CN106786527A - 基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，结合全省模型或者外网等值模型实现地区内或者跨地区的合环操作分析，并在线从配网系统获取合环馈线的精确长度、类型等参数，从继电保护在线监视与分析系统在线获取合环馈线的继电保护定值信息，并计算在合环运行方式下电网稳态潮流以及N‑1情况下主网和合环馈线的潮流分布，得到合环运行方式下基态及N‑1情况下的设备越限信息，实现适用性强、精确度高、满足电网安全稳定导则的合环风险分析。

Description

基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法

技术领域

本发明涉及一种基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着电力市场以及配电网的发展和社会对供电可靠性要求的提高，各电力企业对供电可靠性也越来越重视。目前城市配电网基本实现了闭环结线、开环运行的供电方式，配网合环操作可以提高配电网的供电可靠性。目前城市配电网中解合环操作比较普遍，但缺少专业的理论和分析软件计算作为指导，现场基本都是依靠简单的潮流计算或运行人员的经验来判断是否可以进行合环操作，这种情况下，对合环风险分析没有量化的系统分析计算方法，实际的操作结果具有很大的随机性，对电网安全运行造成很大的隐患。

目前国内配网合环操作的风险分析方法，主要面临的问题如下：1.采用离线分析计算。分析的实时数据不能从调度控制系统中实时在线获取，即使部分分析方法从调度控制系统中获取实时数据，也是简单获取本地系统中模型数据，没有采用全省全模型进行计算分析，在本地调度控制系统电网模型解列或者跨地区合环操作的情况下则无法进行分析计算；2.合环线路阻抗采用粗略计算，导致合环分析计算结果误差较大，不具有实用性；3.合环风险分析仅仅分析合环冲击电流，未考虑合环运行方式下的N‐1安全分析，导致合环操作不满足电网安全稳定导则的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，解决现有技术中合环风险分析存在较大的局限性、合欢分析计算误差较大，不能满足电网安全稳定导则要求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，包括如下步骤：

选择电网模型断面，获取相应电网模型的断面数据，将断面数据导入到本地调度控制系统的层次库；

在本地调度控制系统中选择设置存在合环路径的设备作为合环操作设备；

根据获取的断面数据进行合环路径的搜索和校验；

根据合环设备名称从本地配电自动化系统读取合环路线的分段信息，进行合环馈线阻抗的计算；

获取合环馈线的过流保护定值和速断保护定值；

计算合环前基态潮流及合环端口阻抗；

计算合环冲击电流和转移潮流；

计算合环后电网稳态潮流，进行主网支路N-1情形下的潮流计算，得到合环运行方式下的基态及N-1情况下的设备越限信息；

进行合环操作风险分析，形成合环操作分析报告。

如果选择电网模型断面为全省电网模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据；

如果选择电网模型断面为外网等值模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据，将全省电网模型中本地电网及和本地电网相连的缓冲区域电网模型进行保留，不和本地电网直接相连的外网模型进行等值处理，得到包含外网等值模型的模型断面；

如果选择电网模型断面为本地模型，则地区调度控制系统直接从本地调度控制系统获取本地电网参与建模计算的实时或者历史的断面数据。

获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据的方法如下：

省级调度控制系统模型中心通过模型拼接各地区调度控制系统的电网模型实现全省全电网模型的建模，并实现基于全网模型的状态估计周期计算，状态估计计算结果按照电力系统数据标记语言规范进行电网运行数据文件导出，并通过调度数据专用网络将电网运行数据文件发送到地区调度控制系统。

合环路径的搜索和校验方法具体如下：

根据设置的合环设备，基于参与计算的电网模型和方式数据采用广度优先搜索法对合环路径进行搜索，并用拓扑图展示的方式，将合环路径上的设备展示出来，提示用户合环的全路径；

对环内变压器的Y/D绕组接线方式进行校验，当由于Y/D接线方式引起相位差时，则不进行合环操作。

所述分段信息包括：长度、类型及限值。

获取合环馈线的过流保护定值和速断保护定值的具体方法如下：

根据省级调度控制系统模型中心建立的一二次设备关联关系获取合环馈线的过流保护定值模型和速断保护定值模型，并通过继电保护在线监视与分析系统获取合环设备的过流保护实际运行定值和速断保护实际运行定值；

