CN105207213B - 一种考虑分段负荷转移的配电网n‑1校验方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑分段负荷转移的配电网N‑1校验方法：进行网络结构初始分析；进行网络结构简化分析；线路转供负荷分析；分别进入线路N‑1校验及失负荷计算和主变N‑1校验及失负荷计算，包括有，依次进行线路N‑1校验和线路N‑1校验不通过时的负荷分段切除，以及依次进行主变的负荷转供能力分析，变电站联络单元转供负荷分析，主变过载转供负荷修正，变电站网络转移能力计算；主变N‑1校验；主变N‑1校验不通过时负荷分段切除。本发明能够在保证计算准确性的前提下得到更好的配电网N‑1校验结果，并在校验不通过时降低切除负荷的数量，有助于提高配电网供电安全检验水平，从而更准确地指导配电网规划、改造以及运行方式的分析和选择。

Description

一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法

技术领域

本发明涉及一种配电网N-1校验方法。特别是涉及一种配电网供电安全检验的考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法。

背景技术

配电网在电力网中起着非常重要的分配电能作用，在发电、输电、配电、用电这一系列环节中，负责对各个配电站和各类用电负荷供给电能，是最终分配电能的终端网络，是电力系统中直接与客户相连接的一环。在配电网规划、运行及调度时，通常要采用N-1安全准则进行配电网接线模式评估，即检验配电网规划设计或运行调度方案是否满足N-1安全准则。配电网N-1校验是分析配电网运行安全性与可靠性的重要手段，也是电网规划过程中不可忽视的重要组成部分，对电网规划和运行均具有十分重要的意义。随着电网快速发展，用户对电能质量要求的不断提高，N-1校验越来越重要。根据《城市电力网规划设计导则》要求，城市配电网的供电安全通常采用N-1准则，即城网规划设计得到的电网方案必须满足N-1检验。

传统的中压配电网N-1检验主要采取“一刀切”的方式来考虑转供结果，考虑整条线路是否通过，而没有考虑线路中部分分段可以分段转供的情况，即当联络通道的容量充足时，则认为能够通过校验；当联络通道容量不足以承载待转供负荷全部时，则粗放地认为不能够通过校验，未能细化计算具体损失负荷的数量。显然，采用传统的校验方式所得结果不足以反映全部校验信息，难以满足配电网精细化分析与管理的要求。同时，从电网现实运行角度考虑，配电网N-1校验主要涉及变电站主变与中压配电线路两类设备，其中在故障和检修的过程中，通常并非是整条馈线全部退运，而是可以通过运行与维护操作实现部分线路及其所带负荷的转供。为此，有必要提出考虑线路分段特征的配电网N-1校验方法，通过对网络线路和变电站主变校验时馈线负荷转移情况的详细分析，明确故障时负荷转带路径与数量。

综上所述，构建考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，是亟待解决的实际问题，具有良好的理论价值和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在保证计算准确性的前提下得到更好的配电网N-1校验结果的考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，首先设定供电区域共X座变电站以及N台主变，对变电站和主变进行编号，设1,2,…,s,…,N号主变对应的中压出线数分别为m₁,m₂,…,m₃，则对第s号主变第t条出线编号为m_NΣ+t，其中N-1校验方法包括如下步骤：

1)进行网络结构初始分析；

2)进行网络结构简化分析；是对复杂配电网络进行简化分析，突出配电网络的关键联络信息；

3)线路转供负荷分析，是根据每条线路的负荷电流以及该线路的联络线路的负荷裕度和联络容量裕度情况，分析每条线路故障时可转供负荷的大小，得到线路联络关系矩阵L以及实际线路负荷转移矩阵l；

4)分别进入线路N-1校验及失负荷计算和主变N-1校验及失负荷计算，其中，

所述的线路N-1校验及失负荷计算，包括依次进行线路N-1校验和线路N-1校验不通过时的负荷分段切除；

所述主变N-1校验及失负荷计算，包括如下过程：

(1)依次进行主变的负荷转供能力分析，变电站联络单元转供负荷分析，主变过载转供负荷修正，变电站网络转移能力计算；

(2)主变N-1校验；

(3)主变N-1校验不通过时负荷分段切除。

步骤1)所述的网络结构初始分析，是在进行N-1分析之前，首先要对构成该配电网的原始数据进行分析，若出现环网或两端供电网络，则直接提示相关信息；若是单电源辐射线路，则提示无法实现转供，即不满足N-1准则要求。

