CN107171318A - 一种配电网层间供电能力匹配度评价方法 - Google Patents

一种配电网层间供电能力匹配度评价方法 Download PDF

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Abstract

一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，首先根据已知配电网确定不同电压等级，分析其电网结构，针对不考虑上级配电网限制的下级配电网与考虑上级配电网限制的下级配电网，分别计算其最大供电能力，建立目标函数和约束条件，然后将配电网原始数据代入到上述模型之中，最终，得出配电网层间供电能力匹配度。本发明在于涉及配电网不同电压等级间整体匹配度评价方法，能够较为直观的反映出上下两级配电网的匹配程度，使计算结果更具有实际参考价值，并且能够深入研究不同结构的上下级配电网的具体匹配状况，为网络的优化改造提供更有价值的信息。

Description

一种配电网层间供电能力匹配度评价方法
技术领域
本发明涉及一种配电网层间供电能力匹配度评价方法。
背景技术
作为电力系统中最基础的组成部分，配电网的正常工作关系到整个系统的运行。同样作为与用户相连接的最前沿，其安全、经济、可靠的运行直接影响到人民生活水平的提高，其次对于一个城市或地区经济的发展也起到了决定性的作用。因此安全、可靠、经济是配电网的核心。
随着我国电网不断建设升级以及负荷水平的不断提高，电力系统面临着严峻的挑战。在这样的前提条件下，配电网需要更高的标准来满足日益增长的负荷，所以供电能力成为评价配电网建设水平的一个新指标，而且在我国很多配电网的建设中得到了应用，并在近年来得到了一定的进展。目前，如何提高配电网供电能力已经成为亟待解决的问题之一。
为了极大的提高配电网的运行水平和更有效的挖掘配电网的供电能力，必须对配电网有一个全面合理的评估，以求一个符合我国实际情况的评估方法。科学的对配电网供电能力进行准确的评估，可以清楚的反应出配电网的运行状态，并在配电网的升级建设工作中提供强有力的依据，找到最有效的改进措施，挖掘配电网的潜在能力。目前对于配电网经济可靠性方面研究较多，外对配电网供电能力方面研究较少。
在配电网目前的建设和发展中，很多问题还缺乏理论依据的支撑和指导，而关于供电能力方面目前还存在供电能力计算不精确、配网中容载比过高、配网建设不精确等问题。而其中，配电网供电能力的计算是评估配网的基础，在此基础上应该找到合理的评价配电网供电能力的方法，才能更全面评价整体配电网。
目前已有关于配电网最大供电能力方面的研究，一般是基于单一电压等级配电网，即仅仅研究单侧配电网在满足N-1安全准则与一系列实际约束下所能提供的最大供电量。在这种研究方法中对最大供电能力的各种计算，实际上忽视了上级配电网的制约，已经默认了上级配电网的供电能力为无限大，这在实际的工程项目中是有缺陷的。在实际的电网运行中，一般情况下上级配电网是制约下级配电网运行的，而且下级配电网的运行必须服从上级配电网。总体来说，仅仅研究配电网中某个电压等级区域最大供电能力忽视了其整体性，是片面的，不能满足实际工程的需求，因此本发明在研究下级配电网最大供电能力的时候还将对上级配电网进行充分考虑，探究考虑配电系统层间的相互约束。
发明内容
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，包括以下步骤，
（1）根据已知配电网确定不同电压等级；
（2）针对不考虑上级配电网限制的下级配电网与考虑上级配电网限制的下级配电网，分别计算其最大供电能力；
（3）计算单个变电站中其不同电压侧配电网间最大供电能力匹配度。
进一步的，所述步骤（2）中，最大供电能力的计算方法如下：
将整个配电网分成不同电压等级下的配电网，确定配电网中主变和馈线的容量，以及馈线间的联络关系；
建立供电能力模型，分别计算单个电压等级的最大供电能力与考虑上级配电网限制的最大供电能力，其区别在于计算时所需的转带方案中，是否考虑上级配电网的输电线N-1约束；
最大供电能力数学模型的约束条件为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
