CN103199512A - 配电网单相接地故障网络重构方法 - Google Patents

Abstract

一种配电网单相接地故障网络重构方法，故障后将所有供电恢复区域分为两个群，与故障线路处于同一段母线的分支电路划分为群A，处于不同段母线的供电恢复线路划分为群B；对于两个群中的所有供电恢复线路，在电压满足约束条件的前提下，优先选择群A中网损值最小的供电恢复线路，以避免供电恢复过程中的停电，此时采取“热切换”操作，即先闭合母线联络开关，再跳开故障处断路器。而对于群B中的供电恢复线路，则采取“冷切换”措施，先跳开故障处断路器，再闭合母线联络开关。本发明技术优先选择“热切换”操作，这种操作方法充分利用了单相接地故障的特点，使配电网在正常情况下也可以带故障运行，保证了更多用户的供电质量，提高了供电可靠性，可操作性强，优越性高。本发明技术成熟，可靠性高。

Description

配电网单相接地故障网络重构方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，适用于3～60kV中性点非有效接地电网，是一种适用于配电网单相接地故障的网络重构技术。

背景技术

目前，配电网络重构按侧重点不同分为正常情况下的网络重构和短路故障情况下的网络重构。正常重构是指在正常运行条件下，配电网的调度员根据运行情况进行开关操作以调整网络结构，从而改变网络中的功率潮流，使负荷在各馈线之间相互转移而得到合理分配。短路故障重构是指在发生故障时隔离故障，缩小停电范围，并在故障后迅速恢复供电。

当配电网发生单相接地故障时，不需要立即断开故障线路，可以带故障运行1～2个小时，因此重构时不同于上述正常运行和短路故障情况，需要考虑更多的因素。目前，针对配电网单相接地故障网络重构的方法大致可以分为3类：①组合启发式方法和最优化方法,该方法利用分支界限的最优化技术结合实际的启发式方法找到配网的最优结构,需要经过2次环网潮流计算才能确定一个开关的分合,计算量大,算法编程复杂；②人工智能方法,包括模拟退火方法、人工神经网络、基因算法等,由于计算量大,这类方法目前尚未达到实用化水平；③以开关操作引起的线损变化估算公式为基础,将负荷当成恒电流,用重构前的潮流分布估算开关操作后线损的变化,通过公式来估算每次开关操作减少的线损而不需进行潮流计算。该方法具有较好的应用前景。然而传统支路交换方法每次只能完成一个拓扑调整,之后就要计算新拓扑下的潮流分布,因此需要频繁计算配电网的潮流,导致处理时间长、处理过程烦琐。

发明内容

本申请的目的是克服现有方法的不足，提出的新的重构方法。该重构方法充分利用了单相接地故障的特点，提出了一种配电网单相接地故障网络重构方法，将所有供电恢复区域分为群A和群B，优先选择群A中网损值最小的供电恢复线路，以避免供电恢复过程中的停电。

本申请的技术方案如下。

一种配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

配电网发生单相接地故障后，将所有备选供电恢复区域分为两个群，与故障线路处于同一段母线的各备选供电恢复线路划分为群A，与故障线路处于不同段母线的各备选供电恢复线路划分为群B；对于两个群中的所有供电恢复线路，在电压满足预先设定的电压约束条件的前提下，优先选择群A中网损值最小的备选供电恢复线路作为供电恢复线路，采取“热切换”操作，即先闭合母线联络开关，再跳开故障处断路器。

本发明还可以进一步优选以下技术方案。

如果备选供电恢复线路各节点电压均在正常±5%U_n范围内，则认为该备选供电恢复线路满足电压约束条件，其中U_n为配电网额定电压值。

当A群中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值比B群中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值大预设的百分比值时，则选择B群中该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路。其中，所述预设的百分比值为10%。当群B中的该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路时，则采取“冷切换”措施，先跳开故障处断路器，再闭合母线联络开关。

