CN107069715B - 一种配电网合环开关合环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网合环开关合环控制方法，调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，以及投切调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，最终使合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内，闭合合环开关。当调节其中一个参量无法实现合环控制时，则调节另外一个参量，最终实现合环控制，所以，这种控制方法十分高效。并且，将分布式发电具有无功补偿的优点与负荷的灵活调节的优点相结合，提高配电网合环开关合环的成功率，实现对重要负荷的不间断供电，并降低对传统发电功率需求和其他无功补偿设备的投资。

Description

一种配电网合环开关合环控制方法

技术领域

本发明涉及一种配电网合环开关合环控制方法。

背景技术

在我国，中压配电网大都采用“闭环设计、开环运行”的方式供电，通过停电倒负荷进行线路的检修维护，此方式大大降低了供电的可靠性，对用户的生产和生活造成很大影响，尤其对供电持续性有特殊要求的用户，更是增加了停电的困难度。因此，为了满足用户对不停电供电日益严格的需求，通过对配电网执行合环操作，实现不停电方式下用电负荷的转移已成为配电网未来重要的运行模式。如图1所示，为配电网的基本拓扑图，配电网低压侧通过合环开关进行连接，当低压侧任何一方的线路进行检修时，通过闭合合环开关进行负荷的转供电，实现对用户的持续性供电。

随着技术的发展和城网的改造，目前配电网已经具备闭环运行的条件，但大都仍采用开环运行的模式，一方面受合环电压的影响，且合环时的冲击电流可能造成继电保护误动作；另一方面日益复杂的配电网架构和分布式发电(DG，Distributed Generation)并网渗透率的不断提高，使得合环电流越限的几率和幅度越来越大。上述原因增加了合环电流调控的难度，往往达不到理想的调控效果。在配电网进行合环运行前，需要准确计算并调节合环开关两侧电压的矢量差满足允许的条件，才能使合环时的冲击电流和合环后的电流不对继电保护及配网设备造成重大影响。

申请公布号为CN105720606A的中国专利申请文件中公开了配电网合环控制方法，通过分布式电源来调节合环开关两侧的电压差，当满足条件时，启动合环操作，当不满足条件时，放弃合环。该控制方法虽然能够实现合环控制，但是，仅仅利用分布式电源实现合环控制的可靠性较低，而且，只要分布式电源无法将合环开关两侧的电压差调整至设定值，就放弃合环，所以，这种控制方法无法有效实现合环控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电网合环开关合环控制方法，用以解决现有合环控制方法的可靠性较低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种配电网合环开关合环控制方法，调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，以及调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，最终使合环开关满足合环条件，闭合合环开关。

在合环控制时，先调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，然后调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率。

首先调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，如果满足合环条件，则直接控制闭合合环开关，否则，继续调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，如果满足合环条件，则控制闭合合环开关。

调节分布式发电的输出功率时，以合环开关某一侧分布式发电的输出功率为基准，调节另一侧的分布式发电的输出功率。

调节负荷的接入功率时，以合环开关某一侧负荷的接入功率为基准，调节另一侧的负荷的接入功率。

所述合环条件为：合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内。

本发明提供的配电网合环开关合环控制方法，通过调节合环开关的至少一侧的分布式发电的输出功率，以及投切调节合环开关的至少一侧的负荷的接入功率，使合环开关满足合环条件，控制闭合合环开关。该控制方法将分布式发电的功率调节和负荷的功率调节相结合，利用两者的功率调节实现满足合环开关闭合要求，克服了只通过分布式电源进行合环控制的可靠性较低的缺陷。而且，当调节其中一个参量无法实现合环控制时，则再调节另外一个参量，最终实现合环控制，所以，这种控制方法十分高效。并且，将分布式发电具有无功补偿的优点与负荷的灵活调节的优点相结合，提高配电网合环开关合环的成功率，实现对重要负荷的不间断供电，并降低对传统发电功率需求和其他无功补偿设备的投资。

附图说明

图1是现有的配电网拓扑结构示意图；

图2是分布式发电和柔性负荷接入配电网结构示意图；

图3是配电网接入分布式发电等值电路示意图；

图4是配电网接入分布式发电和柔性负荷等值电路示意图；

图5是配电网合环开关合环控制方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

由于合环后的电流由合环前的初始电流和合环时的冲击电流组成，因此因地制宜采取合理的协调控制策略，调节合环开关两侧的电压矢量差，使其满足合环开关合环的条件，即可实现配电网顺利合环运行。

本发明提供一种配电网合环开关合环控制方法，调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，以及调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，以使合环开关满足合环条件，控制闭合合环开关。其中，合环条件为：合环开关两侧的电压矢量差小于设定值(该设定值根据实际要求进行设定)，且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内(自身允许值范围是指一个表示电压处于正常情况的区间范围)。当然，作为更加一般的实施方式，合环条件还可以仅仅是合环开关两侧的电压矢量差小于设定值。

