CN108321800A - 一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，包括步骤：1)检查并确认220千伏及以上主网状态估计准确、配电网设备参数准确；2)获取SCADA系统中的220千伏母线的电压、相角；3)选择需要合环的两条10千伏线路所属的10千伏母线；4)检查并确认合环回路设备满足要求；5)构建三级降压配电网合环模式，量化合环回路网络，获取量化后的合环回路的阻抗值；6)对线路进行合环，获取10千伏母线的供电路径的有功功率和无功功率，结合合环路径的阻断阻抗计算合解环点两侧母线的电压和相角；7)根据合解环点两侧母线的电压、相角及合环回路的阻抗值，获取合环电流。与现有技术相比，本发明计算可靠、准确，适合于所有配电网合环模式。

Description

一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法

技术领域

本发明涉及电网供电技术领域，尤其是涉及一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法。

背景技术

随着电网技术的发展，电网供电的范围在不断扩大。对于目前的电网，其分属不同分区的线路进行并解时会因环流等情况的影响发生开关跳闸现象，如果处理不好还可能造成用户失电。如何减少或消除并解时的开关跳闸问题已成为调控运行时急需解决的关键问题。

现有电网并解细则中规定，对不同分区的线路进行并解时，需调整相关母线电压(母线电压之差不大于0.1千伏)，对应分区开口电压小于5V，两线路累计负荷小于150A时，可执行并解操作。如图1所示，假设两个变电站母线电压分别为U1和U2，则进行和解环时，电压差ΔU＝U1-U2。根据细则要求，假设从幅值上|U1|＝|U2|，则按照图1，可以得到公式ΔU＝2U1sinΦ/2。对于10千伏线路合解环，假设进行合环时，两个变电站母线线电压都为10千伏，则ΔU＝2U1sinΦ/2≤0.5(其中0.5为开口电压5V换算成一次侧值)，可以推算出，相角差Φ≤2.87。由此可见，即使两个变电站间的电压幅值相差不大，一旦二者间的相角差较大时，同样是不符合要求的；如果合环时相角差较大，则可能达到保护整定的启动值，造成开关跳闸。

获取网络拓扑和功率量化合环时的环流数值可以有效的给调控人员提供可靠依据从而选择合解环操作的策略。合解环环流数值主要受合解环点两侧母线电压差和相角差的影响。然而目前合解环点两侧母线电压值和相角值的获取方法大多为估计法，还未有准确有效的手段获取合解环点两侧母线电压和相角。此外，不同的电网配电模式也是限制获取合解环点两侧母线电压和相角的主要问题。10千伏配电网合环的方式主要有以下几类：

1)220千伏主变－110千伏主变－35千伏主变－10千伏出线；

2)220千伏主变－110千伏主变－10千伏出线；

3)220千伏主变－35千伏主变－10千伏出线。

配电网中从220千伏电压等级降压至10千伏电压等级最多经过了三级降压过程。因此，在不影响系统拓扑的前提下，提供一种有效且能够适应任意合解环模式下的获取方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，包括以下步骤：

1)检查并确认220千伏及以上主网状态估计准确、配电网设备参数准确；

2)获取SCADA系统中的220千伏母线的电压、相角；

3)选择需要合环的两条10千伏线路所属的10千伏母线；

4)检查并确认合环回路设备满足要求；

5)构建三级降压配电网合环模式，量化合环回路网络，获取量化后的合环回路的阻抗值；

6)对线路进行合环，获取10千伏母线的供电路径的有功功率和无功功率，结合合环路径的阻断阻抗计算合解环点两侧母线的电压、相角；

7)根据合解环点两侧母线的电压、相角及合环回路的阻抗值，获取合环电流。

优选地，所述的步骤5)的具体内容为：对于两级降压的配电网合环模式，虚拟降压过程，构成三级降压配电网合环模式后，量化合环回路网络，获取量化后的合环回路的阻抗。

优选地，所述的步骤6)中，合解环点两侧母线的电压的计算过程为：

以合解环点一侧上一级母线电压U_b作为参考相量，上一级母线电压U_b的相角为θ₂，合解环点一侧母线电压为U_a，相角为θ₁，合环路径的阻断阻抗为Z_eq＝R+jX；ΔP为10千伏母线的供电路径的有功功率；ΔQ为10千伏母线的供电路径的无功功率；