步骤3)所述的线路转供负荷分析包括：

区域内电网线路联络关系，用下面的线路联络关系矩阵L来表示：

式中，L_i,j表示第i条线路与第j条线路的联络关系，其中i＝1,2,…,m_NΣ，j＝1,2,…,m_NΣ，有联络关系时取L_i,j＝1，否则L_i,j＝0；

在线路联络关系矩阵L的基础上定义系统实际线路负荷转移矩阵l：

式中，l_i,j表示网络转移能力分析过程中第i条线路能够向第j条线路转移的负荷，当L_i,j＝0时，l_i,j也必然为0；当L_i,j＝1时，l_i,j依然为0，则代表线路间存在联络，但线路无转移能力或不计转移能力，这是由于线路联络容量的限制，导致第i条线路所带负荷无法向第j条线路转移；

进一步定义线路负荷转移矩阵l中第i条线路能够向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j：

式中，l’_i,j,k表示网络分段转移能力分析过程中第i条线路的第k段分段可向第j条线路转移的负荷，其中k＝1,2,…,K_i；K_i为第i条线路的分段总数；

同样，对于第i条线路，当L_i,j＝1时，在考虑负荷分段转移的条件下，由于第j条线路或者第j条线路中的一段或几段的分段线路联络容量的限制，导致第i条线路中的一段或几段的分段线路所带负荷无法向第j条线路转移，即l’_i,j,k＝0，而其他的分段线路所带负荷能够向第j条线路转移；

得出线路负荷转移矩阵l的元素l_i,j等于分段负荷向量l’_i,j中所有元素之和。

步骤4)所述的线路N-1校验，为了考虑最严重的情况，线路N-1校验中设定故障线路是在主变的馈线出口处发生故障，在得到线路联络关系矩阵L、线路负荷转移矩阵l以及l中第i条线路可向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j的基础上，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：对于第i号线路，对所有满足L_i,j＝1的下标为i，j的元素，判断是否为0，若则线路N-1校验不通过；否则，则对于所有满足L_i,j＝1且的下标为(i，j)的元素，判断是否存在的元素，其中k＝1,2,…,K_i，若存在，则线路N-1校验不通过；否则通过。

步骤4)所述的线路N-1不通过时的负荷分段切除，是当所述线路N-1校验不通过时，则要对故障线路进行切除，在考虑线路负荷分段切除的条件下，假设线路i进行N-1校验不通过，如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，同时满足则表示第i号线路中所有分段负荷均无法向其他线路转移，此时要对整条线路进行切除；如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，满足则切除线路中满足的分段负荷，其中，k＝1,2,…,K_i。

步骤4)所述的主变的负荷转供能力分析，是根据线路负荷转移矩阵l，计算得到主变负荷转移矩阵S，由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此S中属于同站主变间负荷转移的元素置0，考虑中压出线和主变的隶属关系，对步骤3)中所给出的线路负荷转移矩阵l表示的矩阵进行分块，得到如下分块矩阵：

其中，定义线路负荷转移矩阵l第i行、第j列的子块矩阵l_(i-1)N+j：

l_(i-1)N+j表示第i号主变对应的中压出线可向第j号主变对应的中压出线转供的负荷，由此，基于线路负荷转移矩阵l及其子块矩阵l_(i-1)N+j，进一步定义主变负荷转移矩阵S：

式中，S_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号主变可向第j号主变转移的负荷，当负荷在非同站主变间转移时，非同站主变间负荷转移元素S_i,j等于子块矩阵l_(i-1)N+j中所有元素之和；同站主变间负荷转移元素S_i,j等于0；

所述的变电站联络单元转供负荷分析，是根据主变负荷转移矩阵S，计算得到联络单元负荷转移矩阵T，具体是对主变负荷转移矩阵S做进一步归并，变电站向本站内主变转移的负荷为0；而向非本站内主变转移的负荷为主变负荷转移矩阵S中该变电站中各主变分别向非同站主变转移的负荷之和，从而得到联络单元负荷转移矩阵T：

式中，T_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号变电站可向第j号主变转移的负荷，第i行元素表示系统中第i号变电站任一主变发生故障时，所述变电站向系统中其他主变转移负荷的情况，第i行元素称为以第i号变电站为中心的联络单元；

在联络单元负荷转移矩阵T的基础上，分析受供主变是否过载，具体是将以故障主变所在变电站为中心的联络单元中各元素和与所述各元素对应的受供主变的负荷裕度进行比较，如果所述联络单元中一个或几个元素的值大于相对应的受供主变的负荷裕度，则说明所述一个或几个受供主变过载；反之，则说明受供主变不过载。

步骤4)所述的主变过载转供负荷修正，包括一次以上的修正，第一次修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去；对于第一次之后的修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段，以及距离在之前的修正中减去的分段最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去，并将新的联络单元元素再次与受供主变负荷裕度进行比较，如果所述元素的值小于与所述受供主变的负荷裕度，则修正结束，受供主变不再过载；反之，受供主变仍过载，需再次对过载元素进行修正，直至受供主变不再过载；

