CN102832618A - 基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法，该方法包括：提出公共节点及公共节点对的概念；构建描述输电网等值模型的公共节点合环信息阵；建立子岛末梢节点信息队列描述了公共节点的跨区合环状态，配电网以公共节点合环信息阵为依据，结合其节点电压幅值与相角，以各公共节点为平衡节点，计算合环点两端电压幅值与相角，并依靠公共节点间等值阻抗计算合环环路阻抗，进而计算合环点冲击电流。本发明解决了配电网合环操作中合环冲击电流的准确计算问题，方法简洁方便适合配电网实际运行需求。

Description

基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法

技术领域

    本发明涉及配电网合环操作运行领域，具体来说是一种基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法。

背景技术

目前国内配电网多采用开环设计，闭环运行的供电模式，在系统故障及检修时，需通过合解环操作实现负荷的转移，以确保供电可靠性。

为建设智能配电网，保证配电网正常运行过程中，系统安全、优质、可靠供电，动态网络重构将成为未来发展方向。合环操作作为动态网络重构的基础，将具有重要现实意义。且随着分布式电源、微网、储能装置的接入，配电网合环运行也将成为未来的发展方向，故此对合环操作及其影响的研究具有重要意义。

合环操作过程中，由于合环点两端电压差及相角差的存在，将会在整个环路中产生较大的合环暂态冲击电流及稳态电流，以致造成部分设备过载及保护装置动作。

国内配电网合环点多在10kV馈线侧，而合环环路不仅包括馈线回路，也包括输电网回路，但由于配电网调度自动化系统（DMS）不包括输电网模型，导致环路阻抗无法实时获取，合环点冲击电流及稳态电流无法准确计算。

目前，环路等值阻抗的获取方法大致可分为三种，一种是全模型法，即通过建立输电网模型，将配电网络与输电网络合并后，通过置入或获取遥信数据，进行全模型拓扑而获得环路阻抗。该方法需建立输电网模型，且输电网设备遥信状态无法实施获取，其实用性与易用性不便；一种是近似推论法，即通过现有配电网模型及变电站母线电压遥测数据，运用迭代方法近似计算环路阻抗的方法。该方法需配置特殊参数计算虚拟单位等值阻抗参数，计算结果受人为因素影响较大；一种是工程实用近似法，该方法无需计算环路等值阻抗，只需要通过计算合环点稳态潮流，而通过一定的工程数值，近似计算合环点冲击电流的方法。该方法虽然简便，但冲击电流受工程因数选取影响较大，且无法表示冲击电流的时域特性。

因此，建立一种简单方便且满足实际工程需求的配电网合环冲击电流计算方法，有效避免合环操作过程中的误操作具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决配电网合环操作中合环冲击电流计算问题，结合输配电网的特点，给出了一种基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法。

为实现上述目的提出方案如下，本发明提供了一种基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法，该方法包括：建立公共节点及公共节点对的概念，依靠公共节点对确定一种连接公共节点支路的外网等值方法，输电网等效为一条连接两公共节点的等值支路，支路阻抗为两公共节点间的自阻抗；通过输电网节点阻抗矩阵对每两个公共节点之间的路径进行等值，并结合其节点电压幅值与相角及节点跨区合环情况，构建公共节点合环信息阵；配电网以公共节点合环信息阵为依据，结合其节点电压幅值与相角，以各公共节点为平衡节点，计算合环点两端电压幅值与相角，并依靠公共节点间等值阻抗计算合环环路阻抗，进而计算合环点稳态电流及暂态冲击电流。

所述公共节点合环信息阵，表述为NT，为N行6列，具体为：

   ；

其中，第1、2列描述构成等值支路的公共节点对名称，节点名称是其所含母线的名称组合；第3、4列描述公共节点对的相角，第5列描述公共节点对之间的等值支路阻抗；第6列描述公共节点对是否跨区；N为系统公共节点对数，是系统中任意两公共节点的组合。

