CN105207199A - 分区电网主供元件过载量填补方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分区电网主供元件过载量填补方法，包括：确认备用联络通道并设定其允许输电功率；当主供元件发生N－1或N－2故障时快速计算主供元件过载量；快速判断能满足等值填补分区电网内主供元件过载量的备用联络通道或组合；若不能满足则输出警示信息，若能满足则判断备用联络通道或组合是否能实际投入，并在去除不能实际投入者后输出选择列表。本发明利用分区电网间备用联络通道的空载容量，等值填补分区电网内主供元件过载量，算法简单，响应迅速，为不降低输电能力下解决分区电网主供元件过载问题提供了有效方法。

Description

分区电网主供元件过载量填补方法

技术领域

本发明涉及一种分区电网主供元件过载量填补方法，属于电力系统及其自动化控制技术领域。

背景技术

据发明人了解，为消除500kV/220kV高低压电磁环网不稳定问题、以及限制500kV主变220kV侧短路电流超标问题，现已逐步形成电网分层分区运行的格局；然而，电网分层分区运行会弱化电网互联性，导致部分分区电网(特别是以单一500kV变电站为核心而主变台数、区域机组备用容量受限的局部独立分区电网)供电可靠性降低。

当分区电网内主供元件发生N－1及以上故障情况时，易产生主供元件过载现象。目前，限制分区电网主供元件过载的方法主要采用以下三种途径：机组调控出力、分区电网局部负荷向外转移、联切分区内负荷限制等途径。

然而这三种途径各有不足：机组调控出力与机组特性、机组状态密切相关，且会受到发电能力高峰限制；分区电网局部负荷向外转移则依赖于辐射电网末端站设置的备自投装置，且负荷转移量限制于局部范围；联切分区内负荷限制能较好消除主供元件过载问题，但会损失负荷进而降低输电能力。

经检索发现，专利号201010222984X，授权公告号CN102315639B，名称《调节电网供区对外联络通道的负荷能力的方法和系统》的中国发明专利，提供了一种调节电网供区对外联络通道的负荷能力的方法，包括：采集一本体电网供区中的主变压器的故障台数、负荷功率因数和主变过载率，根据所述故障台数、负荷功率因数和主变过载率调节本体电网供区与至少一个外部电网供区之间的联络通道的负荷能力。

申请号201410125976.1，申请公布号CN103956748A，名称《一种多母线失压时负荷转移的故障恢复方案生成方法》的中国发明专利申请，提出了一种多母线失压时负荷转移的故障恢复方案生成方法，当多母线失压后，采用母联电源和外部联络电源配合实现负荷转移：无外部联络电源失电馈线由站内备用母线转供，无法转供的负荷只能失电，优先保证重要负荷的供电；有外部联络电源失电馈线全部由站外联络电源转供，具体方法采用多重故障的供电恢复方法即可。

申请号201410146794.2，申请公布号CN103972883A，名称《配电网合环点选择方法和系统》的中国发明专利申请，提供一种配电网合环点选择方法和系统，其方法包括：分别确定配电网的第一合环点、第二合环点的合环电流区间和网损区间；分别判断所述第一合环点、所述第二合环点的合环电流区间是否越限；若均不越限，则选择网损区间小的合环点；若均越限，则选择合环电流区间小的合环点；若有一个合环点的合环电流区间不越限，则选择合环电流区间不越限的合环点。

亟待研发确保分区电网在消除主供元件过载时不降低电力输送能力的技术手段，从而促使分区电网提高供电可靠性、保障电网稳定运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种分区电网主供元件过载量填补方法，能有效确保分区电网在消除主供元件过载时不降低电力输送能力。

