CN104505825B - 一种高压配电网的供电安全诊断分析方法 - Google Patents

Abstract

一种高压配电网的供电安全诊断分析方法：输入高压配电网网络结构；确定接线模式，包括同电源不同母线辐射接线模式，不同电源双T型接线模式；通过潮流计算验证转供后是否有电压越限的情况发生；对配电网线路进行预处理分析，通过判断配电网线路联络情况并存入表中保存；对存入需要“N‑1”校验的元件表中线路按照开关数优先的路径选择方法进行“N‑1”校验；结合城市供电安全标准分析得到负荷供电级；根据配电网运行维护的平均倒闸操作时间判定出不同线路转供时间；并给措施。本发明的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，可以为高压配电网的安全供电提供量化分析方法，对高压配电网的评估提供标准，同时可以为高压配电网建设提供指导意见。

Description

一种高压配电网的供电安全诊断分析方法

技术领域

本发明涉及一种供电安全诊断分析方法。特别是涉及一种适用于我国电网诊断工作的高压配电网的供电安全诊断分析方法。

背景技术

随着社会经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，高压配电网对供电安全性和供电可靠性水平提出了更高的要求，如何满足用户可接受的供电安全性和供电可靠性要求，成为我国城市电网面临的主要问题和技术难点。

目前一般采用可靠性评估作为考量电网现状和综合运营水平的重要手段，可靠性评估主要集中在停电频率、停电时间和停电范围3个方面，通过可靠性指标可以反映整个电力系统各环节对各用户的供电情况。而在停电频率方面，现阶段主要依靠人为统计方法，实际评估中人为因素较大，不能客观的反映电网实际情况；而停电时间和停电范围可以通过网络获取，需要一个量化指标进行衡量，判断停电时间和停电范围是否达到安全标准。因此，迫切需要根据我国城市电网的实际情况，科学合理地利用数据资源与运行经验，进行供电安全判据研究，为我国城市电网供电安全的发展与完善提供理论依据和方法保障。创造性地进行供电安全判据研究，为我国高压配电网供电安全提供诊断流程和方法保障。

因此，构建计及高压配电网的供电安全诊断分析方法，是亟待解决的实际问题，具有良好的应用价值和工程价值。

我国电力体制改革经历了多个发展阶段，已初步建立了竞争、开放的区域电力市场，在产业上经历了用电需求从“萌芽成长”到“高速增长”的过程，正向“波动上升”阶段迈进。目前，城市电网的电压等级序列、变压器容量系列己基本稳定，电网结构有待完善，电网自动化水平与发达国家接近，供电可靠性水平呈逐步上升趋势，但与发达国家的城市电网相比仍有一定的差距。我国城市供电安全标准作为电网安全标准的基础性文件，其核心思想为：作为电网安全标准的基础性文件，其核心思想为：以最终客户的供电可靠性作为规划目标，将系统安全性与客户负荷大小相关联，按照负荷组大小划分级别，用“N-1”和“N-1-1”法则作为衡量手段，给出各级电网所应达到的不同的安全和可靠水平。

另外，我国电网自动化程度不高。电网性能越完善，自动化程度越高，系统整体水平越先进，提供的统计数据准确性越高。目前我国电网整体自动化程度不高，部分数据来源需要人工统计完成，在数据收集阶段人为因素较大，部分数据真实性存在问题。因此构建一套基于供电安全标准的中压配电网诊断方法具有重要的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用以诊断我国高压配电网的安全性的高压配电网的供电安全诊断分析方法。

本发明所采用的技术方案是：一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，包括如下步骤：

1)输入高压配电网网络结构，包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置、配电网联络关系，对高压配电网网络进行拓扑结构分析，得到线路之间的联络关系；