本发明为了获得更优效果，当备选供电恢复线路满足预先设定的电压约束条件后，还优选进一步满足下述附加约束条件：

①配电网中不存在环网，并且配电网中每一个负荷点都被供电，即不存在电力孤点；

②对于群A和群B中的所有备选供电恢复线路供电末端节点电压偏移在±5%以内；

③配电网重构后的每条供电支路都应无过负荷的现象，若选择群B中的备选供电恢复线路作为供电恢复重构线路，则群B中供电恢复后的线路的主变也应无过负荷现象。

本申请还公开了以下一种更完备详细的技术方案：

一种配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）策略搜索选择

当配网中发生故障时,首先由故障线路K开关、即故障点下游的开关所流过的实时功率s_k，得出故障下游区所失去的负荷s_loss，同时搜索出故障下游区所有可用的备选供电恢复线路集{Circuit1，Circuit2···Circuit k};

将各个备选供电恢复线路Circuit j按照是否与故障线路处于同一段母线的原则分为两个群，将与所述故障线路处于同一段母线的各备选供电恢复线路划分为群A，将与所述故障线路处于不同段母线的各备选供电恢复线路划分为群B，其中1≤j≤k；

（2）计算各备选供电恢复线路相关值

计算出各个备选供电恢复线路Circuit j的最大可转移负荷S_circuitj、网损值D_circuitj、电压U_circuitj，选出群A和群B中所有最大可转移负荷S_circuitj大于所述故障下游区所失去的S_loss的供电恢复线路，并按网损值从小到大的顺序分别排列在群A和群B的备选供电恢复线路表中；

对上述所有备选供电恢复线路Circuit j进行潮流计算，采用现有的“功率前推电压后代”法对故障下游区进行各节点功率和电压的计算，如果各节点电压均在正常±5%U_n范围内，则认为该备选供电恢复线路满足电压约束条件，在满足所述电压约束条件的同时，所述备选供电恢复线路还需要满足下述附加约束条件：

①配电网中不存在环网，并且配电网中每一个负荷点都被供电，即不存在电力孤点；

②对于群A和群B中的所有备选供电恢复线路供电末端节点电压偏移在±5%以内；

③配电网重构后的每条供电支路都应无过负荷的现象，若选择群B中的备选供电恢复线路作为供电恢复重构线路，则群B中供电恢复后的线路的主变也应无过负荷现象；

（3）比较群A、群B网损值D_cricuitj，选择供电恢复电路进行恢复供电操作

从群A和群B的备选供电恢复线路表中分别选择满足电压约束条件以及附加约束条件的网损值最小的备选供电恢复线路

若

则选择

作为故障后供电恢复线路，否则选择

当选择

作为故障后供电恢复线路时，采用“热切换”操作方式，先合与所选择出的供电恢复线路相连的母线联络开关，再断开故障处断路器；若此时先合母线联络开关出现了母联过负荷的情况，则按照以下“冷切换”方式操作：先断开故障处断路器，再合母线联络开关。

当选择

作为故障后供电恢复线路时，应采取“冷切换”操作方式。

本申请具有以下有益效果：

1、充分利用单相接地故障的特点，使配电网在正常情况下也可以带故障运行，减少电网损耗，节约能量，提高电网的经济效益。

2、将所有备选供电恢复线路分为两个群，优先选择与故障线路所处母线合环运行的所有分支电路，将其中网损值最小的线路作为重构线路。采取“热切换”操作方式，保证了更多用户的供电质量，提高了供电可靠性，可操作性强，优越性高。

3、使负荷在各线路和变压器之间均匀分配，避免线路和变压器过载，提高了电网的安全性，减少了甩负荷的可能性，可以获得更多的电费收入。

附图说明

图1是某10kV配电系统；

图2为本发明配电网单相接地故障网络重构方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为某10kV配电线路系统。图中18、19、20、21为母联开关，系统正常运行时，处于断开状态。4所处支路即故障线路，4为故障线路开关，线路故障下游负荷即断路器7、10、13所带的负荷。Sub1、Sub2、Sub3连接三条母线。