本发明的主要技术构思如下：发明人发现，现有技术对于发生故障后主供元件过载问题的消除，均采用较复杂的算法来计算过载负荷量，这样就不可避免地增加了反应时间，致使应对及时性下降；此外，主供元件故障实际上可分为主变故障和主干线路故障两种类型，而现有技术大都将主供元件故障简单归为主变故障，而无法顾及主干线路故障。有基于此，发明人经深入地实践研究后终于得出了能有效克服上述缺点的技术方案。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将分区电网间的备用联络通道按正整数、顺序编号，并设定各备用联络通道的允许输电功率n为备用联络通道编号；所述允许输电功率为相应备用联络通道所用线路的额定功率的0.85－0.9倍；转至第二步；

第二步、分区电网的主供元件由主变压器和主干线路构成；记录各主变压器的满负荷下送功率以及各主干线路的满负荷输送功率，并实时监测各主变压器的下送功率以及各主干线路的输送功率；当主供元件发生N－1或N－2故障时，按以下步骤计算主供元件过载量：

S1、若主供元件故障类型为主变压器故障，则转至S2；若主供元件故障类型为主干线路故障，则转至S3；

S2、主供元件过载量P_过载按下式计算：

其中，∑P_-2s为发生故障前2秒时所有主变压器的下送功率之和；P_允许为发生故障后、仍在运行的各主变压器的满负荷下送功率之最小值与仍在运行的主变压器台数相乘所得积；转至第三步；

S3、主供元件过载量P_过载按下式计算：

P_过载＝∑P¹ _-2s-P¹ _允许

其中，∑P¹ _-2s为发生故障前2秒时所有主干线路的输送功率之和；P¹ _允许为发生故障后、仍在运行的主干线路的满负荷输送功率之和，且当所有主干线路均故障时P¹ _允许为零；转至第三步；

第三步、若主供元件过载量P_过载＝0，则无需以备用联络通道填补过载量，并转至最终步；

若主供元件过载量P_过载>0，则按以下步骤进行判断：

T1、将选择列表初始化为空列表；将主供元件过载量P_过载分别与各备用联络通道的允许输电功率进行比较，若则该备用联络通道满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道列入选择列表；转至第四步；

若所有均小于P_过载，则所有备用联络通道均不能单独满足等值填补分区电网内主供元件过载量，此时若备用联络通道数量小于2则转至第四步，否则转至T2；

T2、将i为正整数，通过k_i分别取值为0或1且至少有两个k_i同时取值为1，算得一系列备用联络通道组合的总允许输电功率，然后将主供元件过载量P_过载与该系列总允许输电功率分别进行比较，若P_过载≤总允许输电功率、则与该总允许输电功率所对应的备用联络通道组合满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道组合列入选择列表；转至第四步；

第四步、若选择列表为空列表，则各备用联络通道及其组合无法满足等值填补分区电网内主供元件过载量；输出无法满足的警示信息，转至最终步；

若选择列表为非空列表，则判断选择列表中的各备用联络通道、各备用联络通道组合是否能实际投入，在选择列表中去除不能实际投入的备用联络通道或备用联络通道组合，之后输出选择列表，转至最终步；

最终步、判断是否结束，若否则转至第一步，若是则整个方法结束。

发明人在实践研究中发现，采用以下措施可以有效减少计算量，提高反应速度：(1)根据所用线路的额定功率快速确定备用联络通道的允许输电功率；(2)根据发生故障前2秒时主变下送功率之和结合故障后运行主变的允许功率，或者根据发生故障前2秒时主干线路输送功率之和结合故障后运行主干线路的允许功率，可避免故障时刻各电气参数对功率计算的影响，从而快速确定主供元件过载量；(3)将主供元件过载量与备用联络通道的允许输电功率或备用联络通道组合的总允许输电功率直接进行比较，可快速获知可选备用联络通道或备用联络通道组合。此外，上述技术方案兼顾了主变故障和主干线路故障两种类型，可更好地适应实际环境。

同时，上述技术方案能够发掘电网内潜在电力输送容量，从而在彻底消除分区电网主供元件过载问题的同时提高分区电网电力输送能力。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第四步中，若选择列表为非空列表，则后续具体步骤如下：

