才发展为可逆水泵水轮机，正转是水轮机，反转即是水泵。电动发电机也是一台特殊的电机机组，受电时是电动机驱动水泵抽水，为上池放水：水泵变为水轮机时，电动发电机也就成为发电机。

除上述外，还应进一步开展抽水蓄能电站工程结构问题研究：开展大PD值预应力钢筋混凝土高压管道结构及埋藏式钢岔管道结构受力分析研究，提高我国大PD值压力管道的设计，降低工程造价。

3抽水蓄能电站建设与环境规划

众所周知，具有调峰填谷功能的抽水蓄能电站对于电厂、电网的安全和经济运行有重要作用。为了与国内大规模的核电建设及大容量的火电机组相配套，抽水蓄能电站的大规模建设已是必然。从总体来讲，抽水蓄能电站建设对自然环境的影响比一般常规水电站要小。但由于抽水蓄能电站的位置大多紧靠负荷中心，建在用电集中的大城市附近，有时靠近甚至位于风景名胜区(如：天池抽水蓄能电站)，因此，选址建站是一定要注意对环境的保护。

首先，要考虑工程建筑物对周围自然景观及旅游的影响。针对这点，我们选址建站时要考虑上库进、出水口的布置以及下水库和地下厂房的建设。如天池抽水蓄能电站的上库进／出水口布置在天池湖天然坝体东北角湖湾北侧山体中。该建筑物在风景名胜区的旅游中心，所以建筑物设计时，其造型、色彩等应符合风景区总体规划要求，并与周围整体自然景观和环境相协调。其下水库是在石门景点以下三工河峡谷中新建的一座拦河水库。这样的建设避免了对核心旅游区的影响，同时通过导流洞及旅游公路的局部改线，把下水库施工场地与旅游交通分开。

其次，考虑工程对水环境的影响。为了减少施工期废水、废气、废渣对自然环境的破坏，应对施工期间库盆和道路的开挖、施工场地和生活区的布置、废渣和建筑材料的堆放、运输车辆的管理进行详细的规划设计研究，采取科学合理的防治措施，并认真执行。

最后，考虑工程对生态环境的影响。大多数抽水蓄能电站的建设仅在施工期对周围的环境有一定的影响。建站工程对土壤、植被的影响主要有以下四方面一是修建下水库，二是修建施工道路，三是施工生产、生活区和工程临时管理设施的占地，四是地下厂房、输水系统、导流洞、交通洞、施工隧洞及下水库扩容开挖的废渣堆放场地对土壤、植被的破坏。针对四点，建议采取的对策：①施工道路及改线旅游公路两侧必须采取人工种树、种草恢复植被；②对堆渣场要覆土绿化，减少对自然景观的影响。坝后堆渣场绿化树种可选用落叶松、桦木、蔷薇等观赏价值较高的树种。③施工期间，严禁施工人员狩猎和进入林地用火，并要经常开展保护野生动物及护林防火的宣传教育，提高施工人员保护自然资源的思想意识。总之，科学合理的规划抽水蓄能电站不仅不会污染和破坏环境，反而会改善、美化环境，甚至可为当地环境生辉。

4结论

考虑储能的变电站优化规划 第4篇

变电站的选址规划关系到电网的电源配置与网架布置,是电网经济稳定运行的重要影响因素[1]。 变电站的选址优化是在满足负荷需求、线路容量和城市规划要求的前提下,选择合适的新建变电站位置,使得建设与运行费用最小。变电站选址规划时需要考虑的因素很多,比如负荷预测准确性[2]、地理空间信息[3]等。变电站的选址原则有很多,而靠近负荷中心应该是这些选址原则里比较重要的一条。储能接入电网后,能够调节负荷峰谷差,平滑负荷曲线,改变区域负荷密度[4]。随着储能在电力系统中的比例增大,对负荷峰谷差的调节作用也将加大。因此,变电站的优化规划应当越来越重视储能因素所带来的影响。

文献[5]考虑了分布式电源对变电站综合优化规划的影响,其中储能技术用来平衡风力发电的输出功率。文献[6]探讨了储能装置在延缓配电网升级方面的价值,并分析了储能应用于配电网延缓升级方面需要注意的问题。文献[7]在含有可再生能源发电的典型配电网中,比较了变电站扩容建设方案与接入储能装置两种方案的优劣。以上研究主要集中在储能装置与可再生能源发电相配合对变电站扩容建设的影响,或者是将接入储能装置直接作为变电站扩容的替代方案,对于储能系统接入电网后,对新建变电站规划的影响这方面的研究很少。

本文研究了储能在电网中的控制策略,利用作加权Voronoi图[8]的方法,对含储能的地区进行新建变电站优化规划。

2储能系统的控制方式

储能系统最大的特点在于能够储存电能和释放电能,这实现了电能在时间和空间上的转移,从而能够调节负荷的峰谷差,调节作用的效果与储能系统的充放电策略有关。

本文中储能系统采用功率差控制方式,即根据储能装置的容量和负荷曲线设置充放电功率的阀值,然后根据负荷曲线与阀值的功率差,确定每个时段的充放电功率。计算公式如下:

式中:Pdt和Pct分别为单位时段的放电功率和充电功率;Pf为放电的最小功率阀值;Pb为充电的最大功率阀值;△t为单位时长;t1和t2分别为放电和充电的起始时间点;T1和T2分别为放电和充电的总时长;W为储能系统容量;Pmax和Pmin为负荷的峰值和谷值;Pa v为平均功率。该式表示:储能系统的充电总量应大于或等于放电总量,两者均小于储能系统的容量。 当系统为完全补偿时,Pa v=Pb=Pf。

3变电站优化规划的数学模型

合理的变电站优化规划遵循的主要原则包括靠近负荷中心,网架布局合理,供电半径合理以及变压器容量满足容载比要求。储能接入电网后,能够减小接入点负荷最大电能需求量,改变区域负荷密度。储能系统对目标负荷调节量的大小与储能系统的控制方式有关。具体的数学描述如下:

式中:f(Si)和u(Si)分别为第i个新建变电站的投资费用和年运行费用;n为新建变电站的个数;N为新建变电站的总数;Si为第i个变电站的容量;r0为贴现率;ms为变电站的使用年限;lij和lih为变电站i分别与普通负荷j和受储能调节的负荷h之间线路的长度; Wj和Wh分别为普通负荷点j和受储能调节的负荷点h的有功负荷;Jp和Jh分别为变电站所供普通负荷与受储能调节负荷的集合;α 为单位长度的线路投资费用;β 为线路网损的折算系数。

假设在用电高峰期,储能对负荷的输出功率按照负荷占Jh总负荷的比例分配,该比例用ηh表示,Ph表示受储能调节点的实际负荷,Pz表示集合Jh的总负荷,Pdt·max表示储能装置的额定功率。

变电站与负荷点不是直线相通的,为此设定曲折系数P;Dij和Dih表示变电站分别与负荷点j和h之间的直线距离。

约束条件:

式中:e(Si)为第i个变电站的负载率;cosφ为功率因数;Ri为第i个变电站供电半径的限值。

4基于加权Voronoi图的变电站选址

4.1加权Voronoi图

作为常规Voronoi图的一种扩展形式,加权Voronoi图可定义为:设二维空间上一个控制点集P= (P1,P2,…,Pn),3≤n<∞,给定n个正实数λi(i=1,2, …,n),则任意点的加权Voronoi图可定义为:

式中:d(Pi,Pj)表示Pi和Pj之间的欧氏距离,Pi≠Pj, i≠j,i,j∈{1,2,…,n}。x为平面上任意点。通过V(Pi, λi)将平面分割成n部分,λi即点Pi的权重(图1中各点附近的数字即该点的权重)。常规Voronoi图就是权重相等的加权Voronoi图,如图1所示。

根据常规V图的空圆特性,半径最大的最大空圆即为理论上最适合新建变电站的区域,对应的结点即为新建变电站的最佳站址。

加权V图通过对发生元附加权重,能够反映出负荷分布不均匀,各变电站的额定容量和负载率不同对变电站供电范围的影响。

4.2计算流程

首先,根据目标年的负荷总量、储能电站的总额定功率、已建变电站容量以及可建变电站容量类型来确定新建变电站的个数范围;运用整数规划的优化技术得到新建变电站的最佳容量组合; 根据规划区域是否含有已建变电站两种情况,分别采用不同的方法产生新建变电站初始站址;然后,结合加权Voronoi图和交替定位分配算法确定新建站建址及其供电范围;最后,以年费用最小的方案作为最终规划方案。