当从继电保护在线监视与分析系统中无法获取保护定值信息时，采用人工录入合环设备的过流保护定值和速断保护定值信息。

计算合环前基态潮流及合环端口阻抗的具体方法如下：

基于获取的电网模型和断面数据进行基态潮流计算，得到合环前合环点的电压幅值和相位，并采用数值解法基于节点导纳矩阵计算合环端口阻抗。

计算合环冲击电流和转移潮流的具体方法如下：

根据基态潮流计算得到的合环点的电压幅值、相位和合环端口阻抗计算合环冲击电流；

设根据合环前的基态潮流求出合环端口电压

其中：U_m为等值电压源的电压幅值，ω为角速度，t为时间，φ_u为合环时电源电压的初相角，U_i为端口i的电压幅值，U_j为端口j的电压幅值，θ_i为端口i的电压相角，θ_j为端口j的电压相角；

根据一阶RL电路的零状态响应特性和端口阻抗，得到合环冲击电流的表达式如下：

其中：R为等值电阻，X为等值电抗，

根据冲击电流的计算表达式，得到合环冲击电流在5秒内各个时刻的最大值和有效值，并计算得到合环稳态转移潮流。

所述合环运行方式采用将合环馈线作为支路添加主网潮流计算模型的方式。

所述合环操作风险分析包括：

1、冲击电流风险分析：

当合环冲击电流大于电流保护的整定值时，保护将动作，则禁止合环操作；

2、稳态潮流分析

当合环操作后引起线路、变压器负载超过设备限值，则禁止合环操作；

3、N-1安全分析

当合环运行方式下N-1情况下的潮流计算结果不满足电网安全稳定导则的要求时，则禁止合环操作。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.本发明方法可针对不同的电网模型进行合环风险分析，避免了在本地调度控制系统电网模型解列或者跨地区合环操作的情况下无法进行合环风险分析的局限性；对地区调度控制中心而言，基于全省全模型或者外网等值模型进而合环风险分析显然具有更大的实用性，可以实现地区电网内部的合环风险分析，也可以进行存在跨地区电网的合环风险分析；

2.从本地配电自动化系统读取合环馈线的分段信息，包括长度、类型及限值，并进行馈线阻抗的计算，提高了合环操作风险分析计算的实用性和准确性；

3.从本地继电保护在线监视与分析系统读取合环线路的继电保护定值信息，避免了人工检索合环馈线保护定值的工作；

4.合环操作风险分析考虑了电网安全稳定导则的要求，实现了合环运行方式下的稳态潮流及N-1计算，不仅考虑了主网设备的潮流越限判断也涉及了合环馈线的潮流越限判断。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是省级调度控制系统模型中心电网模型和地区调度控制系统设备的省地一体化建模的实现方法流程图；

图3是合环示意图。

具体实施方式

本发明的目的主要是突破现有合环风险分析方法在电网模型断面上只能使用地区电网模型进行合环风险分析的局限性，结合全省模型或者外网等值模型实现地区内或者跨地区的合环操作分析，并在线从配网系统获取合环馈线的精确长度、类型等参数，从继电保护在线监视与分析系统在线获取合环馈线的继电保护定值信息，并计算在合环运行方式下电网稳态潮流以及N-1情况下主网和合环馈线的潮流分布，得到合环运行方式下基态及N-1情况下的设备越限信息，实现适用性强、精确度高、满足电网安全稳定导则的合环风险分析。

如图2所示，是省级调度控制系统模型中心电网模型和地区调度控制系统设备的省地一体化建模的实现方法流程图，具体描述如下：

A)各地区调度控制系统进行所管辖区域电网的设备建模和SCADA量测数据采集，设备模型数据按照电网通用模型描述(CIM/E)规范进行文件导出，并通过电力调度通用数据网发送至省级调度控制系统模型中心；

