CN107565547A

CN107565547A - 一种配电网运行可靠性评估及优化系统

Info

Publication number: CN107565547A
Application number: CN201710725235.0A
Authority: CN
Inventors: 陶丁涛; 李瑾; 杜志坚; 杨熙; 吴燕; 李新强
Original assignee: Nanning Power Supply Bureau of Guangxi Power Grid Co Ltd
Current assignee: Nanning Power Supply Bureau of Guangxi Power Grid Co Ltd
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开了一种包括：GIS接口、数据库、服务器、若干客户端，客户端连接服务器，服务器连接数据库，数据库与GIS接口相连，GIS接口用于导入用于分析的第一类数据，第一类数据包括网络架构、趋势数据、拓扑数据；数据库用于存储第一类数据；服务器用于可靠性评估及优化，客户端用于获得最终结果，服务器包括潮流分析模块、短路分析模块、可靠性分析模块，潮流分析模块、短路分析模块连接可靠性分析模块，可靠性分析模块连接客户端、GIS接口和数据库，服务器包括二次开发编程API库，可靠性分析模块连接开发编程API库。

Description

一种配电网运行可靠性评估及优化系统

技术领域

本发明涉及一种配电网运行可靠性评估及优化系统，具体涉及一种基于FEMA的配电网运行可靠性评估及优化系统。本发明属于电力系统领域。

背景技术

电力是国家的基础产业与能源支柱，电力产业是几乎当今一切工业的基石，为经济社会的可持续发展提供能源保障。电网是维系电力供需的纽带，电网安全关系国家安全、经济发展和社会和谐，是社会公共安全的重要组成部分。

随着各地方比如南宁电网规模的不断扩大，电力资源得到进一步优化配置，但随着客户全方位服务工作的全面深化开展，电网的可靠运行却迎来了新的挑战。配电用户对于供电可靠性要求越来越高，供电局内部对于供电可靠性的考核也愈发严格。但是统计考核，从管理上来说，更多的是事后的管理措施。如何能够做到，事前评估、事中预防、事后统计，从日常运行到规划阶段就实现对可靠性的有效管理，从根本上提高配电网运行的可靠性水平，具有重大的理论和现实意义。

伴随着电网规模的扩大，每次停电故障可能造成的平均负荷损失也随之增大。因此，优化配电网的负荷、潮流分布，提高电网可靠性、确保电网紧急安全运行已成为配电网运行当前面临的紧迫问题。

电力系统本质上运行在不确定的环境中。重要电力相关设备的随机停运引起系统潮流转移，而恶劣的气候环境和过负荷等条件又导致原件故障率的增加，起到推波助澜的作用，最终酿成停电事故。因此，评估电力系统在实时运行过程中的概率可靠性，并以此为依据制定合理的辅助决策，是保证电力系统经济可靠运行的重要途径。

20世纪30年代的电力系统已经建立了调度中心，但调度员仅能凭运行经验指挥系统的运行，无法对运行中的电力系统进行客观的性能评价。20世纪70年代中期出现了能量管理系统，经过多年的研究和开发，EMS系统已具有实时的预想事故分析和安全约束调度等安全评估和控制的功能。伴随着计算机技术和通信技术的飞速发展，20世纪90年代出现了广域测量系统，为电力系统在线动态安全评估和控制提供了重要的技术支持。20世纪90年代末至今，一个重要的进展就是将概率的思想引入在线运行评估中，能够计及多种不确定因素的影响。

可以看到，当前电力系统评估理论和技术的发展出现了如下显著的趋势：

(1)从离线分析到在线分析。调度运行方式的计算分析过去都是离线进行的，随着计算机技术的发展，静态和动态安全评估都已基本实现了在线计算；常规可靠性评估主要应用于规划方式的离线计算，基于并行计算等技术，常规可靠性评估也实现了在线应用；基于风险的静态安全正逐步实现在线应用。

(2)从确定性分析到概率分析。电力系统规划和运行中，确定性的N-1或N-m准则已经被电力工业界广为接受。但人们逐渐认识到如元件故障和负荷预测等存在的不确定性，将概率的方法引入系统安全性和可靠性的评估得到了学术界的广泛认可，常规可靠性评估、运行风险评估和运行可靠性评估等理论就是建立在概率基础上的评估方法。

(3)从静态分析到动态分析。目前基于EMS/SCADA的静态安全评估已经成熟化，基于 EMS/WAMS的动态安全评估软件也正逐步走向实用化。然而，由于动态安全评估方法复杂，即使仅考虑确定性因素，其计算过程尚且需要大量的时间，因而动态安全评估与概率方法的结合目前尚难以满足在线计算的需求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种配电网运行可靠性评估及优化系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：包括：GIS接口、数据库、服务器、若干客户端，客户端连接服务器，服务器连接数据库，数据库与GIS接口相连。

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：GIS接口用于导入用于分析的第一类数据，第一类数据包括网络架构、趋势数据、拓扑数据；数据库用于存储第一类数据；服务器用于可靠性评估及优化，客户端用于获得最终结果。

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：服务器包括潮流分析模块、短路分析模块、可靠性分析模块，潮流分析模块、短路分析模块连接可靠性分析模块，可靠性分析模块连接客户端、GIS接口和数据库。

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：服务器包括二次开发编程API 库，可靠性分析模块连接开发编程API库。

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：潮流分析模块中潮流计算的出发点为网络方程(I＝Y·U)和功率方程(S＝U·I^*)；对于给出未知节点电压和给定节点功率的二次非线性方程系统，从功率方程消除节点电流的矢量来减小负载流；其中I是节点电流矢量， U是节点电压矢量，Y是网络导纳矩阵，S是节点功率矢量。计算方法包括：拓展的牛顿迭代法；电流迭代法；牛顿-拉夫逊法；电压降(仅适用于径向弱网状网络)；直流潮流。

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：短路分析模块根据故障类型建立对应的短路电流模型，故障类型包括三相短路、单项接地短路、两相短路、两相接地短路、特殊短路，特殊短路模型中可以通过改变短路计算参数来定义任意的短路类型；

前述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：初始短路电流Ik″通过IEC标准或叠加法计算；

初始短路功率Sk″根据出现的故障类型计算：

对称故障：

非对称和特殊故障：Un为标称系统电压；

峰值短路电流Ip根据IEC标准计算，

短路开断电流Ib和稳态电流Ik根据不同网络类型计算：

非网格网络供给短路：Ib＝∑_iIb_i，Ibi代表与故障节点相连的有源元件i的开断电流；

单供给短路：Ib＝Ib_i，Ibi代表与故障节点相连的有源元件i的开断电流；

网格网络供给短路：Ik＝Ik_OM″，IkOM″是不考虑电机的初始短路电流；

非网格网络供给短路：Ik＝∑_iIk_i，Iki代表与故障节点相连元件i的稳态电流；

单供给短路：Ik＝Iki，Iki代表与故障节点相连元件i的稳态电流；

当计算不对称和特殊故障，Ib＝Ik″；

热短路电流Ith计算公式为：

短路功率的直流分量的计算：其中f为频率，t为短路持续时间， R/X为阻抗的虚部，R/X根据等效频率法计算；

非对称电流开断计算为：Ib代表开断电流，idc代表短路电流的直流分量；

对称的1/2周期电流电流按如下公式计算：故障位置的阻抗Zk1在正序系统的导纳矩阵；

非对称的1/2周期电流Iasy按如下公式计算：

对称的开断电流按如下公式计算：

对称稳态电流按如下公式计算：Zkk1是故障位置的阻抗。

本发明的有益之处在于：本发明在事前就对可靠性以及潮流优化效果进行评估，在工作中可以重点关注供电可靠性与配网运行潮流的薄弱环节，在规划中可以评估未来规划网络的运行可靠性水平与重点用户的供电水平。对于提供配电网的规划和供电水平具有积极的意义。