其中：
表示第i号主变所带的负荷；表示第j号主变所带的负荷;
表示低压侧第m号馈线所带的负荷；
表示高压侧第m号输电线所供的电量；
表示低压侧馈线m发生N-1时转带给馈线n的负荷量；
表示高压侧输电线m发生N-1时转带给输电线n的电量；
表示主变i发生N-1转带给主变j的负荷量；
表示低压侧馈线n的容量；
表示高压侧输电线n的容量；
表示主变j的额定容量；
表示主变i；表示馈线m出自主变i的对应母线；
式(1)为馈线所带负荷等式约束，表示单条馈线出现故障进行N-1时其所带负荷可分别转带到其他不同的馈线；
式(2)为主变与馈线间负荷等式约束，表示在配电网中，所有馈线所带负荷之和即为所有主变所带负荷之和；
式(3)为主变与馈线转带等式约束。表示当主变发生故障进行N-1(配电网中所有N个元件中任一独立元件发生故障而被切除后，此配电网还会正常运行)时，其转带的负荷即为与此主变相连馈线上所带的所有负荷；
式(4)为低压侧馈线N-1约束，表示单条馈线发生故障后将其所带负荷转带到其他馈线时，接收负荷的馈线不可过载；
式(5)为高压侧输电线N-1约束，表示单条输电线发生故障后将其所带负荷转带到其他输电线时，接收负荷的输电线不可过载；
式(6)为主变N-1约束，表示单台主变发生故障后将其所带负荷转带到其他主变时，接收负荷的主变不可过载；
配电网最大供电能力目标函数为：
（7）
其中，TSC表示配电网最大供电能力，目标函数表示TSC为当前配电网中所有主变负荷之和的最大值；
在计算单个电压等级的最大供电能力时，不需要考虑约束（6），即高压侧输电线N-1约束，在计算考虑上级配电网限制的最大供电能力时，则需考虑约束（6）。
进一步的，所述步骤（3）中配电网层间供电能力匹配度（Interlayer SupplyCapability Matching Degree，ISMD）的计算方法如下：
（8）
其中，ISMD表示配电网层间供电能力匹配度；表示下级配电网单独运行时的最大供电能力；表示考虑上级配电网的限制时下级配电网的最大供电能力，两者之比反映该变电站在两级电网之间最大供电能力的匹配程度，当ISMD越趋近于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越良好；当ISMD越背离于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越差。
本发明结合最大供电能力，运用配电网层间供电能力匹配度这一新的指标以及常规的线性规划算法，提出一种配电网层间供电能力匹配度的评价方法，从而更好更全面的反映不同电压等级配电网对配电网整体的影响，能够较为直观的反映出上下两级配电网的匹配程度，使计算结果更具有实际参考价值，并且能够深入研究不同结构的上下级配电网的具体匹配状况，为网络的优化改造提供更有价值的信息。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明实施例中配电网示意图；
图3为本发明实施例中主变供电能力对比图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，包括以下步骤，
（1）根据已知配电网确定不同电压等级；
（2）针对不考虑上级配电网限制的下级配电网与考虑上级配电网限制的下级配电网，分别计算其最大供电能力；
（3）计算单个变电站中其不同电压侧配电网间最大供电能力匹配度。
在步骤（2）中，最大供电能力的计算方法如下：
将整个配电网分成不同电压等级下的配电网，确定配电网中主变和馈线的容量，以及馈线间的联络关系；
建立供电能力模型，分别计算单个电压等级的最大供电能力与考虑上级配电网限制的最大供电能力，其区别在于计算时所需的转带方案中，是否考虑上级配电网的输电线N-1约束；
最大供电能力数学模型的约束条件为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
其中：
表示第i号主变所带的负荷；表示第j号主变所带的负荷;
表示低压侧第m号馈线所带的负荷；
表示高压侧第m号输电线所供的电量；
表示低压侧馈线m发生N-1时转带给馈线n的负荷量；
表示高压侧输电线m发生N-1时转带给输电线n的电量；