4.3确定新建站个数

根据预测的目标年负荷总量,预计的储能电站容量以及已有变电站容量,可以求出目标年的供电需求。在根据给定的变电站容量类型集合,就可以得出需要新建的变电站个数的最大值nmax和最小值nmin,则新建变电站个数n∈[nmax,nmin]。

4.4确定新建站容量组合

根据目标年的供电需求和给定的新建变电站容量类型,在新建变电站个数范围内,可以确定m组新建站容量组合。针对这一问题,建立数学模型如下:

式中:k为变电站容量类型个数;Ti为第i种变电站的投资费用;Ui为第i种变电站的运行费用;xi为第i种变电站的数量;Si为考虑负载率后第i种变电站的容量;Sexist为考虑负载率后已建变电站的总容量; Senergy为虑充放电效率后储能电站的总容量;W为标年总负荷。

该容量组合问题的规模不大,因此,采用整数规划的优化技术来解决。

4.5新建变电站选址

4.5.1选择初始站址

变电站选址的首要原则就是要靠近负荷中心。 储能系统接入到配电网后,将会减小负荷的峰值, 改变区域负荷密度,负荷分布将趋向均匀化,负荷中心也将偏移。

4.5.1.1确定无已建站的初始站址

针对变电站应靠近负荷中心的原则,在没有建变电站的区域,以负荷矩最小[9]为准则求出初始新建站址,再结合专家意见,确定新建变电站初始站址。新建站址公式如下:

式中:JA=Jp∪Jh,负荷点包括普通负荷与受到储能调节的负荷;为变电站i在第t+1次迭代的横、纵坐标;(xj,yj)为负荷点j的坐标;Wj为JA集合中负荷点的负荷值;

4.5.1.2确定已有变电站的初始站址

Voronoi图的空心圆特性能够找出区域内变电站供电的空白区,而且半径最大的空心圆对应的结点即可认为是建设新变电站的最佳位置。储能系统接入配电网后,将改变部分区域的负荷密度。 该区域如果包括已有变电站的供电区域,则已建变电站站址将偏离负荷中心。因此,为了使得新建变电站更接近于负荷中心,初始站址的选取步骤如下:

步骤一:以已建变电站为顶点,产生Voronoi图。

步骤二:对于受到储能调节而改变负荷中心的区域,假设已建变电站迁址至新负荷中心,并以新形成的已建变电站站址为顶点,重新产生Voronoi图。 负荷中心按下式求取:

式中:(X,Y) 为负荷中心坐标;(Xi,Yi) 为负荷点i (受到储能调节区域内的任意负荷)的坐标;Pi为负荷点i的负荷值。

步骤三:求出新Voronoi图各结点对应的最大空心圆。

步骤四:由目标年负荷分布情况及负荷密度确定变电站站间距离的最小容许值ε,并比较两个结点间的距离,若小于ε,则删去最大空心圆半径较小的结点。

步骤五:如果新建变电站个数为n,选取最大空心圆半径较大的n个结点作为初始站址。

4.5.2确定新建站址及供电范围

在确定了新建变电站的初始站址后,结合加权Voronoi图和交替定位分配算法确定新建变电站的站址及其供电范围。具体步骤如下:

步骤一:以已建变电站站址和新建变电站初始站址为发生元构造Voronoi图。

步骤二:在新建变电站对应的V曲边形中,以4.5.1.1节所提的负荷矩最小为准则,优化新建变电站站址。

步骤三:以优化得到的新建变电站站址和已建变电站站址构造加权Voronoi图。其中,权重为变电站的供电半径与区域负荷的等价半径之比,计算公式为:

式中:ω(i)为权重;W(i)为分区总负荷;e(i)为分区实际负荷;P(i)为分区内受储能调节的实际负荷;S(i)为变电站的额定容量;γ为变电站根据主变“N-1” 原则得到的最高负载率。

通过以上三个步骤迭代进行,直至变电站的站址变动小于阀值,最终得到新建变电站的站址。

5算例分析

5.1无已建站的变电站规划

以某高新科技园部分区域110k V变电站规划为例。该区域总面积10.5km2,可划分为127个小区, 预测目标年总负荷为256MW。预计储能电站的总容量为60MW,总额定功率为16MW,充放电效率取0.9。有80个小区与储能电站相连,总体最大负荷为145MW,最小负荷为80MW。规划区域内没有建变电站。

如图2所示为与储能相连小区的典型负荷曲线。根据负荷曲线和储能总额定功率,设定放电的最小功率阀值为130MW,充电的最大功率阀值为100MW。再根据负荷曲线与阀值的功率差,得到储能的平均充放电功率为:1:30-3:30充电功率为7.5MW,3:30 -5:30充电功率为15MW,5:30 -7:30充电功率为7.5MW;10:00-12:00放电功率为10MW, 15:00-17:00放电功率为10MW,20:00-22:00放电功率为10MW。

该规划区域内没有建变电站,目标年需用电量为241MW,按照容载比为1.8计算,新建变电站的数量及容量为:3座2×40MW和1座2×50MW。

采用文献[8]方法和本文考虑储能的规划方法计算结果如图3、图4和表1所示。

(灰色点为储能调节小区的负荷)

注:表中费用均为贴现值

5.2含已建站的变电站规划

规划区域面积为65km2,共划分为243个小区, 其目标年预测总负荷为725MW,预计投入运行的储能总容量为80MW,总额定功率为20MW,转换效率为0.9。储能调节的小区为126个,最大负荷为450MW, 最小负荷为200MW。

如图5所示为受储能调节负荷的典型日负荷曲线。根据负荷曲线和储能总额定功率,设定放电的最小功率阀值为430MW,充电的最大功率阀值为180MW。根据负荷曲线和阀值的功率差,得到每时段的平均充放电功率为:2:00-4:00的充电功率为11MW,4:00-6:00的充电功率为18MW,6:008:00的充电功率为11MW;14:00-16:00放电功率为4MW,16:00-18:00放电功率为14MW,18:00-20:00放电功率为18MW,20:00-22:00放电功率为4MW。

该规划区已有2座2×50MVA的110k V变电站。 容载比为1.8,则新建变电站的数量及容量为:4座3×40MVA和3座3×50MVA。分别按照考虑储能和不考虑储能两种情况,对7座新建变电站进行选址和供电区域划分,计算所得规划结果如图6、图7和表2所示。

(灰色点为储能调节小区的负荷)

注:表中费用均为贴现值

从图5-7的规划结果可以看出,无论规划区域内是否含有已建变电站,储能接入电网后,都将使得区域内的负荷分布更均匀,负荷中心向未连接储能装置的区域方向偏移。同时,由于区域负荷密度的改变,新建变电站在加权Voronoi图中的权重有改变,供电范围内受储能调节的负荷越大,权重越小。

从表1和表2可以看出,由于储能对负荷峰谷差的调节作用,减少了线路的网络损耗费用。

6结束语

变电站规划 第5篇

规划选线情况说明

余姚西北部目前有阳明、通济、屯山、武胜等220 千伏变电所，由于河姆变往余姚西北部出线需穿越余姚市区，廊道资源紧张，周边220千伏变电站缺乏接入条件，急需系统提供合适的接入点。为增强余姚北部电网的供电能力，提高电网供电可靠性，并为新建220 千伏变电所提供系统接入点，有必要与500千伏江滨变同步建设其220千伏送出工程。500千伏江滨变220千伏配套送出高压廊道工程符合《余姚市电力设施布局规划（2006～2020）》，是省发改委关于下达2009年第一批输变电工程前期工作计划的通知（浙发改能源[2009]949号）确定的建设项目之一。

500千伏江滨变220千伏送出线路4回，分别为：武胜2回、阳明2回。新建江滨-武胜2回架空线，长度大约2×17公里；新建江滨-阳明2回架空线，长度大约2×14.7公里。导线截面均采用2×630平方毫米。武胜变扩建2个220千伏出线间隔。

500千伏江滨变220千伏配套送出高压廊道工程未穿越风景名胜区、历史文化保护区，我局同意此工程余姚境内的线路路径方案。

余姚市规划局

变电站规划 第6篇

关键词：配电网,变电站,规划,全寿命周期成本,变电站选址定容,风险

0 引言

配电网变电站规划要解决的主要问题就是变电站的选址、定容以及确定各变电站供电范围等问题。变电站的选址定容是一个需要同时考虑各种不确定因素的大规模组合优化问题,它的合理与否直接影响着电网投资、网络构架、运行经济性等一系列问题。因此,配电网变电站的规划是一项非常重要的基础工作[1,2,3]。