附图说明

图1是本发明一种配电网运行可靠性评估及优化系统的一个优选实施的结构示意图；

图2是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例总的线功率流示意图；

图3是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例馈线示意图；

图4是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例同步机和异步机参与示意图；

图5是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例不允许转运网络功率流示意图；

图6是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例允许转运网络功率流示意图；

图7是本发明一种潮流分析系统及运行方法实施例传输分布因子示意图；

图8是本发明单网络短路的结构示意图；

图9是本发明短路电流供给来源于非网格网络的结构示意图；

图10是本发明短路电流供给来源于一个公共阻抗的非网格网络的结构示意图；

图11是本发明啮合网络的短路电流的结构示意图。

图中附图标记的含义：

1、服务器，2、客户端，3、数据库，4、GIS接口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明一种配电网运行可靠性评估及优化系统，包括：GIS接口、数据库、服务器、若干客户端，客户端连接服务器，服务器连接数据库，数据库与GIS接口相连，GIS 接口用于导入用于分析的第一类数据，第一类数据包括网络架构、趋势数据、拓扑数据；数据库用于存储第一类数据；服务器用于可靠性评估及优化，客户端用于获得最终结果，：服务器包括潮流分析模块、短路分析模块、可靠性分析模块，潮流分析模块、短路分析模块连接可靠性分析模块，可靠性分析模块连接客户端、GIS接口和数据库，服务器包括二次开发编程 API库，可靠性分析模块连接开发编程API库。

潮流分析模块中潮流计算的出发点为网络方程(I＝Y·U)和功率方程(S＝U·I^*)；对于给出未知节点电压和给定节点功率的二次非线性方程系统，从功率方程消除节点电流的矢量来减小负载流；其中I是节点电流矢量，U是节点电压矢量，Y是网络导纳矩阵，S是节点功率矢量。计算方法包括：拓展的牛顿迭代法；电流迭代法；牛顿-拉夫逊法；电压降(仅适用于径向弱网状网络)；直流潮流。

计算方法具体实现如下：

电流迭代法包含两个步骤：

从已给出的节点功率Sred和节点电压Ured计算节点电流Ired，根据(I_red＝S_red ^*·U_red ^*-1)在迭代法的第一步中，为Ured设置一个估计值，

根据(U_red＝Y_red ^-1·(I_red-Y_sl·U_sl))计算节点电压，

Ured：没有冗余节点的复杂节点电压向量

Ired：没有冗余节点的复杂节点电流向量

Yred：无行和列的不平衡节点的导纳矩阵

Ysl：导纳矩阵中不平衡节点的列

Usl：复杂的不平衡节点的电压

这两个迭代步骤开始时，U＝1.0pu或一个预定义的值(见潮流计算参数对话框中的“初始化文件”)，直到收敛达到(见潮流计算参数对话框中的“收敛不匹配”)，收敛结束。Uiu+1和Uiu分别为迭代步骤(u+1)和(u)中节点i的电压。n代表网络中节点的数量。

如果算法发散，则迭代在允许的最大迭代次数之后停止。该值在“最大迭代次数”的计算参数的输入字段中给出。

PV节点需要一个额外的算法，该算法的速度依赖于一个加速因子。

拓展的牛顿迭代法：拓展的牛顿迭代法与一般的牛顿迭代法基本相同，在拓展的牛顿迭代法中，元件的模型方程以不同的方式制定。此外，FACTS装置和所有的新功能，如面积/ 区域控制，通过这种计算方法考虑。

牛顿法的收敛控制，新的节点电压的计算系数α，通常是α＝1(见第三个迭代步骤)。如果功率不匹配并且从一个步骤到其他都有所增长，则该系数是根据二次插值优化。α的范围为0＜α＜1.0。

电流迭代法和牛顿迭代法之间的差异：电流迭代法显示，在网络中没有PV节点，没有远程控制是一个很好的收敛行为。即使在有很短的线的网络中(小阻抗时它比牛顿迭代法快得多。因此，应该在PV节点数量小时(1～3)使用。这是中、低电压网络的案例。当计算传输网络时，应使用牛顿-拉夫逊法。在有分歧的情况下，可以从预定义的电压分布开始计算牛顿-拉夫逊算法。预定的电压分布可以用电流迭代法计算。

在电流迭代法和牛顿迭代法中，电压依赖性负载和分接头依赖性短路电压被考虑到计算中，电压依赖性负载方程为：P＝P0(U/Un)xP Q＝Q0(U/Un)xQ。

牛顿-拉夫逊法：牛顿迭代法针对网络节点I的误差方程：

必须找到复合电压使得误差ΔS为0。P和Q是预定义的有功和无功功率。Y是第i行第k 列的Y矩阵元素。上述误差方程的解决方案包括三个步骤：

每个节点电压有助于功率不匹配的计算：ΔS_i＝Svor_i-Sber_i；

利用雅克比矩阵J计算每一个节点的电压的变化：ΔU＝J^-1·ΔS；

节点电压的计算：Uneu_i＝Ualt_i-α·ΔU_i；

这三个迭代步骤开始时，U＝1.0pu或一个预定义的值，直到收敛达到结束。

牛顿-拉夫逊法的节点类型的变化如果迭代次数大于三，在每一个迭代步骤中需要检查程序，如果PQ节点电压的范围是由Umin到Umax，这仅仅只在一个同步机连接到那个PQ节点时有效。如果电压超出范围，电压就变成固定的。然后计算有功功率(节点类型：改变PQ 节点变为PV节点)。如果无功功率Q跑出范围Qmin到Qmax，则需要改变PV节点变为PQ节点。无功功率是固定的，电压值由计算得出。

当用牛顿-拉夫逊法计算时变压器和发电机的远程控制是唯一可能的。

电压降方法解决了任何径向和弱网状网络。在这种情况下，电压降和其他方法之间没有差异。优点是不对称的网络可以以一个更好的方式处理，因为在计算过程中不需要建立节点 Y矩阵。电压降法不能处理3和4绕组变压器。当与其他方法的结果比较时，选择一个小的收敛不匹配。

利用一个横向进给的国内单位的特殊处理的电压降计算，如果“国内单位”的“特殊处理”参数和电压降方法被选中，那么负载的总的有功和无功，径向网络包括国内单位，都必须要计算。松弛节点的相邻节点的电压可以用松弛电压计算，总的线功率流如下：根据图2 所示：

U_k1＝U_sl-Z_L·S₁ ^*/U_sl ^*

U_k1:节点K1电压

U_sl:松弛电压

S₁：从松弛节点到节点K1的线路复杂功率(S₁＝S_k1+S_k2+S_k3)

Z_L：阻抗线

从节点K1看出入网络的功率必须被计算出来，以得到在节点K2的电压(S2＝SK2+SK3)。在K2上的电压，可以用上面的公式计算，通过用UK2替换UK1，用UK1替换 USL，S1替换S2。这个过程被使用，直到径向网络中所有节点的电压都计算出来。

考虑到国内单位的可变同时性因素，“国内单位”的“特殊处理”的电压降计算方法被激活，同时性或交错因子利用国内单元的nDU的数量和功能来计算，根据以下公式：

系数Kn(默认值为0.15)可以在负载流参数对话框中输入。

计算电压的功率包含两部分：S＝S_constant+k_v·n_DU·P_DU。

对于上述例子，以下功率(PDU＝8kW)用来计算电压(假设)。

—计算UK1：S₁＝g1·20kW+g2·10kW+0.265·55·8kW

—计算UK2：S₂＝g2·10kW+0.294·35·8kW

—计算UK3：S₃＝0kW+0.305·30·8kW

PDU和可以再负载参数对话框里输入，系数g1和g2为同时不变的系数，在负载数据输入框中输入(见“元素数据输入和模型”一章)。恒定不变的功率(20kW和10kW) 与这些系数相乘。

考虑变量的同时性因素，基尔霍夫电流定律不成立。当采用牛顿迭代法、电流迭代法和正常的电压降方法计算负载流量时，不考虑同时性因素变量。

直流潮流：即使在近似解决方案可接受的地方都可以使用直流负载流。直流负载流方程与交流负载流方程近似，基本上忽略损耗和无功功率。NEPLAN中的直流负载流：无功功率被忽略(Q∪0)；在AC总线上，电压幅度与标准电压幅度相同(V∪1pu)；电阻和损失不考虑(R∪0)；并联元件不考虑；事实要素不考虑；调节分接开关/移相器不考虑。