则合解环点一侧母线电压向量的计算公式为：

令δ_ab为合环开关两端的相角差，合解环点一侧母线电压向量还可写成：

则联立上述两式可得

因|δ_ab|＜15°，R<<X，则cosδ_ab≈1，Rsinδ_ab≈0，Xsinδ_ab≈Xδ_ab，分别对上式中的电压幅值差和相角差求解偏导数可得：

由上式可知，获取δ_ab和(U_a-U_b)后，即可获取合解环点一侧母线电压向量则有：

U_a∠θ₁＝U_b∠θ₂+(U_a-U_b)∠δ_ab

优选地，所述的步骤7)中，合环电流I的表达式为：

其中，U_b1、U_b2分别为合解环点两侧母线的电压值，θ_b1、θ_b2分别为合解环点两侧母线的相角值，Z_e为量化后的合环回路的阻抗。

优选地，所述的步骤1)中，配电网设备参数包括35千伏配电网设备参数和10千伏配电网设备参数。

优选地，所述的步骤4)中，合环回路设备满足的要求包括：回路中的电流互感器变比为500/5及以上，回路中架空线路导线截面为185mm²及以上，回路中的电缆截面为300mm²及以上，回路中的断路器、隔离开关、负荷开关的额定电流大于500A。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明方法通过合解环点上一级电压作为参考向量，通过获取SCADA系统中的220千伏母线电压和相角、10千伏母线供电路径的相关有功和无功数据以及合环路径的阻断阻抗，即可计算获得合解环点两侧母线的电压值、相角值，进而获取合环电流，相比于现有技术的估计法，可为调控人员提供可靠的量化数据支持；

二、本发明方法对于二级降压的配电网合环模式虚拟了未有的降压级，构成了三级降压的配电网合环模式，整合了合环回路网络的拓扑结构，整合后的合环回路模型适合于所有配电网合环类型，使得所有的配电网合环类型都可以通过此方法相对准确地获取合解环点两侧母线的电压值、相角值，以及合环电流。

附图说明

图1为合环时的电压原理图；

图2为一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法的流程图；

图3为本发明实施例中量化合环网络拓扑结构的等效图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图2所示，本发明涉及一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，该方法包括以下步骤：

(一)检查并确认220千伏及以上主网状态估计准确、配电网设备参数准确。

具体包括：

(1)220千伏及以上主网状态估计准确；

(2)35千伏配电网设备参数准确；

(3)10千伏配电网设备参数准确。

(二)获取SCADA系统中的220千伏母线的电压、相角。

(三)选择需要合环的两条10千伏线路所属的10千伏母线。

(四)检查并确认合环回路设备满足要求。

合环回路设备满足的要求包括：回路中的电流互感器变比为500/5及以上，回路中架空线路导线截面为185mm²及以上，回路中的电缆截面为300mm²及以上，回路中的断路器、隔离开关、负荷开关的额定电流大于500A。

(五)构建三级降压配电网合环模式，量化合环回路网络，获取合环回路的阻抗。

对于两级降压的配电网合环模式，虚拟降压过程，构成三级降压配电网合环模式后，量化合环回路网络。在不影响SCADA系统拓扑的前提下，将合环回路网络进行量化后的等效图如图3所示。量化后的合环回路的阻抗为Z_e＝Z_T1.高+Z_T1.低+Z_T2.高+Z_T2.低+Z_L1+Z_L2。

(六)对线路进行合环，获取10千伏母线的供电路径的有功功率和无功功率，结合合环路径的阻断阻抗计算合解环点两侧母线的电压和相角。

以合解环点某一侧上一级母线电压U_b作为参考相量，上一级母线电压U_b的相角为θ₂；合环路径的阻断阻抗Z_eq＝R+jX，合环后的环流(即均衡潮流)ΔS＝ΔP+jΔQ，则合解环点某一侧母线电压U_a为：

其中，R为阻抗实部值，X为阻抗虚部值；ΔP为10千伏母线的供电路径的有功功率，ΔQ为10千伏母线的供电路径的无功功率。

令δ_ab为合环开关两端的相角差，合解环点某一侧母线电压U_a还可以写成：

U_a＝U_acoSδ_ab+jU_asinδ_ab (2)

联立式(1)和式(2)可得：

对式(3)分别就电压幅值差和相角差求偏导数。一般地，|δ_ab|＜15°，R＜＜X,因此，cosδ_ab≈1，Rsinδ_ab≈0，Xsinδ_ab≈Xδ_ab，则有：

由式(4)可知，相角差对于有功潮流的影响远大于电压幅值差。最终影响合环时环流大小的因素是合解环点两侧的电压差(幅值差和相角差)，以及合环路径的等值阻抗。

进一步获取合解环点某一侧母线电压为：

U_a∠θ₁＝U_b∠θ₂+(U_a-U_b)∠δ_ab (5)