2)确定接线模式，包括同电源不同母线辐射接线模式，不同电源双T型接线模式；

3)通过潮流计算验证转供后是否有电压越限的情况发生，采用的直流潮流计算方法：忽略并联支路，支路的有功潮流方程写成：

式中，P_ij表示有功功率，U表示节点电压，δ表示相角差，i表示相邻两个节点中的始节点，j表示相邻两个节点中的终节点，

将线路有功功率潮流 $P_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}{P}^{\′}$ 代入 $P_{\mathrm{ij}}=(U_i^2-U_i{U}_j\cos {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}})g_{\mathrm{ij}}-U_i{U}_j\sin {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}{b}_{\mathrm{ij}},$ 求得各支路终节点的电压，当终节点的电压值超过供电安全标准规定的标准电压值，认为电压越限，式中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，X'表示去掉平衡节点的电抗对角阵，P'表示去掉平衡节点的有功潮流列向量。

4)对配电网线路进行预处理分析，通过判断配电网线路联络情况，找出不能通过“N-1”校验的线路，并把它们输入到结果表中保存，其余数据存入需要“N-1”校验的元件表中；

5)对存入需要“N-1”校验的元件表中线路按照开关数优先的路径选择方法进行“N-1”校验，所述开关数优先的路径选择方法具体包括：

(1)形成与需要转供区域联络的开关集合；

(2)选择主转供路径进行转供；

(3)主转供路径以外的线路进行转供；

(4)对导致电压越限的负荷部分进行转移；

(5)得到能够通过“N-1”校验和不能通过“N-1”校验的线路，分别记录相应的数据结果，生成“N-1”校验结果分析表。

6)结合城市供电安全标准对步骤5)得到“N-1”校验结果分析表进行分析，得到负荷供电级；

7)根据配电网运行维护的平均倒闸操作时间，以及转供路径开关数的多少，判定出不同线路转供时间，判断转供时间是否达到城市供电安全标准规定的时间要求；

8)转供时间达到城市供电安全标准规定的时间要求，修订供电安全标准，转供时间未达到城市供电安全标准规定的时间要求，改造线路、提升运行维护水平，把结果和措施汇总，得到诊断报告。

步骤3)在公式中，当U_i＝U_j＝1，sinδ_ij＝1，r_ij＝0，那么上式化简为：P_ij＝-b_ij(δ_i-δ_j)＝(δ_i-δ_j)/x_ij，对于一个包括n个节点，m条支路的电力系统，将上式写成矩阵形式，支路功率计算如下：计算中，假设参考节点δ＝0，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵M是n×m维节点支路关联矩阵，线路首端为1，线路末端为-1，δ为n维节点相角列向量，平衡节点对应行和列分别为零。

步骤3)所述的线路有功功率潮流获取过程是：选取节点i，根据功率平衡，节点i的注入有功功率为：写成矩阵形式P＝Bδ，对于直流潮流模型而言，平衡节点即为参考节点，电压为1，电压相角为0，而B中包含平衡节点，故B是奇异矩阵，故要去除平衡节点，即将平衡节点对应的行和列去掉得到：P'＝B'δ'，式中B'为非奇异阵，假设B'＝(X')^-1，那么有：δ'＝X'P'，假设平衡节点为第i个节点，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，在式δ'＝X'P'中，左右两边都左乘矩阵N可得到δ＝Nδ'＝NX'P'，则线路有功功率潮流为： $P_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}{P}^{\′},$ 增量形式表示为： $\mathrm{\Δ}{P}_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}\mathrm{\Δ}{P}^{\′},$ 上式中△P'不包括平衡节点，表示平衡节点有功功率不变化，式中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，X'表示去掉平衡节点的电抗对角阵，P'表示去掉平衡节点的有功潮流列向量。

步骤8)中所述的城市供电安全标准中的时间规定为：

(1)维修完成时间，根据维修对象的不同，从几个小时到几天；(2)通过人工操作重构电网进行转供负荷，使得负荷恢复供电所需要的时间为3h；(3)遥控操作重构电网，使得电网恢复供电的时间15min；(4)通过自动装置完成操作60s。

本发明的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，可以为高压配电网的安全供电提供量化分析方法，对高压配电网的评估提供标准，同时可以为高压配电网建设提供指导意见。