为了考虑直流负载流中的事实要素，可以再连接节点上用两个虚拟的PQ发电机/负载替换事实设备。这些虚构元素代表着控制。

如果工作频率不等于标准系统频率，发电机功率的校正根据静态。

在有分歧的情况下，也可以从一个预定义的电压分布的算法开始，而不是从U＝1.0pu(平开始)。

当节点电压已知，那么潮流，节点功率，损失和失配，都可以计算。不匹配的代表功率平衡，计算如下：

Smism＝Stot+Sloss+Ssl+Sshunt；

Stot：计算节点功率的总和；

Ssl：非平衡节点的功率；

Sloss：网络总损耗；

Sshunt：总功率分流；

Smism的值越小，潮流的收敛性越好。

几种计算方法的运用领域：

拓展的牛顿迭代法应用于：

(1)对称传输网络；

(2)面积/区域控制；

(3)FACTS元件/HVDC；

(4)开关分流；

(5)远程控制和特殊控制；

(6)直流网络；

牛顿迭代法应用于：

(1)输电和配电网络；

(2)不对称负荷；

(3)负载平衡；

(4)限制区控制(只有转运)；

电流迭代法应用于：

(1)输电和配电网络；

(2)不对称负荷；

(3)只有少数的光伏发电机；

(4)负载平衡；

(5)限制区控制(只有转运)；

(6)无远程控制；

电压降应用于国内单位(户)的分布和径向网络。

直流负载流应用于：

(1)在传输和分配网络；

(2)当可利用近似解时。

分布式松弛计算：

如果相应的参数被选中，负载流量以分布式松弛计算。这种计算，主动松弛功率被分配给预定义的同步机。在同步电机数据输入对话框，可以输入松弛功率。主动松弛功率可从0 到100％的分布。当计算分布式松弛，只有一个根节点是可利用的。

负载平衡计算：

如果相应的计算参数被激活，则用负载平衡计算负载流量。这种计算，在一个封闭的网络中负载的同时性系数被改变了。以便于测量有功功率或电流。测得的值输入到测量装置中。

要求：

(1)对于一个径向网络，一个测量装置足够获取负载平衡。通常，测量装置安装在馈线的开始端。在径向网络中，可以有几种测量装置；

(2)在闭环网络，必须至少有两个测量装置；

(3)在均衡网络，还可以有补给元件，如发电机；

(4)该程序可以处理任何数量的径向或封闭网络。两种测量设备之间的网络是平衡的，仅计算单独的同时性系数；

(5)网络中测量越多，负荷模型越准确；

(6)如果可以给出每一相的测量值，那么可以得出对称负载的功率总和和电流平均值；

(7)负载同时性系数为零时，计算时不考虑；

(8)计算成功后，程序可以自动设置同时性系数；

(9)负载平衡精度可与全局收敛的标准相适应。

例如：根据图3、图4所示：

在上述馈线中，测量装置1和2测量位置A，位置A的所有的负载部分都是平衡的，以便于测量装置1和2获得预定的功率或电流。位置B和C也同样有效。

在负载平衡中可以强制同步机和异步机参与。

异步机(LF型：“PQ oper”)以相同的方式处理为PQ负载：选项“运行>负载均衡”中的“负载变量”需要被激活来参与负载均衡。

如果选项“运行>负载均衡”中的“负载变量”被激活，同步机器(发电机)在负载平衡中可以被缩放。

在一个确定的馈线中，负荷/电机或发电机将被调整以实现负载平衡。

发电机将缩小而不是负载/电机，如果：

在负载潮流参数的负载均衡模式是“P和Q”或测量装置中仅测量“P+Q”的“混合模式”。

测定装置中的P具有从支线到支线来源的流动方向。

发电机为LF型PQ

认为：|Pgen|＞|Pmeas|+|Pmotor|+|Pload|，所有的值是指相应元素的输入数据。

地区/区域控制(LF)：

在“负载潮流—参数—地区/区域控制”菜单选项，用户可以在网络组之间输入任何数量的功率交换交易(地区，区域)。为了激活功率交换控制，用户必须选中负载潮流参数对话框中的“地区/区域控制”选项。

潮流计算模块修改每组网络的总发电功率，使网络组超过铁连接元素(此网络组连接其他网络组的元素)的功率流(MW)可以满足交易。

地区和区域的定义以及分配在教程的章节中详细解释。

以下规则适用于当使用地区/区域控制时：

(1)所有的网络组必须建立一个互联网络；

(2)用户可以启用或禁用转运。如果转运被启用，那么在“从”和“到”之间的交易中的功率可以流动到其他网络组中。否则，只有连接这两个网络组(如果有的话) 的元素可以进行调度功率；

(3)在一般情况下，在地区/区域带的定义没有层次结构。区域可以包含一个以上的地区，反之亦然。唯一的例外是在“控制型”中的“地区/区域控制”标签被设置为 “地区和区域控制”。在这种情况下，不允许区域重叠(每区必须完全包含在一个地区)或反之亦然；

(4)只有一个松弛节点可以进入网络。该松弛节点属于的地区(区域)为松弛区；

(5)一个地区或区域在同一时间可以满足下列其中一个任务：

作为一个松弛区；

控制网络组的总输入/输出(如果转运被激活)或控制两个连接的网络组之间的功率交换(如果转运未激活)；

也有可能一个地区或区域没有完成以上的任何任务，即是不可控的。

(6)对于每一个节点，不超过一个网络组(地区，区域)可以在控制模式。例如，当区域控制另一个事务或作为一个松弛网络组时，节点N1无法控制功率输入。换句话说，如果一个地区执行一个任务(控制网络组或松弛区)，其区域不能有任何任务。如果违反此规则，用户得到一个相关的错误消息；

(7)在所涉及的交易网络组的各发电机，松弛的部分可以被定义。它定义了发电机组参与网络组输入/输出功率调节的百分比。一个网络组的所有发电机的松弛部分被假定为总计达100％(在同步机和网络馈线参数查看相应的领域)。如果在控制网络组所有的松弛部分是等于零，该程序为该组中的所有发电机假定相等的松弛部分。

用户必须知道计算的确定差异取决于转运被允许或不允许。

不允许转运(选项禁用)：

如果转运是不允许的，那么预定功率可以在参与交易的两个网络组的铁元素之间直接流动。如果网络组之间输入的交易不直接相连，则会出现一个相关的错误信息。

每一个网络组可以完成的任务只有一个。这意味着它可以通过控制联络线潮流控制两个网络组之间的功率流的交易(领带流)或是作为一个松弛区。领带流之间的不参与交易的网络组不被控制。每一个控制网络组都作为一个变量的生成，应满足网络组之间的功率交换。例如，如果区域控制被激活，并且网络组有n个区域，那么最多有n-1个独立变量，可以指定最多n-1个网络组之间的功率交换。规定了用户可以的指定不同的交易数量的最高值。网络组指定的控件数量(基于交易)超过最大极限时，潮流计算给出错误信息。

无转运的地区/区域控制的原理示于下面的例子。

例如：

一览表

从	到	功率(MW)
			Zone1	Zone2	150
Zone1	Zone2	50
			Zone2	Zone1	100
Zone3	Zone2	50
			Zone3	Zone4	100

网络的功率流：根据图5所示：

如例子中可以看到的，两个相同区域之间的若干交易区，将代数增加。这些交易的第一个定义了这两个区域中的哪一个是“从”网络组。

在计算过程中，对每一笔交易，会设置一个“控制网络组”。该算法遵循计划表的顺序，对每一笔交易的各自的功率传输，把“从”的网络组设置为控制组。如果“从”网络组已被指派给另一个任务，那么“到”网络组将被设置为控制组。在这种情况下，“到”网络组被另一个任务占据，一个不参与交易并连接到“从”网络组或“到”网络组的网络组将控制功率交易。如果这样的“免费”的网络组不存在，潮流不会启动，用户将不得不改变交易的定义 (例如颠倒“从”网络组与“到”网络组，在另一个顺序进入交易等)。

避免从从列的松弛区进入交易。因为这将导致“节点的一个错误：区控制不允许”。

两个网络组之间的连接线的交易功率被控制在“从”网络组相邻的地方。

如果一个网络组连接到之间没有交易的松弛网络组，那么松弛网络组将超过其损失。否则，网络组将接管自己的损失。

对于地区/区域控制，区域的地区重叠是不允许的。交易可以进入两个区域或/和两区之间。

转运允许(选项启用)：

当允许转运时，每个交易所定义的功率交换可以涉及不参与交易的其他网络组。这意味着两个网络组之间所定义的功率流不需要在两个网络组之间的连接元素中传输。功率也可以通过其它网络组。