B)各地区调度的SCADA量测数据通过前置数据转发的方式转发至省级调度控制系统模型中心；

C)省级调度控制系统模型中心将所有地区电网的模型拼接至模型中心调度控制系统；

D)省级调度控制系统模型中心基于拼接的全省全模型和量测数据进行全网状态估计，并将状态估计结果按照电力系统数据标记语言(E语言)规范的电网运行数据文件(QS文件)导出；

E)状态估计结果电网运行数据文件通过电力调度通用数据网发送至地区调度控制系统；

F)基于省级调度控制系统模型中心状态估计结果QS文件进行建模，这样保证了省级调度控制系统模型中心中地区电网模型和地区调度控制系统模型的一致性、完整性和正确性，也实现了同一电网设备只需一次建模及全网的模型共享；

G)根据设备名称实现层次库设备名称和本地调度控制系统中设备的映射关联。

地区调度控制系统进行合环风险分析计算时，既可以使用地调本地调度控制系统的状态估计模型断面，也可以使用省调下发的全省全模型状态估计QS文件模型断面。基于全省全模型QS文件模型断面支持两种模式：1)基于全省全模型进行合环风险分析；2)对全省全模型进行裁剪，实现包含外网等值模型的电网模型断面进行合环风险分析计算。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，包括如下步骤：

步骤一：选择电网模型断面，获取相应电网模型的断面数据，将包含电网连接关系、设备参数、运行方式数据的断面数据导入到本地调度控制系统的层次库；

a：如果选择电网模型断面为全省电网模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据；

b：如果选择电网模型断面为外网等值模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据，将全省电网模型中本地电网及和本地电网相连的缓冲区域电网模型进行保留，不和本地电网直接相连的外网模型进行等值处理，得到包含外网等值模型的模型断面；

c：如果选择电网模型断面为本地模型，则地区调度控制系统直接从本地调度控制系统获取本地电网参与建模计算的实时或者历史的断面数据。

对于选择全省电网模型或外网等值模型时，获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据的方法如下：

省级调度控制系统模型中心通过模型拼接各地区调度控制系统的电网模型实现全省全电网模型的建模，并实现基于全网模型的状态估计周期计算，状态估计计算结果按照电力系统数据标记语言规范进行电网运行数据文件导出，并通过调度数据专用网络将电网运行数据文件发送到地区调度控制系统。

步骤二：在本地调度控制系统中选择设置存在合环路径的设备作为合环操作设备；

设置合环设备后，合环操作风险分析功能检验合环设备是否合理，如合环设备是否参与状态估计计算、合环设备电压等级是否一致、合环设备在计算模型中是否是在活岛等检验。

当使用省级调度控制系统模型中心下发的QS模型断面文件进行合环风险分析时，QS文件中地区电网的模型部分是通过省级调度控制系统模型中心拼接地区调度控制系统的电网模型实现的，这样QS文件中的地区电网设备名称、参数和本地区调度控制系统中的设备名称、参数是完全一致的，所以地区调度控制系统使用人员可直接在本地调度控制系统中选择设置存在合环路径的设备作为合环操作设备，设置为合环设备的名称和层次库中的设备名称是完全匹配的。

步骤三：根据获取的断面数据进行合环路径的搜索和校验；

根据设置的合环设备，基于参与计算的电网模型和方式数据采用广度优先搜索法对合环路径进行搜索，并用拓扑图展示的方式，将合环路径上的设备展示出来，提示用户合环的全路径；

对环内变压器的Y/D绕组接线方式进行校验，当由于Y/D接线方式引起相位差时，则不进行合环操作。

步骤四：根据合环设备名称从本地配电自动化系统读取合环路线的分段信息，包括：长度、类型及限值，进行合环馈线阻抗的计算；

配电自动化系统模型范围包括10kV配网图模数据及EMS系统上级电网图模数据，其中10kV配网设备参数从生产管理系统(PMS系统)或者电网GIS系统获取。当配电自动化系统无合环馈线长度、类型信息时，可以在合环分析功能中人工录入合环馈线阻抗参数。