(七)根据合解环点两侧母线的电压、相角及等值网络阻抗，获取合环电流。

根据式(1)～式(5)，令计算得到的合解环点两侧母线的电压值分别为U_b1、U_b2，则可获取合环电流I为：

因Z_e＝Z_T1.高+Z_T1.低+Z_T2.高+Z_T2.低+Z_L1+Z_L2，则有：

其中，θ_b1、θ_b2分别为合解环点两侧母线的相角值。

为证明本方法的有效性，本实施例进行了实际配电网下的10千伏线路合环，并采用本发明方法进行合环电流的获取。两条10千伏线路鹏11天鹏和鹏21镇东的合解环，合解环时间分别在22:30和12:30，第一次合环模拟了鹏11天鹏带两条线路全部负荷，在鹏21镇东处开口；第二次合环模拟了鹏21镇东带两条线路全部负荷，在鹏11天鹏处开口。采用本发明方法的计算数据如表1所示：

表1线路鹏11天鹏和鹏21镇东的合解环相关计算数据

从表1可以看出，第一次合环后，计算所得的合环电流为471A，合环后实际值为460A，计算值与实际值相差不大；第二次合环后，计算所得的合环电流为352A，合环后实际值为310A，计算值与实际值相差不大；对于较小的环流值，建议可在此时间段通过两条线路的连接杆刀进行解环。而在实际操作中鹏11天鹏在线路合环后开关跳闸。第二次合解环操作中线路正常翻正。

本实施例针对跨分区线路的南桥分区和亭卫分区的合解环进行了分析。两条10千伏线路青7青泰(南桥分区)和口21滨江(亭卫分区)的合解环，合解环时间为14:30和17:00。采用本发明方法计算的数据如表2所示：

表2线路青7青泰和口21滨江的合解环相关计算数据

由表2可知，第一次合环后，计算所得的合环电流为212A，合环后实际值为232A，计算值与实际值相差不大；第二次合环后，计算所得的合环电流为275A，合环后实际值为253A，计算值与实际值相差不大；且实际操作中两条线路合解均顺利操作。

通过计算结果和实际合解抄录电流对比，本发明方法计算获得的环流数据在实际案例中能够完整地反映出10千伏出线合解环时的合环电流，足以为调控人员提供参考。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)检查并确认220千伏及以上主网状态估计准确、配电网设备参数准确；

2)获取SCADA系统中的220千伏母线的电压、相角；

3)选择需要合环的两条10千伏线路所属的10千伏母线；

4)检查并确认合环回路设备满足要求；

5)构建三级降压配电网合环模式，量化合环回路网络，获取量化后的合环回路的阻抗值；

6)对线路进行合环，获取10千伏母线的供电路径的有功功率和无功功率，结合合环路径的阻断阻抗计算合解环点两侧母线的电压、相角；

7)根据合解环点两侧母线的电压、相角及合环回路的阻抗值，获取合环电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，所述的步骤5)的具体内容为：对于两级降压的配电网合环模式，虚拟降压过程，构成三级降压配电网合环模式后，量化合环回路网络，获取量化后的合环回路的阻抗。

3.根据权利要求2所述的一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，所述的步骤6)中，合解环点两侧母线的电压的计算过程为：

以合解环点一侧上一级母线电压U_b作为参考相量，上一级母线电压U_b的相角为θ₂，合解环点一侧母线电压为U_a，相角为θ₁，合环路径的阻断阻抗为Z_eq＝R+jX；ΔP为10千伏母线的供电路径的有功功率，ΔQ为10千伏母线的供电路径的无功功率；

则合解环点一侧母线电压向量的计算公式为：

令δ_ab为合环开关两端的相角差，合解环点一侧母线电压向量还可写成：

则联立上述两式可得

因|δ_ab|＜15°，R＜＜X，则cosδ_ab≈1，Rsinδ_ab≈0，Xsinδ_ab≈Xδ_ab，分别对上式中的电压幅值差和相角差求解偏导数可得：

由上式可知，获取δ_ab和(U_a-U_b)后，即可获取合解环点一侧母线电压向量则有：

U_a∠θ₁＝U_b∠θ₂+(U_a-U_b)∠δ_ab 。

4.根据权利要求3所述的一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，所述的步骤7)中，合环电流I的表达式为：

其中，U_b1、U_b2分别为合解环点两侧母线的电压值，θ_b1、θ_b2分别为合解环点两侧母线的相角值，Z_e为量化后的合环回路的阻抗。

5.根据权利要求1所述的一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，所述的步骤1)中，配电网设备参数包括35千伏配电网设备参数和10千伏配电网设备参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于10千伏母线电压向量的合环电流获取方法，其特征在于，所述的步骤4)中，合环回路设备满足的要求包括：回路中的电流互感器变比为500/5及以上，回路中架空线路导线截面为185mm²及以上，回路中的电缆截面为300mm²及以上，回路中的断路器、隔离开关、负荷开关的额定电流大于500A。