附图说明

图1是高压配电网诊断流程；

图2是线路“N-1”校验流程图；

图3是线路比对分析流程图；

图4是比对判定模块判定流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法做出详细说明。

城市电网的供电安全采用“N-1”准则，即：

(1)变电站中失去任何一回进线或者一台降压变压器时，不损失负荷；

(2)高压配电网中一条架空线，或一条电缆，或一台降压变压器发生故障停运时候；

a)正常情况下，不损失负荷；

b)在计划停运的条件下又发生故障停运，允许部分停电，但应在规定的时间内恢复供电；

我国城市电网供电安全标准根据组负荷的大小将组负荷划分为A级到F级一共6个等级，级别越高，回路停运后的供电恢复时间越短，负荷恢复程度越高。针对高压配电网，负荷等级为A级、B级和C级三类，不同组负荷级别具体分析见下。

A级：组负荷范围在0～2MW。单台10/0.4kV变压器的典型容量为0.015～1MVA。相邻2个分段开关将几台(通常选取5台以下)10/0.4kV变压器隔离成一个单元，每个单元的负荷约为0～2MW，不需要其他供电回路。

B级：组负荷范围在2～12MW。一条10kV线路输送容量是3～4MW，单台35/10kV变压器常见容量为：31.5MVA、20MVA、16MVA、5MVA。35/10kV变电站的典型容量构成为5*2MVA、16*2MVA，所带负载约为5～10MW。该部分所提供的负荷约为2～12MW。

C级：组负荷范围在12～180MW。一条35kV线路输送容量是12～15MW，单台110/10kV变压器常见容量为63MVA、50MVA、40MVA、31.5MVA、20MVA。110/10kV变电站的典型容量构成为31.5*2MVA、40*2MVA、50*2MVA、63*2MVA和63*4MVA，所带负载约为30～170MW。该部分所提供负荷约为12～180MW。

对于一个供电级别来说，“N-1”停运和“N-1-1”停运可能包含多种情况，最严重的“N-1-1”停运情况是：一条回路计划停运的情况下，另一条具有同样功能的回路再发生故障停运。例如某变电站的一条变压器回路(或一条进线)计划停运的情况下，该变电站的另一条变压器回路(或另一条进线)又故障停运。为了更好的满足安全性的标准，以下只讨论最严重的情况。

A级(0～2MW)：“N-1”停运，分段内的一个元件故障停运或者计划停运，维修完成后，恢复组负荷供电。“N-1-1”停运不要求。

B级(2～12MW)：“N-1”停运，分为2种情况：(1)分段内的一个元件故障停运或计划停运，要求3h内能够供给组负荷-2MW，维修完成后恢复组负荷供电；(2)10kV线路主干线上开关，保护等设备故障停运或者计划停运，或者一条变压器回路故障停运或计划停运，要求3h内能够恢复组负荷供电。“N-1-1”停运不要求。

C级(12～180MW)：“N-1”停运，分为3种情况：(1)一条35kV出线故障停运或计划停运，要求15min内能够供给组负荷-12MW，3h内恢复组负荷供电；(2)一条变压器回路故障停运或计划停运，要求15min内能够供给2/3组负荷，3h内恢复组负荷供电；(3)一条110kV进线故障停运或计划停运，要求15min内恢复组负荷。“N-1-1”停运，分为3种情况：(1)一条中压出线计划停运，另一条中压出线(与计划停运的出线站内手拉手)故障停运，期间供电能力不做要求；(2)一条变压器回路计划停运，另一条变压器回路故障停运，期间供电能力不做要求；(3)一条110kV进线计划停运，另一条110kV进线故障停运，期间供电能力不做要求。

城市电网的供电安全水平需要通过有效的网络结构来保障，包括备用电源、备用元件、冗余容量以及电网自动化水平等多个方面。在我国城市供电安全标准中，供电安全水平和网络结构关系分析如下。

A级(0～2MW)：在“N-1”停运时候，维修完成后恢复组负荷，此类负荷不需要备用电源，系统的性能取决于故障维修时间的长短。尽量缩短维修时间，是保证A级用户组系统性能的唯一手段。

B级(2～12MW)：在“N-1”停运时，必须在3h内恢复组负荷-2MW，3h是基于人工重构电网来恢复供电所需要的时间来确定的，通常是指人工到现场完成手动操作所需要的时间，所以此类负荷组需要备用电源。未被恢复的2MW用户组自动降级为A级，等待维修完成后，恢复供电即可。