当联络单元负荷转移矩阵T经过修正并满足要求后，根据联络单元负荷转移矩阵T反过来修正主变负荷转移矩阵S。

步骤4)所述的变电站网络转移能力计算，是假定计算一变电站A的网络转移能力L_A，在联络单元负荷转移矩阵T中找到变电站A所对应的行向量，所述的行向量是以变电站A为中心的联络单元T_A；其中，同样由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此在联络单元T_A中，变电站A向本站主变转移负荷的能力为0；所述的变电站A的网络转移能力L_A，等于以变电站A为中心的联络单元T_A中所有元素之和。

步骤4)所述的主变N-1校验，主变N-1校验过程实质上就是在主变故障时考量所述主变隶属变电站的供电能力和负荷大小的过程，在充分协调主变及主变下级中压网络联络关系的基础上，变电站供电能力由站内供电能力和网络转移能力组成，具体关系如下：

S＝C+L

式中，S表示变电站供电能力，C表示站内供电能力，L代表网络转移能力；

变电站站内供电能力C和最高负荷日变电站负荷量Load_max的计算公式分别如下所示：

式中，x为主变台数，M为单台主变容量，η为变电站全站负载率，为主变功率因数；

考虑网络分段转移能力时，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：若C+L≥Load_max，则变电站主变N-1校验通过；否则不通过。

步骤4)所述的主变校验不通过时负荷分段切除，是在考虑分段负荷转移的条件下，如果主变N-1校验依然不通过，则需要对故障主变所带负荷进行切除，以保证剩余线路可以正常运行；

分段负荷切除的范围是：当一主变发生故障退出后，由故障主变所在变电站站内供电能力供给的负荷；其中包括在计算线路负荷转移矩阵l时无法进行转供的负荷以及在修正联络单元负荷转移矩阵T时被修正掉的分段负荷；

分段负荷切除的顺序是：由于在主变故障时，需要迅速对网络进行调整，因此为保证分段切除负荷的速度，对于每一次切除负荷，按照贪心原则，在切除范围内，从线路联络开关向主变方向，按照线路分段所带负荷的重要程度以及切除负荷后的影响大小的顺序，依次对故障主变所在变电站所带所有线路的分段负荷进行切除，直至所述变电站依据主变N-1校验判据校验通过。

本发明的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，能够在保证计算准确性的前提下得到更好的配电网N-1校验结果，并在校验不通过时降低切除负荷的数量，有助于提高配电网供电安全检验水平，从而更准确地指导配电网规划、改造以及运行方式的分析和选择。

附图说明

图1是本发明方法的整体流程图；

图2是采用本发明方法中配电网N-1校验算例网络简化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法做出详细说明。

本发明的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，首先设定供电区域共X座变电站以及N台主变，对变电站和主变进行编号，设1,2,…,s,…,N号主变对应的中压出线数分别为m₁,m₂,…,m₃，则对第s号主变第t条出线编号为m_NΣ+t，其中本发明的方法如图1所示，包括如下步骤：

1)进行网络结构初始分析；

所述的网络结构初始分析，是考虑到数据库原始数据的输入可能会出现错误或者原始配电网本身就不具备转供能力，所以在进行N-1分析之前，首先要对构成该配电网的原始数据进行分析，若出现环网或两端供电网络，则直接提示相关信息；若是单电源辐射线路，则提示无法实现转供，即不满足N-1准则要求。

2)进行网络结构简化分析；经过网络结构的初始分析，接下来既是对复杂配电网络进行简化分析，突出配电网络的关键联络信息。这样做，使得后续的校验过程可以得到一定程度的简化，使得校验效率可以得到一定程度的提高。

3)线路转供负荷分析，是根据每条线路的负荷电流以及该线路的联络线路的负荷裕度和联络容量裕度情况，分析每条线路故障时可转供负荷的大小，得到线路联络关系矩阵L以及实际线路负荷转移矩阵l；具体包括：

区域内电网线路联络关系，用下面的线路联络关系矩阵L来表示：

式中，L_i,j表示第i条线路与第j条线路的联络关系，其中i＝1,2,…,m_NΣ,j＝1,2,…,m_NΣ，有联络关系时取L_i,j＝1，否则L_i,j＝0；

在线路联络关系矩阵L的基础上定义系统实际线路负荷转移矩阵l：

式中，l_i,j表示网络转移能力分析过程中第i条线路能够向第j条线路转移的负荷，当L_i,j＝0时，l_i,j也必然为0；当L_i,j＝1时，l_i,j依然为0，则代表线路间存在联络，但线路无转移能力或不计转移能力，这是由于线路联络容量的限制，导致第i条线路所带负荷无法向第j条线路转移；