本实施例包括以下步骤，如附图1所示：

第一步、当断路器4杆前发生单相接地故障后，通过策略搜索得到故障下游区所有备用供电恢复线路为：(1)Circuit1，(2)Circuit2，(3)Circuit3，(4)Circiit4。由故障断路器4流过的实时功率S_k得出故障下游区所失去的负荷S_loss。

将4条备选供电恢复线路按照是否与故障线路处于同一段母线的原则分为两个群，群A为与故障线路处同一段母线的所有分支电路，如图1中的Circuit1和Circuit2;群B为与故障线路处不同母线段分支电路的集合，如图1中的Circuit3和Circuit4。

第二步、计算出4条备选供电恢复线路的最大可转移负荷S_circuitj网损最小指标D_circuitj、电压U_circuitj。选出群A和群B中所有最大可转移负荷S_circuitj大于所述故障下游区所失去的S_loss供电恢复线路，并按网损值从小到大的顺序分别排列在群A和群B的备选供电恢复线路表中。

其中当断路器4所在线路发生故障时，故障下游区所失去的负荷S_loss，即为断路器4中当前所流过的实时功率S_k：

S_loss=S_k          (1)

而配网中故障线路开关当前所流过的实时功率S_k，就是开关下游所有负荷的总和，即：

S_k=S_loadld        (2)

1d为短路器4下游母线上所挂的负荷的集合。

从而可以得到配电网中所有的开关的实时功率潮流表{S₁，S₂…S_k}。

最大可转移负荷S_circuitj是由该备选供电恢复线路中内部所有开关的容量裕量的最小值所决定的：

S_circuitj=min{S_n-S₁、S_n-S₂……S_n-S_k}         (3）

为开关的额定容量，S_k为当前流过该开关的实时功率，S_circuitj即为该备选供电恢复线路circuitj的最大可转移负荷；

网损最小指标D_circuitj由下式计算：

Dci_rcuitj=Σ_j∈_circuitk(S_tran+S_j)R_j             （4）

式中S_j为线路末端流出功率，R_j为线路电阻，s_tran为电力潮流转移负荷；

备选供电恢复线路的电压U_circuitj通过下式计算：

U_circuitj=Σ_j∈Circuitk(P_tranX_j+Q_tranR_j)               （5）

式中有S_tran=P_tran+jQ_tran;P_tran为电力潮流转移有功负荷，Q_tran为无功负荷，X_j为线路电抗。

此时图1的备选供电恢复线路表即，群A：{Circuit1179.5KW；Circuit2156.7KW}；群B：{Circuit3149.4KW；Circuit4180.3KW}。

对上述4条供电恢复线路进行潮流计算，采用比较常用的“功率前推电压后代”法对故障下游区进行各点功率和电压的计算。选择各节点电压均在正常±5%U_n范围内的供电恢复线路。如图1各条线路最低点电压即：Circuit19.51kV、Circuit29.60kV、Circuit39.58kV、Circuit49.67kV。都符合要求。

各备选供电恢复线路还需进一步满足下述约束条件：

①配电网中不存在环网，并且配电网中每一个负荷点都被供电，即不存在电力孤点；

②对于群A和群B中的所有备选供电恢复线路供电末端节点电压偏移在±5%以内；

③配电网重构后的每条供电支路都应无过负荷的现象，若选择群B作为供电恢复重构线路，则群B中线路的主变也应无过负荷现象。

第三步、优先选择与故障线路所处母线合环运行的分支电路，即群A中的线路。图1中为Circuit1和irciut2。虽然CirCuit3的网损值小于Circuit1，但

而且未出现过负荷情况，所以选择Circuit1作为该网络重构线路，采用“热切换”操作方式，先闭合母线联络开关19，再断开故障处断路器4，从而保证故障线路上的负荷不会停电。

Claims (10)

1.一种配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

配电网发生单相接地故障后，将所有备选供电恢复区域分为两个群，与故障线路处于同一段母线的各备选供电恢复线路划分为群A，与故障线路处于不同段母线的各备选供电恢复线路划分为群B；对于两个群中的所有供电恢复线路，在电压满足预先设定的电压约束条件的前提下，优先选择群A中网损值最小的备选供电恢复线路作为供电恢复线路，采取“热切换”操作，即先闭合母线联络开关，再跳开故障处断路器。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