文献[4]首次提出了一种无需事先给定候选变电站的位置和数量的大规模自动寻优的规划方法,此方法的提出极大减少了规划人员的前期工作量,使变电站的规划工作进入了无待选站址的自动寻优阶段。文献[5]在变电站规划的投资和运行费用最低模型的基础上,利用占地费用的经济性指标和站址的地理适宜性指标形成的综合适应度对初始方案进行调整与优化。文献[6]对变电站选址时涉及的不确定性因素众多且很多因素无法量化的问题,提出了采用模糊层次分析法将更多不确定性因素计入规划工作中。而对选址定容工作中的不确定地理因素,文献[7]将土地费用加入目标函数中,建立了基于地理信息的新模型。

上述文献的规划模型均将重心放在了项目的前期投入成本,忽视了后期的运行、维护和报废等诸多过程。而从规划项目长远的经济效益来看,方案的运行成本、维护成本、故障成本和废弃成本的总和会大于它的投资建设成本,这种传统的规划模型存在着重眼前轻长远、重局部轻全局的缺点,难以最大限度地实现变电站规划的经济效益。鉴于以上文献模型的不足之处,为了切实提高变电站规划的投资效益,需要对全寿命周期成本LCC(Life Cycle Cost)管理理论展开全面的研究。文献[8]在LCC的基础上加入地理惩罚因子和隐性成本因子,建立了新建变电站的最小LCC目标函数。文献[9]则分别建立了变电站进线侧、出线侧和变电站站内设备的LCC规划模型。这些研究成果都充分证明了基于LCC的变电站规划模型具有重要的意义。而随着配电网变电站规划风险因素的日益多样化和复杂化,现有的变电站规划研究文献中缺乏从各种不确定风险与经济角度的综合分析,所以考虑各种风险因素的变电站选址定容模型有一定的研究意义。文献[10]采用三角模糊数来描述负荷的不确定性,将它对变电站规划的影响计入到数学模型中。文献[11]中负荷的不确定性、征地费用的不确定性和社会补偿的不确定性分别采用简化的概率密度函数形式来描述,建立了全寿命周期内的期望利润最大的目标函数,但各种不确定风险因素的量化均是在忽略一些实际情况的影响作用下进行的。对此,本文基于LCC理论,从各种不确定风险因素的量化角度出发,对设计、运行、维护到报废的全过程进行风险识别。将负荷的不确定性、电价的不确定性和土地价格的不确定性分别予以具体量化并建立了LCC最小的数学模型,使得方案在满足经济性与可靠性的同时更符合实际情况。

1 变电站规划模型中的不确定风险因素

配电网变电站建设项目风险方面的研究多还处于理论层面,没有太多的参考文献可供研究,所以很有必要对其存在的不确定风险因素进行量化分析。对于配电网变电站规划面临的各种不确定风险,本文从设计、运行、维护和报废的全寿命周期过程进行分析,重点考虑的不确定因素有:负荷的不确定性、电价的不确定性以及土地价格的不确定性。

1.1 负荷的不确定模型

区域负荷的概率分布,既可以反映负荷的不确定性,又可以反映负荷的规律性。所以,采用负荷的概率分布形式来描述负荷的不确定性。

通过该地区某区域一年时间内的历史负荷数据进行概率统计分析发现负荷值为一个服从正态分布的随机变量。因此,规划区域的不确定负荷如式(1)所示:

其中,x为规划区域的负荷;f(x)为规划区域负荷的概率密度函数;μ为正态分布的均值;σ2为方差。负荷的正态分布取值位于(μ-3σ,μ+3σ)的概率为99.74%,其值落在(μ-3σ,μ+3σ)内几乎是肯定的,可以满足负荷不确定性的要求。所以区域负荷的不确定结果表示为[Pμ-3σ,Pμ+3σ],即[Pmin,Pmax]。一般又认为区域内的各负荷相互独立,它们的和或差仍服从正态分布[12],所以各负荷点的负荷值也为服从正态分布的随机变量,单点负荷j的不确定区间为 。

1.2 电价的不确定模型

电力市场中电价的影响因素众多,但对于相同的电力市场很多因素都是相对稳定的。而电力负荷却随着经济发展、生活水平、时间等因素的变化而变化,它和各因素共同影响着电价的变化[13,14]。电力负荷在电价的不确定模型中是一个不容忽视的主要因素,对于负荷有弹性的市场,其电价与负荷需求的反向函数[15]为:

其中,β为电价;Q为规划区域的不确定负荷需求;k1、k2均为不小于0的常数;f(x)为规划区域负荷的概率密度函数。

1.3 土地价格的不确定模型

经济的快速发展使人们对电力的需求不断增加,直接导致变电站建设项目的快速增长。然而由土地资源紧缺引发的土地供求矛盾使得变电站的土地费用表现出了很大的不确定性。传统变电站规划中土地费用投资的常规化处理已不符合实际的发展情况。所以根据规划工作的实际情况,本文将变电站土地征用补偿费用的不确定性计算计入到目标函数中。

土地管理法规定的征地补偿标准倍数是一个区间,所以计算得到的补偿价格一般是价格的区间,即最小值和最大值是确定的,而具体的补偿价格受一些不确定因素的影响是不易计算得到的。本文以集对分析方法[16]为理论基础确定的土地补偿价格的表达式为:

其中,Cmin为土地补偿的最低价格;Cmax为土地补偿的最高价格;m为不确定系数,0m1。

对于变电站选址用地的价格补偿,考虑影响m取值的不确定因素有:位置因素、当地经济情况、被征地者的生活水平和土地供需情况。其中,位置因素用与城市中心的距离表征;当地经济状况用人均GDP表征;被征地者生活水平用人均收入表征;土地供需情况则通过土地征用者和被征用者的想买卖的对比程度来表征。

其中,ωk为各影响因素的权重;Ek为各因素指标的实际值;Fk为各因素指标的理想值。

2 变电站的规划模型

2.1 变电站容量和数量的配置

由上述负荷的不确定模型得到的规划区域负荷为[Pmin,Pmax],然后对规划区域的负荷性质分析确定负荷的同时率,根据规划区域变压器的容载比范围计算出所需的变压器容量范围。利用不确定负荷的最小值和最大值分别计算的所需变压器的容量范围及最终确定的容量分别如式(5)(7)所示。

其中,Pmin为不确定负荷的最小值;Pmax为最大值;Rmax为规划电压等级系统的最大容载比;Rmin为最小容载比;η为规划区域负荷的同时率;Semin为所需变电站总容量最小值;Semax为所需变电站总容量最大值。

根据备选变电站的规模容量,利用确定的所需容量范围计算得到需要新建的变电站数量范围如式(8)所示。

其中,S为已有变电站总容量;Sbxmin为新建变电站规模中的最小值;Sbxmax为新建变电站规模中的最大值。

2.2 变电站的LCC规划模型

基于LCC的变电站规划模型的核心内容是对规划变电站的LCC进行分析计算。本文将负荷不确定性、电价不确定性和土地价格不确定性的量化计算分别计入全寿命周期的各个阶段,从而计算规划模型的目标函数值。

配电网变电站的LCC规划模型为:

其中,i=1,2,,N;LCCHV、LCCLV、LCCS分别为高压侧进线、低压侧配电线路、变电站的LCC;Pj为负荷点j的不确定负荷;Ji为变电站i所带负荷集合;Si为变电站i的容量;e(Si)为变电站i的最大负载率,cosφi为变电站i的功率因数;ULV-ij为变电站i与负荷点j之间的压降值;z为低压侧线路的单位长度电阻;ULV-i为低压侧线路的额定电压;ΔUm为低压侧允许电压偏差的最大值;f(xj)为负荷点j的概率密度函数;N为新建变电站的数量;gij为负荷点j是否由变电站i供电的判别因子,gij=1对应“是”,gij=0对应“否”;lLV-ij为变电站i到负荷点j的距离;Yi为变电站i的最大供电半径。

2.2.1 变电站高压进线侧LCCHV模型

其中,CHV-I、CHV-O、CHV-M、CHV-F、CHV-D分别为规划变电站进线侧的初始投资成本、运行成本、维护成本、故障成本和废弃成本;δPV=1/(1+r)n为折现系数;δPVsum=[(1+r)n-1]/[r(1+r)n]为按年度投资成本的现值和的折算系数;n为寿命周期;r为折现率。考虑到线路的残值较小,本文假设其残值收入和处置成本相互抵消,故CHV-D=0。

