CN105356448A - 一种电网输供电模式的分析方法 - Google Patents

Abstract

一种电网输供电模式的分析方法，包括：根据以下情况数据建立电网规划区域采用互联型分区结构的简化模型：电网规划区域内的基础电源情况数据、和作为供电电源的高电压等级变电站的选址位置、以及高电压等级变电站的配置情况数据；利用简化模型分别计算出基础电源注入高电压等级变电站母线和电网母线的短路电流、以及高电压等级变电站母线注入电网母线的短路电流；根据短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构。本发明一些初步信息，构建所研究地区电网的互联分区结构模型，初步评估确定能否采用互联型分区结构，提高了规划效率，减少了工作量，避免了方案不可行。

Description

一种电网输供电模式的分析方法

技术领域

本发明涉及电网输供电技术领域，尤其是涉及一种电网输供电模式的分析方法。

背景技术

在电网发展初期，为了提高系统的安全稳定性，采取的措施往往是不断加强电网结构，进而导致电网紧密程度不断提高；伴随经济的高速发展，紧密互联的电网开始出现短路电流超标的问题，尤其在电源密集、负荷密度大的局部电网，短路电流水平超标现象日益突出。随着我国电网不断发展，短路电流超标问题已经成为一些地区制约其当地电网发展的一个重要因素。

目前电网的模式结构主要包括独立分区结构、互联分区结构和无源分区结构，在进行电网规划时，一般会根据负荷需求预测结果、电源建设情况以及规划工作人员的经验等因素提出多个初步可行的电网结构方案，然后逐一对这些方案进行评价和比选。由于互联型分区具有更高的供电可靠性，因此规划人员倾向于首先选择使用互联型分区结构进行电网规划。但由于其短路电流水平较独立性分区结构更高，可能在电网规划方案形成后，发现其短路电流水平无法满足运行要求，需要进行大量电网结构调整，甚至方案根本不可行，造成大量人力、时间浪费。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种电网输供电模式的分析方法，以解决现有技术中规划效率低、规划不可行的问题。

在一些说明性实施例中，所述电网输供电模式的分析方法，包括：根据以下情况数据建立电网规划区域采用互联型分区结构的简化模型：电网规划区域内的基础电源情况数据、和作为供电电源的高电压等级变电站的选址位置、以及所述高电压等级变电站的配置情况数据；利用所述简化模型分别计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流、所述基础电源注入电网母线的短路电流、以及高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流；根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构。

优选地，所述电网规划区域内的基础电源情况数据，包括：发电厂装机容量和发电厂的分布位置。

优选地，所述高电压等级变电站的配置情况数据，包括：主变电设备的数量、容量和短路阻抗。

优选地，所述计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流，具体包括：依照如下公式进行计算：

$\begin{array}{c}{I}_{B800-G}=\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+X_{LL}+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\\ =\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+X_L{P}_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+(X_L+X_{LL})P_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\end{array}$

其中，IB_800-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、U_K为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机组的有功出力、为发电厂的功率因数、U_750k为变电站内变压器的短路阻抗标么值、S_T为变电站内变压器的额定容量、S_G为发电机的额定容量。

优选地，计算出所述基础电源注入电网母线的短路电流，具体包括：依照如下公式进行计算：

其中，IB_363-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、X_T为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机的有功出力、为发电厂的功率因数、S_G为发电机的额定容量。

优选地，计算出所述高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流，具体包括：依照如下公式进行计算：

$I_{B363-S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}+X_{LL})}+\frac{1.0}{(X_S+U_{k3}\%\×\frac{100}{S_{T3}}//U_{k4}\%\×\frac{100}{S_{T4}})}$

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}\×800I_S}$

其中，IB_363-S为所述短路电流、表示取两台变压器的并联电抗、U_K％为变压器的短路阻抗标么值、S_T为变压器的额定容量、X_S为高电压等级系统的等值电抗、I_S为高电压等级系统注入高电压等级母线的短路电流、X_LL为电网系统等效互联线路电抗。

优选地，所述根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构，具体包括：若存在所述高电压等级变电站母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量或所述电网母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用独立性分区结构；若所述高电压等级变电站母线内的短路电流和电网母线内的短路电流未超出其各自断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用互联性分区结构。

与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：

本发明通过采集或预测电网规划的一些初步信息，构建所研究地区电网的简化互联分区结构模型，先对分区内枢纽变电站各电压等级母线短路电流水平进行初步评估，确定能否采用互联型分区结构，然后再研究具体的电网结构方案，提高了规划效率，减少了电网规划过程的工作量，避免了方案不可行的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中独立分区结构电网的示意图；

图2是现有技术中互联分区结构电网的示意图；

图3是现有技术中无源分区结构电网的示意图；

图4是按照本发明的说明性实施例的流程图；

图5是按照本发明的说明性实施例的互联分区结构电网的简化模型示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。

对于我国目前应用最为广泛的500/220kV电网，主要有三种常见电网常见输供电分区模式：

500kV变电站独立分区：指以500kV变电站的220kV母线(或与大型电厂的)为核心，用220kV等级线路将附近的负荷和电源连接在一起，并经联络线与其它500kV独立分区相连，如图1所示。