这就是为什么对不同网络组的发电机的有功功率设定一个值，来实现计算并不是个人交易的输入/输出计算值。

例如：

一览表

从	到	功率(MW)
			Zone1	Zone2	250
Zone1	Zone5	50
			Zone2	Zone5	100
Zone3	Zone1	50

网络的功率流：根据图6所示：

在上面的例子中，两个区域之间的连接元素的传输功率不符合交易的定义。由于转运是允许的，功率流也可以采取其他方式而不是直接连接。在这种情况下，每个网络组的总输入/ 输出被控制在与定义交易相符合的值上。

由于可以转运，网络组也可以参与电力传输，不参与交易，如上面例子中的区4。

每个区域或地区的功率控制左右不同，如果控件类型设置为地区控制或区域控制，而不是地区和区域控制。

地区控制或区域控制：

如果“地区/区域所覆盖的连接损失”选项被激活，那么所有地区(区域)在“输入控制” 模式。这意味着所有的地区(区域)控制自己的输入权。没有任何功率交易地区(区域)输入/输出功率控制位0MW。在每个连接线的损失是由本线地区/区域覆盖。

松弛地区(区域)接管了连接元素的损失。每一个网络组的损失是由自己承担。

该地区(区域)可以扩展到多个地区(区域)，由于地区和区域不同时控制的。

地区和区域控制：

在这种模式下，区域重叠的地区是不允许的。交易可以进入两个地区或/和两个区域之间。

每个参与交易的网络组(地区和区域)控制其输入/输出功率。没有任何功率交易的地区或区域的输入/输出不受控制。交易中所涉及的区域包含的输入/输出功率是不受控制的，因为不同区域包含的地区之间的交易可能与包含一个或两个这样的区域的交易相冲突。松弛的地区或松弛地带承担了地区/区域的连接元素的所有损失，这是无法控制的(如果“松弛地区/ 区域的连接损失”选项被激活)。它是由用户定义是否松弛地区或松弛区域承担功率损失(上述交易表中的相关选项都要被选中)。

功率传输分布因子：

传输分布因子是指从一个指定功率的节点m到一个指定的节点n的小转移dPT(在下文称为交易mn)。基本情况是网络状态没有交易(转让)mn。对于每一个分支ij定义为：根据图7所示：

现在交易mn分支ij的功率P_ij ^t和基础情况下的功率P_ij ⁰。

当只有一个从/到的节点被指定为另一个被认为是松弛节点的节点。

众所周知，由于循环流动，总是存在于网状网络，从节点M节点n的功率交易不仅会改变直接互连mn(假设存在)而且会影响流动的理论-系统所有的分支。

PTDFs显示了某一特定的功率交易对所有的网络分支流量增量的影响。电力传输是通过从和到节点来指定(方向是很重要的)。你要记住，PTDFs是一个线性近似，因此只适用在基础案例和小传输。网络从m到n的交易ij的流动可以估计为：

P_ij ^t＝P_ij ⁰+PTDF_ij ^(mn)·(dP_T)_(mn)

因为它们的线性性质，一个以上的交易增量的影响可以加起来估计新流程：

对于较大的网络，PTDFs展示了一个很好的近似关于功率如何通过系统甚至更宽的操作区域分配。因为此属性，PTDFs可用于快速估计一个从m到n的不违反分支ij最大功率限制的功率交易的最大量。

计算上述网络中的每一个分支的限制，以最小的值提供了一个近似从m到n的PT的最大值。

不对称负荷：非对称负载潮流可以处理非对称负载和不对称网络结构。在单元的输入对话框中，用户可以输入元素的相位或“相位”字段的负载。

非对称负载流量具有以下特点：

不对称负荷流理论：

用于对称负载流量使用相同的方程和求解算法。由于不对称，在负序和零序系统里的模型被认为与短路电流分析相似。正序，负序，零序系统中Y矩阵为将被创建。只有线路，负载，和负载阻抗是不对称的。这些元素，在三相系统里是耦合的。这些接头被认为是电流节点和功率节点注入点。相移也被考虑。

在负载潮流参数中有一个加速因子。这一因子允许两种方法调整不对称负载流量(牛顿迭代和电流迭代)。如果网络是高度不对称的，这个因子应设置为0.25或更少。

非对称负载流量限制：

这些限制是：

—区域控制不可用

—分布式松弛不可用

—电压降解方法不可用

—电机远程控制

不对称负载流量的网络结构：

如果计算一个不对称负载潮流，所有的元件都将被考虑。在对称负载流量的情况下，只考虑对称和不对称的三相线路的电气元件。

建议以一个紧凑的方式输入线路。一个从节点A到B的三相线路，理论上可以输入三个单独的相线，互相之间相互耦合。在这种方式中，程序将不仅需要计算目前的电路和串联阻抗矩阵，而且还有耦合矩阵。这增加了计算难度。更好的方法是用一个三相线代表三相线。对于二相线是有效的。

不对称负载潮流输出：

如果计算一个不对称负载潮流，结果将显示和保存现有的所有相线。

相位平衡可以通过重新定义单相负载和线路，以减少在相位的不平衡。

平衡的定义：

计算所有存在的相位的不平衡因子。

IP：单相视在功率或电流

MW：所有相的视在功率或电流的平均值，不存在的相不被考虑。

最大的非平衡将显示在对话框中。

相平衡理论：

相平衡利用一个一维搜索寻优法。每个负载和分流器会被重新定相和存储，如果目标已经减少。双相的不需要。

短路分析模块具体设计如下：

短路电流计算理论：电力系统的短路电流行为可以表示为一个等效网络包含有故障前电压U0k和正序，负序，零序网络的故障节点阻抗Zkki。馈电元件，例如网络馈线，发电机和异步电机，通过一个阻抗Ze和其源电压(EMF)模拟。在计算中，它们将被改变为等效的电流源。

假设电力系统的对称结构和供应时，对称组件仅在故障位置互连。互连由故障方程定义。该方程取决于故障类型：

-3相短路

Ik″₂＝0；

Ik″₀＝0；

-单相接地短路

Ik″₂＝Ik″₁；

Ik″₀＝Ik″₁；

-两相短路

Ik″₂＝-Ik″₁；

Ik″₀＝0；

-两相接地短路

U0k：出现故障的节点k工作电压或故障前电压。

Zkki：正序(i＝1)，负序(i＝2)，零序(i＝0)系统故障节点的网络阻抗。

Iki″：正序(i＝1)，负序(i＝2)，零序(i＝0)系统的初始短路电流。

根据不同的计算方法，故障前电压U0k将：

●在电流源和电流馈电元件的帮助下计算(叠加法)。

●根据定义设定(IEC60909，ANSI/IEEE)。

叠加方法中馈电元件的电流Ie等于EMF/Ze。Ze为馈电元件的内部阻抗。故障前电压 U0可以从网络方程U＝Y-1·Ie来计算。节点k的故障前电压为U0k。馈电元件的内部电压(EMF) 是：

—1.1pu(最大短路电流)还是1.0pu依赖于计算最大Ik时计算参数的设置(计算参数必须设置为“无潮流的叠加”)或者

—从潮流结果计算

计算将在节点的复杂电压和功率的帮助下完成，潮流计算必须在之前计算，“计算方法” 参数必须设置为“带有潮流的叠加法”。

根据定义，IEC909方法设置故障前电压在故障节点为U0k＝c·Un，由此馈电元件的电流 Ie被设置为0。电压因子c依赖于故障位置的标准系统电压，由标准定义。因子c由程序自动设置。

根据定义，ANSI/IEEE方法设置故障前电压在故障节点为U0k＝Eoper，且馈电元件的电流Ie被设置为0。Eoper的值为输入值，并且是故障位置的最大工作电压。用于计算断路器的断路占空比，电流将与一个因数相乘，其是故障位置X/R比率的函数。

网络阻抗Zkk1，Zkk2和Zkk0可以从正，负序和零序系统的网络工作方程U＝Y-1·I进行计算。

根据所使用的方法，所述Y矩阵看起来不同。

●所有元素都根据叠加法考虑到计算中。该模型是在“元素的数据输入和模型”一章中介绍。

●IEC方法忽略了正序系统的所有并联导纳。此外，供给单元的阻抗将被纠正。

●ANSI/IEEE标准为正序系统构建了三个不同的Y矩阵，以便能够计算出电流Ik″(1/2 周期)，Iarc(X个循环)，和Ik(30个循环)。发电机和电动机的阻抗必须对所有三个矩阵进行校正。校正因子在ANSI/IEEE C37.010-1979的第5.4.1节中描述。负载被忽略。负序和零序系统的阻抗被校正。为了得到X/R的比，两个独立的节点导纳矩阵(正序和零序系统)，带有网络唯一的电阻部分，被构建。