C级(12～180MW)：在“N-1”停运时，首先进行判断组负荷-12MW和2/3组负荷的大小，选取两者之间较小的一个，作为在15min之内必须恢复的负荷量。15min不够满足人工到现场去完成手动操作，因此该时间是基于遥控重构电网恢复供电所需要的时间，因此需要双回路供电。3h内恢复组负荷，基于人工重构电网恢复供电，即通过中压线路转供的方式来恢复其余未恢复的负荷。

如图所示，本发明的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，包括如下步骤：

1)输入高压配电网网络结构，包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置、配电网联络关系，对高压配电网网络进行拓扑结构分析，得到线路之间的联络关系；

2)确定接线模式，包括同电源不同母线辐射接线模式，不同电源双T型接线模式；

3)通过潮流计算验证转供后是否有电压越限的情况发生，采用的直流潮流计算方法：忽略并联支路，支路的有功潮流方程写成：

式中，P_ij表示有功功率，U表示节点电压，δ表示相角差，i表示相邻两个节点中的始节点，j表示相邻两个节点中的终节点，根据电力系统的运行特点，节点电压在额定电压附近，支路两端相角差很小，网线路电阻比电抗小的多。因此可做如下简化假设：当U_i＝U_j＝1，sinδ_ij＝1，r_ij＝0，那么上式化简为：P_ij＝-b_ij(δ_i-δ_j)＝(δ_i-δ_j)/x_ij，对于一个包括n个节点，m条支路的电力系统，将上式写成矩阵形式，支路功率计算如下：计算中，假设参考节点δ＝0，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵M是n×m维节点支路关联矩阵，线路首端为1，线路末端为-1，δ为n维节点相角列向量，平衡节点对应行和列分别为零。

选取节点i，根据功率平衡，节点i的注入有功功率为：写成矩阵形式P＝Bδ，对于直流潮流模型而言，平衡节点即为参考节点，电压为1，电压相角为0，而B中包含平衡节点，故B是奇异矩阵，故要去除平衡节点，即将平衡节点对应的行和列去掉得到：P'＝B'δ'，式中B'为非奇异阵，假设B'＝(X')^-1，那么有：δ'＝X'P'，假设平衡节点为第i个节点，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，在式δ'＝X'P'中，左右两边都左乘矩阵N可得到δ＝Nδ'＝NX'P'，则线路有功功率潮流为： $P_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}{P}^{\′},$ 增量形式表示为： $\mathrm{\Δ}{P}_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}{\mathrm{\ΔP}}^{\′}$ 上式中△P'不包括平衡节点，表示平衡节点有功功率不变化。

将线路有功功率潮流 $P_l=X_m^{-1}{M}^T{\mathrm{NX}}^{\′}{P}^{\′}$ 代入公式 $P_{\mathrm{ij}}=(U_i^2-U_i{U}_j\cos {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}})g_{\mathrm{ij}}-U_i{U}_j\sin {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}{b}_{\mathrm{ij}},$ 求得各支路终节点的电压，当终节点的电压值超过供电安全标准规定的标准电压值，认为电压越限。式中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，X'表示去掉平衡节点的电抗对角阵，P'表示去掉平衡节点的有功潮流列向量。

4)对配电网线路进行预处理分析，通过判断配电网线路联络情况，找出不能通过“N-1”校验的线路，并把它们输入到结果表中保存，其余数据存入需要“N-1”校验的元件表中；

5)对存入需要“N-1”校验的元件表中线路按照开关数优先的路径选择方法进行“N-1”校验，所述开关数优先的路径选择方法具体包括：

(1)形成与需要转供区域联络的开关集合；

(2)选择主转供路径进行转供；

(3)主转供路径以外的线路进行转供；

(4)对导致电压越限的负荷部分进行转移；

(5)得到能够通过“N-1”校验和不能通过“N-1”校验的线路，分别记录相应的数据结果，生成“N-1”校验结果分析表。

主变“N-1”校验分为两种模式，一种是主变检修“N-1”，另外一种是主变故障“N-1”，两者的区别是：主变检修“N-1”考虑变电站容量的最大主变退出运行，站内其他主变和下级线路能否转带所有负荷，并且保证线路不过载，电压不越限。主变故障“N-1”考虑变电站内容量最大的主变退出，站内其他主变过载运行转带负荷的能力，一般来讲允许过载130％，但根据不同地区对供电要求不同，可以自行设定该参数。