运用子岛末稍节点信息队列NV描述220kV供电子岛10kV节点信息，具体为：

    ;

其中，SN为供电子岛中220kV节点，EN _i （i=1,2…,k）为供电子岛中公共节点，K为子岛公共节点数;

若两公共节点不属于同一子岛末梢节点信息队列，则该公共节点对跨区，公共节点合环信息阵中第6列具体描述如下：

    ;

其中，ij为公共节点i,j形成的公共节点合环信息阵的行号，1为跨区，0为不跨区。

所述合环点冲击电流计算的具体步骤为：

第1步，读取输电网系统导出的公共节点合环信息文件，生成公共节点合环信息阵NT；

第2步，以合环开关为原点，按拓扑连接关系两侧搜索，以获得两合环馈线10kV变电站母线i,j；

第3步，查找公共节点合环信息阵NT，获得以节点i、j为公共节点对的公共节点合环信息NT _k，k为公共节点对在NT中的行号；

第4步，获取公共节点对i、j的跨区信息n _k6 ，若其值为1，且地区不允许跨区合环，则该点不允许合环，退出并报警；若地区允许跨区合环，或者跨区合环信息为0，则进入第5步；

第5步，通过NT _k获取公共节点i、j的电压相角n _k3 、n _k4 ，分别以该两节点为平衡节点，依靠牛顿法计算各条馈线的潮流，并获得合环点两端的电压差向量 U _oc ；

第6步，以公共节点对等值阻抗，即公共节点合环信息阵第5列n _k5 、节点i到合环点的馈线段阻抗为 Z _oi 、节点j到合环点的馈线段阻抗为 Z _oj 计算合环环路阻抗 Z _eq ，具体为：

       

第7步，根据合环环路阻抗 Z _eq 计算合环点稳态电流及暂态冲击电流。

本算法的优点是：（1）提出了一种输电网与配电网相结合的合环冲击电流计算方法。提出了公共节点及公共节点对的概念。（2）给出了一种外网等值的方法，提出了一种描述公共节点模型的公共节点合环信息阵，输配电网通过该信息阵的交互实现合环冲击电流计算。（3）论述了公共节点信息阵中各个变量的意义及计算方法。以节点阻抗矩阵及公共节点对自阻抗描述了等值阻抗的计算方法，以子岛末梢节点信息队列描述了公共节点的跨区合环状态。并给出了运用公共节点合环信息阵计算合环点冲击电流的具体方法和步骤。（4）方法简洁方便适合配电网实际运行需求。

附图说明

图1 为一简单输配电网络图。

具体实施方式

利用本发明所提出的方法进行配电网合环冲击电流计算的具体方法如下：

（1）确定了公共节点及公共节点对的概念。依靠公共节点对，确定了一种连接公共节点支路的外网等值方法。

（2）对于输电网络，因合环冲击电流计算只与其环路有关，故此输电网可以等效为一条连接两公共节点的等值支路。支路阻抗为两公共节点间的自阻抗。

（3）运用N行6列公共节点合环信息阵对输电网环路等效模型进行描述，

具体为：

  （1）

（4）公共节点合环信息阵第1、2列描述构成等值支路的公共节点对名称，节点名称是其所含母线的名称组合。因输电系统与配电系统中母线的资源ID号将随系统不同而变化，但对其命名却基本一致，故用母线名称进行匹配。

（5）公共节点合环信息阵第3、4列描述公共节点对的相角，组成公共节点的母线电压一般可以通过SCADA系统采集到或者通过其他系统转发得到。但是电压相角因无WAPS系统无法采集到。故需输电网系统输出公共节点相角。

（6）公共节点合环信息阵第5列描述公共节点对之间的等值支路阻抗，其是一个复数，可以通过节点阻抗矩阵计算得到。

设Z为输电网系统节点阻抗矩阵，则任意两公共节点间的自阻抗为：

       (2)