如果备选供电恢复线路各节点电压均在正常±5%U_n范围内，则认为该备选供电恢复线路满足电压约束条件，其中U_n为配电网额定电压值。

3.根据权利要求1或2所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

当群A中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值比群B中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值大预设的百分比值时，则选择群B中该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路。

4.根据权利要求3所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

所述预设的百分比值为10%。

5.根据权利要求4所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

当群B中的该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路时，采取“冷切换”措施，先跳开故障处断路器，再闭合母线联络开关。

6.根据权利要求1或2所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

当备选供电恢复线路满足预先设定的电压约束条件后，还优选满足下述附加约束条件：

①配电网中不存在环网，并且配电网中每一个负荷点都被供电，即不存在电力孤点；

②对于群A和群B中的所有备选供电恢复线路供电末端节点电压偏移在±5%以内；

③配电网重构后的每条供电支路都应无过负荷的现象，若选择群B中的备选供电恢复线路作为供电恢复重构线路，则群B中供电恢复后的线路的主变也应无过负荷现象。

7.根据权利要求6所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

当群A中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值比群B中网损值最小的备用供电恢复线路的网损值大预设的百分比值时，则选择群B中该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路。

8.根据权利要求7所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

所述预设的百分比值为10%。

9.根据权利要求8所述的配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于：

当群B中的该网损值最小的备用供电恢复线路作为供电恢复线路时，采取“冷切换”措施，先跳开故障处断路器，再闭合母线联络开关。

10.一种配电网单相接地故障网络重构方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）策略搜索选择

当配网中发生故障时,首先由故障线路K开关、即故障点下游的开关所流过的实时功率S_K，得出故障下游区所失去的负荷S_loss，同时搜索出故障下游区所有可用的备选供电恢复线路集{Circuit，Circuit2…Circuit k};

将各个备选供电恢复线路Circuij按照是否与故障线路处于同一段母线的原则分为两个群，将与所述故障线路处于同一段母线的各备选供电恢复线路划分为群A，将与所述故障线路处于不同段母线的各备选供电恢复线路划分为群B，其中1≤j≤K;

（2）计算各备选供电恢复线路相关值

计算出各个备选供电恢复线路Circuitj的最大可转移负荷s_circuitj、网损值D_circuitj、电压U_circutj，选出群A和群B中所有最大可转移负荷S_circuitj大于所述故障下游区所失去的S_loss的供电恢复线路，并按网损值从小到大的顺序分别排列在群A和群B的备选供电恢复线路表中；

对上述所有备选供电恢复线路Circuitj进行潮流计算，如果各节点电压均在正常±5%U_n范围内，则认为该备选供电恢复线路满足电压约束条件，在满足所述电压约束条件的同时，所述备选供电恢复线路还需要满足下述附加约束条件：

①配电网中不存在环网，并且配电网中每一个负荷点都被供电，即不存在电力孤点；

②对于群A和群B中的所有备选供电恢复线路供电末端节点电压偏移在±5%以内；

③配电网重构后的每条供电支路都应无过负荷的现象，若选择群B中的备选供电恢复线路作为供电恢复重构线路，则群B中供电恢复后的线路的主变也应无过负荷现象；

（3）比较群A、群B网损值D_Circuitj，选择供电恢复电路进行恢复供电操作

从群A和群B的备选供电恢复线路表中分别选择满足电压约束条件以及附加约束条件的网损值最小的备选供电恢复线路

若

则选择

作为故障后供电恢复线路，否则选择作为供电恢复线路；

当选择

作为故障后供电恢复线路时，采用“热切换”操作方式，先合与所选择出的供电恢复线路相连的母线联络开关，再断开故障处断路器；若此时先合母线联络开关出现了母联过负荷的情况，则按照以下“冷切换”方式操作：先断开故障处断路器，再合母线联络开关。

当选择

作为故障后供电恢复线路时，应采取“冷切换”操作方式。

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