6)结合城市供电安全标准对步骤5)得到“N-1”校验结果分析表进行分析，得到负荷供电级；

7)根据配电网运行维护的平均倒闸操作时间，以及转供路径开关数的多少，判定出不同线路转供时间，判断转供时间是否达到城市供电安全标准规定的时间要求；

8)转供时间达到城市供电安全标准规定的时间要求，修订供电安全标准，转供时间未达到城市供电安全标准规定的时间要求，改造线路、提升运行维护水平，把结果和措施汇总，得到诊断报告。所述的城市供电安全标准中的时间规定为：

(1)维修完成时间，根据维修对象的不同，从几个小时到几天；(2)通过人工操作重构电网进行转供负荷，使得负荷恢复供电所需要的时间为3h；(3)遥控操作重构电网，使得电网恢复供电的时间15min；(4)通过自动装置完成操作60s。

下面仅以主变检修“N-1”为例说明本发明的方法。

运行任选变电站S_i(1≤i≤n)，假设变电站S_i的最大容量主变退出运行，所需要转供负荷大小为P_i，站内其它主变所能转带负荷为P_TTi，同等级其他变电站通过下级线路的联络关系所能转带负荷为P_Ti，判断能否转供成功，设定转供标志函数f(·)，判断f(P_i,P_TTi,P_Ti)取值。此处假定f(P_i,P_TTi,P_Ti)＝1，认为该变电站通过校验，f(P_i,P_TTi,P_Ti)＝0，认为该变电站不通过校验。

在寻找转供路径的过程中，本文把过载变压器看作过载线路，实际上这个过程就是一个过载线路负荷转移的过程。对于过载负荷转移的方法一般分为以下几个步骤：

(1)读入过载主变信息；

(2)判断需切负荷位置；

(3)依次开断这些线路并对形成的隔离部分负荷转供。

主变过载转供步骤如下所示。

(1)读入过载主变信息。

在“N-1”校验预处理模块中，如果变电站最大容量主变停运，站内其他主变不能转带，这样的变电站将被加入待校验主变表中。得到站内出线和其他站出线联络关系，根据变电站负载情况求出故障后需转供负荷大小。

(2)判断需切负荷位置。

搜索需要转供负荷的原则是转供负荷最接近并且略大于变电站过载负荷，转供负荷可由对侧出线转供。具体做法首先求出每条线路潮流与需转供负荷的差值，并由小到大排列(其中排除差值为负值的线路)，确定转供优先级。

(3)依次断开这些线路并对形成的孤岛负荷转供。

断开这些线路后，调用线路“N-1”模块进行孤岛恢复供电，如果没有找到恢复路径，继续验证优先级低的切除方案。直至把所有方案验证完，如果找到恢复转供路径，则记录结果，进入下一主变校验的循环中。

通过上述步骤进行分析，确定主变过载转供部分。

在结果分析表中有不同元件、不同负荷的校验结果，为了同城市供电安全标准进行对比，需要对其按照负荷等级进行分类。

(1)单台10/0.4kV变压器的典型容量为0.015～1MVA，常见的为0.8MVA。相邻2个分段开关将几台(通常选取5台以下)10/0.4kV变压器隔离成一个分段单元，每个分段单元的负荷约为0～2MW。在该范围内的属于A级组负荷。

(2)一条10kV线路输送容量是3～4MW，单台35/10kV变压器常见容量为：16MVA、5MVA。35/10kV变电站的典型容量构成为5*2MVA、16*2MVA，所带负载约为5～10MW。10kV线路和35/10变电站所提供的负荷约为2～12MW，在该范围内属于B级组负荷。

(3)一条35kV线路输送容量是12～15MW，单台110/10kV变压器常见容量为63MVA、50MVA、40MVA、31.5MVA。110/10kV变电站的典型容量构成为31.5*2MVA、40*2MVA、50*2MVA、63*2MVA和63*4MVA，所带负载约为30～170MW。一条35kV线路和110/10kV变电站所提供负荷约为12～180MW，在该范围内属于C级组负荷。