500kV变电站互联分区：指两个500kV变电站独立分区通过220kV联络线相连接后形成的分区，如图2所示。

无源分区：分区内没有以220kV上网的地方电厂，如图3所示。

如图4所示，公开了一种电网输供电模式的分析方法，包括：

S11、根据以下情况数据建立电网规划区域采用互联型分区结构的简化模型：电网规划区域内的基础电源情况数据、和作为供电电源的高电压等级变电站的选址位置、以及所述高电压等级变电站的配置情况数据；

S12、利用所述简化模型分别计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流、所述基础电源注入电网母线的短路电流、以及高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流；

S13、根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构。

本发明通过采集或预测电网规划的一些初步信息，构建所研究地区电网的简化互联分区结构模型，先对分区内枢纽变电站各电压等级母线短路电流水平进行初步评估，确定能否采用互联型分区结构，然后再研究具体的电网结构方案，提高了规划效率，减少了电网规划过程的工作量，避免了方案不可行的问题。

在一些说明性实施例中，所述电网规划区域内的基础电源情况数据，包括：发电厂装机容量和发电厂的分布位置。

在一些说明性实施例中，所述高电压等级变电站的配置情况数据，包括：主变电设备的数量、容量和短路阻抗。

在一些说明性实施例中，所述计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

$\begin{array}{c}{I}_{B800-G}=\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+X_{LL}+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\\ =\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+X_L{P}_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+(X_L+X_{LL})P_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\end{array}$

其中，IB_800-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、U_K为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机组的有功出力、为发电厂的功率因数、U_750k为变电站内变压器的短路阻抗标么值、S_T为变电站内变压器的额定容量、S_G为发电机的额定容量。

在一些说明性实施例中，计算出所述基础电源注入电网母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

其中，IB_363-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、X_T为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机的有功出力、为发电厂的功率因数、S_G为发电机的额定容量。

在一些说明性实施例中，计算出所述高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

$I_{B363-S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}+X_{LL})}+\frac{1.0}{(X_S+U_{k3}\%\×\frac{100}{S_{T3}}//U_{k4}\%\×\frac{100}{S_{T4}})}$

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}\×800I_S}$

其中，IB_363-S为所述短路电流、表示取两台变压器的并联电抗、U_K％为变压器的短路阻抗标么值、S_T为变压器的额定容量、X_S为高电压等级系统的等值电抗、I_S为高电压等级系统注入高电压等级母线的短路电流、X_LL为电网系统等效互联线路电抗。

在一些说明性实施例中，所述根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构，具体包括：①若存在所述高电压等级变电站母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量或所述电网母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用独立性分区结构；②若所述高电压等级变电站母线内的短路电流和电网母线内的短路电流未超出其各自断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用互联性分区结构。

现在以750/330kV电压等级配合为例说明进行；

(1)获取需要确定输供电模式的电网区域前期规划相关信息。

主要包括该电网区域内的电源建设情况：电厂装机容量和位置分布；

该电网区域内可建设作为供电电源的高电压等级变电站可选位置D；

根据负荷预测水平及电压等级配合确定的高电压等级变电站变压器配置情况：主变数量n、容量S和短路阻抗Uk。

(2)建立该电网区域采用互联型分区结构的简化模型。

建立的简化模型如图5所示；图中所示为同时通过750kV线路和330kV线路互联的两个750kV变电站(750kV线路未画出)。

如果步骤S11中所述电网区域规划只有1个750kV变电站，则选择相邻的电网区域中位置接近的750kV变电站与其形成互联分区，图中所示330kV等效互联线路XLL长度取相邻电网区域中的750kV变电站位置到D的距离。

如果步骤S11中所述电网区域规划有多个750kV变电站，则将其两两组成互联型分区，图中所示330kV等效互联线路XLL长度取各750kV变电站可选位置D之间的距离。

各变电站配置的主变T1、T2、T3、T4的容量ST1…ST4和短路阻抗Uk1…Uk4由步骤S11中收集的信息确定。

等效电源Geq的容量为各750kV变电站规划接入的全部电厂装机容量总和，等效电源Geq到750kV变电站之间的等效接入线路XL长度取各电厂到750kV变电站位置D距离的平均值。

(3)计算750kV母线向330kV母线注入的短路电流。

发生短路时，750kV母线向330kV母线B363注入的短路电流IB363-S为：

$I_{B363-S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}+X_{LL})}+\frac{1.0}{(X_S+U_{k3}\%\×\frac{100}{S_{T3}}//U_{k4}\%\×\frac{100}{S_{T4}})}$