进一步定义线路负荷转移矩阵l中第i条线路能够向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j：

式中，l’_i,j,k表示网络分段转移能力分析过程中第i条线路的第k段分段可向第j条线路转移的负荷，其中k＝1,2,…,K_i；K_i为第i条线路的分段总数；

同样，对于第i条线路，当L_i,j＝1时，在考虑负荷分段转移的条件下，由于第j条线路或者第j条线路中的一段或几段的分段线路联络容量的限制，导致第i条线路中的一段或几段的分段线路所带负荷无法向第j条线路转移，即l’_i,j,k＝0，而其他的分段线路所带负荷能够向第j条线路转移；

得出线路负荷转移矩阵l的元素l_i,j等于分段负荷向量l’_i,j中所有元素之和。

4)分别进入线路N-1校验及失负荷计算和主变N-1校验及失负荷计算，

所述的线路N-1校验及失负荷计算，包括依次进行线路N-1校验，线路N-1不通过时的负荷分段切除；其中，

所述的线路N-1校验，为了考虑最严重的情况，线路N-1校验中设定故障线路是在主变的馈线出口处发生故障，在得到线路联络关系矩阵L、线路负荷转移矩阵l以及l中第i条线路可向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j的基础上，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：对于第i号线路，对所有满足L_i,j＝1的下标为i，j的元素，判断是否为0，若则线路N-1校验不通过；否则，则对于所有满足L_i,j＝1且的下标为(i，j)的元素，判断是否存在的元素，其中k＝1,2,…,K_i，若存在，则线路N-1校验不通过；否则通过。

所述的线路N-1不通过时的负荷分段切除，是当所述线路N-1校验不通过时，则要对故障线路进行切除，在考虑线路负荷分段切除的条件下，假设线路i进行N-1校验不通过，如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，同时满足则表示第i号线路中所有分段负荷均无法向其他线路转移，此时要对整条线路进行切除；如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，满足则切除线路中满足的分段负荷，其中，k＝1,2,…,K_i。

所述主变N-1校验及失负荷计算，包括：(1)依次进行主变的负荷转供能力分析，变电站联络单元转供负荷分析，主变过载转供负荷修正，变电站网络转移能力计算；(2)主变N-1校验；(3)主变校验不通过时负荷分段切除。其中，

(1)所述的主变的负荷转供能力分析，是根据线路负荷转移矩阵l，计算得到主变负荷转移矩阵S，由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此S中属于同站主变间负荷转移的元素置0，考虑中压出线和主变的隶属关系，对步骤3)中所给出的线路负荷转移矩阵l表示的矩阵进行分块，得到如下分块矩阵：

其中，定义线路负荷转移矩阵l第i行、第j列的子块矩阵l_(i-1)N+j：

l_(i-1)N+j表示第i号主变对应的中压出线可向第j号主变对应的中压出线转供的负荷，

由此，基于线路负荷转移矩阵l及其子块矩阵l_(i-1)N+j，进一步定义主变负荷转移矩阵S：

式中，S_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号主变可向第j号主变转移的负荷，当负荷在非同站主变间转移时，非同站主变间负荷转移元素S_i,j等于子块矩阵l_(i-1)N+j中所有元素之和；同站主变间负荷转移元素S_i,j等于0，这是因为，主变故障时，故障主变所带负荷优先选择站内转供，为避免分析变电站站间的网络转移能力时重复计算其该部分负荷，因此在主变负荷转移矩阵S中，将同站主变间负荷转移能力的值置0。

所述的变电站联络单元转供负荷分析，是根据主变负荷转移矩阵S，计算得到联络单元负荷转移矩阵T，具体是对主变负荷转移矩阵S做进一步归并，变电站向本站内主变转移的负荷为0；而向非本站内主变转移的负荷为主变负荷转移矩阵S中该变电站中各主变分别向非同站主变转移的负荷之和，从而得到联络单元负荷转移矩阵T：

式中，T_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号变电站可向第j号主变转移的负荷，第i行元素表示系统中第i号变电站任一主变发生故障时，所述变电站向系统中其他主变转移负荷的情况，第i行元素称为以第i号变电站为中心的联络单元；

在联络单元负荷转移矩阵T的基础上，分析受供主变是否过载，具体是将以故障主变所在变电站为中心的联络单元中各元素和与所述各元素对应的受供主变的负荷裕度进行比较，如果所述联络单元中一个或几个元素的值大于相对应的受供主变的负荷裕度，则说明所述一个或几个受供主变过载；反之，则说明受供主变不过载。