该类负荷在时间上满足标准中的详细规定，转供负荷量也达到标准中的明确要求。可以认为该部分电网结构达到安全供电要求。

根据不同地区发展程度不同，如果实际情况普遍比该标准要求的时间短，可以按照实际情况进行修正标准，使得标准可以起到促进电网结构以及运维水平提高的作用。该类负荷不满足相关要求，主要表现在在规定的时间内，不能转供负荷或者转供负荷不满足标准中要求的负荷量。这时，查询“N-1”校验结果分析表，分析该部分元件是否通过“N-1”校验。(1)如果该部分元件可以通过“N-1”校验，说明不达标的原因在于负荷转供时，人工重构过程耗时较长，需要提高运维水平；同时考虑该地区电网运维实际情况，如果普遍无法达到标准要求，则可以适当调整标准，更符合该地区实际情况。(2)如果该部分元件无法通过“N-1”校验，说明不达标的原因在于网络本身的问题，需要对电网进行改造，如何进行电网改造较为复杂，在本文中不予讨论。

下面给出使用本发明方法的实例：

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，是一个可用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。本发明以MATLAB为基础，实现了含分布式电源接入的配网可靠性评估模型，将本发明在其中进行了应用，并以IEEERBTS配电网标准算例(图4)为基础对应用效果进行了测试验证。

以改造的某地区电网作为算例进行分析，给该区域命名为A区。改造后的系统如表1所示，包括3个变电站，每个变电站包括2台变压器，出线共88条。具体线路的联络情况如表2所示。

(1)A1站(10kV侧供电容量100MVA，负载率为49％)

A1站为110kV变电站，该站位于该区域中部，目前有32条线路为所覆盖区域供电。

(2)A2站(10kV侧供电容量80MVA，负载率为56.25％)

A2站位于本区域东北部，该站主要供电范围为A区中心以居住为主的生活用地以及区北部的部分农村电网用电，该站目前共有28条线路为所覆盖区域供电。

(3)A3站(10kV侧供电容量80MVA，负载率为50％)

A3站位于该区域区南部，供电范围为该区域中的以居住、旅游度假为主的用地。该站目前共有28条线路为所覆盖区域供电。

表1 该区域电压器情况

表2 A区线路联络关系

变电站故障计算结果如表3所示。

表3 A区变电站“N-1”分析结果

当主变发生故障时，首先考虑站内转供能否完成，一般站内转供可自动完成，时间大概为60s；当主变负载率较高时，无法通过站内转供恢复供电，则需要停供部分线路，此时进一步判断站间联络是否有充足的转供容量，对比供电安全标准研究转供时间是否达标，不能转供的部分等到维修完成后恢复供电。

表4 A区变压器故障分析结果

根据城市供电安全标准中要求，故障维修时间为8小时，基于人工重构电网恢复供电所需要的时间为3小时，完成自动切换所需要的时间为60秒。

按照上表分析结果，详细描述如下。

(1)变电站A1和A3，故障发生时可以通过主变转供相应负荷，通过自动切换完成转带需要60s，满足供电安全标准中的规定。

(2)变电站A2，可以通过自动切换完成主变转供部分负荷，其余部分通过线路转供，但是由于站间联络容量有限，在2小时之内可以转带4.3MW，剩下的0.7MW失电负荷在维修完成后，即8小时后恢复供电。该运行维护时间均满足供电安全标准中的要求。

当发生变电站全站停电时，考虑对侧变电站转供容量是否充足，能够转供的部分由对侧变压器提供电源，不能转供的部分等待维修完成后恢复供电。

表5 A区变电站全站停电分析结果

由于A区变电站之间联络紧密，当某一个变电站发生全站停电故障时，可以通过站间联络转带所有负荷，并且恢复供电时间可以满足供电安全标准的时间要求。鉴于A区变电站全站停电结果较为简单，不做详细分析。

Claims (4)

1.一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)输入高压配电网网络结构，包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置、配电网联络关系，对高压配电网网络进行拓扑结构分析，得到线路之间的联络关系；

