电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法

技术领域

本发明涉及数模分析技术领域，具体涉及电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大和电力需求的日益增长，电网的安全稳定运行面临着越来越大的挑战。电网中的薄弱点和潜在风险区域如果不及时得到补强和整改，可能会导致电网故障频发，甚至引发大规模停电事故，给社会和经济带来严重影响。因此，通过设计精准电网落点补强方案，可以及时发现并解决电网中的薄弱点，提高电网的安全性和可靠性。而电网规划论证分析在技术上的短板，以及数字模型理论分析方法存在的标准技术空白点，是当前电网规划领域面临的重要挑战。这些挑战导致电网规划投资决策存在经济技术风险和精度偏差，影响了电网建设的效率和效益。

首先，电网规划论证分析技术上的短板主要体现在缺乏先进、高效的分析工具和模型。现有的分析方法往往基于传统的经验公式和规则，无法全面、准确地考虑各种复杂因素和动态变化，导致规划结果的准确性和可靠性受到影响。其次，数字模型理论分析方法在电网规划中的应用仍处于探索阶段，缺乏统一的标准和技术规范。这使得不同模型之间的比较和验证变得困难，也增加了模型应用的风险和不确定性。

针对目前电网的选址选线存在的短板，我们需要设计一种针对性强的电网高效的规划补强和电网规划布点区间和断面廊道选线方法，能够辅助性提出精准电网落点补强方案、规划补强工作质效、快速精准发现衰减区，以及确定断面衰减状况、方向、距离的方法，对于提高电网规划的科学性、准确性和效率性具有重要意义。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法，设计一种针对电网规划布局解析补强的方法，通过电网标准模型数据采样校验、模型构建及验证构建电网模型预测电网的选址选线，提高了电网规划的准确性和效率。

本发明提供如下技术方案：电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法，包含以下步骤：

(1)标准模型数据采样校验；

典设模块参数选用，从预设的标准模块中选择合适的配置，所述配置包括站际间负荷率、变电站容量、不同电压等级配出线路有效覆盖半径、运营半径、曲折系数；

标准物料参数校核，确定不同截面配出线的最大截面、校核计算压降距离、确定最大输送距离、极限输送容量、经济输送容量以及有效覆盖供电半径；

重要参数校核，所述参数包括供电分区划分、有效覆盖区供电分区占比、负荷密度分区、负荷密度、容载比、n-1、安全系数；

收集整理分析运营电网主变容量、负载率、配出线路建设周期和规模的数据信息，直接插入模型变量；

(2)模型构建；

按照步骤(1)建立站际间容量、负载率、有效覆盖半径，并分年度逐年叠加，按照不同年份断面收敛，观察断面衰减情况，按照站际间叠加长百分比和实际数字化系统中站坐标计算断面衰减区边界，确定最佳布点位置和补强网架长度量；

按照标准数据采样计算有效覆盖半径，确定样本年最小负载率、最大负载率；

不同电压等级站同电等级配出线进行叠加分析，表达某一电压等级电网衰减区以及发现电网补强最佳布点位置和需求网架廊道方向、距离的矢量信息，根据两个站点负荷密度和负荷尖峰确定电网增补需求区域的新增布点的具体位置和控制规划面积，同时调整单元边界；

(3)模型技术验证；经过对站点及配出有效覆盖半径、分期建设、容载比上下限、经济运营标准线、距离、方向、n-1、衰减区进行要素分析，通过实物数据模型进行技术验证。

优选的，所述有效覆盖半径为主干线有效供电或传输信号的最远距离范围，采用已投运的配出线路主干线航距与未投运的规划值进行累加，得到总的线路长度，按照西格玛总值或条数，计算某阶有效覆盖半径，其公式如下：

其中，rum是110千伏变电站规划或在运35/10千伏配出主干线航距加权总值，ai是35千伏配出线长加权值，bm是10千伏配出线长加权值，n是计算线路条数。

优选的，所述步骤(1)中的校核计算压降距离采用以下公式：

其中，ΔU是电压偏差百分数，U是运行电压，Un是系统标称电压，I是负荷电流，

优选的，所述

优选的，所述步骤(2)模型构建，构建1～10年变电站单站或两站点间负荷变化区间模型，分布配出线路核算有效覆盖半径1、5、10年规划时间点或任一年衰减趋势模型，在1年阶段负荷逐步增长，根据模型预测这一阶段的负荷变化范围，并设定相应的参数，在5年阶段负荷稳定，根据历史数据和模型预测来调整参数设置，在10年阶段根据长期趋势和预测结果来设定参数，根据两个站点负荷密度和负荷尖峰，新增布点控制规划面积和单元边界调整进行网架补强。