由于考虑了负荷的不确定性和电价的不确定性对各阶段成本量化的影响,因此运行成本CHV-O和故障成本CHV-F和文献[9]有所不同,分别如式(11)、(12)所示。而初始投资成本CHV-I和维护成本CHV-M的计算方法与文献[9]相同,因此不再赘述。

其中,M为高压电源点个数;lHV-qi为高压电源点q到变电站i的距离;

为不确定电价;βh2为高压侧线路的单位长度电阻;βh3为高压侧线路的年最大损耗小时数;Uh为高压侧的额定电压;φh为高压侧的功率因数角;f(xj)为负荷点j的概率密度函数;μj+3σj、μj-3σj分别为不确定负荷积分区间的上限值和下限值;R为规划地区的产电比;θ为规划地区的售电利润;thi为变电站i进线侧线路设备故障平均修复时间;λhi为变电站i进线侧线路设备故障率。

低压侧出线LCCLV的构成和计算方法与LCCHV类似,本文不再赘述。

2.2.2 变电站站内LCCS模型

其中,CS-I、CS-O、CS-M、CS-F、CS-D分别为变电站的初始投资成本、运行成本、维护成本、故障成本和废弃成本。

由于本文考虑的土地价格的不确定性、电价的不确定性和负荷的不确定性量化计算分别影响了变电站的初始投资成本CS-I、运行成本CS-O和故障成本CS-F,所以其计算公式分别如式(14)(16)所示,而维护成本CS-M和废弃成本CS-D的计算方法与文献[9]相同。

其中,f(Si)包括变电站的设备购置费和安装工程费;Cli为变电站i的土地费用;Cmini为变电站i土地的最低价格;Cmaxi为变电站i土地的最高价格;mi为不确定系数;poia1为变电站i中变压器a1的空载损耗;pkia1为变电站i中变压器a1的负载损耗;ρ为变压器的负载率;τmax为变压器的年最大损耗小时数;Ai为变电站i中主变集合;tsi为变电站i主变设备的故障平均修复时间;λsi为变电站i主变设备故障率。

3 算例

某开发区预测10 a后的负荷位置和预测大小值见表1,该开发区中心位置有一个湖泊,总负荷预测量为128.32 MW。为了满足开发区未来负荷的需求,需新建35 k V变电站,占地面积为1 800 m2,新建变电站的规模选择有316 MVA和320 MVA,表2为候选变压器的参数,2种规模的变电站造价(不包括占地费用)分别为1 625.05万元和2 486.69万元。规划变电站的容载比要求为1.8~2.2,负荷同时率为0.8。新建变电站的2个上级110 k V电源节点坐标分别为(2.09 km,4.31 km)和(7.34 km,4.35 km),其他参数如表3所示。

3.1 算例分析

35 k V变电站的占地面积取常规面积1 800 m2。算例中的一些参数取值如下:负荷的不确定性计算中,通过该地区历史负荷数据的最大值和开发区域的负荷预测值之间的比例关系,并利用历史拟合正态分布的均值和方差确定开发区负荷正态分布概率密度函数的均值μ=80.76,方差近似取历史负荷方差σ2=253.351。电价的不确定计算中,利用文献[13]中不同电价与用电量的原始数据线性拟合所确定的系数k1=0.688,k2=9.0510-7。

文献[9]中变电站的占地费用计算中,占地1 800 m2,合2.7亩,每亩按照购地费45万元来计算,那么可以知道变电站的土地价格为121.5万元。而本文中土地价格的确定首先采用层次分析法分别对规划区中7个不同地块中影响土地价格的各个因素分析得到其权重,然后选择北京市土地价格影响因素的测算值作为理想值分别计算不同的m值。按倍数法评估土地价格的不确定区间的具体标准详见文献[17],则规划区内7个不同地块中的变电站的最高与最低土地价格及最后确定的土地价格如表4所示。

3.2 算例结果

本文规划方法与文献[9]方法的不同规划结果如表5所示,表中CI、CO、CM、CF、CD分别为整个规划方案总的初始投资成本、运行成本、维护成本、故障成本、废弃成本。

表5中为本文规划模型与文献[9]模型的不同规划结果,而本文规划方案的变电站位置坐标、容量如表6所示,其详细布局接线如图1所示。由表5中全寿命周期内不同阶段的计算结果来看,方案的后期运行、维护、故障和报废成本之和远远大于方案的初始投资,所以单纯以初始投资最小为目标函数的传统规划方法的不足之处已显而易见。对比本文规划模型与文献[9]模型的不同规划结果,通过分析可知,由于本文模型中不同变电站位置土地价格的差异,导致本文方案初始投资成本较文献[9]增大,但负荷变化的不确定性及电价的不确定性使方案运行成本相应减少。本文中全寿命周期内各阶段成本的改变使规划方案的LCC较文献[9]中的结果也有所减少,所以计入负荷不确定性、电价不确定性和土地价格不确定性的规划模型使方案的结果更符合实际情况,具有一定的实用价值。

4 结论

面对配电网变电站规划过程中不确定风险因素的日益增多,本文在LCC理论的基础上,将负荷的不确定性、电价的不确定性和土地价格的不确定性计入了变电站的规划研究中,并通过算例验证了其科学性与实用性。所以,本文建立的最小LCC配电网变电站规划模型的目标函数,在满足可靠性的同时兼顾经济性与实用性。

变电站规划 第7篇

随着经济的快速发展, 社会对于电力的需求不断增加, 电网工程的建设和完善也因此受到了社会各界的广泛关注。作为电力系统的重要组成部分, 电网承担着连接发电侧和用户侧, 输送电能的重要职能, 其规划设计一直是电力系统研究领域的重点。但是在电力体制改革的影响下, 电网的规划工作面临着许多新的问题和挑战, 需要电力企业和相关管理部门的充分充分重视。

1 电网规划设计现状

在经济发展的带动下, 我国社会对于电力的需求不断增加, 原有的电力网络已经逐渐无法满足实际供电需求, 跳闸、断电、短路等事故频繁发生, 严重影响了供电的可靠性和安全性。因此, 对电网进行重新规划设计, 确保其能够满足社会对于电力的需求, 是十分必要的。而随着电力体制改革的深化和人们环保意识的增强, 电网的规划工作也开始面临着新的问题和挑战, 这些问题主要表现在:1) 在市场经济环境中, 决策的分散化在很大程度上增加了电网规划协调的难度;2) 可再生能源 (太阳能、风能、水能等) 的大规模接入, 使得电网规划工作中存在许多的不确定因素;3) 环境因素的多样性和复杂性使得电网规划建模和求解更加困难。对此, 国内许多专业技术人员对展开了对于电网规划工作的探索和研究, 并取得了相当显著的成果。但是相对来说, 这些研究成果多是单独考虑输配电线路路径优化以及电网网架规划, 而忽略了两者之间存在的密切关系。由此, 本文对这些文献进行了总结, 提出建立考虑路径优化的双层非线性空间电网规划模型, 由遗传算法和动态规划法结合而成的混合优化方法进行求解, 可以有效提高了空间电网规划的求解质量和求解效率。

2 考虑路径优化和变电站选址的空间电网规划

在GIS技术发展的带动下, 相关技术人员在电网线路的路径进行优化选择时, 往往会借助GIS技术, 将矢量地图转化为相对规则的栅格地图, 然后建立栅格的走向变量, 采用动态规划法寻找变电站之间的最优线路径, 不仅考虑了环境约束和投资成本, 而且计算了地形斜坡对成本的影响。

2.1 栅格化三维地图

地图的栅格化在空间电网的规划中发挥着极其关键的作用, 根据地图附带的环境信息, 可以将其划分为相应的栅格地图, 这里假设在同一个栅格中, 同一类型的线路和变电站建设成本相同。结合相应的文献资料, 可以得出栅格的线路综合成本矩阵和栅格的高度矩阵, 如下式 (1) 和式 (2) 。

其中, bij表示栅格Cij上新建线路的单位化综合成本, 而hij则表示栅格Cij的单位化高速。当变电站建设在不同的栅格上时, 其投资成本也会存在一定的区别, 假设综合成本矩阵为E, 则与式 (1) 类似, 矩阵中eij表示栅格Cij上新建线路的综合成本。

当栅格数量巨大时, 可以采用模式识别法或者神经网络法, 对栅格上线路的综合成本进行计算, 如果必要, 也可以对计算结果进行人工修正。

2.2 空间电网规划模型

1) 上层问题

空间电网规划的上层问题, 属于一个传统的电网规划问题, 其目的主要是为了确定投建的候选路线, 以及变电站的建设位置, 在满足电网满负荷安全运行的前提下, 确保电网投资和运行成本的综合最小。换言之, 上层问题的优化目标, 就是最小化投资成本和运行成本, 由相应的公式表达, 则

