农网10KV配电线路经济供电半径浅析

课程设计报告书题目:农网10KV配电线路经济供电半径浅析专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2010年9月25日摘要从分析单位供电面积所承担的综计费用与线路供电半径的关系等基本原理入手。通过模型的建立，由负荷密度计算配电站的额定容量，计算相应的损耗，通过优化模型进行各种相关因素的比较，得出经济供电半径。关键字：农村电网负荷密度额定容量相应损耗经济供电半径AbstractFromtheanalysisunitofpowersupplyfortheschemeoffeesandthepoweroftheradiusoftherelationshipwithsuchprinciples.throughtheestablishmentofthemodel,thedensityoftheloadratingspowercapacitywiththecorrespondingdeteriorationinthemodelonallrelevantfactorsandeconomicpowertoaradius.Keyword：thenetworkloadratingscapacitycorrespondingdensityandeconomicpowerradius目录1任务提出与方案论证…………………………………………………11.1引言......................................................................................................12构建数学模型的基本思想....................................................................22．1数据采集与处理...............................................................................22．2构建原则............................................................................................22．3基本思想............................................................................................23单位供电面积建设投资和电能损耗费用数学模型的建立................33．1变电站的投资模型...........................................................................33．2线路的投资模型...............................................................................33．3无功补偿装置的投资模型...............................................................43．4无功补偿装置的投资模型...............................................................43．5线路的电能损耗费用模型...............................................................43．6无功补偿装置的电能损耗费用模型...............................................54电压偏差约束模型的建立....................................................................65优化模型的建立及求解算法................................................................75．1优化模型的建立...............................................................................75．2求解算法............................................................................................76结论.........................................................................................................87参考文献：........................................................................................911任务提出与方案论证1.1引言供电半径和功率因数是农村电网规划设计、运行管理中的两个重要技术指标，它们影响着电网结构、电能损耗、电压质量及电网的经济运行等诸多方面。如何确定合理的供电半径和功率因数值，使电网的供电成本最小，就成为一个研究课题。以往对供电半径的研究可以分为以下几类：(1)以年运行费用作为目标函数来求解供电半径：(2)将工程投资和运行费用相结合作为目标函数来求解供电半径；(3)将线路功率损耗值或电压损失值作为控制条件来确定供电半径。