短路电流的典型量是峰值电流，切断电流，稳态电流，和热电流。IEC或ANSI/IEEE给出从原始短路电流来计算这些数量的方法。

简化的零序网络阻抗计算

零序阻抗在谐振接地和隔离网络中可以计算，如下所示：

和C_E＝∑C_Ei

R_Di：Peterson线圈电阻(隔离网络时为0)；

L_Di’：Peterson线圈电感(隔离网络时为0)；

C_Ei：所有线路的谐振零序接地电容或隔离网络；

假设故障前电压是已知的时，叠加方法是更精确的方法。很难知道短路前的电压，特别是在规划的状态，负载流量只能估计。负载流量，将导致任一最大或最小的短路电流，在所述的系统不同地点中，很难找到。

该模块提供了一个简化的叠加法。馈电元件的内部电压源(EMF)被设定为标准系统电压的110％(为最大短路电流计算)或100％(为最小短路电流计算)。从而，10％的端子电压和内部电压之间的电压降被认为为稳态操作。对于确切的叠加法，潮流在短路计算开始之前进行计算。

IEC或ANSI/IEEE方法是一种简化的方法，该方法可以用来计算短路电流。它具有故障前电压不需要预先给定的优点。计算出的电流在安全测，该计算是根据国际标准进行。

建议依据IEC或ANSI/IEEE的方法计算短路电流，尤其是计算峰值电流，开断电流，稳态电流。要计算短路时(故障后电压)的电压，叠加法应该被使用。

对于根据IEC进行的计算，短路的供应是很重要的：

●单供给短路

短路电流仅由单网络支线或发电机或一个相同的平行发电机供给(参见图8)，故障位置电流对应供给元件电流。

●短路电流供给来源于非网格网络

短路通过并联多个有源元件(参见图9)供给。故障点的电流计算为部分电流的总和。部分电流的大小是相互独立的。

●短路电流供给来源于一个公共阻抗的非网格网络；

短路电流是由在一个公共阻抗上的多种活性元件提供(参见图10)，故障点的电流计算为部分电流的叠加。

●啮合网络的短路电流

短路电流是由一个啮合网络的多种活性元件提供(参见图11)，故障点的电流计算为部分电流的叠加。

对于初始短路电流Ik″和峰值电流Ip的计算，结果是独立的网络类型。

初始短路电流Ik″

这个电流是按照IEC或叠加法计算。各相的故障电流通过不对称系统组件的电流计算。对于短路模块，最大短路电流Ik″_max和最小短路电流Ik″_min可以计算。选择参数对话框的

Ik″_max字段。当参数选中时，计算最大初始电流。否则，计算最小初始电流。在这种情况下，选取所有网络供给的最小短路功率，异步机被忽略，线电阻随着温度的增加而采用。

初始短路容量Sk″

初始短路功率根据其故障种类计算：

对称故障：

非对称和特殊故障：

Un为标称系统电压。

峰值短路电流Ip

峰值电流Ip是短路电流最大瞬时值，依赖于R/X的比率。它可以根据IEC计算：

其中，k_appa＝1.02+0.98.e^-3·R/X

为了计算R/X，等效频率的方法被使用，这意味着使用下面的公式

R/X＝R_c/X_c·(f_c/f)

R_c和X_c分别代表故障位置的等效电阻和电抗，等效频率为f_c。

Z_c＝R_c+j·2·Pi·f_c，L_c为从故障位置所看到的阻抗，如果一个等效电压源作为唯一的活性电压，在频率f_c＝20Hz(对于f＝50Hz的系统频率)或f_c＝24Hz(对于60Hz的系统频率)时，被应用。

为了计算支路电流，使用支路的R/X比率或故障位置的R/X比率，取决于参数对话框的 “故障支路Ip计算时R/X的比率”参数是否被选中。

当计算特殊故障时(如双接地故障)，因子kappa与对称三相电路的短路电流用同样的方式计算。如果包含了几个故障节点，则选取最大值。

短路开断电流Ib

同步机开断电流计算公式为：

lb＝u·Ik″

因子u根据IEC计算，其与Ik″/IrG之比和断路器的最小延迟时间t_min(Ik″：初始短路电流，IrG：额定电流)有关。最小延迟时间为输入值，在参数对话框中有所介绍。

对于电机，开断电流为：

Ib＝u·q·Ik″；

因子μ可以按照上述方法计算。因子q与比值m＝P/p(P：额定电阻的功率，p：磁极对数)和断路器的最小延迟时间有关。

根据不同的网络类型，其故障位置的开断电流计算：

—网格网络的短路

其中：

故障位置的等效电压源

Ik″：初始短路电流

ΔUG_i″，ΔUM_j″：同步电机i和异步电机j连接点的初始电压差。

IkG_i″，IkM_j″：同步电机i和异步电机j的初始短路电流。

短路供给来源于非网格网络

lb＝∑_iIb_i；

Ib_i代表与故障节点相连的有源元件i的开断电流。

单供给短路

lb＝Ib_i；

Ib_i代表与故障节点相连的有源元件i的开断电流。

当计算不对称和特殊故障时，Ib＝Ik″。

备注：网络类型由程序决定；

稳态电流Ik

稳态电流的计算由网络类型决定：

●网格网络的短路：

故障节点的Ik，

Ik＝Ik_oM″；

Ik_OM″是不考虑电机的初始短路电流。

●短路供给来源于非网格网络；

故障节点的Ik，

Ik＝∑_iIk_i；

Ik_i代表与故障节点相连元件i的稳态电流。

●单供给短路

故障节点的Ik，Ik＝Ik_i；

Ik_i代表与故障节点相连元件i的稳态电流。

当计算不对称和特殊故障，Ib＝Ik″。

对于一个单供给网络，同步机的稳态电流Ik计算公式为：

Ik＝λ·IrG；

因子λ与Xd_saturated，Ufmax/Ufr，Ik″/IrG和机器类型(涡轮或凸极)有关。这些参数为输入值，除了初始短路电流Ik″。IrG是机器的额定电流，可以计算最大或最小因子λ。计算最小和最大的初始短路电流和稳态电流，依赖于参数对话框中的Ik的最大计算参数是否被选中。

对于计算最小稳态电流，复合励磁发电机被区别对待。

热短路电流Ith

热短路电流Ith计算公式为：

因子m考虑短路电流的非周期分量的热影响，因子n考虑交流短路电流元件的热影响。因子m与函数κ和短路持续时间Tks有关。因子n与Ik″/Ik的比率，因子kappa和短路持续时间有关。

短路电流的直流分量idc

短路功率的直流分量的计算：

其中f为频率，t为短路持续时间，R/X为阻抗的虚部。R/X是根据等效频率法计算。短路持续时间t是一个输入值”的“故障时的直流电流idc计算”)。

当计算特殊故障(如双接地故障)，R/X的计算与三相短路故障方式相同。如果包含了多个故障节点，选取最小的R/X的值。

非对称电流开断Iasy

非对称电流开断计算为：

Ib代表开断电流，idc代表短路电流的直流分量。

ANSI/IEEE电流

根据ANSI/IEEE，电流的计算是为了能够选择断路器。有三种不同的电流：

●对称的1/2周期电流Ik″；

●非对称的1/2周期电流Iasy；

●对称的x周期电流Iarc(x：输入值，如3，4，5，8)；

●稳态电流Ik(30个循环)；

对于其中的三种(1/2，x，30)，必须建立单独的网络，对于1/2周期网络所有的故障电压都必须报告。

对称的1/2周期电流Ik″

电流按如下公式计算(3相短路)：

故障位置的阻抗Zk₁在正序系统的导纳矩阵可以找到，此导纳矩阵与IEC909中的导纳矩阵不同。

非对称的1/2周期电流Iasy

电流按如下公式计算(3相短路)：

故障位置的阻抗Zk₁在正序系统的导纳矩阵可以找到，与Ik″相同，X/R也可以在导纳矩阵中找到。f为网络频率，t＝0.5/f为时间。

对称的开断电流(x周期电流)