其中, 表示年平均电价, Tmax表示最大负荷损耗小时数, t代表年度索引, NT指投资回收年限, 为年收益率, Ploss为有功网损, Nw为新建的变电站数量, w指新建变电站索引, 表示变电站的建设位置。

2) 下层问题

下层问题主要是线路路径的优化问题, 其优化目标是最小化每一条线路的投资成本, 用公式表示为

Ω={ (i, j, d) |如果线路l在Ci, j上选择方向d}

式中, Ω表示线路l选中栅格及其上方向的集合, Di, j, d表示线路在栅格Ci, j方向d上的长度。

2.3 模型求解

电网的规划属于一个多决策变量、多约束条件的混合整数非线性规划问题, 因此可以采用遗传算法进行求解。将每一跳候选线路的投建状态和变电站建设位置作为个体基因, 其构成如图:

针对栅格地图上线路路径优化问题, 可以采用动态规划法进行求解。其基本的思路为:对于一个栅格, 如果始端栅格到其邻近8个栅格的最优路径已知, 则始端栅格到该栅格的最优路径只与邻近8个栅格的最优路径有关。在实际计算中, 如果邻近栅格的当前最优路径发生改变, 则需要对栅格当前的最优路径进行及时更新, 以确保路径选择的合理性。

为了充分发挥遗传算法和动态规划法的优势, 本文提出了一种以遗传算法为主体的混合优化算法, 遗传算法实现网架结构的优化和变电站选址, 动态规划法优化线路路径。同时, 为了提高求解效率, 在算法中增加了一个记忆体, 对最近经常用到的路径记录集合进行保存。一个路径记录由记录号、始端点、末端点、线路成本、线路长度和退出计数6部分构成。当进行求解时, 如果某线路的两端点存在与记忆体中, 则可以直接从记忆体中得到线路的长度和成本, 如果不存在, 则利用动态规划法, 对优化路径进行构建, 从而极大地节约了计算时间。

这里以某省级电网的规划为例, 对其进行简单阐述。该电网主网目前存在有402个节点, 502条支路, 结合电网的实际情况, 以相应的220220栅格地图, 对电网进行扩展规划, 在电网中新增4个变电站以及340条支路线路。

整个求解过程耗时3671s, 由于电网规划属于离线分析, 因此对于计算的实效性并没有太高的要求, 虽然计算耗时较长, 但是可以满足实际应用的要求。

3 结论

总而言之, 在经济发展的带动下, 社会对于电力的需求不断增长, 电网的规划问题也引起了社会各界的广泛关注。本文提出了一种考虑路径优化和变电站选址的空间电网规划模型, 并采用综合了遗传算法和动态规划法优势的混合优化算法进行求解, 保证了电网规划的合理性和可靠性, 推动了我国电网建设的顺利进行。

参考文献

变电站规划 第8篇

关键词：巡检机器人,栅格法,改进遗传算法,路径规划

变电站传统的人工巡检方式中存在劳动强度大、管理成本高和工作效率低等不足, 且很多变电站受恶劣地理、气候条件的限制, 一般的人工巡检很难实现有效的巡检工作, 即使一些变电站实现了少人或无人值班, 但依旧在一定程度上存在因无人及时监视、巡视而带来的一系列问题。因此, 智能化巡检已成为发展智能变电站的必然要求。基于移动机器人技术开发的变电站巡检机器人系统, 利用机器人主体的自主运动, 并根据巡检任务在特定的工位停靠, 通过携带的红外热像仪、可见光CCD等相关电站设备检测装置进行设备检测, 能及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械和电气问题, 从而提高工作效率和质量, 真正起到减员增效的作用, 最终推进变电站无人值守的发展。

巡检机器人是轮式移动机器人在工业上的又一典型应用, 其路径规划的主要任务是在已知障碍物的环境中的静态全局规划。目前, 全局路径规划研究主要包括环境建模和路径搜索两个子问题。其中, 环境建模的主要方法有可视图法 (V—Graph) 、自由空间法 (Free Space Approach) 和栅格法 (Grids) 等;路径搜索策略主要方法有A×算法、D×算法等。

随着人工智能的发展, 启发式优化方法被逐渐应用到路径规划的研究中。遗传算法作为一种典型的启发式算法, 成为寻优搜索方面的主要方法之一。本文采用栅格法进行环境建模, 结合自适应算子的遗传算法对机器人进行全局路径静态规划。栅格法表示的地图简单、直观, 直接使用栅格标号对路径个体进行编码, 易于操作且节省内存空间。不等长染色体编码和连续相邻栅格搜索方法保证了初始生成路径的多样性和可行性, 可自适应地调整交叉概率和变异概率, 能够避免早熟现象。

1 建立巡检模型

1.1 建立栅格地图

只考虑巡检机器人工作的变电站环境的平面状况, 变电站环境用正方形表示, 变电站内设备等效于机器人路径中的障碍物, 且尺寸和位置己知。在机器人的运动过程中, 障碍物的位置不发生变化。如图1所示, 采用栅格法将机器人的工作空间划分为成一系列大小相等的、具有二值信息的网格单元。栅格的二值信息包括直角坐标 (x, y) 和栅格序号N, 每个栅格都能用其中一个量值唯一表示。利用序号法编码表示路径, 易于操作且节省存储空间。当需要评价一个路径的优劣时, 可以将栅格序号转换为二维直角坐标, 用以计算每条路径的距离。每个栅格的序号和坐标的对应关系为:

在图1中, 空白栅格表示巡检机器人能够自由通过的通道;阴影栅格表示障碍物, 即变电站设备所占空间。一般在电气设备实际边界的基础上增加1个电气绝缘的安全距离, 并将其增补等效为正方形栅格。给每个栅格单元赋予一个二值属性Property, 记作P, 空白栅格P值为0, 阴影栅格P值为1.模拟机器人在自由通道行走时, 需定义连续的相邻栅格。如图2所示, 一般情况下, 当前栅格N有8个相邻栅格, 分别记作N-10-1, N-1, N+10-1, N+10, N+10+1, N+1, N-10+1和N-10.

对于N-1, N+10, N+1和N-10栅格, 与栅格N是连续相邻栅格的条件为它们都为自由栅格;对于N-10-1, N+10-1, N+10+1和N+10+1栅格, 都是栅格N的对角栅格, 与栅格是连续相邻栅格的条件为各个对角栅格都为自由栅格, 且每个对角栅格与栅格公共的水平栅格和垂直栅格中至少有一个是自由栅格。搜索路径时, 当前栅格的下一栅格可以是其任意一个连续相邻的栅格。

对于栅格地图中的边界栅格, 处理方式如下。

当0<N/10≤10时, 栅格为地图中的下边界栅格, N-10栅格越过地图的下边界, 与N互为非连续相邻栅格。

当9≤N/10≤10时, 栅格为地图中的上边界栅格, N+10栅格越过地图的上边界, 与N互为非连续相邻栅格。

当mod (N, 10) =1 mod时, 栅格为地图中的左边界栅格, N-1栅格是地图的右边界, 与N互为非连续相邻栅格。

当mod (N, 10) =0时, 栅格为地图中的右边界栅格, N+1栅格是地图的左边界, 与N互为非连续相邻栅格。

1.2 巡检任务介绍

变电站常规巡检承担着变电站日常巡检的主体任务, 但因其巡检范围大, 所需的巡检强度和巡检成本较高, 加之一些突发状况的干扰, 常规巡检模式不能完全满足变电站巡检的可靠性要求。针对某些需要多次巡检的重要设备和一些特殊情况, 需要增加重点设备巡检和设备分级巡检对常规巡检进行补充。

依据图1所示的环境地图, 重点设备巡检和设备分级巡检的描述如下。

1.2.1 重点设备巡检

设机器人充电室在栅格N1处, 某个重点巡视设备对象停靠工位在栅格Nm处, 机器人从充电室出发, 根据规划路径运动到重点设备处工位, 巡视完毕后原路返回充电室, 最优规划路径要求路径最短。

1.2.2 设备分级巡检

设机器人充电室在栅格N1处, 多个需要区分先后巡视顺序的设备的停靠工位分别位于栅格N2, N3, …, Nm处, 机器人从充电室出发, 根据规划路径依次运动到各个重点设备工位处, 巡视完毕后原路返回充电室。设备分级巡检是变电站巡检模式之一, 从算法上可以将其分解成多个、单个重点设备巡检的依次衔接。