步骤五：获取合环馈线的过流保护定值和速断保护定值；

根据省级调度控制系统模型中心建立的一二次设备关联关系获取合环馈线的过流保护定值模型和速断保护定值模型，并通过继电保护在线监视与分析系统获取合环设备的过流保护实际运行定值和速断保护实际运行定值。

当从继电保护在线监视与分析系统中无法获取保护定值信息时，采用人工录入合环设备的过流保护定值和速断保护定值信息。

步骤六：计算合环前基态潮流及合环端口阻抗；

基于获取的电网模型和断面数据进行基态潮流计算，得到合环前合环点的电压幅值和相位，并采用数值解法基于节点导纳矩阵计算合环端口阻抗。

图3为合环示意图，合环前电网的合环端口阻抗即为合环设备对应的电气母线m与n之间的阻抗Z'＝R'+jX'，设图3中对应网络的节点导纳矩阵为Y_B，在图3中合环开关两侧节点分别注入1∠0°和-1∠0°的电流，其它节点注入电流为0，进行潮流计算，得到合环开关两侧电压分别为和则合环端口阻抗

步骤七：计算合环冲击电流和转移潮流；

根据基态潮流计算得到的合环点的电压幅值、相位和合环端口阻抗计算合环冲击电流；

设根据合环前的基态潮流求出合环端口电压

其中：U_m为等值电压源的电压幅值，ω为角速度，φ_u为合环时电源电压的初相角，U_i为端口i的电压幅值，U_j为端口j的电压幅值，θ_i为端口i的电压相角，θ_j为端口j的电压相角；

根据一阶RL电路的零状态响应特性和端口阻抗，得到合环冲击电流的表达式如下：

其中：t为时间；R为等值电阻，X为等值电抗，

根据冲击电流的计算表达式，得到合环冲击电流在5秒内各个时刻的最大值和有效值，并计算得到合环稳态转移潮流。

步骤八：计算合环后电网稳态潮流，进行主网支路N-1情形下的潮流计算，得到合环运行方式下的基态及N-1情况下的设备越限信息；

合环运行方式采用将合环馈线作为支路添加主网潮流计算模型的方式，在该种方式下进行潮流计算得到合环运行方式下的电网稳态潮流，并基于该方式进行主网支路N-1情形下的潮流计算，得到合环运行方式下的基态及N-1情况下的设备越限信息。

步骤九：进行合环操作风险分析，形成合环操作分析报告。

进行合环操作会在环网中产生冲击电流也会导致电网潮流的分布，因此需要对合环后冲击电流、合环运行方式进行安全校核，本发明合环操作风险分析进行如下三个方面的风险分析：

冲击电流风险分析：

合环冲击电流可能大于电流保护的整定值导致保护动作。当冲击电流大于保护定值时，保护将动作，则禁止合环操作。

稳态潮流分析：

合环后电网潮流会重新分布，需要对合环运行方式下线路、变压器的载流量进行分析。当合环操作后引起线路、变压器负载超过设备限值，则禁止合环操作。

N-1安全分析：

合环运行方式下，当环路高电压等级设备开断时，潮流将转移到低电压线路，极易导致低压线路功率超过其热稳定极限，因此需要对合环运行方式N-1安全分析。当合环运行方式下N-1计算结果不满足电网安全稳定导则的要求时，则禁止合环操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

选择电网模型断面，获取相应电网模型的断面数据，将断面数据导入到本地调度控制系统的层次库；

在本地调度控制系统中选择设置存在合环路径的设备作为合环操作设备；

根据获取的断面数据进行合环路径的搜索和校验；

根据合环设备名称从本地配电自动化系统读取合环路线的分段信息，进行合环馈线阻抗的计算；

获取合环馈线的过流保护定值和速断保护定值；

计算合环前基态潮流及合环端口阻抗；

计算合环冲击电流和转移潮流；

计算合环后电网稳态潮流，进行主网支路N-1情形下的潮流计算，得到合环运行方式下的基态及N-1情况下的设备越限信息；

进行合环操作风险分析，形成合环操作分析报告。

2.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：

如果选择电网模型断面为全省电网模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据；

如果选择电网模型断面为外网等值模型，则地区调度控制系统从省级调度控制系统模型中心获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据，将全省电网模型中本地电网及和本地电网相连的缓冲区域电网模型进行保留，不和本地电网直接相连的外网模型进行等值处理，得到包含外网等值模型的模型断面；