优选的，所述步骤(2)中模型构建综合电网规划一张图、空天地数据生态湖要素、典型设计模块、GIS工具、PMS技术构建模型，预测分析电网站际间布局、边界衰减、最佳断面选址区间、有效覆半径盖、数模成像衰减。

优选的，所述步骤(2)中模型构建1～10年间单站或两站点间衰减区收缩方向和衰减区间，通过预测模型，预测未来几年的负荷量，并确定衰减区间的上下限，根据预测结果的置信区间确定衰减区间的范围。

优选的，还包括根据所述步骤(2)中模型构建预测出增补站点，所述增补站点补强点设置在站点之间的负荷中心处。

优选的，还包括根据所述步骤(2)中模型构建构建一种变电站负荷率、变电容量、承载断面、有效供电半径、断面区负荷密度关系模型来判断站点四象限位或多角度弧度某一断面问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在以上技术方案中，本发明公开了电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法，构建了全新的可实操数字化人机模型及操作分析方法，并开展随机抽样技术成果验证，拓展可行的更精准验证技术路线，为电网规划布局解析补强提供了新的数字化技术分析方法，填补了电网规划理论空白，丰富了规划工作技法，达到质效双提升目的；该方法分为3个步骤，第一步标准模型数据采样校验，在国家电网发布的变电站、输电线路典型设计中，典设模块参数选用指的是从一系列预先设计好的标准模块中选择合适的配置，从预设的标准模块中选择合适的配置，可以大大简化参数设置的复杂性，同时确保参数的合理性和有效性。这种方法能够快速适应不同的电网规划场景，提高规划效率。此外，标准模块参数的选择还有助于保持规划的一致性和可比性，通过校核不同截面配出线的最大截面、计算压降距离等参数，可以确保所选物料能够满足电网运行的安全性和经济性要求，这种校核过程有助于避免物料选型不当导致的电网故障或运行效率低下等问题，重要参数如供电分区划分、负荷密度等直接影响到电网规划的质量和效果，对这些参数进行校核，可以确保规划的合理性和可行性，此外，校核过程还能帮助规划人员及时发现并纠正潜在的问题，提高规划的科学性和准确性，通过收集、整理和分析运营电网的相关数据信息，可以直接将实际运行数据插入模型变量中，使模型更加贴近实际情况，这种方法能够增强模型的实用性和适用性，提高规划结果的准确性和可靠性；第二步模型构建按照一系列步骤构建模型，可以系统地考虑各种因素，如站际间容量、负载率、有效覆盖半径等，这种构建方法有助于形成一个完整、连贯的电网规划模型，能够全面反映电网的实际运行情况和未来发展趋势，此外，通过逐年叠加和断面收敛观察，可以更准确地确定电网的衰减情况和最佳布点位置；第三步通过对站点、配出有效覆盖半径等要素进行技术验证，可以确保模型的准确性和有效性，这种验证过程有助于发现模型中存在的问题和不足，以便及时进行修正和改进；综上所述，上述步骤共同构成了一个完整、有效的电网规划模型构建与校验流程，通过这一流程，可以确保电网规划的准确性和可靠性，为电力行业的可持续发展提供有力保障，提高了电网规划的准确性和效率。

附图说明

图1是规划站点尖峰负荷系统精准选址选线数模示意图；

图2是站际边界收敛平面示意图；

图3是近中期规划运营配网站点随机抽样负荷数据汇总表；

图4是塔城110千伏察和特变尖峰负荷演进趋势案例分析图；

图5是博州35千伏牧场变尖峰负荷演进趋势案例分析图；

图6是电网规划站点尖峰负荷选址选线分析法模型数据表；

图7是变电站建设投运与配出覆盖有效性周期规律表；

图8是导线电阻电抗载流表；

图9是电压偏差百分数。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～9所示，其示出了本发明的具体实施方式：如图1～9所示，本发明公开的电网规划尖峰负荷选址选线数模分析法，包含以下步骤：