所述的主变过载转供负荷修正，如果受供主变过载，则需对主变负荷转移矩阵S和联络单元负荷转移矩阵T进行修正，直至受供主变不过载。包括一次以上的修正，第一次修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去；对于第一次之后的修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段，以及距离在之前的修正中减去的分段最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去，并将新的联络单元元素再次与受供主变负荷裕度进行比较，如果所述元素的值小于与所述受供主变的负荷裕度，则修正结束，受供主变不再过载；反之，受供主变仍过载，需再次对过载元素进行修正，直至受供主变不再过载；

当联络单元负荷转移矩阵T经过修正并满足要求后，根据联络单元负荷转移矩阵T反过来修正主变负荷转移矩阵S。

所述的变电站网络转移能力计算，通过对系统中所有变电站间的联络单元网络转移能力的分析与计算，已经可以得到各变电站向系统中其他主变转移负荷的情况，继而，我们可以计算变电站的网络转移能力，即故障主变所在的变电站可以向系统中所有非故障变电站所包含的主变转移负荷的能力。计算方法如下：

是假定计算一变电站A的网络转移能力L_A，在前述对变电站间联络单元网络转移能力的分析与计算过程中，已经得到修正后的联络单元负荷转移矩阵T。在联络单元负荷转移矩阵T中找到变电站A所对应的行向量，所述的行向量是以变电站A为中心的联络单元T_A；其中，同样由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此在联络单元T_A中，变电站A向本站主变转移负荷的能力为0；所述的变电站A的网络转移能力L_A，等于以变电站A为中心的联络单元T_A中所有元素之和。

(2)所述的主变N-1校验，主变N-1校验过程实质上就是在主变故障时考量所述主变隶属变电站的供电能力和负荷大小的过程，在充分协调主变及主变下级中压网络联络关系的基础上，变电站供电能力由站内供电能力和网络转移能力组成，具体关系如下：

S＝C+L

式中，S表示变电站供电能力，C表示站内供电能力，L代表网络转移能力；

变电站站内供电能力C和最高负荷日变电站负荷量Load_max的计算公式分别如下所示：

式中，x为主变台数，M为单台主变容量，η为变电站全站负载率，为主变功率因数；

考虑网络分段转移能力时，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：若C+L≥Load_max，则变电站主变N-1校验通过；否则不通过。

(3)所述的主变校验不通过时负荷分段切除，是在考虑分段负荷转移的条件下，如果主变N-1校验依然不通过，则需要对故障主变所带负荷进行切除，以保证剩余线路可以正常运行；

在此，对以下两点做特殊说明：首先，根据前文所述的同站主变地位均等原则——对于两主变变电站，当其中一台主变或一条进线故障时，母线开关合上，故障主变出线由正常主变承担，变电站各出线的负荷通过站间联络向其他变电站转移，各个主变的站内供电能力和站间转移能力均相同，N-1校验结果一样。也就是说，变电站中某一主变发生故障，在负荷转供和切除时，正常主变所带负荷与故障主变所带负荷在处理方式与顺序上并无差异。其次，在主变N-1校验不通过进而考虑线路负荷的切除时，亦可以按照分段负荷的思路进行。当某一线路无法将所有负荷都进行转供时，可以按照线路分段的重要程度以及切除负荷后的影响大小的顺序对该线路分段切除负荷，直到该线路剩余负荷能够进行分段转供。

在主变N-1校验判据中，是通过判断变电站站内供电能力C与该站网络转移能力L之和，与该站所带负荷Load_max进行比较。其中，网络转移能力是通过网络拓扑分析得到的计算结果，表示该变电站确定能够向网络其他主变转移的负荷量。该变电站站内供电能力为一固定的连续值，而相比之下，网络分段负荷为离散值。当在从该变电站所带线路中分段切除负荷时，如果从能够由其他主变转供的负荷中切除，只会使该站网络转移能力与负荷同步同幅减小，而不会对校验的结果有任何正面影响；而如果从站内转供的负荷中切除，既不会降低变电站站内供电能力，也可以避免由于站内供电能力为连续值，而分段负荷的切除是阶跃性的，从而导致转供总能力与负荷比较时产生误差。

因此，尽管在故障主变所带负荷转供时优先考虑站内转供，但在考虑负荷切除的计算时，保证网络转移能力不变，优先从由站内供电能力供给的负荷中进行分段切除。

综上所述，分段负荷切除的范围是：当一主变发生故障退出后，由故障主变所在变电站站内供电能力供给的负荷；其中包括在计算线路负荷转移矩阵l时无法进行转供的负荷(无联络关系以及存在联络关系但无转移能力或不计转移能力的分段负荷)以及在修正联络单元负荷转移矩阵T时被修正掉的分段负荷；