如果选择电网模型断面为本地模型，则地区调度控制系统直接从本地调度控制系统获取本地电网参与建模计算的实时或者历史的断面数据。

3.根据权利要求2所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：获取实时或者历史的包含全省电网模型的断面数据的方法如下：

省级调度控制系统模型中心通过模型拼接各地区调度控制系统的电网模型实现全省全电网模型的建模，并实现基于全网模型的状态估计周期计算，状态估计计算结果按照电力系统数据标记语言规范进行电网运行数据文件导出，并通过调度数据专用网络将电网运行数据文件发送到地区调度控制系统。

4.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：合环路径的搜索和校验方法具体如下：

根据设置的合环设备，基于参与计算的电网模型和方式数据采用广度优先搜索法对合环路径进行搜索，并用拓扑图展示的方式，将合环路径上的设备展示出来，提示用户合环的全路径；

对环内变压器的Y/D绕组接线方式进行校验，当由于Y/D接线方式引起相位差时，则不进行合环操作。

5.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：所述分段信息包括：长度、类型及限值。

6.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：获取合环馈线的过流保护定值和速断保护定值的具体方法如下：

根据省级调度控制系统模型中心建立的一二次设备关联关系获取合环馈线的过流保护定值模型和速断保护定值模型，并通过继电保护在线监视与分析系统获取合环设备的过流保护实际运行定值和速断保护实际运行定值；

当从继电保护在线监视与分析系统中无法获取保护定值信息时，采用人工录入合环设备的过流保护定值和速断保护定值信息。

7.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：计算合环前基态潮流及合环端口阻抗的具体方法如下：

基于获取的电网模型和断面数据进行基态潮流计算，得到合环前合环点的电压幅值和相位，并采用数值解法基于节点导纳矩阵计算合环端口阻抗。

8.根据权利要求7所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：计算合环冲击电流和转移潮流的具体方法如下：

根据基态潮流计算得到的合环点的电压幅值、相位和合环端口阻抗计算合环冲击电流；

设根据合环前的基态潮流求出合环端口电压

$\stackrel{\·}{U}=U_m\sin (\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_u)-(U_i*{\mathrm{cos\θ}}_i-U_j*{\mathrm{cos\θ}}_j)+j(U_i*{\mathrm{sin\θ}}_i-U_j*{\mathrm{sin\θ}}_j)$

其中：U_m为等值电压源的电压幅值，ω为角速度，t为时间，φ_u为合环时电源电压的初相角，U_i为端口i的电压幅值，U_j为端口j的电压幅值，θ_i为端口i的电压相角，θ_j为端口j的电压相角；

根据一阶RL电路的零状态响应特性和端口阻抗，得到合环冲击电流的表达式如下：

$i^{\′}=\frac{U_m}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_u-\mathrm{\δ})-\frac{U_m}{\left|Z\right|}sin({\mathrm{\φ}}_u-\mathrm{\δ})e^{-\frac{R}{L}t}$

其中：R为等值电阻，X为等值电抗，根据冲击电流的计算表达式，得到合环冲击电流在5秒内各个时刻的最大值和有效值，并计算得到合环稳态转移潮流。

9.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：所述合环运行方式采用将合环馈线作为支路添加主网潮流计算模型的方式。

10.根据权利要求1所述的基于省地及调配一体化的配网合环风险分析方法，其特征在于：所述合环操作风险分析包括：

1、冲击电流风险分析：

当合环冲击电流大于电流保护的整定值时，保护将动作，则禁止合环操作；

2、稳态潮流分析

当合环操作后引起线路、变压器负载超过设备限值，则禁止合环操作；

3、N-1安全分析

当合环运行方式下N-1情况下的潮流计算结果不满足电网安全稳定导则的要求时，则禁止合环操作。