2 改进遗传算法的路径规划

2.1 染色体编码

一般的遗传算法对解空间的编码采用二进制形式。对于栅格地图中机器人的路径规划问题, 采用路径经过的栅格序号序列进行编码, 机器人从起点达到终点的完整路径表示1条染色体, 每个栅格序号是1条染色体的基因之一。存储算法所产生的路径, 有利于实现编程和节省存储空间, 无须解码。

2.2 种群初始化

假定初始化种群染色体的个体数目为M=50, 种群用1个染色体集合表示为:

第i条染色体表示为:

初始种群产生方法为:从起点栅格N1开始, 根据“连续的相邻栅格”原则, 从与之相邻的8个栅格中, 选取任一个连续相邻栅格作为此染色体的第二个基因;从围绕第二个基因的相邻栅格中, 选取一个连续相邻栅格作为此染色体的第三个基因, 依此类推, 直到目标栅格Nm为止。在搜索过程中, 每个连续相邻栅格被选取的概率相等, 且当前所选基因与间隔的上一基因不重复。

2.3 适应度函数

取每条路径的距离长度为机器人路径的目标函数, 记作f (D) , 则路径规划目标函数为:

式 (4) 中:d (Nj, iNj+i, i) 为第i组染色体中的栅格Nj, i到栅格Nj+i, i的中心距离。

第i组染色体中的栅格Nj, i到栅格Nj+i, i的中心距离可表示为:

适应度函数取目标函数的倒数, 距离越短, 适应度值越大:

2.4 遗传操作

2.4.1 选择算子

采用竞争策略, 令每一代染色体按适应度优劣竞争, 从中选出优胜个体进入下一代种群, 直到充满种群为止。轮盘赌是一种正比选择策略, 能根据与适值成正比的概率选出新种群, 具体步骤如下。

第一步, 分别计算每一个染色体的累积概率:

第二步, 在[0, 1]区间随机产生M个均匀分布的伪随机数r.

第三步, 对于每一个rk, 如果pk-1<r≤pk, 则选择第k个个体复制进下一代群体。当0<r≤p1时, 选择复制第一个个体;当1-pm<r≤1时, 选择复制最后一个个体。

第四步, 重复第三步, 直到充满种群得到大小为M的新种群。

2.4.2 交叉算子

交叉操作是结合来自父代交配种群中的信息产生新个体的过程, 通常有单点交叉、多点交叉和均匀交叉等方法, 本文选择单点不等长交叉的方法。只要2条路径除首、尾栅格外通过相同的栅格, 就可以以相同栅格为交叉点交叉。如果相同的栅格不止一个, 则在这些相同的栅格中任选一个交叉;如果没有相同的栅格, 则不交叉。用交叉后的子代个体代替原种群中的父代个体, 以产生新的种群。比如, 2条染色体分别为:{64, 75, 86, 77, 78, 79, 89, 99}和{64, 65, 66, 76, 86, 96, 97, 98, 99}, 2条染色体有共同栅格86, 以86栅格为交叉点交叉, 交叉后得到新的2条子染色体为{64, 75, 86, 96, 97, 98, 99}和{64, 65, 66, 76, 86, 77, 78, 79, 89, 99}。

2.4.3 变异算子

由于所产生的初始路径个体均为机器人的连续路径, 一般的变异操作必然会产生不连通的路径个体, 对个体的优越性产生破坏, 进而造成种群退化。为了克服这一不足, 本文在保证路径连续性的前提下进行变异操作, 具体过程如下。

第一步, 随机从种群中挑选出M×Pm个待变异的个体, Pm为变异概率。

第二步, 选取每个个体靠近中间位置的2个栅格, 并将其中部分删除, 将原染色体分成前、后两段。

第三步, 以前段路径的最后栅格作为路径起点, 后部分路径的起始栅格作为终点, 采用节种群初始化方法搜索一段新的子路径, 将前、后两段分开的路径连接起来构成一条连续的路径, 作为新一代种群中的个体。

2.5 交叉和变异概率

选取常值交叉概率Pc和变异概率Pm, 想要达到满意的遗传算法行为和性能, 就需要反复试验, 其过程烦琐且不易得到适应于每个问题的最优解。采用自适应遗传算法计算群体的平均适应度时, 对于适应度高于种群平均适应度的个体需保护优质解, 对其采用较低的Pc和Pm;对于适应度低于种群平均适应度的个体, 需淘汰劣质解, 对其采用较高的Pc和Pm.

Pc和Pm的自适应调整公式如下:

式 (8) (9) 中:Fmax为种群中最大的适应度;Fav为每代种群的平均适应度;F'为交叉的两个个体中较大的适应度;F为要变异个体的适应度。

3 仿真结果分析

在Matlab仿真环境中, 对上述算法进行了仿真测试。变电站环境设备区栅格分布情况如图3所示, 分别对机器人的两种不同巡检模式进行了仿真, 结果如下。

3.1 重点设备巡检

从图3中可以看出, 机器人充电室在栅格“1”处, 重点巡视的设备停靠工位在栅格“100”处, 图3中的实线为机器人最优规划路径, 单程路径用栅格序号依次表示为:1→12→22→33→34→45→56→66→77→78→79→90→100.单程路径的最小距离长度值为144.852.

3.2 设备分级巡检

仿真结果如图4所示, 机器人充电室在栅格“1”处, 多个先后巡视的设备停靠工位分别位于栅格“52”“46”“17”“100”处。从算法上看, 将中间停靠点“52”“46”“17”依次当作前、后寻优路径的终点和起点。图4中的实线为机器人最优规划路径, “o”表示各个不同的停靠工位。单程路径用栅格序号依次表示为:1→12→22→32→42→52→63→64→55→46→36→26→17→18→19→39→49→60→70→80→90→100.单程路径最小距离长度值为238.9949.

图3和图4中的2种巡检模式的仿真结果表明, 本文采用的栅格法建模和遗传算法避障规划路径的方法简单、有效, 能快速、有效地得到最优规划路径。

4 结束语

本文对变电站的工作环境进行了分解建模, 结合巡检机器人的2种巡检模式, 并采用一种改进的遗传算法对巡检机器人进行了全局静态规划。

基于不等长染色体编码和连续相邻栅格的随机搜索算法初始化种群, 能够保证初始化种群的多样性和可行性。同时, 适当改进了遗传算子, 自适应地调整了交叉概率和变异概率, 能够避免早熟现象。

2种巡检模式的仿真结果显示, 本文采用的遗传算法简单、有效, 对变电站巡检机器人实际应用中的全局路径规划具有一定的借鉴意义。

参考文献

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变电站规划 第9篇

关键词：数字化变电站,通信网络规划,实时特征改进

随着基于互联网的电力系统不断健全, 使得数字通讯与变电站网络规划之间的融合程度得以提升, 这为更好的发挥电力设备系统的效能打下了夯实的基础。但是随着社会经济的发展, 其对于电力变电站的性能要求更高, 此时就需要数字化变电通信规划与实时特性得以不断改进和调整, 以满足其实际需求。

一、数字变电站的特点

所谓数字变电站是指智能化一次设备和网络化二次设备为基础, 以相关标准和通讯规范为依据, 实现变电站内智能电气设备之间信息共享和交互操作的变电站。数字变电站通信网络具备以下几方面特点:一次设备智能化和二次设备网络化兼备;以以太网为基础, 实现设备之间通信的同时, 可以达到逻辑配合互动的效果;以统一通信标准为依据, 保证数字变电站运作的规范化。下图为数字变电站的结构示意图。

二、数字化变电站通信网络须满足的条件

构建数字化变电站通信网络需要具备一定的条件, 一般情况下其主要涉及到以下内容:其一, 性能需求。通信网络传输信息应做到真实可靠, 并且以较快的速度去进行传输, 以满足其需求。另外数字化变电站通信网络还存在网络规模大, 节点众多的特点, 其对于实效性的要求也比较高。其二, 功能需求。由于变电站二次设备众多, 彼此之间的高效连接, 是实现资源共享, 数据共享的关键所在。为了能够满足数据传输的实效性特点, 应该尽量简化网络结构, 使得网络数据流量不断降低, 才能够达到上述要求。性能和功能等要求的满足, 将成为数字化变电站通信网络构建的基础和前提。