2)确定接线模式，包括同电源不同母线辐射接线模式，不同电源双T型接线模式；

3)通过潮流计算验证转供后是否有电压越限的情况发生，采用的直流潮流计算方法：忽略并联支路，支路的有功潮流方程写成：

式中，P_ij表示有功功率，U表示节点电压，δ表示相角差，i表示相邻两个节点中的始节点，j表示相邻两个节点中的终节点，

将线路有功功率潮流代入求得各支路终节点的电压，当终节点的电压值超过供电安全标准规定的标准电压值，认为电压越限，式中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，X'表示去掉平衡节点的电抗对角阵，P'表示去掉平衡节点的有功潮流列向量；

4)对配电网线路进行预处理分析，通过判断配电网线路联络情况，找出不能通过“N-1”校验的线路，并把它们输入到结果表中保存，其余数据存入需要“N-1”校验的元件表中；

5)对存入需要“N-1”校验的元件表中线路按照开关数优先的路径选择方法进行“N-1”校验，所述开关数优先的路径选择方法具体包括：

(1)形成与需要转供区域联络的开关集合；

(2)选择主转供路径进行转供；

(3)主转供路径以外的线路进行转供；

(4)对导致电压越限的负荷部分进行转移；

(5)得到能够通过“N-1”校验和不能通过“N-1”校验的线路，分别记录相应的数据结果，生成“N-1”校验结果分析表；

6)结合城市供电安全标准对步骤5)得到“N-1”校验结果分析表进行分析，得到负荷供电级；

7)根据配电网运行维护的平均倒闸操作时间，以及转供路径开关数的多少，判定出不同线路转供时间，判断转供时间是否达到城市供电安全标准规定的时间要求；

8)转供时间达到城市供电安全标准规定的时间要求，修订供电安全标准，转供时间未达到城市供电安全标准规定的时间要求，改造线路、提升运行维护水平，把结果和措施汇总，得到诊断报告。

2.根据权利要求1所述的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，其特征在于，步骤3)在公式中，当U_i＝U_j＝1，sinδ_ij＝1，那么上式化简为：P_ij＝-b_ij(δ_i-δ_j)＝(δ_i-δ_j)/x_ij，对于一个包括n个节点，m条支路的电力系统，将上式写成矩阵形式，支路功率计算如下：计算中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，线路首端为1，线路末端为-1，△为n维节点相角列向量，平衡节点对应行和列分别为零。

3.根据权利要求1所述的一种高压配电网的供电安全诊断分析方法，其特征在于，步骤3)所述的线路有功功率潮流获取过程是：选取节点i，根据功率平衡，节点i的注入有功功率为：写成矩阵形式P＝Bδ，对于直流潮流模型而言，平衡节点即为参考节点，电压为1，电压相角为0，而B中包含平衡节点，故B是奇异矩阵，故要去除平衡节点，即将平衡节点对应的行和列去掉得到：P'＝B'δ'，式中B'为非奇异阵，假设B'＝(X')^-1，那么有：δ'＝X'P'，假设平衡节点为第i个节点，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，在式δ'＝X'P'中，左右两边都左乘矩阵N可得到δ＝Nδ'＝NX'P'，则线路有功功率潮流为：增量形式表示为：上式中△P'不包括平衡节点，表示平衡节点有功功率不变化，式中，P_l是m维支路有功潮流列向量，X_m为m×m电抗对角阵，M是n×m维节点支路关联矩阵，矩阵N为在n阶单位对角矩阵中的第i-1行和第i行之间插入全为零的一行向量而得的矩阵，X'表示去掉平衡节点的电抗对角阵，P'表示去掉平衡节点的有功潮流列向量。

4.根据权利要求1所述的高压配电网的供电安全诊断分析方法，其特征在于，步骤8)中所述的城市供电安全标准中的时间规定为：

(1)维修完成时间，根据维修对象的不同，从几个小时到几天；(2)通过人工操作重构电网进行转供负荷，使得负荷恢复供电所需要的时间为3h；(3)遥控操作重构电网，使得电网恢复供电的时间15min；(4)通过自动装置完成操作60s。