电流按如下公式计算(3相短路)：

故障位置的阻抗Zki₁在正序系统的导纳矩阵可以找到，与Ik″中的不相同。因子f_sc在X/R， ZKi₁/R，网络类型(近发电机或远离发电机)和短路类型(对称故障或不对称故障)的帮助下计算。电阻R的值可从一个其中只包含网络的电阻部分的单独的Y矩阵中找到。f_sc的值从 ANSI标准C37.010-1979的图8，9和10中可以发现。程序也同样报告E/Z的值：

对称稳态电流(30个周期)

电流按如下公式计算(3相短路)：

故障位置的阻抗Zkk₁在正序系统的导纳矩阵可以找到，与Ik″和Iarc中的不相同。

变频驱动器(可调频率转换器驱动)

1.直流端子短路：电流峰值；

带有网格控制保护的可控硅桥：

方程8.16，IEEE551-2006；

不带有网格控制保护的可控硅桥：

方程8.17，IEEE551-2006；

二极管桥：

IpSC＝2*Ik″，方程8.23，IEEE551-2006；

2.直流终端短路电流：考虑到瞬态组件的衰减

带有网格控制保护的可控硅桥：

不带有网格控制保护的可控硅桥：

二极管桥：

I＝(1+(1.804-1))*Ik″；

3.电弧闪光短路

带有网格控制保护的可控硅桥：

不带有网格控制保护的可控硅桥：

IpSCArcBack＝2.53*Ik″；

二极管桥：

IpSCArcBack＝3*Ik″；

ANSI标准C37.013

本标准规定了计算网络中发电机的短路电流的工作方式，这些电流是由以下公式计算：发电机对称短路电流源

发电机非对称短路电流源

P＝额定功率，V＝最大额定电压，发电机电抗值；

IEC61363-1标准

本标准规定了计算船舶和海上移动单元的电气设备的短路电流的方法。我们计算下列电流：

●预定时间t_D时的短路电流iac的交流分量。

●预定时间t_D时的短路电流iac的直流分量。

●第一个半周期的短路电流峰值ip；

●开断电流ib(t＝tb)tb：断路器延迟时间；

●非对称开断电流iasy(t＝tb)；

●稳态电流ik(t＝tend)，如在30个周期后；

非对称开断电流按如下公式计算：；

时间t_D，tb，tend为输入值，周期T按T＝1.0/f₀计算(f₀为标准系统频率)。

假设计算的网络不啮合，故障类型始终是三相对称故障。被用来计算电动机和发电机的短路电流的公式在标准文档中给出。

在故障点的短路电流的计算作为一个个体的电动机和发电机的短路电流的叠加。

预设条件(次暂态和暂态内部电压和工作电流)可以来源于有源元件的标称值，或来自于之前的潮流计算。预设条件也可以忽略。

当不考虑短路电流衰减时，只有次暂态电抗将使用。忽略短路电流衰减的含义在标准中给出。

短路之后的节点电压不计算。

IEC61660-1标准

该标准描述了在发电厂和变电站的直流辅助设备的短路电流的计算方式。计算以下电流：

●预定时间(t_D)的短路电流直流分量；

●峰值短路电流ip；

●稳态电流Ik(t＝tend)；

时间t_D和tend为输入值。

假设计算的网络不啮合，平行线或元件不考虑。在平行线的情况下，只有一条线必须表示。在线路输入对话框中的“行数”参数可以用来定义任意数量的平行线。设备的下面部分被考虑：

●整流器(NEPLAN转换器)；

●电池(NEPLAN直流电压源)；

●电容器(NEPLAN直流并联)；

●直流电机(NEPLAN直流电机)；

整流前的交流部分必须由变压器和网络馈线来表示，或者直接通过网络馈线。

换流电阻和电抗必须在NEPLAN转换器中输入。平滑电抗器可以通过NEPLANDC电抗器来表示。

用来计算以上提到的元件的短路电流公式在标准文档中给出。

故障位置的短电路电流计算是所有个体来源的叠加。如果有一个一般支路的短路，个体来源的电流通过一个因子来纠正，在标准文档中有所解释。

短路后的节点电压不计算。

局部网络的计算(短路)

在大型网络中，它包含了几个局部网络，它是可以选择需要计算的局部网络。局部网络是一个不连接到另一个网络的网络，可能是因为开放线路的原因。该程序显示在列表框中的所有部分网络，用户可以选择网络来计算。计算大型网络的局部具有节省了大量计算时间的优势。

弧闪计算

电弧闪光计算在短路计算后进行。

弧闪结果

电弧闪光的计算仅在3相故障时计算。结果只显示在故障点和故障距离为0的地方，也就是供给故障位置的所有分支机构。其结果显示在单线图，激活在图属性和列表的表中的相应参数。

电弧时间的计算

如果保护装置被定义的话，该程序将检查所有供给短路位置的分支。如果是这样，在该分支的所有设备的最大动作时间被确定。有电机负载的分支不考虑。

如果最大动作时间t_trip，程序将会检查跳闸装置的类型。对于

●熔断器：t_arc＝t_trip；

●断路器，继电器：t_arc＝t_trip+tCBopening；

tCBopening：断路器的开启时间(输入值)；

如果供给短路位置的分支中没有保护装置被定义，燃弧时间为一个输入值。

电弧闪光标签

用户可以打印每个故障位置的电弧闪光的标签。打印将在一个预定义的或用户定义的 MS-Excel电弧闪光标签模板文件的帮助下完成。下面的结果或信息可以被放置在一个模板 MS-Excel文件中：

●母线名称；

●馈线名称；

●电压等级；

●设备类型；

●接地；

●计算标准；

●可用三相冲击电流；

●闪存保护边界；

●工作距离的入射能量；

●工作距离；

●PPE等级；

●抵制接近边界；

●限制接近边界；

●禁止接近边界；

●弧闪分析时间；

●分析到期日；

此外，他必须定义；

●MS-Excel模板文件；

●所有的标签将被保存的MS-Excel文件；

用户要根据所选择的模板文件选择上述结果/信息。此外，他必须输入MS-Excel的单元，其中相应的结果/信息已被写入。按下短路结果对话框中的按钮“打印标签”后，MS-Excel将开始工作，所有的电弧闪光标签(每个故障位置一个工作表)的结果MS-Excel文件被创建。

创建弧闪标签模板文件

在NEPLAN目录中有预定义的电弧闪光标签模板文件，但是每个用户都可以创建自己的模板文件，可以使用自己的语言，字体，对齐方式，绘画等，有些单元式必须保持为空使得 NEPLAN可以写结果/信息到模板文件中。

可靠性分析模块具体设计如下：

可靠性计算理论：一段时间以来，已经有了网络分析工具可以计算潮流和短路电流。然而，自上世纪1970年代末以来，客户可能会经历有可用的程序来模拟发生故障时的影响和采取恢复供电和量化的供应中断的措施的影响。虽然这些可靠性计算程序，大大提高了定量分析的范围，但它们需要使用比潮流和短路电流计算更多的处理资源，需要解释结果的努力也越大。结果的复杂处理和可视化以提取实际规划的影响是必要的。

(n-1)标准：

当规划者选择可以容忍频率设备故障的网络拓扑结构时，供电可靠性隐约要从电源供应的开始端考虑。

这种合理性的考虑在网络规划的(n-1)标准中一直到今天都在使用。(n-1)标准背后的原则是一台设备的可能故障必须不能导致电源不可接受的中断。一定量的自由量应用于这种 “简单可用原则”的使用，因为它假设了一些元素组的故障是不可能的(例如经常使用的总线假设)。因此，这些被从故障分析中排除。另一方面，文中切换时短期中断的允许长度取决于相关的公用事业公司的理念。因此，(n-1)标准需要具体的解读指南以应用于实践。

当使用(n-1)标准时，规划者需手动调查所有的故障，并且确定网络中的现有资源是否足以在一个可接受的时间内重新建立供应给顾客。如果不是这种情况，网络范围的提升需要重新检查。