分段负荷切除的顺序是：由于在主变故障时，需要迅速对网络进行调整，因此为保证分段切除负荷的速度，对于每一次切除负荷，按照贪心原则，在切除范围内，从线路联络开关向主变方向，按照线路分段所带负荷的重要程度以及切除负荷后的影响大小的顺序，依次对故障主变所在变电站所带所有线路的分段负荷进行切除(优先对负荷的级别进行判断；对于同级负荷，假定切除负荷后的影响大小仅与负荷大小正相关)，直至所述变电站依据主变N-1校验判据校验通过。

下面给出最佳实施方式：

假设某供电区块共3座变电站，线路18回，鉴于线路基础数据量较庞大，篇幅有限，在此不一一列举。该网络的主变基本信息与联络关系如表1和图2所示：

表1变电站概况

(1)线路N-1校验

按照线路N-1校验判据进行线路N-1校验判断，结果下表所示：

表2网络线路N-1校验结果

线路编号	N-1校验结果	无法转供范围	线路编号	N-1校验结果	无法转供范围
						1	通过		2	通过
3	通过		4	通过
						5	不通过	第1段负荷	6	不通过	第1段负荷
7	通过		8	不通过	第1、2段负荷
						9	通过		10	通过
11	通过		12	通过
						13	通过		14	不通过	第1段负荷
15	通过		16	通过
						17	通过		18	通过

经校验，第5、6、8、14号线路在考虑分段负荷转移的条件下依然无法通过线路N-1校验，需对部分线路所带负荷进行切除。

当线路在主变的馈线出口处发生故障时，分别采取传统“一刀切”的方法(不考虑线路负荷的分段切除)与本发明方法(考虑线路负荷的分段切除)对线路进行切除。线路切除对比结果如表3所示：

表3线路负荷切除对比结果

(2)主变N-1校验

计算各变电站的站内供电能力和负荷，功率因数取0.97。

为对比本发明方法相较于传统方法的优越性，现设置对比判据加以说明：

判据1(传统方法)：若C+L≥Load_max，则变电站主变N-1校验通过；否则不通过；其中L代表不考虑线路分段负荷转移的网络转移能力；

判据2(本发明方法)：若C+L≥Load_max，则变电站主变N-1校验通过；否则不通过；其中L代表考虑线路分段负荷转移的网络转移能力。

在此基础上，按照主变N-1校验判据进行主变N-1校验判断，结果如表4所示：

表4变电站主变N-1校验结果

经校验，变电站B在考虑分段负荷转移的条件下依然无法通过主变N-1校验，需对部分线路所带负荷进行切除。

如果不考虑线路负荷的分段切除，按照传统“一刀切”的方式对整条线路进行切除，则需切除第10号线路的1段负荷(向第16号线路转移)，整体切除第11号线路的全部3段负荷(向第17号线路转移)，整体切除第12号线路的全部3段负荷(向第14号线路转移)，失负荷大小为3.41MW。

而考虑线路负荷的分段切除，按照本发明中介绍的方法对线路负荷进行分段切除，则仅需切除第10号线路的第2段负荷(向第7号线路转移)，失负荷大小为0.45MW。

采取两种不同方案切除后，变电站B的主变N-1校验对比结果如表5所示：

表5变电站B主变N-1校验对比结果

(3)结果分析

1)考虑分段负荷转移后，对比表4中判据1和判据2的主变N-1校验结果可以看出，对于部分仅考虑所带线路能否整条进行转供而不能通过主变N-1校验的变电站，通过对其所带线路负荷进行分段转供，计及考虑线路分段负荷转移的变电站网络转移能力，可以变为校验通过的状态。这是因为负荷的分段转供降低了线路整条转供给某一主变带来的压力，将该压力分摊到了系统网络内所有与故障主变所在变电站存在联络关系的主变上，而不是集中在某一主变上，充分利用了网络中各主变的负荷裕度。

2)考虑分段负荷切除后，对比表3中第5、6、8、14号线路的校验结果，以及对比表5中B变电站的校验结果可以看出，采用分段切除负荷的方法切除负荷的大小以及分段数量较传统“一刀切”、对整条线路进行切除的方式都有一定程度的减少。这是因为按照分段对线路负荷进行切除，充分利用了线路本身的结构与联络关系，通过细化计算，很大程度地降低了负荷损失的数量和切除负荷造成的影响。

Claims (10)