其中，在利用分布式发电调节合环开关两侧的电压矢量差时，可以保持其中一侧不动，只调节另一侧分布式发电的输出功率，使另一侧分布式发电的输出功率向不动的一侧靠近，以达到减小两侧电压矢量差的效果；当然，也可以同时调节两侧分布式发电的输出功率，以降低两侧的电压矢量差。而且，如果只调节其中一侧的话，那么，可以只在合环开关的其中一侧布置分布式发电，另一侧无需布置。本实施例以调节其中一侧的分布式发电的输出功率，并且合环开关两侧均设置有分布式发电为例进行说明。

如图2所示，配电网通过高压侧电源向低压侧负荷进行供电，在低压侧，合环开关的两侧分别接入分布式发电DG1和DG2，合环开关的1侧接入DG1，2侧接入DG2。DG1和DG2属于新能源发电，如光伏发电、风力发电等，并且，在开环或合环情况下均接入配电网运行，其功率能够通过相关的控制策略进行调节。通过调节DG1或DG2的输出功率改变合环开关两侧的电压，以降低合环开关两侧的电压矢量差。

与上述分布式发电类似，在利用负荷调节合环开关两侧的电压矢量差时，可以保持其中一侧的负荷不动，只调节另一侧负荷的接入功率，使另一侧负荷的接入功率向不动的一侧靠近，以达到减小两侧电压矢量差的效果；当然，也可以同时调节两侧负荷的接入功率，以降低两侧的电压矢量差。本实施例以调节其中一侧的负荷的接入功率为例进行说明。

如图2所示，合环开关的两侧均有负荷，各侧负荷包括两种，其中，合环开关1侧的负荷包括负荷1和柔性负荷1，合环开关2侧的负荷包括负荷2和柔性负荷2。配电网任何一个低压侧均能满足负荷1和2、柔性负荷1和2共同投入时对功率的需求。配电网负荷1和2属于重要负荷，对供电持续性和可靠性具有特殊要求；配电网柔性负荷1和2属于随时可任意调节、切除或投入的负荷，开环情况下均与配电网断开，不接入配电网，处于冷备用状态。所以，本实施例中，用于功率调节的负荷为柔性负荷1和柔性负荷2。

在合环开关合环控制时，分布式发电输出功率的调节和负荷接入功率的调节之间没有严格的先后顺序，可以先调节分布式发电的输出功率，然后判断合环满足的条件，如果条件不满足，则再调节负荷的接入功率；还可以先调节负荷的接入功率，然后判断合环满足的条件，如果条件不满足，则再调节分布式发电的输出功率；再或者两者同时调节。本实施例中，为最大化利用清洁新能源，先调节分布式发电的输出功率，其次调节柔性负荷的接入功率。另外，通过调节分布式发电的输出功率来调节电压的技术手段，以及通过调节负荷的接入功率来调节电压的技术手段均可以采用现有的技术进行。

那么，在合环开关合环控制时，如果初始情况下，合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，且配电网合环开关以外的其他相关节点的电压在自身允许值范围内，也就是说，在初始情况下就满足合环所要求的条件，那么无需调节，直接控制闭合合环开关进行合环即可。另外，为了判断其他节点的电压情况，在各节点处可设置有常规的电压检测装置。

当然，很多情况下初始情况不满足合环。如果根据初始情况不能控制闭合合环开关，那么，就需要对合环开关两侧的电压进行调节。首先，合环开关两侧分别接入DG1和DG2，接着调节DG1或DG2的输出功率。在调节时，先以合环开关某一侧电压为基准，然后调节另一侧电压，也就是说，对合环开关某一侧的分布式发电的输出功率进行调节，以该侧的分布式发电的输出功率为基准，调节另一侧的分布式发电的输出功率，比如：以DG1的输出功率为基准，调节DG2的输出功率。那么，合环开关两侧的电压就会越来越接近，如果最终满足合环开关闭合的条件，即合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，并且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内，那么，控制闭合合环开关。其他相关节点可以是除合环节点以外的其他任一节点，本处以10kV负荷母线任一接入位置的电压为例，其实际电压计算公式为：

其中，U_N为输电线路高压侧母线的额定电压；P＇_L和Q＇_L分别为10kV负荷母线的负荷总有功功率和总无功功率；P＇_DR和Q＇_DR分别为10kV负荷母线侧分布式电源的总有功功率和总无功功率；R＇和X＇分别为高压侧输电线路的等值电阻和电抗。