(1)标准模型数据采样校验；

典设模块参数选用，从预设的标准模块中选择合适的配置，所述配置包括站际间负荷率、变电站容量、不同电压等级配出线路有效覆盖半径、运营半径、曲折系数；

标准物料参数校核，确定不同截面配出线的最大截面、校核计算压降距离、确定最大输送距离、极限输送容量、经济输送容量以及有效覆盖供电半径；

重要参数校核，所述参数包括供电分区划分、有效覆盖区供电分区占比、负荷密度分区、负荷密度、容载比、n-1、安全系数；

收集整理分析运营电网主变容量、负载率、配出线路建设周期和规模的数据信息，直接插入模型变量；

(2)模型构建；

按照步骤(1)建立站际间容量、负载率、有效覆盖半径，并分年度逐年叠加，按照不同年份断面收敛，观察断面衰减情况，按照站际间叠加长百分比和实际数字化系统中站坐标计算断面衰减区边界，确定最佳布点位置和补强网架长度量；

按照标准数据采样计算有效覆盖半径，确定样本年最小负载率、最大负载率；

不同电压等级站同电等级配出线进行叠加分析，表达某一电压等级电网衰减区以及发现电网补强最佳布点位置和需求网架廊道方向、距离的矢量信息，根据两个站点负荷密度和负荷尖峰确定电网增补需求区域的新增布点的具体位置和控制规划面积，同时调整单元边界；

(3)模型技术验证；经过对站点及配出有效覆盖半径、分期建设、容载比上下限、经济运营标准线、距离、方向、n-1、衰减区进行要素分析，通过实物数据模型进行技术验证。

该模型分析法，主要构建分析电网规划值与单站点或双站点间，规划年上下限与实际变电站负载率、有效供电半径长运行关系分析模型法，考察变电站经济技术运行区间是否越限，发现局部站或站际间断面网架衰减情况，及时作出补强措施，具有矢量性。截止目前，尚无电网数字化规划概相关念理论模型技术方法。

在国家电网发布的变电站、输电线路典型设计中，典设模块参数选用指的是从一系列预先设计好的标准模块中选择合适的配置，以满足特定的电力供应需求。这些标准模块是基于多年的工程实践和经验积累，经过优化后形成的，旨在提高设计效率、缩短建设周期、降低成本并确保电网的安全稳定运行。

以“110千伏I型变电站”为例，其设计参数如下：

变电站类型与电压等级：类型为I型变电站，适用于一定供电区域内的主要电源点。电压等级为110千伏，是电网中的一个重要电压层级，用于将电能从高压输电网分配到中低压配电网。

主变压器配置：主变数量为2台，这是为了保障供电的可靠性和灵活性。当一台主变故障或检修时，另一台主变可以继续供电，减少停电时间。

总容量为100兆伏安，根据供电区域的负荷需求来确定。容量选择既要满足当前和一定时期内的负荷增长需求，又要考虑经济性和能效。

配出线路：配出35千伏线路6条，这些线路通常用于向附近的工业用户或中压配电网供电。

配出10千伏线路12条，这些线路是配电网的主要组成部分，直接向用户供电。这些配出线路的数量和容量也是根据变电站所在区域的电力需求、负荷分布以及发展规划来确定的。通过合理的线路布局和容量配置，可以确保电能的稳定供应，同时优化电网的经济性。