表示主变i发生N-1转带给主变j的负荷量；
表示低压侧馈线n的容量；
表示高压侧输电线n的容量；
表示主变j的额定容量；
表示主变i；表示馈线m出自主变i的对应母线；
式(1)为馈线所带负荷等式约束，表示单条馈线出现故障进行N-1时其所带负荷可分别转带到其他不同的馈线；
式(2)为主变与馈线间负荷等式约束，表示在配电网中，所有馈线所带负荷之和即为所有主变所带负荷之和；
式(3)为主变与馈线转带等式约束，表示当主变发生故障进行N-1时，其转带的负荷即为与此主变相连馈线上所带的所有负荷；
式(4)为低压侧馈线N-1约束，表示单条馈线发生故障后将其所带负荷转带到其他馈线时，接收负荷的馈线不可过载；
式(5)为高压侧输电线N-1约束，表示单条输电线发生故障后将其所带负荷转带到其他输电线时，接收负荷的输电线不可过载；
式(6)为主变N-1约束，表示单台主变发生故障后将其所带负荷转带到其他主变时，接收负荷的主变不可过载；
配电网最大供电能力目标函数为：
（7）
其中，TSC表示配电网最大供电能力，目标函数表示TSC为当前配电网中所有主变负荷之和的最大值；
在计算单个电压等级的最大供电能力时，不需要考虑约束（6），即高压侧输电线N-1约束，在计算考虑上级配电网限制的最大供电能力时，则需考虑约束（6）。
上述模型进行变形后采用线性规划软件（如Lingo）来求解即可得到TSC。
在步骤（3）中配电网层间供电能力匹配度（Interlayer Supply CapabilityMatching Degree，ISMD）的计算方法如下：
（8）
其中，ISMD表示配电网层间供电能力匹配度；表示下级配电网单独运行时的最大供电能力；表示考虑上级配电网的限制时下级配电网的最大供电能力，两者之比反映该变电站在两级电网之间最大供电能力的匹配程度，当ISMD越趋近于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越良好；当ISMD越背离于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越差。
下面将通过具体实施例对所提的配电网层间供电能力匹配度评价方法进行分析。典型供电模式A+—1由110kV与10kV两个电压等级构成。110kV侧采用双回链式接线，由2座220千伏变电站作为电源，中间“π”接入2座110千伏变电站，线路数量少，结构简单。而10kV侧包含了变电站出线双环网接线、三电源开关站接线以及开关站出线双环网接线三种结构，如图2所示福建省典型供电模式A+—1的简化算例图，该配电网总共有4条输电线路，2条联络线，2座变电站，8个变压器，56条馈线。本实施例由110kV与10kV两个电压等级构成，110kV侧输电线路容量为116MVA，10kV侧变电站所出馈线的容量为11.4MVA，开关站所出馈线的容量为9.5MVA。
该电网图由110kV与10kV侧两个电压等级构成，110kV侧为双回链式结构，10kV由简化的四种结构组合而成：1.变电站出线双环网（馈线1与馈线14、馈线4与馈线11组成一个双环网环；馈线2与馈线16、馈线6与馈线12组成一个双环网）。2.两供一备开关站接线（馈线3、馈线9、馈线7组成一个两供一备连线；馈线10、馈线8、馈线15组成一个两供一备连线）。3.开关站出线双环网（馈线17与馈线24、馈线19与馈线22组成一个双环网；馈线18与馈线23、馈线20与馈线21组成一个双环网）。4.重要负荷供电（馈线5、馈线13）。下面的研究将基于此图展开。
由于线路过于复杂，图中并没有把采用变电站出线双环网结构的所有线路全部画完，主变所连馈线的编号以及未画出的线路的连接情况将由表1与表2列出。
目前已有的关于配电网最大供电能力的研究，是基于单一电压等级供电区域，即研究图2中的10kV供电区域在满足N-1安全准则与一系列实际运行约束条件下所能提供的最大负荷。在该研究模式下，经计算，该供电区域的最大供电能力为210.46MW，8个主变所带的负荷值如表3所示。
仅研究单一电压等级最大供电能力的方法是存在缺陷的，在充分考虑了上级配电网对于下级配电网的限制后，计算可得该供电区域的最大供电能力为199.43MW，8个主变所带的负荷值如表4所示。
已知10kV电压侧的现有负荷为180MW，根据以上数据可以得出以下计算：