式中：

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}\×800I_S}$

—表示取两台变压器的并联电抗；

U_k％—变压器的短路阻抗标么值；

S_T—变压器的额定容量；

X_S—750kV系统的等值电抗；

I_S—750kV系统注入750kV母线B800的短路电流；

X_LL—330kV系统等效互联线路电抗；

计算中，系统的功率基值取为100MVA。

(4)计算本地电源向330kV母线注入的短路电流。

发生短路时，本地电源向330kV母线B363注入的短路电流IB363-G为：

式中

S_G—发电机的额定容量；

X_d″—发电厂机组的次暂态电抗；

XT—发电厂升压变的短路阻抗标么值；

X_L—发电厂到330kV母线的等效线路阻抗；

P_G—发电机的有功出力；

—发电厂的功率因数。

(5)计算本地电源向750kV母线注入的短路电流。

发生短路时，本地电源向750kV母线B800注入的短路电流IB800-G为：

$\begin{array}{c}{I}_{B800-G}=\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{1.0}{(X_d^{\′\′}+U_k)\×\frac{100}{S_G}+X_L+X_{LL}+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\\ =\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+X_L{P}_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·(X_d^{\′\′}+U_k)+(X_L+X_{LL})P_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\end{array}$

式中：

S_G—发电机的额定容量；

X_d″—发电厂机组的次暂态电抗；

U_k—发电厂升压变的短路阻抗标么值；

X_L—发电厂到330kV母线的等效线路阻抗；

P_G—发电机的有功出力；

—发电厂的功率因数；

U750k—变压器的短路阻抗标么值。

(6)计算采用互联型分区的输供电模式下，相关各变电站的750kV母线和330kV母线短路电流是否超过其断路器额定遮断容量，根据结果确定选用何种输供电模式进行电网规划。

750kV母线的短路电流为：

IB800＝IB800-G+I_S

330kV母线的短路电流为：

IB363＝IB363-S+IB363-G

一般330kV母线的断路器额定遮断容量为63kA，750kV母线的断路器额定遮断容量为50kA或63kA。

如果750kV母线或330kV母线中存在短路电流水平超过断路器额定遮断容量的情况，则超过的母线所在变电站不能采用互联型分区结构，只能采用独立分区结构。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种电网输供电模式的分析方法，其特征在于，包括：

根据以下情况数据建立电网规划区域采用互联型分区结构的简化模型：电网规划区域内的基础电源情况数据、和作为供电电源的高电压等级变电站的选址位置、以及所述高电压等级变电站的配置情况数据；

利用所述简化模型分别计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流、所述基础电源注入电网母线的短路电流、以及高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流；

根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述电网规划区域内的基础电源情况数据，包括：

发电厂装机容量和发电厂的分布位置。

3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述高电压等级变电站的配置情况数据，包括：

主变电设备的数量、容量和短路阻抗。

4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述计算出所述基础电源注入高电压等级变电站母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

$\begin{array}{c}{I}_{B800-G}=\frac{1.0}{\left(X_d^{\′\′}+U_k\right)\×\frac{100}{S_G}+X_L+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{1.0}{\left(X_d^{\′\′}+U_k\right)\×\frac{100}{S_G}+X_L+X_{LL}+U_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\\ =\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·\left(X_d^{\′\′}+U_k\right)+X_L{P}_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}+\frac{P_G}{100\cos \mathrm{\φ}\·\left(X_d^{\′\′}+U_k\right)+\left(X_L+X_{LL}\right)P_G+P_G{U}_{750k}\×\frac{100}{S_T}}\end{array}$

其中，IB_800-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、U_K为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机组的有功出力、为发电厂的功率因数、U_750k为变电站内变压器的短路阻抗标么值、S_T为变电站内变压器的额定容量、S_G为发电机的额定容量。

5.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，计算出所述基础电源注入电网母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

其中，IB_363-G为所述短路电流、X_d″为发电厂机组的次暂态电抗、X_T为发电厂升压变的短路阻抗标么值、X_L为发电厂到电网母线的等效线路阻抗、P_G为发电机的有功出力、为发电厂的功率因数、S_G为发电机的额定容量。

6.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，计算出所述高电压等级变电站母线注入所述电网母线的短路电流，具体包括：

依照如下公式进行计算：

$I_{B363-S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}+X_{LL})}+\frac{1.0}{(X_S+U_{k3}\%\×\frac{100}{S_{T3}}//U_{k4}\%\×\frac{100}{S_{T4}})}$

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}\×800I_S}$

其中，IB_363-S为所述短路电流、表示取两台变压器的并联电抗、U_K％为变压器的短路阻抗标么值、S_T为变压器的额定容量、X_S为高电压等级系统的等值电抗、I_S为高电压等级系统注入高电压等级母线的短路电流、X_LL为电网系统等效互联线路电抗。

7.根据权利要求1-6任一项所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述高电压等级变电站母线及所述电网母线内的短路电流与各自断路器额定遮断容量之间的大小关系，判定该电网规划区域选取互联型分区结构或独立性分区结构，具体包括：

若存在所述高电压等级变电站母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量或所述电网母线内的短路电流超出其断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用独立性分区结构；

若所述高电压等级变电站母线内的短路电流和电网母线内的短路电流未超出其各自断路器额定遮断容量，则判定该电网规划区域内采用互联性分区结构。