U1、选择一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；

U2、对于当前备用联络通道，判断该备用联络通道是否处于热备状态且是否处于可投入状态，若均为是则转至U3，否则转至U6；对于当前备用联络通道组合，则判断该备用联络通道组合中的全部备用联络通道是否均处于热备状态且是否均处于可投入状态，若全部为是则转至U3，否则转至U6；

U3、判断投入当前备用联络通道或当前备用联络通道组合后，主变压器的短路电流是否最小，若是则转至U4，否则转至U6；

U4、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合的功率支援路径是否最近，若是则转至U5，否则转至U6；

U5、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合是否为同地区相邻分区功率支援，若是则转至U7，否则转至U6；

U6、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合不能实际投入，并在选择列表中去除当前备用联络通道或当前备用联络通道组合；转至U8；

U7、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合能够实际投入；转至U8；

U8、判断是否存在下一备用联络通道或备用联络通道组合，若是则选择下一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择下一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；若否则输出选择列表，转至最终步。

这样即可更加有效且迅速地判断各备用联络通道、各备用联络通道组合是否能实际投入。

优选地，第二步中，若分区电网内的发电厂具备调控有功出力的能力，且调控有功出力功率为P_调控，则主供元件过载量P_过载为S2或S3计算所得值减去P_调控。

优选地，第四步中，在输出选择列表时，若选择列表为空列表，则同时输出无法满足的警示信息，若选择列表为非空列表，则同时输出能够满足的提示信息。

优选地，第一步中，备用联络通道所用线路的额定功率为其中，U_L为该线路的线电压额定电压，I_L为该线路的线电流额定电流，为该线路的功率因数，为电压和电流的相位差，Kt为该线路的温度修正系数。

优选地，第二步中，主变压器为500kV主变压器，主干线路为220kV主干线路。

优选地，第三步的T2中，若0则编号为i的备用联络通道不在备用联络通道组合中；若k_i取值为1则编号为i的备用联络通道在备用联络通道组合中。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明利用分区电网间备用联络通道的空载容量，等值填补分区电网内主供元件过载量，算法简单，响应迅速，且兼顾主变故障和主干线路故障两种类型，利于提高分区电网间闲置备用联络通道的合理利用率，为不降低输电能力下解决分区电网主供元件过载问题提供了有效方法，为电网“分层分区”运行提供了提高供电能力、提升供电可靠性，确保电网安全稳定运行且行之有效的技术措施。

附图说明

图1为本发明实施例的主体流程示意图。

图2为图1实施例试验案例的工程范例图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

如图1所示，本实施例的分区电网主供元件过载量填补方法，包括：

第一步、将分区电网间的备用联络通道按正整数、顺序编号，并设定各备用联络通道的允许输电功率n为备用联络通道编号；所述允许输电功率为相应备用联络通道所用线路的额定功率的0.85－0.9倍；转至第二步；

其中，备用联络通道所用线路的额定功率为其中，U_L为该线路的线电压额定电压，I_L为该线路的线电流额定电流，为该线路的功率因数，为电压和电流的相位差，Kt为该线路的温度修正系数。

第二步、分区电网的主供元件由500kV主变压器和220kV主干线路构成；记录各主变压器的满负荷下送功率以及各主干线路的满负荷输送功率，并实时监测各主变压器的下送功率以及各主干线路的输送功率；当主供元件发生N－1或N－2故障时，按以下步骤计算主供元件过载量：

S1、若主供元件故障类型为主变压器故障，则转至S2；若主供元件故障类型为主干线路故障，则转至S3；

S2、主供元件过载量P_过载按下式计算：

其中，∑P_-2s为发生故障前2秒时所有主变压器的下送功率之和；P_允许为发生故障后、仍在运行的各主变压器的满负荷下送功率之最小值(也即：处于满负荷状态时，下送功率最小的主变压器的下送功率值)与仍在运行的主变压器台数相乘所得积；转至第三步；