概率可靠性计算：

可靠性计算构成的用于施加于(n-1)标准的增强和自动程序。

但是，也有本质上的区别：

·与(n-1)标准相反的，在可靠性计算中研究了大量的系统状态。检测同时受故障或状态的最小概率影响的元素的最大数量的限制的状态数目。

·发生故障时，后果检查会自动运行。因此网络模型在故障的情况下需要包括保护装置和可利用开关。

·它在被检测的网络中不只是独立单一故障，而是所有故障类型，在以往已被证明是显著问题的来源，而被进行检查。考虑因素：

网络设备的停电行为(故障率和修复时间)；

在正常状态和突发状态下的网络运行；

允许短时元件过载；

保护概念包括保护故障；

真实的生成模式和负荷曲线；

概率方法的优点如下表一所示。

表一：概率方法的优点

对于网络元件的特征数据，这些数据从这些故障类型的故障统计可以得出，可以利用故障频率，停机时间或(条件的)概率。在德国，对于所有的公司而言，高电压网络组件的特征数据收集的是VDN(虚拟设备网络)干扰和破坏数据，不同的故障类型之间有所区别。

用于中压网络的设备，该VDN数据，只得到了整体图象。因此，需要被分解成故障类型，使用附加的统计方法或合理的假设基础。

如果一个运营商的网络具有足够的线路长度，以使得统计上可靠的测量值可以用于计算该网络，然后在那里分离是合理的，应优先考虑超过标准值的这些特定的值。对于设备的内部统计数据最多在中压范围可以利用。

在可靠性计算中，问题的最小贡献者是故障组合。这样的故障组合描述了由于随机(如故障结果)或确定的(如维修活动的结果)重叠而同时不在服务的成分。可靠性计算的目的是确定和量化在供给到负载节点时所有中断造成的相关故障组合的影响。

如规划者使用手动程序一样，这需要两个主要步骤：故障组合的产生和网络中供给的影响调查(故障影响分析，有限元分析)。

产生故障的组合，第一种方法是枚举。这需要界定上述指定的最小概率元素或同时受到影响的组件的最大数量的所有可能的组合。替代枚举是模拟，其中受影响的组件是在特征数据的基础上随机决定的。

产生中断的组合：

这些操作序列的关键部分是产生故障的组合达到一定的顺序，即同时故障组件的数量。对于每一种组合，程序所确定的各种“事件”，导致该组合特定。

因此，例如由于过度保护功能和操作人员的手动误跳闸可能会发生断路器的一阶中断，双阶中断也可能会发生，由于不可能同时进行独立组件故障或失效重叠部分的维修。

故障影响分析(FEA)：

每一个故障组合都会进行故障影响分析，第一，由网络保护系统决定的受故障影响的元件跳闸的范围，是无效的。然后，该软件决定了负载的供给是否应被限制在该状态下。如果是，则尝试至少部分地补给负荷。

故障组合的处理中所产生的用于该组合对网络的可靠性特性的贡献值，表示为概率。对于每个负载节点，会产生用于非供应或供应不足时频率和持续时间的数值。这种故障组合的贡献已添加到已确定的因素中，使得在处理所有相关的故障组合后，以获得每个节点的负载产生中断的详细图片。

评估结果：

为了正确地使用可靠性计算，要求有对结果进行分析的标准。这里考虑了两种不同的，互补的方面。

评估的第一种形式需要故障组合对其在网络供给效应的基础上进行分类。这种分为可以接受的和不可接受的故障组合可能有确定性和概率性两种标准。第(n-1)标准是一个确定性的标准的例子。概率准则包括Zollenkopf准则或最大中断的功率输出的规格，这取决于预期的中断频率和持续时间。

评估的第二个方面，仅可使用概率方法，是各负荷节点的整体故障图像的分类。如果客户的具体要求是已知的，则可以分为可接受或不可接受的情况。

然而，评估供电可靠性的理想方式是以货币的形式来评估它。特别是在网络规划方面，这种方法很容易把重点放在投资和运营成本上。通常所说的成本是指顾客由于中断电源而产生的费用。这种方法的主要缺点是计算这些成本需要巨大努力，而且事实是在公共电源供给的情况下，这些都表示为外部成本费用。

在欧洲，处罚条款也日趋广泛。例如，如果最低标准都没有达到，公用事业公司不得不缴纳罚款给监管机构。此外，作为放松管制的结果，公用事业公司被要求支付赔偿金的供应中断事件越来越普遍。在这些情况下，只有允许不同供电可靠性计算和评估不同的局部自动化措施的可靠性计算可以带来好处。

可靠性计算与NEPLAN：

系统需对可靠性计算进行详细的建模。例如，切换拓扑结构和手动和遥控开关的持续时间在突发事件中起着重要的作用。根据负载流量模型，系统需要额外的输入数据来进行可靠性分析。

可靠性研究通常包括以下步骤：

1.潮流计算研究体系的模型。

2.定义开关组件的拓扑结构(包括开关操作的持续时间)。

3.指定开关设备的保护配置。

4.指定系统接地。

5.输入和分配可靠性数据。

6.输入负载和发电特性(见计算参数)；指定负载和发电机元件的特性。

7.可以定义故障组。

8.调整计算参数。

9.开始计算。

10.网络图的可视化效果，通过表格和图表。

11.可能产生额外的评估。

12.可能重复步骤9至12，以分析不同的研究案例。

断路器跳闸的区域不需要由用户进行定义，该程序会自动识别它们。

开关设备的拓扑结构：

只有详细地模拟转换间隔，才能够正确地模拟保护系统，并确定在发生故障时的切换选项。如果没有足够的数据来构建一个转换间隔，那么就假设参数对话框中指定的默认配置。节点不属于总线(如电缆系统的接线盒或架空线路塔抽头)，必须明确赋值为特殊节点或节点类型参数的轴套。

有几种方法来指定转换间隔的拓扑结构：

1.通过节点到节点交换的转换间隔的详细建模

该转换间隔可作为由辅助节点(节点类型：特殊节点)分隔的不同交换设备的组合而详细得输入(隔离开关，断路器)，这些开关需要节点到节点的转换。

2.分配给逻辑开关的开关元件

每个分支(线，电缆，变压器等)的两端各有一个逻辑开关。在可靠性计算时一台逻辑交换机在只分配一个开关器件(开关元件)时被建模为开关装置。

断路器(开关元件)的参数对话框包含转换间隔的配置字段。在可靠性计算中，使用指定的转换间隔拓扑结构。

3.由母线定义转换间隔配置

为了减少用户输入的数据量，可以在母线的对话框中指定一个转换间隔配置。在可靠性计算中，这样的转换间隔被引入到每一个直接连接到汇流条的分支(没有开关元件，没有节点到节点的交换机)。

开关操作的持续时间：

转换间隔的拓扑结构不仅是可靠性计算也是开关操作的持续时间的重要组成部分。计算参数包含一个为远程控制开关操作设置的持续时间。这期间涉及了所有的遥控开关(启用遥控标志)。手动切换时间可以在母线数据对话框(可靠性标签)中输入。

变电站保护：

变电站保护在母线可靠性数据的保护条目中定义。如果选择了使用默认设置，那么则指定通过计算参数定义的标准变电站保护。

系统接地：

可靠性计算模块需要关于分析多个接地故障的接地数据的信息。接地类型由变压器数据对话框的接地标签和通过网络馈电元件Z(0)/Z(1)的最大字段定义。如果Z(0)/Z(1) 的最大值设置为小于10时，该系统被认为是直接接地；否则，它被假定为接地或补偿。

分配可靠性数据到网络要素：

可靠性数据类型可通过三种不同的可能性分配到网络元件：

1.指定数据类型的网络元件

2.通过连接母线定义开关设备的数据类型

母线不仅包含了自己的数据类型(母线类型)也包含了断路器和隔离开关的数据类型。没有分配一个自己的数据类型而连接到母线的开关设备在可靠性计算期间得到由母线定义的数据类型。