其中: 表示10kV侧电网在满足N-1安全准则与运行约束条件下的最大供电能力裕度, 表示充分考虑110kV侧电网对10kV侧电网的限制时，10kV侧电网最大供电能力裕度。为了更为直观的看到供电能力的变化并作出对比，给出每个主变的供电能力对比图，如图3所示。
可见，考虑了上级配电网的限制之后，下级配电网每个主变的供电能力发生了一定程度的变化，其总体的供电裕度也大大减小，从而说明，高电压侧的供电能力制约着低电压侧的供电能力，进一步说明多电压等级是考虑配电网最大供电能力必不可少的重要影响。而在上下级配电网的匹配方面，ISMD=0.95，并不是十分的接近1，可知，上下级配电网供电能力的匹配程度并不是特别高，所以要加强电网建设，优化网络结构，提高上下级配电网的匹配程度。
以上对本发明的目的、技术方案和优点进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据已知配电网确定不同电压等级；
（2）针对不考虑上级配电网限制的下级配电网与考虑上级配电网限制的下级配电网，分别计算其最大供电能力；
（3）计算单个变电站中其不同电压侧配电网间最大供电能力匹配度。
2.根据权利要求1所述的一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，其特征在于，所述步骤（2）中最大供电能力的计算方法如下：
将整个配电网分成不同电压等级下的配电网，确定配电网中主变和馈线的容量，以及馈线间的联络关系；
建立供电能力模型，分别计算单个电压等级的最大供电能力与考虑上级配电网限制的最大供电能力，其区别在于计算时所需的转带方案中，是否考虑上级配电网的输电线N-1约束；
最大供电能力数学模型的约束条件为：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
其中：
表示第i号主变所带的负荷；表示第j号主变所带的负荷;
表示低压侧第m号馈线所带的负荷；
表示高压侧第m号输电线所供的电量；
表示低压侧馈线m发生N-1时转带给馈线n的负荷量；
表示高压侧输电线m发生N-1时转带给输电线n的电量；
表示主变i发生N-1转带给主变j的负荷量；
表示低压侧馈线n的容量；
表示高压侧输电线n的容量；
表示主变j的额定容量；
表示主变i；表示馈线m出自主变i的对应母线；
式(1)为馈线所带负荷等式约束，表示单条馈线出现故障进行N-1时其所带负荷可分别转带到其他不同的馈线；
式(2)为主变与馈线间负荷等式约束，表示在配电网中，所有馈线所带负荷之和即为所有主变所带负荷之和；
式(3)为主变与馈线转带等式约束，表示当主变发生故障进行N-1时，其转带的负荷即为与此主变相连馈线上所带的所有负荷；
式(4)为低压侧馈线N-1约束，表示单条馈线发生故障后将其所带负荷转带到其他馈线时，接收负荷的馈线不可过载；
式(5)为高压侧输电线N-1约束，表示单条输电线发生故障后将其所带负荷转带到其他输电线时，接收负荷的输电线不可过载；
式(6)为主变N-1约束，表示单台主变发生故障后将其所带负荷转带到其他主变时，接收负荷的主变不可过载；
配电网最大供电能力目标函数为：
（7）
其中，TSC表示配电网最大供电能力，目标函数表示TSC为当前配电网中所有主变负荷之和的最大值；
在计算单个电压等级的最大供电能力时，不需要考虑约束（6），即高压侧输电线N-1约束，在计算考虑上级配电网限制的最大供电能力时，则需考虑约束（6）。
3.根据权利要求1所述的一种配电网层间供电能力匹配度评价方法，其特征在于，所述步骤（3）中配电网层间供电能力匹配度的计算方法如下：
（8）
其中，ISMD表示配电网层间供电能力匹配度；表示下级配电网单独运行时的最大供电能力；表示考虑上级配电网的限制时下级配电网的最大供电能力，两者之比反映该变电站在两级电网之间最大供电能力的匹配程度，当ISMD越趋近于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越良好；当ISMD越背离于1时，下级配电网相对于上级配电网匹配状况越差。
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