其中，i,j为公共节点。显然，两公共节点之间的自阻抗即为两公共节点对的等值支路阻抗。

（7）公共节点合环信息阵第6列描述公共节点对是否跨区，1为跨区，0为不跨区。所谓跨区是指两公共节点属于不同220kV变电站供电。

目前，国内输电网220kV电压等级一般合环运行，其以下电压等级开环运行，每个220kV变电站所供区域构成一220kV供电子岛。为保证合环操作的安全性及合环后保护系统的有效性，部分地区对不同220kV供电子岛的10kV线路不允许合环。

（8）N为系统公共节点对数，是系统中任意两公共节点的组合，具体为：

       （3）       

其中M为系统公共节点数。

（9）运用子岛末稍节点信息队列NV描述220kV供电子岛10kV节点信息，具体为：

   （4） 

其中，SN为供电子岛中220kV节点，EN _i （i=1,2…,k）为供电子岛中公共节点，K为子岛公共节点数。

（10）若两公共节点不属于同一子岛末梢节点信息队列，则该公共节点对跨区。公共节点合环信息阵中第6列具体描述如下：

      （5） 

其中，ij为公共节点i,j形成的公共节点合环信息阵的行号。

（11）基于输配网结合的配电网合环冲击电流实用化方法原理，采取如下步骤计算：

设合环点两端电压向量差为 U _oc ，合环环路阻抗为 Z _eq ，则合环点稳态电流I _C 、合环点最大瞬时冲击电流i _im 及合环点冲击电流有效值I _M 分别为：

                (6)

         (7)

        (8)

其中T _a 为时间常数具体为：

               (9)

其中，ω为2πf，f为50HZ。R、X为环路等值电阻电抗。

合环点冲击电流时域特性方程i(t)为：

     (10)

其中，α为电压向量差 U _oc 的相角，β为环路阻抗角，即等值阻抗的相角。

综上所述，计算合环冲击电流的具体步骤为：

第1步，读取输电网系统导出的公共节点合环信息文件，生成公共节点合环信息阵NT；

第2步，以合环开关为原点，按拓扑连接关系两侧搜索，以获得两合环馈线10kV变电站母线i,j。

第3步，查找公共节点合环信息阵NT，获得以节点i、j为公共节点对的公共节点合环信息NT _k（k为公共节点对在NT中的行号）；

第4步，获取公共节点对i、j的跨区信息n _k6 ，若其值为1，且地区不允许跨区合环，则该点不允许合环，退出并报警。若地区允许跨区合环，或者跨区合环信息为0，则进入第5步；

第5步，通过NT _k获取公共节点i、j的电压相角n _k3 、n _k4 ，分别以该两节点为平衡节点，依靠牛顿法计算各条馈线的潮流，并获得合环点两端的电压差向量 U _oc ；

第6步，以公共节点对等值阻抗n _k5 、节点i到合环点的馈线段阻抗为 Z _oi 、节点j到合环点的馈线段阻抗为 Z _oj 计算环路阻抗 Z _eq ，具体为：

       

第7步，根据公式（6）-（10）计算合环点冲击电流稳态值、最大瞬时值、有效值及时域方程。

如图1所示输配电网络，馈线段F1-F7阻抗皆为0.0175+j0.03Ω，10kV#1母线、#2母线电压分别为10.5kV、10.2kV。配变#1DT、#2DT的功率分别为0.95+j0.06MW，0.85+j0.07MW。电源开关S1、S2额定电流为1250A，其他开关额定电流为630A。公共节点合环信息阵如表1所示：

表1 图1中公共节点合环信息阵

公共节点1	公共节点1	节点1相角	节点2相角	等值阻抗	跨区
						#1母线	#2母线	27.21°	24.19°	0.02929+j0.84504Ω	1