3.默认数据类型

数据类型选项卡包含有默认数据类型的条目。在可靠性计算中，这些没有一个单独的数据类型和不通过所连接的母线限定的数据类型的默认数据类型被分配给网络元件。

故障组合：

使用故障组合不是必须的。他们建立了一种工具来减少计算多个故障时的计算时间。

故障组合的定义：几个要素同时出现故障，其所属的不同故障组合创建相同的系统状态，如相应的单个故障的组合。

用户可以自由定义故障组合。故障组合可以简单地定义。网络元件自身的故障组合的可靠性数据录入。正如输入一个数值，就可以定义故障组合。如果输入0，没有分配故障组合。

参数(RE)：

包括通用，故障模式，负载限制，负荷和发电性能，可靠性的数据类型，故障定位标签。

一般

默认设置

交流潮流选项

故障模式

选项

(1)此选项，只有当故障组已分配给网络元件时起作用。

(2)该选项对于一般系统被禁用。如果电气隔离的元件出现的故障与相应的单故障总和有相同的效果此选项被激活。

负载限制：

可靠性计算允许电缆，架空线路，变压器，和连接器输入不同级别的热负荷。

三个时间范围的区别：短期，中期，和长期。时间限制行的2个字段定义了短期和中期的持续时间。在长期的时间范围内的持续时间是无限的(稳定状态)。

随时间变化的负载限制：

可以/禁止使用可变负载限制。

如果时间限制被设置为零，在可靠性计算中相应的时间段就不被考虑。12以下字段定义了负载限制。

考虑短期，中期和长期范围：

时间限制的短期持续时间>0

时间限制的中期持续时间>0

时间限制的短期持续时间<时间限制的中期持续时间

考虑到短期和长期范围：

时间限制的短期持续时间>0

时间限制的中期持续时间＝0

考虑到中期和长期范围：

时间限制的中期持续时间>0

时间限制的短期持续时间＝0

考虑到长期范围：

时间限制的中期持续时间＝0

时间限制的短期持续时间＝0

负荷和发电特性

随着电网的可靠性分析，在分析故障情况时，不同的负载和生产方式都经过了精心考虑。城市网络的高峰负荷期发生的故障肯定比在低峰负荷期的故障有更严重的后果。然而，理论上负载和发电曲线的建模会导致负载模式下的无限数值。另外，有必要限制检测状态下的数目。通常情况下，细分为两个特性负载状态就足够了。多达4个不同的负载状态也是可以的。

时间共享流定义了时间轴上的部分。这4个值的总和必须为100％。下面定义了8种不同的负载特性。

例如

可靠性数据类型：

可靠性数据类型可以分配给每一个网络元件。对没有分配数据类型的元件，默认数据类型将在可靠性计算中被使用。默认数据类型可以被定义为母线，架空线，电缆，变压器，负载，发电机组，断路器和隔离开关。默认数据类型的字段也可以为空。没有分配数据类型的元件都被假定为理想元件(无中断)。

故障定位：

更多

二次开发编程API库，是一个C/C++API库。它包括C/C++用户编程所需的系统数据访问以及计算算法等函数。主要函数功能如下：

访问任意元件的任意变量

改变任意元件的任意变量的值

执行分析、计算功能

检索计算结果

添加新的元件到计算网络

从计算网络删除元件

添加或改变组件的图形信息(XY坐标、符号等)

在配网高级计算中，主要包含节点和电气元件两种类型。

节点是两个元素或位置的连接点，是电能将生产或消耗(发电机，负载)的地方。主要包括：母线、T接点、线缆接头等。

节点由以下几部分来描述：

①名字

②额定电压(kV)系统

③区和地区

④节点种类：主要母线，母线，套筒，特殊节点

⑤描述

标准系统电压为相电压，为电力系统指定电压，并且是电力系统已经提到的几个特征之一。系统中的节点的标准系统电压必须在节点数据输入时输入。每一个电压作为相间电压(三角电压)。

没有必要跳过所有元素间的节点，他们也可以与链接直接相连。在这种情况下没有节点的结果可以被提交，且不超过两个元素可以在同一个点连接在一起。

一个元件对应于一个网络组件，如线路，变压器或电机。有有源元件和无源元件之分。一个元件用以描述拓扑的起始和结束节点。三相绕组变压器的第三个节点必须给出。主要包括：变压器、线段、开关、负荷等。元件具有一个或多个端子(端子数：1～4)，每个端子都连接到节点上，形成节点–元件-节点的拓扑连接关系。

单端子元件：外部网络、负荷、发电机、电动机等。

双端子元件：线段、开关、逆变器等。

变压器根据变压器线圈绕组数量可以分成：双端子变压器、三端子变压器、四端子变压器。

在参与计算的电力网络模型中，必须至少存在一个Slack类型的外部网络。

做潮流计算时，至少应给出节点的额定电压和元件的阻抗参数等。

对于电力系统的常用元件，每种规格型号的元件、布设形式一致的，可以采用统一的电气元件参数，建立电气元件参数库。

以配电GIS单线图、联络图为基础，集成配电MIS、调度SCADA，趋势数据和电气元件库电气特征转换成系统支持的XML文件，通过接口程序导入到数据库中，分析模块根据这些数据进行相应的计算分析。

计算分析结果亦可以通过XML文件方式返送回配电GIS中，在配电GIS的单线图或网络图上叠加显示计算结果。

本发明项目的实施可以针对目标配电网络进行运行可靠性评估。该项目的最大优点在于在事前就对可靠性以及潮流优化效果进行评估，在工作中可以重点关注供电可靠性与配网运行潮流的薄弱环节，在规划中可以评估未来规划网络的运行可靠性水平与重点用户的供电水平。对于提供配电网的规划和供电水平具有积极的意义。项目的主要研究内容为：

1、可靠性评估模型研究

获取现行配电网拓扑结构、电气参数及以往可靠性统计数据，研究不同故障、操作等因素对可靠性的影响，通过模拟分析故障后果的影响(FEMA)，寻求指示可靠性的特征参量与方法，同时针对电网潮流研究以可靠性为基础的不同优化影响分析。

2、现场系统研究

通过部署一套可靠性评估系统软件，实际录入配电网拓扑结构、电气参数、以往可靠性统计数据，通过计算分析配电网优化潮流和运行可靠性，将计算出的配电网运行可靠性评估、潮流优化结果，与实际配电网运行状态以及配电网规划专家经验进行对比。

3、系统分析研究

通过对可靠性评估系统软件的实际效果与配电专家决策的对比分析，进而形成进而对配电网运行网络优化、供电可靠性、重要用户供电优化、可靠性规划提供分析辅助的技术手段。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：包括：GIS接口、数据库、服务器、若干客户端，客户端连接服务器，服务器连接数据库，数据库与GIS接口相连。

2.根据权利要求1所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：GIS接口用于导入用于分析的第一类数据，第一类数据包括网络架构、趋势数据、拓扑数据；数据库用于存储第一类数据；服务器用于可靠性评估及优化，客户端用于获得最终结果。

3.根据权利要求1所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：服务器包括潮流分析模块、短路分析模块、可靠性分析模块，潮流分析模块、短路分析模块连接可靠性分析模块，可靠性分析模块连接客户端、GIS接口和数据库。

4.根据权利要求3所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：服务器包括二次开发编程API库，可靠性分析模块连接开发编程API库。

5.根据权利要求3所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：潮流分析模块中潮流计算的出发点为网络方程(I＝Y·U)和功率方程(S＝U·I^*)；对于给出未知节点电压和给定节点功率的二次非线性方程系统，从功率方程消除节点电流的矢量来减小负载流；其中I是节点电流矢量，U是节点电压矢量，Y是网络导纳矩阵，S是节点功率矢量。计算方法包括：拓展的牛顿迭代法；电流迭代法；牛顿-拉夫逊法；电压降(仅适用于径向弱网状网络)；直流潮流。

6.根据权利要求3所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：短路分析模块根据故障类型建立对应的短路电流模型，故障类型包括三相短路、单项接地短路、两相短路、两相接地短路、特殊短路，特殊短路模型中可以通过改变短路计算参数来定义任意的短路类型。

7.根据权利要求3所述的配电网运行可靠性评估及优化系统，其特征在于：初始短路电流Ik″通过IEC标准或叠加法计算；

初始短路功率Sk″根据出现的故障类型计算：

对称故障：

非对称和特殊故障：Un为标称系统电压；

峰值短路电流Ip根据IEC标准计算，

短路开断电流Ib和稳态电流Ik根据不同网络类型计算：

当计算不对称和特殊故障，Ib＝Ik″；

热短路电流Ith计算公式为：

短路功率的直流分量的计算：其中f为频率，t为短路持续时间，R/X为阻抗的虚部，R/X根据等效频率法计算；

非对称的1/2周期电流Iasy按如下公式计算：

对称的开断电流按如下公式计算：

对称稳态电流按如下公式计算：Zkk1是故障位置的阻抗。