S3、主供元件过载量P_过载按下式计算：

P_过载＝∑P¹ _-2s-P¹ _允许

其中，∑P¹ _-2s为发生故障前2秒时所有主干线路的输送功率之和；P¹ _允许为发生故障后、仍在运行的主干线路的满负荷输送功率之和，且当所有主干线路均故障时P¹ _允许为零；转至第三步；

其中，在S3中，当采用双回主干线路时，若发生N－1故障，则双回主干线路之一发生故障，P_过载＝∑P¹ _-2s-P¹ _允许；若发生N－2故障，则双回主干线路均故障，P_过载＝∑P¹ _-2s，也即P¹ _允许＝0。

此外，若分区电网内的发电厂具备调控有功出力的能力，且调控有功出力功率为P_调控，则主供元件过载量P_过载为S2或S3计算所得值减去P_调控。

第三步、若主供元件过载量P_过载＝0，则无需以备用联络通道填补过载量，并转至最终步；

若主供元件过载量P_过载>0，则按以下步骤进行判断：

T1、将选择列表初始化为空列表；将主供元件过载量P_过载分别与各备用联络通道的允许输电功率进行比较，若则该备用联络通道满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道列入选择列表；转至第四步；

若所有均小于P_过载，则所有备用联络通道均不能单独满足等值填补分区电网内主供元件过载量，此时若备用联络通道数量小于2则转至第四步，否则转至T2；

T2、将i为正整数，通过k_i分别取值为0或1且至少有两个k_i同时取值为1，算得一系列备用联络通道组合的总允许输电功率，然后将主供元件过载量P_过载与该系列总允许输电功率分别进行比较，若P_过载≤总允许输电功率、则与该总允许输电功率所对应的备用联络通道组合满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道组合列入选择列表；转至第四步；

其中，若k_i取值为0则编号为i的备用联络通道不在备用联络通道组合中；若k_i取值为1则编号为i的备用联络通道在备用联络通道组合中。例如：现有4个编号分别为1、2、3、4的备用联络通道，当k₁、k₃取值为0，k₂、k₄取值为1时，则也即该备用联络通道组合中仅含有编号为2、4的备用联络通道。

第四步、若选择列表为空列表，则各备用联络通道及其组合无法满足等值填补分区电网内主供元件过载量，此时往往需切分区电网内负荷加以控制；输出无法满足的警示信息，转至最终步；

若选择列表为非空列表，则判断选择列表中的各备用联络通道、各备用联络通道组合是否能实际投入，在选择列表中去除不能实际投入的备用联络通道或备用联络通道组合，之后输出选择列表，转至最终步；

其中，在输出选择列表时，若选择列表为空列表，则同时输出无法满足的警示信息，若选择列表为非空列表，则同时输出能够满足的提示信息。

最终步、判断是否结束，若否则转至第一步，若是则整个方法结束。

具体而言，第四步中，若选择列表为非空列表，则后续具体步骤如下：

U1、选择一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；

U2、对于当前备用联络通道，判断该备用联络通道是否处于热备状态且是否处于可投入状态，若均为是则转至U3，否则转至U6；对于当前备用联络通道组合，则判断该备用联络通道组合中的全部备用联络通道是否均处于热备状态且是否均处于可投入状态，若全部为是则转至U3，否则转至U6；

U3、判断投入当前备用联络通道或当前备用联络通道组合后，主变压器的短路电流是否最小，若是则转至U4，否则转至U6；

U4、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合的功率支援路径是否最近，若是则转至U5，否则转至U6；

U5、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合是否为同地区相邻分区功率支援，若是则转至U7，否则转至U6；

U6、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合不能实际投入，并在选择列表中去除当前备用联络通道或当前备用联络通道组合；转至U8；