如图6～7所示，图6中规划期标准校核容载比1.5-2.0，按照I型典设标准110千伏变电站总容量100兆伏安，经济负载率校核上下限50％-67％；正常建设起始年最低负载为0，最大负载小于50％；投运5年后最低负载大于0，最大负载依据实际运营数据校核；投入容量，一期二期随着实际负载率变化而变化，5年节点时间超前或滞后；在实际运营中，因覆盖范围内负荷密度和局部区域发展不均衡，会出现变电站四象限断面有效半径收敛不一致，需在站点有效覆盖中分别分析不同弧度区间断面衰减，确定精准补强位置区间。图7中有效长指配出线路主干线起点至终点航空距离的长度；配出规律：一是配出线建设越晚线长越短，导线截面越大；二是用户专线导线截面一般较规划小，但距离近；三是负荷密度对部分布点变电站有局部影响，会出现个别配出线超长半径，曲折系数偏大现象，但在合理运行方式安排下对本站出线无效性。近中远期有效长：按变电站不同规划分期和实际校核1、5、10基准年，核算不同时间点实际配出线路+未建成规划配出线路规划值，取平均值，得出有效覆盖半径值。曲折系数＝实际长度/航空距；这是电网建设一项重要指标(点线类基础设施均可适用)，用于测算电网经济技术性，曲折系数越小越经济，技术性越好。

优选的，所述有效覆盖半径为主干线有效供电或传输信号的最远距离范围，采用已投运的配出线路主干线航距与未投运的规划值进行累加，得到总的线路长度，按照西格玛总值或条数，计算某阶有效覆盖半径，其公式如下：

其中，rum是110千伏变电站规划或在运35/10千伏配出主干线航距加权总值，ai是35千伏配出线长加权值，bm是10千伏配出线长加权值，n是计算线路条数。

优选的，所述步骤(1)中的校核计算压降距离采用以下公式：

其中，ΔU是电压偏差百分数，U是运行电压，Un是系统标称电压，I是负荷电流，

优选的，所述

优选的，如图1～2所示所述步骤(2)模型构建，构建1～10年变电站单站或两站点间负荷变化区间模型，分布配出线路核算有效覆盖半径1、5、10年规划时间点或任一年衰减趋势模型，在1年阶段负荷逐步增长，根据模型预测这一阶段的负荷变化范围，并设定相应的参数，在5年阶段负荷稳定，根据历史数据和模型预测来调整参数设置，在10年阶段根据长期趋势和预测结果来设定参数，根据两个站点负荷密度和负荷尖峰，新增布点控制规划面积和单元边界调整进行网架补强。按照图1方法所示，建立站际间容量、负载率、有效覆盖半径，分年度逐年叠加，按照不同年份断面收敛，观察断面衰减情况，按照站际间叠加长百分比和实际数字化系统中站坐标计算断面衰减区边界，确定最佳布点位置和补强网架长度量。考察1～10年单站负荷变化区间是否突破规划承载负荷值经济运行区间模型，预测未来负荷的发展趋势，从而判断是否可能突破规划承载负荷值的经济运行区间；二是考察1～10年间单站(变电站)或两站点间分布配出线路核算有效半径1、5、10年规划时间点或任一年衰减趋势模型，带有方向性，通过对电网负荷和配出线路有效半径的分析，可以更加合理地优化资源配置。例如，在负荷增长较快的区域增加变电站容量或调整配出线路布局，以满足未来电力需求。这种优化能够确保电网在经济运行区间内运行，同时提高电力供应的可靠性和稳定性。

如图1所示，规划电网站点1～10近中期运营，容量、尖峰负荷率、控制面积等变量，直观反映规划电网建成投运后1年、5年、10年三阶段关联变量参数变化趋势。创新性提出“系统精准规划站点尖峰选址分析法”。通过该方法直观的图数模型分析，一是观察到站际间一年初始期绿线，形成重叠N-1覆盖绿线边界区，满足电网安全经济技术需求；二是电网负荷增长5年蓝线，站际间出现覆盖功能衰减蓝虚线边界区，出现站点容量不足，站际间末端网架可靠性降低等问题。三是电网负荷增长10年红线，出现站点容量不足，无增扩容空间，站际间末端网架可靠性大幅降低等问题。四是出现电网增补需求区域，可确定位置区间，站际空距25％～75％，具体布点位置这取决于两个站点负荷密度和负荷尖峰，新增布点控制规划面积和单元边界调整。

如图3～5所示，构成模型进行验证阶段，在实际规划业务操作中，不同负荷密度区因站点和主变电压比、容量、台数、出线供电半径、断面输送距离不同，在差异化供电分区、单元覆盖面积存在技术争议，无统一标准和模型计算方法。经过对站点及配出有效覆盖半径，分期建设、容载比上下限、经济运营标准线、距离、方向、n-1、衰减区等要素分析。开展相关实物数据模型技术验证。