根据第11节所述第1-3步骤，生成公共节点信息阵，并获取公共节点电压幅值差为0.3kV，相角差为3度。由第4步获取公共节点跨区信息为1，若系统运行跨区合环，则由第5步计算合环开关P两侧电压幅值差为0.3014kV，相角差为2.9573度。由第6步计算环路等值阻抗为0.16929+j1.08504Ω。最后，根据公式（6）计算合环点稳态电流为158.49A，由公式（7）计算合环点最大瞬时冲击电流为361.379A，由公式（8）计算合环点冲击电流有效值为209.656A，由公式（9）可知其时间常数为0.0204。具体如表2所示。

表2  图1中合环冲击电流计算结果

合环点稳态电流	合环点最大冲击电流	合环点冲击电流有效值	时间常数	可以合环
					158.49A	361.379A	209.656A	0.0204	是

Claims (4)

1.一种基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法，其特征在于： 建立公共节点及公共节点对的概念，依靠公共节点对确定一种连接公共节点支路的外网等值方法，输电网等效为一条连接两公共节点的等值支路，支路阻抗为两公共节点间的自阻抗；通过输电网节点阻抗矩阵对每两个公共节点之间的路径进行等值，并结合其节点电压幅值与相角及节点跨区合环情况，构建公共节点合环信息阵；配电网以公共节点合环信息阵为依据，结合其节点电压幅值与相角，以各公共节点为平衡节点，计算合环点两端电压幅值与相角，并依靠公共节点间等值阻抗计算合环环路阻抗，进而计算合环点稳态电流及暂态冲击电流。

2.根据权利要求1所述的基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法基本原理，其特征在于：所述公共节点合环信息阵，表述为NT，为N行6列，具体为：

   ；

其中，第1、2列描述构成等值支路的公共节点对名称，节点名称是其所含母线的名称组合；第3、4列描述公共节点对的相角，第5列描述公共节点对之间的等值支路阻抗；第6列描述公共节点对是否跨区；N为系统公共节点对数，是系统中任意两公共节点的组合。

3.根据权利要求2所述的基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法基本原理，其特征在于：运用子岛末稍节点信息队列NV描述220kV供电子岛10kV节点信息，具体为：

    ;

其中，SN为供电子岛中220kV节点，EN _i （i=1,2…,k）为供电子岛中公共节点，K为子岛公共节点数;

若两公共节点不属于同一子岛末梢节点信息队列，则该公共节点对跨区，公共节点合环信息阵中第6列具体描述如下：

    ;

其中，ij为公共节点i,j形成的公共节点合环信息阵的行号，1为跨区，0为不跨区。

4.根据权利要求2或3所述的基于输配网结合的配电网合环冲击电流计算实用化方法，其特征在于：所述合环点冲击电流计算的具体步骤为：

第1步，读取输电网系统导出的公共节点合环信息文件，生成公共节点合环信息阵NT；

第2步，以合环开关为原点，按拓扑连接关系两侧搜索，以获得两合环馈线10kV变电站母线i,j；

第3步，查找公共节点合环信息阵NT，获得以节点i、j为公共节点对的公共节点合环信息NT _k，k为公共节点对在NT中的行号；

第4步，获取公共节点对i、j的跨区信息n _k6 ，若其值为1，且地区不允许跨区合环，则该点不允许合环，退出并报警；若地区允许跨区合环，或者跨区合环信息为0，则进入第5步；

第5步，通过NT _k获取公共节点i、j的电压相角n _k3 、n _k4 ，分别以该两节点为平衡节点，依靠牛顿法计算各条馈线的潮流，并获得合环点两端的电压差向量 U _oc ；

第6步，以公共节点对等值阻抗，即公共节点合环信息阵第5列n _k5 、节点i到合环点的馈线段阻抗为 Z _oi 、节点j到合环点的馈线段阻抗为 Z _oj 计算合环环路阻抗 Z _eq ，具体为：

       

第7步，根据合环环路阻抗 Z _eq 计算合环点稳态电流及暂态冲击电流。