U7、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合能够实际投入；转至U8；

U8、判断是否存在下一备用联络通道或备用联络通道组合，若是则选择下一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择下一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；若否则输出选择列表，转至最终步。

试验案例：

如图2所示，500kV变电站通过3台500kV变压器带6个220kV变电站独立运行，形成分区电网，该500kV变电站最大可供电量为1755MW；其中，3台500kV变压器与4回220kV联络线(也即主干线路)为主供元件；3台500kV主变中容量分别为750MVA，满负荷状态时下送功率为658MW；220kV变电站3、5分别与相邻分区电网连有备用联络通道，且220kV变电站3处备用联络通道为双回线路，220kV变电站5处备用联络通道为单回线路。发生的具体故障为主变N－2故障。

本案例实施上述方法的具体步骤如下：

S101：将220kV变电站3处备用联络通道编号为1号备用联络通道，将220kV变电站5处备用联络通道编号为2号备用联络通道；两处备用联络通道所用线路均为LGJ－185/30导线，根据该线路的额定功率，将1号备用联络通道的允许输电功率定为353.2MW(即兆瓦)，将2号备用联络通道的允许输电功率定为176.6MW。

S102：记录各主变压器的满负荷下送功率以及各主干线路的满负荷输送功率，并实时监测各主变压器的下送功率以及各主干线路的输送功率。本案例中，当主变发生N－2故障时∑P_-2s>P_允许，因此P_过载＝∑P_-2s-P_允许＝1755－658×2＝439MW。

S103：将选择列表初始化为空列表；将主供元件过载量P_过载分别与各备用联络通道的允许输电功率进行比较，可知所有均小于P_过载，也即所有备用联络通道均不能单独满足等值填补分区电网内主供元件过载量；然后通过进一步与的比较可知，只有1号和2号备用联络通道组成的备用联络通道组合才能满足功率缺额需求，因此将该备用联络通道组合列入选择列表。

需要说明的是：此步中，如果各备用联络通道及其组合均无法满足等值填补分区电网内主供元件过载量，则需切分区电网内负荷加以控制；如果分区电网内220kV上网电厂可提供可调控有功出力，则应按照实际过载量进行判断，例如电厂可提供200MW可调控有功出力，则P_过载＝439－200＝239MW，此时1号备用联络通道即可满足功率缺额需求。

S104：判断该备用联络通道组合中的全部备用联络通道是否均处于热备状态且是否均处于可投入状态，结果均为是；判断投入后主变压器的短路电流是否最小，结果为是；判断功率支援路径是否最近，结果为是；判断是否为同地区相邻分区功率支援，结果为是。因此，该备用联络通道组合能实际投入，输出选择列表供具体调控使用。整个方法结束。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将分区电网间的备用联络通道按正整数、顺序编号，并设定各备用联络通道的允许输电功率n为备用联络通道编号；所述允许输电功率为相应备用联络通道所用线路的额定功率的0.85－0.9倍；转至第二步；

第二步、分区电网的主供元件由主变压器和主干线路构成；记录各主变压器的满负荷下送功率以及各主干线路的满负荷输送功率，并实时监测各主变压器的下送功率以及各主干线路的输送功率；当主供元件发生N－1或N－2故障时，按以下步骤计算主供元件过载量：

S1、若主供元件故障类型为主变压器故障，则转至S2；若主供元件故障类型为主干线路故障，则转至S3；

S2、主供元件过载量P_过载按下式计算：

其中，SP_-2s为发生故障前2秒时所有主变压器的下送功率之和；P_允许为发生故障后、仍在运行的各主变压器的满负荷下送功率之最小值与仍在运行的主变压器台数相乘所得积；转至第三步；

S3、主供元件过载量P_过载按下式计算：

P_过载＝SP¹ _-2s-P¹ _允许

其中，SP¹ _-2s为发生故障前2秒时所有主干线路的输送功率之和；P¹ _允许为发生故障后、仍在运行的主干线路的满负荷输送功率之和，且当所有主干线路均故障时P¹ _允许为零；转至第三步；