1.一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，首先设定供电区域共X座变电站以及N台主变，对变电站和主变进行编号，设1,2,…,s,…,N号主变对应的中压出线数分别为m₁,m₂,…,m_s,…,m_N，则对第s号主变第t条出线编号为m_(s-1)Σ+t，其中N-1校验方法包括如下步骤：

1)进行网络结构初始分析；

2)进行网络结构简化分析；是对复杂配电网络进行简化分析，突出配电网络的关键联络信息；

3)线路转供负荷分析，是根据每条线路的负荷电流以及该线路的联络线路的负荷裕度和联络容量裕度情况，分析每条线路故障时可转供负荷的大小，得到线路联络关系矩阵L，实际线路负荷转移矩阵l以及l中第i条线路可向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j；

4)分别进入线路N-1校验及失负荷计算和主变N-1校验及失负荷计算，其中，

所述的线路N-1校验及失负荷计算，包括依次进行线路N-1校验和线路N-1校验不通过时的负荷分段切除；

所述主变N-1校验及失负荷计算，包括如下过程：

(1)依次进行主变的负荷转供能力分析，变电站联络单元转供负荷分析，主变过载转供负荷修正，变电站网络转移能力计算；

(2)主变N-1校验；

(3)主变N-1校验不通过时负荷分段切除。

2.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤1)所述的网络结构初始分析，是在进行N-1分析之前，首先要对构成该配电网的原始数据进行分析，若出现环网或两端供电网络，则直接提示相关信息；若是单电源辐射线路，则提示无法实现转供，即不满足N-1准则要求。

3.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤3)所述的线路转供负荷分析包括：

区域内电网线路联络关系，用下面的线路联络关系矩阵L来表示：

式中，L_i,j表示第i条线路与第j条线路的联络关系，其中i＝1,2,…,m_NΣ，j＝1,2,…,m_NΣ， 有联络关系时取L_i,j＝1，否则L_i,j＝0；

在线路联络关系矩阵L的基础上定义系统实际线路负荷转移矩阵l：

式中，l_i,j表示网络转移能力分析过程中第i条线路能够向第j条线路转移的负荷，当L_i,j＝0时，l_i,j也必然为0；当L_i,j＝1时，l_i,j依然为0，则代表线路间存在联络，但线路无转移能力或不计转移能力，这是由于线路联络容量的限制，导致第i条线路所带负荷无法向第j条线路转移；

进一步定义线路负荷转移矩阵l中第i条线路能够向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j：

式中，l’_i,j,k表示网络分段转移能力分析过程中第i条线路的第k段分段可向第j条线路转移的负荷，其中k＝1,2,…,K_i；K_i为第i条线路的分段总数；

同样，对于第i条线路，当L_i,j＝1时，在考虑负荷分段转移的条件下，由于第j条线路或者第j条线路中的一段或几段的分段线路联络容量的限制，导致第i条线路中的一段或几段的分段线路所带负荷无法向第j条线路转移，即l’_i,j,k＝0，而其他的分段线路所带负荷能够向第j条线路转移；

得出线路负荷转移矩阵l的元素l_i,j等于分段负荷向量l’_i,j中所有元素之和。

4.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的线路N-1校验，为了考虑最严重的情况，线路N-1校验中设定故障线路是在主变的馈线出口处发生故障，在得到线路联络关系矩阵L、线路负荷转移矩阵l以及l中第i条线路可向第j条线路转移的分段负荷向量l’_i,j的基础上，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：对于第i号线路，对所有满足L_i,j＝1的下标为i，j的元素，判断是否为0，若则线路N-1校验不通过；否则，则对于所有满足L_i,j＝1且的下标为(i，j)的元素，判断是否存在的元素，其中k＝1,2,…,K_i，若存在，则线路N-1校验不通过；否则通过。

5.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的线路N-1不通过时的负荷分段切除，是当所述线路N-1校验不通过时，则要 对故障线路进行切除，在考虑线路负荷分段切除的条件下，假设线路i进行N-1校验不通过，如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，同时满足则表示第i号线路中所有分段负荷均无法向其他线路转移，此时要对整条线路进行切除；如果第i号线路中所有满足L_i,j＝1的分段，满足则切除线路中满足的分段负荷，其中，k＝1,2,…,K_i。

6.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的主变的负荷转供能力分析，是根据线路负荷转移矩阵l，计算得到主变负荷转移矩阵S，由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此S中属于同站主变间负荷转移的元素置0，考虑中压出线和主变的隶属关系，对步骤3)中所给出的线路负荷转移矩阵l表示的矩阵进行分块，得到如下分块矩阵：

其中，定义线路负荷转移矩阵l第i行、第j列的子块矩阵l_(i-1)N+_j：

l_(i-1)N+j表示第i号主变对应的中压出线可向第j号主变对应的中压出线转供的负荷，由此，基于线路负荷转移矩阵l及其子块矩阵l_(i-1)N+j，进一步定义主变负荷转移矩阵S：