通过DG1或者DG2调节配电网合环前后潮流的等值电路如图3所示，其中R₀+jX₀为环网的外部部分(上级主变、馈线、高压侧等)折算到10kV侧的阻抗值，R₁+jX₁和R₂+jX₂分别为10kV馈线的阻抗，P_DG1+jQ_DG1和P_DG2+jQ_DG2分别为DG1和DG2的输出功率，

和

分别为合环开关两侧的电压。

另外，在通过调节DG1或DG2的输出功率来满足合环条件过程中，调节的次数不限，在调节一次之后，如果仍不满足合环条件，可以再调节一次，如果仍不满足，还可以再次进行调节，以此类推，直到满足合环条件。当然，当出现无论调节多少次均不满足合环条件的情况时，就需要后续的调节控制。

接上段描述，如果通过调节DG1或DG2的输出功率使得合环开关两侧的电压矢量差始终不能满足合环开关闭合的条件，即电压矢量差大于或等于设定值，或者有除了配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围之外，总之不满足合环开关闭合的条件，则调节柔性负荷1或2的接入功率，通过改变低压侧负荷总功率来使其满足合环要求。同样基于先以合环开关某一侧电压为基准，然后调节另一侧电压的原则，即以某一侧的柔性负荷的接入功率为基准，调节另一侧的柔性负荷的接入功率，比如：以柔性负荷1的接入功率为基准，调节柔性负荷2的接入功率。那么，合环开关两侧的电压就会越来越接近，如果最终满足合环开关闭合的条件，即合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，并且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内，那么，控制闭合合环开关。当然，负荷接入功率的调节次数也是不限的，在调节一次之后，如果仍不满足合环条件，可以再调节一次，如果仍不满足，还可以再次进行调节，以此类推，直到满足合环条件。

通过DG1和DG2以及柔性负荷实现对配电网合环电压调节的等值电路如图4所示，其中P_R1+jQ_R1和P_R2+jQ_R2分别为参与配电网合环电压调节的柔性负荷功率。

合环开关任一侧的电压

可以通过下式进行计算：

其中，

为低压侧母线额定电压；R和X分别为低压侧任一侧的馈线电阻和电抗；P_L和Q_L分别为低压侧任一侧的馈线负荷总有功功率和总无功功率；P_DG和Q_DG分别为合环开关任一侧分布式发电输出的总有功功率和总无功功率；合环开关1侧P_L＝P_R1+P_L1、Q_L＝Q_R1+Q_L1，合环开关2侧P_L＝P_R2+P_L2、Q_L＝Q_R2+Q_L2。

也就是说，本发明提供的合环控制方法为：若合环开关两侧的电压矢量差

满足合环开关闭合的条件，即

并且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内，则允许合环开关进行闭合，实现配电网合环运行。

若

时，首先以任何一侧电压为基准，调节DG1或者DG2的输出功率直至

此时计算配电网其余节点电压是否在自身允许值范围内，若其余节点电压在自身允许值范围内，则允许合环开关进行闭合，反之，调节DG1或DG2的输出功率，直至各节点电压在自身允许值范围内。也就是说，不断调节DG1或DG2的输出功率，以满足合环开关闭合的条件。

若通过调节DG1或者DG2的输出功率始终不能满足开关合环的条件时，则在继续投入柔性负荷1或2，改变低压侧负荷总功率，以实现满足开关合环的条件。

总之，如图5所示，该合环控制方法整体流程为：当配电网需要合环运行时，首先通过控制DG1或者DG2的输出功率来调节合环开关两侧的电压，若此时仍不满足合环开关合环的条件，则通过投入柔性负荷1或2来继续调节合环开关两侧的电压，最终实现合环开关两侧电压矢量差满足开关合环的条件。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述合环控制方法的实现过程，在不脱离该控制方法的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，以及调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，最终使合环开关满足合环条件，闭合合环开关；所述负荷包括重要负荷和柔性负荷，用于功率调节的负荷为柔性负荷。

2.根据权利要求1所述的配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，在合环控制时，先调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，然后调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率。

3.根据权利要求2所述的配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，首先调节合环开关至少一侧的分布式发电的输出功率，如果满足合环条件，则直接控制闭合合环开关，否则，继续调节合环开关至少一侧的负荷的接入功率，如果满足合环条件，则控制闭合合环开关。

4.根据权利要求1所述的配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，调节分布式发电的输出功率时，以合环开关某一侧分布式发电的输出功率为基准，调节另一侧的分布式发电的输出功率。

5.根据权利要求1所述的配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，调节负荷的接入功率时，以合环开关某一侧负荷的接入功率为基准，调节另一侧的负荷的接入功率。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的配电网合环开关合环控制方法，其特征在于，所述合环条件为：合环开关两侧的电压矢量差小于设定值，且配电网合环开关以外的其他相关节点电压在自身允许值范围内。

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