第三步、若主供元件过载量P_过载＝0，则无需以备用联络通道填补过载量，并转至最终步；

若主供元件过载量P_过载>0，则按以下步骤进行判断：

T1、将选择列表初始化为空列表；将主供元件过载量P_过载分别与各备用联络通道的允许输电功率进行比较，若则该备用联络通道满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道列入选择列表；转至第四步；

若所有均小于P_过载，则所有备用联络通道均不能单独满足等值填补分区电网内主供元件过载量，此时若备用联络通道数量小于2则转至第四步，否则转至T2；

T2、将i为正整数，通过k_i分别取值为0或1且至少有两个k_i同时取值为1，算得一系列备用联络通道组合的总允许输电功率，然后将主供元件过载量P_过载与该系列总允许输电功率分别进行比较，若P_过载≤总允许输电功率、则与该总允许输电功率所对应的备用联络通道组合满足等值填补分区电网内主供元件过载量，将该备用联络通道组合列入选择列表；转至第四步；

第四步、若选择列表为空列表，则各备用联络通道及其组合无法满足等值填补分区电网内主供元件过载量；输出无法满足的警示信息，转至最终步；

若选择列表为非空列表，则判断选择列表中的各备用联络通道、各备用联络通道组合是否能实际投入，在选择列表中去除不能实际投入的备用联络通道或备用联络通道组合，之后输出选择列表，转至最终步；

最终步、判断是否结束，若否则转至第一步，若是则整个方法结束。

2.根据权利要求1所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第四步中，若选择列表为非空列表，则后续具体步骤如下：

U1、选择一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；

U2、对于当前备用联络通道，判断该备用联络通道是否处于热备状态且是否处于可投入状态，若均为是则转至U3，否则转至U6；对于当前备用联络通道组合，则判断该备用联络通道组合中的全部备用联络通道是否均处于热备状态且是否均处于可投入状态，若全部为是则转至U3，否则转至U6；

U3、判断投入当前备用联络通道或当前备用联络通道组合后，主变压器的短路电流是否最小，若是则转至U4，否则转至U6；

U4、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合的功率支援路径是否最近，若是则转至U5，否则转至U6；

U5、判断当前备用联络通道或当前备用联络通道组合是否为同地区相邻分区功率支援，若是则转至U7，否则转至U6；

U6、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合不能实际投入，并在选择列表中去除当前备用联络通道或当前备用联络通道组合；转至U8；

U7、判定当前备用联络通道或当前备用联络通道组合能够实际投入；转至U8；

U8、判断是否存在下一备用联络通道或备用联络通道组合，若是则选择下一备用联络通道作为当前备用联络通道，或者选择下一备用联络通道组合作为当前备用联络通道组合，转至U2；若否则输出选择列表，转至最终步。

3.根据权利要求1或2所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第二步中，若分区电网内的发电厂具备调控有功出力的能力，且调控有功出力功率为P_调控，则主供元件过载量P_过载为S2或S3计算所得值减去P_调控。

4.根据权利要求1或2所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第四步中，在输出选择列表时，若选择列表为空列表，则同时输出无法满足的警示信息，若选择列表为非空列表，则同时输出能够满足的提示信息。

5.根据权利要求1或2所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第一步中，备用联络通道所用线路的额定功率为其中，U_L为该线路的线电压额定电压，I_L为该线路的线电流额定电流，为该线路的功率因数，为电压和电流的相位差，Kt为该线路的温度修正系数。

6.根据权利要求1或2所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第二步中，主变压器为500kV主变压器，主干线路为220kV主干线路。

7.根据权利要求1或2所述的分区电网主供元件过载量填补方法，其特征是，第三步的T2中，若k_i取值为0则编号为i的备用联络通道不在备用联络通道组合中；若k_i取值为1则编号为i的备用联络通道在备用联络通道组合中。