式中，S_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号主变可向第j号主变转移的负荷，当负荷在非同站主变间转移时，非同站主变间负荷转移元素S_i,j等于子块矩阵l_(i-1)N+j中所有元素之和；同站主变间负荷转移元素S_i,j等于0；

所述的变电站联络单元转供负荷分析，是根据主变负荷转移矩阵S，计算得到联络单元负荷转移矩阵T，具体是对主变负荷转移矩阵S做进一步归并，变电站向本站内主变转移的负荷为0；而向非本站内主变转移的负荷为主变负荷转移矩阵S中该变电站中各主变分别向非同站主变转移的负荷之和，从而得到联络单元负荷转移矩阵T：

式中，T_i,j表示网络转移能力分析过程中第i号变电站可向第j号主变转移的负荷，第i行元素表示系统中第i号变电站任一主变发生故障时，所述变电站向系统中其他主变转移负荷的情况，第i行元素称为以第i号变电站为中心的联络单元；

在联络单元负荷转移矩阵T的基础上，分析受供主变是否过载，具体是将以故障主变所在变电站为中心的联络单元中各元素和与所述各元素对应的受供主变的负荷裕度进行比较，如果所述联络单元中一个或几个元素的值大于相对应的受供主变的负荷裕度，则说明所述一个或几个受供主变过载；反之，则说明受供主变不过载。

7.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的主变过载转供负荷修正，包括一次以上的修正，第一次修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去；对于第一次之后的修正是在故障主变所在变电站的与受供主变存在联络关系的中压出线中距离主变的馈线出口处最近的线路分段，以及距离在之前的修正中减去的分段最近的线路分段中寻找负荷最小的线路分段，并将所述负荷最小的线路分段从原有联络单元中的过载元素中减去，并将新的联络单元元素再次与受供主变负荷裕度进行比较，如果所述元素的值小于与所述受供主变的负荷裕度，则修正结束，受供主变不再过载；反之，受供主变仍过载， 需再次对过载元素进行修正，直至受供主变不再过载；

当联络单元负荷转移矩阵T经过修正并满足要求后，根据联络单元负荷转移矩阵T反过来修正主变负荷转移矩阵S。

8.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的变电站网络转移能力计算，是假定计算一变电站A的网络转移能力L_A，在联络单元负荷转移矩阵T中找到变电站A所对应的行向量，所述的行向量是以变电站A为中心的联络单元T_A；其中，同样由于同站主变间负荷的转供属于站内供电能力的范畴，因此在联络单元T_A中，变电站A向本站主变转移负荷的能力为0；所述的变电站A的网络转移能力L_A，等于以变电站A为中心的联络单元T_A中所有元素之和。

9.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的主变N-1校验，主变N-1校验过程实质上就是在主变故障时考量所述主变隶属变电站的供电能力和负荷大小的过程，在充分协调主变及主变下级中压网络联络关系的基础上，变电站供电能力由站内供电能力和网络转移能力组成，具体关系如下：

S＝C+L

式中，S表示变电站供电能力，C表示站内供电能力，L代表网络转移能力；

变电站站内供电能力C和最高负荷日变电站负荷量Load_max的计算公式分别如下所示：

式中，x为主变台数，M为单台主变容量，η为变电站全站负载率，为主变功率因数；

考虑网络分段转移能力时，根据以下判据进行线路N-1校验：

判据：若C+L≥Load_max，则变电站主变N-1校验通过；否则不通过。

10.根据权利要求1所述的一种考虑分段负荷转移的配电网N-1校验方法，其特征在于，步骤4)所述的主变校验不通过时负荷分段切除，是在考虑分段负荷转移的条件下，如果主变N-1校验依然不通过，则需要对故障主变所带负荷进行切除，以保证剩余线路可以正常运行；

分段负荷切除的范围是：当一主变发生故障退出后，由故障主变所在变电站站内供电能力供给的负荷；其中包括在计算线路负荷转移矩阵l时无法进行转供的负荷以及在修正联络单元负荷转移矩阵T时被修正掉的分段负荷；

分段负荷切除的顺序是：由于在主变故障时，需要迅速对网络进行调整，因此为保证分段切除负荷的速度，对于每一次切除负荷，按照贪心原则，在切除范围内，从线路联络开关向主变方向，按照线路分段所带负荷的重要程度以及切除负荷后的影响大小的顺序，依次对故障主变所在变电站所带所有线路的分段负荷进行切除，直至所述变电站依据主变N-1校验判据校验通过。