如图5所示，博州牧场变规划区划D类，标准容载比1.5～2.0，规划有效覆盖半径15千米；初始年使用效率较低，投运5年接近效率接近经济区，达到最佳状态；投运10年，配出线路长度在运营期气基本无变化，变电站负载率上升至69％，容载比下降为1.45，出现覆盖边缘供给能力衰减区，10年衰减半径长约6千米，衰减率40％；同样如图3察和特110千伏变出现更明显类似状态，运营期内容量、负荷率、有效供电半径变化明显；主要症状，衰减区配电线路中末端电压质量下降，保护范围失效，线损升高，故障率升高，联络线卡脖子，互供能力降低等，具备网架补强必要性。

优选的，所述步骤(2)中模型构建综合电网规划一张图、空天地数据生态湖要素、典型设计模块、GIS工具、PMS技术构建模型，预测分析电网站际间布局、边界衰减、最佳断面选址区间、有效覆半径盖、数模成像衰减。该方法集成了多种技术和工具，形成了一个综合性的电网规划模型，通过自动化的数据处理和分析，提高规划工作的效率。其中，借助“电网一张图”和GIS工具，能够将电网规划的各项要素以图形化的方式展现出来，使得规划人员能够更加直观地了解电网的布局和结构。同时，数模成像衰减的分析结果也可以以可视化的形式呈现，便于规划人员识别和定位问题区域；通过PMS技术和空天地数据生态湖要素，可以对电网的运行状态进行实时监测和预测分析，从而及时发现和解决潜在的问题。同时，典型设计模块的引入可以根据实际情况选择合适的配置方案，优化电网的布局和结构，提高电网的安全性和经济性。

优选的，所述步骤(2)中模型构建1～10年间单站或两站点间衰减区收缩方向和衰减区间，通过预测模型，预测未来几年的负荷量，并确定衰减区间的上下限，根据预测结果的置信区间确定衰减区间的范围。通过对衰减区的收缩方向和衰减区间的考察，可以明确电网的发展趋势和潜在风险，为电网规划和改造提供明确的指导，基于历史数据和现有模型，对衰减区的未来发展进行预测，结合GIS技术和模型预测等方法，可以提高分析的准确性和效率。

优选的，还包括根据所述步骤(2)中模型构建预测出增补站点，所述增补站点补强点设置在站点之间的负荷中心处。

如图2所示，规划电网站点1～10年近中期规划建设运营及全寿命周期，因负荷增长，单位面积负荷密度升高，站点控制面积加剧收敛趋势，形成电网有效控制面积逐步缩小，直观反映规划电网建成投运后1年、5年、10年三阶段关联变量参数变化趋势。通过观察发现，初始年电网站际有效覆盖重叠区域，满足容载比1.5～2.0和运行n-1可靠性需求，随着负荷不断增长中心集中，有效覆盖供电面积不断收敛萎缩，这种萎缩收敛受区域经济社会发展影响，具有中心点集中方向性，取决于时间问，站际间有效控制供电面积出现逐步分离，离散区电网可靠性出现衰减，这就有必要增补站点，补强电网提高可靠性，图数模型中直观出现系统1～5备选站址。采用系统址1、2补强，需在当期增补2站费效不经济，增补2站及配套送出每站效率只能达到50％。采用系统址4、5任意点补强，存在负荷中心偏离，部分需求区域无法有效覆盖，会在中短期内增加补强需求再增加站点，费用增加1倍，效率降低50％，存在规划单位时间内重复投资问题，出现单位投资增加，设备利用率降低低弊端。采用系统址3补强，在负荷中心，投资最经济，覆盖范围技术经济性最优。

优选的，还包括根据所述步骤(2)中模型构建构建一种变电站负荷率、变电容量、承载断面、有效供电半径、断面区负荷密度关系模型来判断站点四象限位或多角度弧度某一断面问题。考察判断某一断面问题，通过构建变电站负荷率、变电容量、承载断面、有效供电半径、断面区负荷密度关系模型，通过对断面问题的精确判断，可以更加合理地调配电网资源，避免资源浪费和过度投资，提高电网的经济效益和社会效益。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。