CN103762594B - 基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法。在该方法中，首先以合环点为原点，确定合环点两侧的馈线与输电网交接的边界节点的位置；利用广域监测系统测量得到边界节点的时钟同步数据矩阵；计算合环点在合环之前两端节点的电压幅值和电压相角，得到合环点的两端节点的电压差；构建输电网等值模型，得到时钟同步等值阻抗矩阵；根据环路阻抗及合环点的两端节点的电压差，求解合环点的稳态电流和冲击电流。该方法简单实用，体现了合环操作的时钟同步特点，提高了合环稳态电流及冲击电流的计算精度，有利于选择最佳的合环操作时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算合环冲击电流的方法，尤其涉及一种基于时钟同步数据矩阵计算配电网馈线合环冲击电流的方法，属于电力系统调度技术领域。
背景技术
目前，我国的配电网络一般采用环网设计、辐射运行的接线方式。在倒负荷或线路检修时，通过合、解环操作可以减少停电时间，提高供电可靠性，其中，倒负荷是指将线路（或变压器）负荷转移至其他线路（或变压器）供电的操作。
在配电网的合环操作中，由于合环点存在电压差，过大的馈线稳态电流及冲击电流有可能引起过流保护或线路过载，进而造成大面积的停电故障，直接影响配电网的安全稳定运行。因此，在配电网的合环操作中进行冲击电流计算是非常重要的。
就目前而言，配电网馈线合环冲击电流的计算方法主要分为两种：一种是建立输配一体的全网模型，将输电网与配电网合并到统一网络中建立潮流模型，该方法能够保证全网潮流的时钟同步。但是需要构建输配网一体的网络拓扑结构，其计算规模比较大，计算效率很低，实用性较差。另一种是基于Ward等值理论对馈线所在输电网节点进行等值。该方法无需构建输配一体的网络模型，因此模型的规模大大减小。该方法将两条馈线通过等值方法连接到一起，但是难以保证两条馈线潮流的同步性，冲击电流的计算结果存在较大随机性。
由于配电网合环环路不仅包括配电网馈线线路，有时也包括输电网的部分线路。就目前的调度自动化系统而言，输电网模型与配电网模型是相互独立的。在对调度自动化系统进行监测时，无法保证两个网络监测结果的同步性，进而不能保证合环稳态电流及冲击电流的精确同步计算。
广域监测系统（Wide Area Measurement System，简写为WAMS）测量技术采用同步相角测量技术以数百赫兹的速率采集电流、电压信息，通过计算获得测点的功率、相位等信息，能够实时监视到电网的动态过程。因此，建立一种基于广域监测系统测量技术，简单方便且适用于实际工程的配电网馈线合环冲击电流计算方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法，包括如下步骤：
步骤1：以合环点为原点，按照拓扑结构沿合环点两侧的馈线分别向输电网搜索，依次搜索到合环点两侧的馈线的各变电站母线，确定合环点两侧的馈线与输电网交接的边界节点的位置；
步骤2：利用广域监测系统测量得到边界节点的时钟同步数据矩阵，得到输电网等值及配电网潮流计算所需的数据；
步骤3：分别以合环点两侧的边界节点为参考节点，利用广域监测系统测量得到的电压幅值和电压相角，计算合环点在合环之前两端节点的电压幅值和电压相角，并得到合环点两端节点的电压差；
步骤4：利用广域监测系统进行测量得到边界节点的测量值，根据测量值构建输电网等值模型，并得到时钟同步等值阻抗矩阵；
步骤5：以合环点两端节点为起始端，沿馈线向上搜索计算含有输电网等值阻抗在内的环路阻抗；
步骤6：根据环路阻抗及合环点两端节点的电压差，求解合环点的稳态电流、冲击电流有效值及冲击电流最大值。
与现有技术相比较，本发明具有以下的技术特点：
（1）提出了边界节点的时钟同步数据矩阵，以及输电网时钟同步等值阻抗矩阵的计算方法；
（2）提出了利用时钟同步数据矩阵及时钟同步等值阻抗矩阵实现合环稳态电流及冲击电流的动态计算方法，给出来自不同变电站的馈线合环冲击电流的具体方法和步骤；
（3）方法简单实用，体现了合环操作的时钟同步特点，提高了合环稳态电流及冲击电流的计算精度，有利于选择最佳的合环操作时间。
附图说明
图1是本发明所提供的馈线合环冲击电流计算方法的流程示意图；
图2是本发明的一个实施例中，所采用的辐射状配电网结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，利用本发明所提出的方法计算配电网馈线合环冲击电流的具体步骤如下：
步骤1：以合环点为原点，按照拓扑结构沿合环点两侧的馈线分别向输电网搜索，依次搜索到合环点两侧馈线的各电压等级的变电站母线，例如10kV变电站、110kV变电站及220kV变电站母线等，确定合环点两侧的馈线与输电网交接的边界节点的位置。
在图2所示的一个实施例中，节点1、2分别是来自于输电网的不同220kV变电站，节点3是与节点1变电站相连的110kV变电站，节点4是与节点2变电站相连的110kV变电站，节点5是与节点3变电站相连的10kV变电站，节点6是与节点4变电站相连的10kV变电站，节点7、8是连接两条来自于不同220kV变电站馈线的联络开关，联络开关是本发明中的合环点，联络开关两端点7和8即合环点两端节点，