在以往研究的基础上，本文将送电、变电和配电设备的建设投资、维护运行费用和电能损耗费用三个方面相结合作为目标函数，在满足《农村电网建设与改造技术导则》规定的电压允许偏差值的情况下，来研究供电半径和功率因数与单位供电面积年计算费用的关系，从而推导出不同负荷密度下各个电压等级的经济供电半径和经济功率因数。22构建数学模型的基本思想2．1数据采集与处理本文的基础数据是基于调研统计得到的。首先要对所研究区域采集数据。采集的数据包括规划区内各县级电网供电面积、最大负荷、最大负荷利用小时数、各电压等级变电站容量、变压器台数、导线型号以及不同容量变电站的造价、不同型号导线的造价和无功补偿装置的造价等。对采集的各种数据进行回归拟合，分别得到各级变电站容量与投资的函数关系，线路投资与截面积的函数关系以及无功补偿装置投资与补偿容量的函数关系等。2．2构建原则为了使问题的分析具有普遍意义，特作以下假设：(1)农村电网的供电区域设计为圆形，供电点设在供电面积的中心。(2)负荷按照供电面积均匀分布。(3)将变电站及其出线作为一个单元，计算至中压配电网。2．3基本思想本文选用单位供电面积年计算费用作为数学模型的目标函数，即：svdFFFF0min式中0F为单位供电面积年计算费用，万元/2Km；dF为单位供电面积送电、变电和配电设备建设投资的等年值，万元/2Km；vF为单位供电面积维护运行费用，万元/2Km；sF为单位供电面积电能损耗费用，万元/2Km。ZKFddZKFvv1)1()1(nndiiiK式中Z为单位供电面积建设投资，万元/2Km；dK为投资等年值系数；vK为设备年维修率；i为投资年收益率；n为投资收益年限。在农村电网中，变压器和线路是主要的电气设备，本研究中还计及了无功补偿装置。因此，主要的任务是求解变电站、线路和无功补偿装置的单位供电面积建设投资和电能损耗费用。33单位供电面积建设投资和电能损耗费用数学模型的建立3．1变电站的投资模型变电站的容量在一定范围内，其总投资BZ可以近似表示为BBbSaZ式中a为与变电站容量无关部分的费用，万元；b为与变电站容量有关部分的费用，万元/KVA：BS变电站的容量，KVA，其计算公式如下：PpBKLSKS2式中pK为容载比，WVA/；S为变电站的供电面积，2Km；为负荷密度，2/KmKW；L为变电站圆形供电区的供电半径，Km。因此，单位供电面积变电站的投资为221][BLBSZZBB式中PbKBaB21,。由式(7)可以看出，当负荷密度一定时，单位供电面积变电站的投资是供电半径的二次函数。3．2线路的投资模型单位长度线路的综合投资与截面积通常呈线性关系，则单位长度线路投资xZ可近似表示为dSjcZX(8)式中c为与导线截面无关部分的费用，万元／Km；d为与导线截面有关部分的费用，万元／2mmKm。jS为统计得到的导线截面积，mm2。假设该变电站有n回出线，其中NjpBUJSLKSSn32max=(9)式中maxS为出线的容量，KVA；J为线路的电流密度，2mmA：NU为线路的额定电压，KV。则出线总投资为nLdScZjX)((10)单位供电面积线路的投资为LBSZZXx3(11)4式中NjjPUJSdScKB3)(3。由式(11)可以看出，当负荷密度一定时，单位面积线路的投资是供电半径的函数。3．3无功补偿装置的投资模型本文基于抛开低压电网的思想，在农村电网中无功补偿装置的投资费用包括变电站补偿装置费用和线路补偿装置费用。变电站中补偿装置的费用已经包含在变电站的投资里，所以本文只计及中压配电线路的无功补偿装置投资。无功补偿装置的综合投资为tan][54BBSZZWW式中bbkBkB514,tan.(13)。由式(13)可以看出，当负荷密度一定时，单位供电面积无功补偿装置的投资是功率因数正切值的函数。3．4无功补偿装置的投资模型经推导，变电站的单位供电面积电能损耗费用数学模型pkBKPtPF)(][10=6B(14)式中0P为变压器单位容量的空载损耗，VAW；KP为变压器单位容量的负载损耗，VAW；t变压器的年运行小时数，h；1为变压器的年最大负荷损耗小时数，h；声为电量电价，万元／kW·h。3．5线路的电能损耗费用模型线路的电能损耗为31212110)3(33LrkCOSUSRIkSNNx(15)式中NI为导线的额定电流，A；R为导线的等效电阻，；1k为线路的功率损耗分布系数；1S为每回线路的供电面积，2km；R为单位长度线路的电阻，／km。单位面积的线路损耗531210)cos3(3LrSUSNX(16)经推导，单位面积的线路电能损耗费用为)tan1(cos2727LBLBFX(17)式中3217103NpjUkrkJSB2为线路的年最大负荷损失小时数，h。3．6无功补偿装置的电能损耗费用模型单位面积无功补偿装置的电能损耗费用为tan)tan(tan9811BBPtFW(18)式中P为补偿装置单位容量有功损耗，varW；1t为补偿装置年运行小时数，h。64电压偏差约束模型的建立本文分别对最大负荷时线路末端和最小负荷时线路首端进行电压允许偏差的约束，依据为《农村电网建设与改造技术导则》规定的不同电压等级电压允许的偏差值。以农村电网中常见的110／35／10kV供电方式为例(如图1)，来说明电压偏差约束条件数学型的建立过程。图1中，NU为变压器额定电压变比升高值，JU为变压器分接头值，KU为变压器绕组最大负荷时的电压损耗，LU为线路最大负荷时的电压损耗。110110110KJNUUU353535KJNUUU101010KJNUUUBUCUDUEUFUGU35/10KV10/0.4KV图1110/35/10KV电网运行示意图最大负荷时，分别对35kV、10kV和0．4kV线路末端的电压偏差进行约束，以35kV线路末端%CU为例，电压偏差约束条件为：%CU5%%%tan,351101101103535LKJJNAUUUUUL)(19)式中%AU为系统首端电压偏移百分数。其他约束条件建立过程同上。最小负荷时