三、数字化变电站通信网络的实时性能和特性改进

相对于以往的变电站, 数字化变电站的特点在于是以一次设备智能化和二次设备网络化为基础构建的变电站。在IED装备数量增加的背景下, 现场的实时运行信息和操作控制信息往往可以在网络基础上实现快速准确的传输, 并且保证良好的实时性要求。当然需要达到上述的基本效能, 还受制于网络带宽, 数据传输方式, 网络组成形式等因素的影响。简单来讲, 为了发挥数字化变电站通信网络的效能, 应该积极采取有效措施去进行改善和调整, 具体来讲, 可以将其归纳总结为以下几个方面的内容:首先, 为了信息能够较快的实现识别, 就应该积极采取措施去降低信息传输冲突, 使得网络带宽能够达到理想状态。一般情况下, 以带优先级的交换式以太网为基础, 实现网络断的划分, 实现对于优先级的识别。其次, 积极控制节点访问网络的过程, 使得网络主节点实现优化配置, 从主节点发出命令, 在此基础上实现对于其他节点的调节和整理, 从而实现对于网络的访问。这样的方式可以使得网络带宽可以得以预留, 不至于出现数据冲突, 这是最大化满足硬件实时系统要求的最佳方式。其三, 在以太网传输层和MAC层的基础上构建流量整形器, 通信过滤器, 实现对于实时信息的传输, 以保证信息可以及时的送达。其四, 要想实现对于现有数字化变电站通信网络实现优化调整, 还需要具备专业化的人力资源团队, 他们是发挥数字化变电站效能的关键所在。积极总结和归纳数字化变电站通信网络规划经验, 以实时特性为基础, 积极采取有效措施进行改善和调整, 以发挥专业人才在此方面的效能, 是极为重要的。随着上述各个步骤的开展, 数字化变电站通信网络规划会朝着实时性的方向发展和进步, 并且以最大化的效能展现其优势, 这是实现数字化变电站推广的最佳方式和途径。

四、结束语

综上所述, 数字化变电站通信网络规划不是简单实现的过程, 对于数字化变电站实时特性的尊重, 并且在此基础上采取有效措施进行改善和调整, 是更为必要的。为了能够充分发挥数字化变电站通信网络规划的效能, 就应该处理好数字化变电站通信规划和实时特性之间的关系, 以保证变电站能够发挥其效能。相信随着网络技术的不断发展和进步, 传统的变电站势必会被数字化变电站说替代, 这是变电站发展势必会朝着数字化的方向发展和进步。

参考文献

[1]武云飞, 王浩.变电站通信网络的优化设计[J].科协论坛 (下半月) .2013 (11)

[2]鄢晶, 张文煜, 李文强.云计算在智能变电站通信网络中的应用[J].科技创业月刊.2013 (07)

变电站规划 第10篇

配电网变电站选址定容问题是一种二维空间大规模组合优化问题。规划出来的变电站站址和容量直接关系到未来整个配电网网络结构、投资、运行维护的经济性、供电可靠性。因此,迫切需求一种科学的能够协调以上各因素的规划方法来辅助规划人员科学合理地规划配电网络[1,2,3,4,5]。文献[1]提出一种网络参考模型帮助管理者有效地进行投资估计。文献[2]提出一种多阶段考虑的分布式电源规划模型。文献[3]提出一种将电压降、变电站容量等因素考虑进规划模型的变电站选址定容规划模型。文献[4]提出基于改进遗传算法的变电站位置及容量改造与规划方法。随着计算机技术和现代智能优化技术不断发展,国内外许多学者将智能优化算法应用在配电网规划领域[6,7,8,9,10,11,12,13]。粒子群算法与其他智能算法相比,需要调整的参数少,结构简单易实现。近年来,众多学者将其改进并应用在变电站选址定容优化中[10,11,12],取得了不错的结果。文献[8]基于模糊推理思想建立了粒子群算法参数的模糊控制规则,改进了粒子群算法。文献[9]提出了一种结合遗传算法与交替定位分配算法的混合遗传算法解决变电站选址规划问题。文献[10]考虑了变电站投资和运行费用以及地理信息对规划方案的影响,建立了变电站选址定容模型。文献[11]考虑了规划变电站进线和出线投资运行费用,建立变电站选址定容数学模型。

上述规划模型都未综合考虑变电站在使用寿命周期内各项成本及变电站与上级电网关系的规划。从长远角度看,规划方案的运行成本、维护成本、故障成本甚至会大于它的建设成本,所以综合考虑规划方案的全寿命周期成本(LCC)具有重要意义。文献[13]建立了基于LCC的变电站选址定容模型,从LCC管理的角度,综合考虑影响变电站选址定容的LCC因素。但是,文献[13]未考虑规划方案的停电损失成本(可靠性成本),未给出在变电站选址定容规划中占投资比例最大、运行维护费用也较高的配电网变电站及其设备的详细LCC模型。

本文提出基于变电站进线侧、出线侧、变电站内设备的LCC规划模型,该模型不仅包括了规划方案的初始投资成本和运行维护成本,而且还考虑了规划方案的停电成本、废弃成本,使得规划方案在满足可靠性要求的同时更合理,且经济性更优、实用性更强[14]。算法求解采用了改进粒子群算法。针对粒子群优化算法存在容易陷入局部最优点的缺陷[15],本文在现有研究的基础上,通过在多粒子群协同优化算法中引入随机进化机制,增加了种群中粒子的变异性,从而增加了种群的多样性,提高了算法的全局收敛特性。

1 基于LCC的变电站选址定容模型

电网建设项目的LCC管理是LCC管理理论在电力系统中的应用。电网建设项目的LCC管理以项目全寿命周期经济效益最优为研究目标,通过对寿命周期内各阶段成本实施严格的动态控制[16],在满足安全、效能和环保的前提下追求工程效益的LCC最优,寻求最佳的配电网规划方案,创造最大的经济、社会和环境效益。其核心内容是对配电网规划方案LCC进行分析计算,根据量化值进行决策。变电站规划的LCC模型为:

式中:CI为初始投资成本;CO为运行成本;CM为维护成本;CF为故障成本;CD为设备废弃成本;PV,sum=[(1+r)n-1]/[r(1+r)n],为年度投资费用的现值和折算系数,r为社会折现率,n为寿命周期;PV=1/(1+r)n,为折现系数。

基于式(1)将变电站选址定容模型按照变电站进线侧线路、变电站出线侧线路、变电站这3类设备建立综合LCC模型:

式中:i=1,2,,N;j∈Ji,Ji为变电站i的负荷点集合;LLV为低压出线侧线路LCC;LHV为进线侧线路LCC;LS为变电站设备LCC;N为新建变电站数目;Wj为负荷点j的有功功率;Si为变电站i的容量;ei为变电站i的最大负载率;cosφi为变电站i的功率因数;Vij为变电站i与负荷点j之间的电压降;z为出线侧线路单位长度电阻;VLV为出线侧线路额定电压;ΔVm为线路电压偏差;gij为负荷点j是否由变电站i供电的判别因子,若gij=1,则“是”,若gij=0,则“否”;Yi为变电站i的最大供电距离;lij为变电站i到负荷点j的距离。

其中,LLV的具体表达式如下:

式中:CLV,I为出线侧线路的初始投资成本;CLV,O为出线侧线路的运行(损耗)成本;CLV,M为出线侧线路的维护成本;CLV,F为出线侧线路的故障成本;CLV,D为出线侧线路的废弃成本,一般包括报废处置成本与残值收入,考虑到线路设备的残值较小,故假定其残值收入和处置成本抵消;cl为出线侧线路单位长度导线造价;βLV为出线侧线路的网损折算系数,βLV=β1β2β3/(U2cos2φi),β1为电价,β2为出线侧线路单位长度电阻,β3为网络年最大损耗小时数,U为出线侧线路线电压;δ为维护费用折算系数,目前绝大多数供电企业对供电设备维护费用管理的办法是根据年度总费用计划,取初始投资的百分数;tLV为出线侧线路故障修复时间;λj为第j条配电线路的故障率;Rj为第j条配电线路单位停电损失,计算方法如下。

传统停电损失常采用产电比法或调查法,但这些方法不能很好地反映出停电发生频率和持续时间与停电损失的关系。因此,本文采用了用户分时段停电损失费用计算方法,通过对离散的停电持续时间与停电损失统计数据[17]进行直线插值拟合得到停电持续时间t与停电损失R(t)对应曲线及关系式,分别如图1和式(8)所示。可以看出,当停电量相同时,停电次数越多(平均停电时间越短),造成的用户停电损失越大。

根据文献[18],假定停电时间相对实际配电网足够长时,单位功率停电损失与停电时间的关系近似等于用户消耗1kWh电力生产的平均生产效益P,由此,电力平均生产效益可表征为:

待求用户停电损失函数R1(t)可表示为:

式中:k为待定系数。

由式(9)和式(10)得:

式中:P1为待求用户单位电力生产的平均生产效益。

以图1所示曲线为例,t=24h时的曲线斜率可近似表示t∞时的斜率,则

本文算例取某地区工业电力用户平均生产效益为15元/(kWh),美元兑人民币汇率设为1∶7,则得到停电持续时间与R1(t)的表达式如下:

进线侧线路可靠性设计满足N-1要求,因此进线侧线路故障修复时间tHV为进线侧线路倒负荷时间。LHV的构成与LLV类似,在此不再赘述。

LS具体表达式如下:

式中:CS,I为变电站初始投资;CS,O为变电站运行成本(只考虑变压器运行损耗);CS,M为变电站的维护成本;CS,F为变电站的故障成本;CS,D为变压器废弃成本;fi为变电站i的初始投资,包括设备购置费和安装工程费;piao为变电站i中变压器a的空载损耗;piak为变电站i中变压器a的负载损耗;ρia为变电站i中变压器a的负载率;Ai为变电站i中变压器的集合;τmax为变压器年最大损耗小时数;Sia为变电站i中变压器a的供电量;λia为变电站i中变压器a的故障率;tS为变压器故障倒负荷时间;Cbf为变压器报废处置成本,Cbf=vbCS,I,vb为拆除成本折算系数;Cczh为变压器残值收入,由于变压器是材料密集型产品,故其残值收入较大,Cczh=vcCS,I,vc为残值折算系数。

2 基于改进粒子群算法的变电站选址定容

变电站选址定容规划问题属于大规模组合搜索优化问题,且上述变电站选址定容模型更为复杂,故一般的求解算法难以找到优化模型的最佳位置。基本粒子群算法在计算模型的变量和约束条件较多的情况下,在算法迭代进化后期,由于进化方程中惯性权值、学习因子不能对陷入局部最优的粒子产生有效的变异机制,粒子很容易陷入局部最优解,从而无法收敛得到全局最优解。多粒子群协同优化算法(MPSO)[19]是将粒子种群划分为若干个子种群,各个子种群之间进行信息的共享,这种思想增加了种群粒子的多样性,提高了算法搜索最优点的概率。但该算法仍然存在各个子种群容易趋于局部最优的缺点,因此,本文提出在多粒子群算法的基础上引入随机进化机制,提出了随机多粒子群算法(SMPSO),该算法增加了各个子种群粒子的变异能力,进一步提高了算法的全局收敛特性。

2.1 SMPSO基本原理

SMPSO的进化方程为:

式中:v为粒子飞行速度;x为粒子位置;下标d为粒子维数;c1,c2,c3,r1,r2,r3为0到1间的随机数;Pi为粒子i所经历的最好位置;Pg为各个子种群中的所有粒子所经历的最好位置;Zg为所有种群中的粒子所经历的最好位置。

在SMPSO的粒子进化更新方程中,将惯性权值w设置为0,此时各个子种群中的粒子的飞行速度vi只与xi,Pi,Pg有关,各个子种群中的粒子向该子种群中的当前全局最好位置收敛。由式(20)可知,粒子的全局搜索能力减弱,局部搜索能力加强,且当xi(t)=Pi=Pg=Zg时,粒子将停止进化。为增强全局搜索能力,可取出并保留Pg作为种群最好位置,而在搜索空间中随机产生xi(t+1)补充取出的Pg,其他粒子j以式(20)进化,将更新方程改为(j≠i):

若Pg=Pj,则粒子处于最优位置,随机产生新粒子,而其他粒子按式(20)进化更新;若Pg≠Pj,且Pg未更新,则按式(20)进化;若Pg≠Pj,且Pg已更新,则存在粒子k,使得xk(t+1)=Pg,此时粒子k停止进化,对粒子k按式(22)式(24)进行随机变异,其他粒子按式(20)进化。这样在每一次迭代过程中每个子种群都有一个粒子随机产生,增强了全局搜索能力。

2.2 算法性能测试

以SMPSO和MPSO对J.D.Shaffer函数进行求解。粒子数目POP设置为50;算法最大迭代次数MAX设置为500;子种群数目K设置为5,即每个子种群包含10个粒子;SMPSO和MPSO的惯性权值w1和w2分别设置为0和1;SMPSO和MPSO的学习因子C11,C12,C13和C21,C22,C23分别设置为0.9,0.9,2.6和2,2,2.6;算法的最大速度vmax设置为2;算法的坐标限制范围设置为[-7,7]。

J.D.Schaffer函数是一个多峰函数,有无数个极小值点,但只有一个全局最小值点x=(0,0),其全局最优值为0。J.D.Schaffer函数:

图2给出了2种算法的适应度进化曲线。用MPSO搜索到的最优解为0.000 000 060 9,用SMPSO搜索到的最优解为0。可见,SMPSO在迭代进化时的收敛速度、收敛精度均优于MPSO。

2.3 基于SMPSO的变电站选址定容

基于所提模型,变电站选址定容的计算步骤如下。

步骤1:初始化计算所需各项参数(惯性权值、学习因子、最大速度、粒子数目、最大迭代次数、子种群数目等)。

步骤2:随机初始化种群中粒子的位置,即变电站的位置,根据个体的位置,按就近原则把负荷分配到各个变电站,再由变电站所带负荷的大小来确定其容量。

步骤3:用式(2)计算粒子适应值,找出个体最优位置Pi、子种群最优位置Pg、总群最优位置Zg。

步骤4:将种群按照式(20)式(24)的进化策略进化,即在执行各个子种群信息共享的同时,若在t代某个子种群出现最优解,则将其取出,同时随机生成粒子补充该粒子的空缺。

步骤5:判断算法是否满足最大迭代次数和是否收敛。若是,则停止计算,输出计算结果;若否,则转步骤2。

2.4 模型计算时对约束条件的处理

在利用本文模型和算法计算时,将变电站的容量约束、变电站的最大半径供电约束、电压降约束用罚函数的形式加入模型,使得程序计算结果满足约束限制。

3 仿真算例

某新开发区预测10a后的负荷增长总量为128.32 MW,最大负荷利用小时数为5 500h,负荷的中心位置和大小如附录A表A1所示。为满足负荷要求,需要新建35kV变电站,新建变电站上级电源(110kV)节点位置已知,分别为(2.09km,4.31km)和(7.34km,4.35km),容载比要求为1.8~2.2,负荷同时率取0.8,新建变电站进线满足N-1要求(可采用双回线或环网设计)。计划新建3~5座35kV变电站,规划变电站的规模方案为320 MW(造价2 608.19万元)或316 MW(造价1 746.55万元),所用变压器的投资见附录A表A2。利用基于LCC的变电站选址定容模型和SMPSO进行优化计算。依照变电站选址定容计算步骤,SMPSO参数设置如下:POP=50,K=5,MAX=500,C11=C12=0.8,C13=2.6,vmax=2,坐标限制范围为[0,8]。模型计算需要的其他参数见附录A表A3。

利用本文模型和算法分别对3种可行方案(方案1的N=3,方案2的N=4,方案3的N=5)进行优化计算,得到结果如表1所示。

由表1可以看出,方案2为最优规划方案,最优规划方案的变电站位置、容量如表2所示,其接线形式见图3,图中,负荷的单位为MW。由LCC数据可以看出,初始投资最少的方案(方案1),不是全寿命周期经济性最优方案。由LCC数据还可以看出系统的运营成本(CO,CM,CF,CD之和),远远超过了系统的初始投资,因此基于LCC的分析具有重要意义。

4 结论

本文运用LCC方法对配电网变电站选址定容规划进行了深入研究,通过实例分析得出如下结论。

1)基于LCC理论建立的配电网变电站选址定容规划模型,使规划方案在满足可靠性要求的同时经济性最优。

2)配电网用户停电持续时间与停电损失函数模型反映了停电频率、停电持续时间及停电电量对停电成本的综合影响,能更科学准确地计算出停电损失成本。

3)基于MPSO,在粒子进化时引入随机变异进化机制,增加了粒子的进化变异能力,提高了算法全局最优的收敛度,为规划模型求解奠定了基础。

4)由规划方案LCC结果可以看出,输变电工程运营阶段成本占很大比重,基于LCC方法的规划结果更科学、合理,具有较高的实用价值。

本文没有深入分析运营阶段各成本与初始投资之间的关系,深入研究其间的关系对改进规划方案、提高运行维护策略具有很强的指导意义,将会更加体现出工程实施LCC管理的优越性。

附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。