分别以节点7和8为原点，按照拓扑结构沿所在馈线分别向输电网搜索，从节点7依次向上搜索至10kV变电站节点5，经过110kV变电站节点3，最终搜索至220kV变电站节点1，从节点8依次向上搜索至10kV变电站节点6，经过110kV变电站节点4，最终搜索至220kV变电站节点2，节点1、2即为合环点两侧馈线与输电网交接的边界节点。
步骤2：利用广域监测系统测量节点1～8的电压幅值、相角、节点注入有功功率和无功功率，从而得到边界节点1、2的时钟同步数据矩阵Tk（k表示时刻），进而得到输电网等值及配电网潮流计算所需的数据；
式（1）中第1列描述合环馈线首端在配电网与输电网的边界节点名称，节点名称是其沿着馈线向输电网搜索至输电网得到的馈线首端，将其在配电网中的编号定义为边界节点名称，式（1）第2～5列描述边界节点利用WAMS测量得到的电压幅值、电压相角、注入的有功功率P和无功功率Q；1、2表示边界节点；k为时钟节点，取值为正整数；式（2）～（5）描述边界节点视在功率及电压复数值。
步骤3：分别以两边界节点1、2为参考节点，由广域监测系统测量得到的电压幅值和电压相角，利用孙宏斌等人在《配电潮流前推回推法的收敛性研究》（刊载于《中国电机工程学报》1999年第7期）一文公开的前推回代法（原文中称前推回推法），计算合环点合环之前两端节点7、8的电压幅值和电压相角，并可以求得合环点两端的电压差Uoc，
步骤4：利用广域监测系统进行测量得到边界节点的测量值，利用宣科等人在《基于Ward/REI等值理论的配网合环稳态电流计算》（刊载于《东北电力大学学报》2011年第1期）一文公开的方法，结合上述测量值构建输电网等值模型，并得到时钟同步等值阻抗矩阵Wk，
PRk=P1k+P2k （8）
QRk=Q1k+Q2k （9）
其中，Z1k、Z2k、ZRk为输电网的等值阻抗参数，VRk、θRk为等效电源的电压幅值和相角，PRk、QRk分别为等效电源的有功功率和无功功率；
式（7）中矩阵无需获取输电网的网络拓扑结构，无需构建输电网的节点阻抗矩阵；
步骤5：以合环点两端节点7、8为起始端沿馈线向上搜索，计算含有输电网等值阻抗在内的环路阻抗Zeq；
步骤6：根据环路阻抗Zeq及合环点两端电压差Uoc，利用合环冲击电流计算公式求解合环点的稳态电流Ic、冲击电流有效值Im及冲击电流最大值im；
其中，Ta为时间常数，具体表示为：
其中，R、X分别是合环环路阻抗Zeq的阻抗值，ω＝2πf，f为50Hz；
与现有技术相比较，本发明提供一种基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法。该方法克服来自不同变电站的配电网馈线合环操作中无法保证时钟同步性的缺陷，实现高精度时钟同步数据的采集及计算，从而对来自不同变电站的配电网馈线合环实时冲击电流实现了精确的潮流计算和校验。
上面对本发明所提供的基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (5)
1.一种基于时钟同步数据矩阵的馈线合环冲击电流计算方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：以合环点为原点，按照拓扑结构沿所述合环点两侧的馈线分别向输电网搜索，依次搜索到所述合环点两侧的馈线的各变电站母线，确定所述合环点两侧的馈线与输电网交接的边界节点的位置；
步骤2：利用广域监测系统测量得到边界节点的时钟同步数据矩阵，得到输电网等值及配电网潮流计算所需的数据；所述时钟同步数据矩阵Tk为
其中，第1列描述合环馈线所在配电网与输电网的边界节点名称；第2列描述边界节点的电压幅值；第3列描述边界节点的电压相角；第4列描述边界节点的有功注入；第5列描述边界节点的无功注入；1、2表示边界节点；k为时钟节点，取值为正整数；
步骤3：分别以所述合环点两侧的边界节点为参考节点，利用广域监测系统测量得到的电压幅值和电压相角，计算所述合环点在合环之前两端节点的电压幅值和电压相角，并得到所述合环点的两端节点的电压差；
步骤4：利用广域监测系统进行测量得到边界节点的测量值，根据所述测量值构建输电网等值模型，并得到时钟同步等值阻抗矩阵；所述时钟同步等值阻抗矩阵Wk为：
Wk＝[Zik Zjk ZRk URk θRk PRk QRk]
其中，Zik、Zjk、ZRk为输电网的等值阻抗参数，VRk、θRk为等效电源的电压幅值和相角,PRk、QRk分别为等效电源的有功功率和无功功率；
步骤5：以所述合环点的两端节点为起始端，沿馈线向上搜索计算含有输电网等值阻抗在内的环路阻抗；
步骤6：根据所述环路阻抗及所述合环点的两端节点的电压差，求解所述合环点的稳态电流、冲击电流有效值及冲击电流最大值。
2.如权利要求1所述的馈线合环冲击电流计算方法，其特征在于：采用前推回代法计算所述合环点在合环之前两端节点的电压幅值和电压相角。
3.如权利要求1所述的馈线合环冲击电流计算方法，其特征在于采用如下公式计算合环点的稳态电流值Ic
其中，Zeq是环路阻抗，Uoc是合环点两端电压差。
4.如权利要求3所述的馈线合环冲击电流计算方法，其特征在于采用如下公式计算合环点的冲击电流有效值Im
其中，Ic是合环点的稳态电流值，Ta为时间常数。
5.如权利要求3所述的馈线合环冲击电流计算方法，其特征在于采用如下公式计算合环点的冲击电流最大值im
其中，Ic是合环点的稳态电流值，Ta为时间常数。
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