CN110912139A - 中高压电网合环运行的控制方法 - Google Patents

中高压电网合环运行的控制方法 Download PDF

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CN110912139A CN201911236510.8A CN201911236510A CN110912139A CN 110912139 A CN110912139 A CN 110912139A CN 201911236510 A CN201911236510 A CN 201911236510A CN 110912139 A CN110912139 A CN 110912139A
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张磊
时雨
陈志坚
何度江
黄晶
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Abstract

本发明涉及一种中高压电网合环运行的控制方法，属于电网合环运行技术领域。该方法主要步骤为：获取合环网络网架结构图并选取电源节点、负荷节点，根据中高压电网合环网络画出简化后的等值电路，获取合环环形网络中的等值阻抗、节点负荷，根据中高压电网环形网络潮流分布特点求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率，并进一步求得流过合环线路的环流复功率，再由环流复功率计算流过合环线路的稳态电流、冲击电流，当合环线路上有负荷电流时应叠加入负荷电流，将流过合环线路的稳态电流、冲击电流分别与合环线路最大允许工作电流和冲击电流比较，判断是否可执行中高压电网合环操作。本发明方法简单实用、精度高，广泛适用于中高压电网的合环操作。

Description

中高压电网合环运行的控制方法
技术领域
本发明属于电网合环运行技术领域，具体涉及一种中高压电网合环运行的控制方法。
背景技术
随着经济的迅速发展和社会的进步，对供电可靠性的要求越来越高，中高压电网中不同变电站之间的联络线或双电源供电变电站形成的联络为负荷转供和调整运行方式提供了便利，通过合环优化调整电网运行方式可有效提高供电可靠性。但不适宜的合环操作会产生过大的合环电流，导致保护动作跳闸，损坏设备，扩大停电面积。主网的合环操作大多凭调度员(调控员)的经验操作，缺乏有效的计算，依据不足，存在风险。CN 105552882A公布了一种电网合环的控制方法，但未考虑主变压器中压侧带负荷的情形，等效过程影响了计算精度，且没有考虑双电源供电的变电站对上一级变电站形成的联络，适用范围有一定的局限性。因此如何克服现有技术的不足是目前电网合环运行技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种精度更高、应用更简便、适用范围更广泛的中高压电网合环运行的控制方法，为电力调度员(调控员)开展主网合环操作提供依据，有效提高供电可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种中高电压电网合环运行的控制方法，包括以下步骤：
(1)获取合环网络网架结构图，选取中高压电网合环网络中提供电源的母线节点作为电源节点，有负荷的母线节点作为负荷节点；
(2)假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据中高压电网合环网络画出简化后的等值电路，若合环线路中间有负荷，将合环线路中间负荷等效前移至合环前对该负荷供电的母线上；
(3)获取合环环形网络中的等值阻抗和节点负荷；
(4)根据环形网络潮流分布的特点，求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率：
Figure BDA0002305029480000011
式中n为等值电路中的节点数，n≥2的自然数，
Figure BDA0002305029480000012
为负荷节点n与电源节点之间的总阻抗共轭值，
Figure BDA0002305029480000021
为负荷节点n的运算负荷；
Figure BDA0002305029480000022
为环形网络的总阻抗；
(5)根据步骤(4)所得电源节点流向临近负荷节点的复功率和获取的合环环形网络中的节点负荷求得合环时流过合环线路的复功率，即合环时的环流复功率：
Figure BDA0002305029480000023
式中k为等值电路中电源节点至合环线路一侧母线负荷节点的节点数，含合环线路一侧母线负荷节点；k≥2的自然数，且k＜n，
Figure BDA0002305029480000024
为电源节点流向临近负荷节点的复功率，
Figure BDA0002305029480000025
为负荷节点k的运算负荷；
(6)根据步骤(5)所得环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算出合环时的稳态环流；
(7)由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流；
当通过合环线路出线断路器稳态电流小于合环线路最大允许稳态电流，且通过合环线路出线断路器冲击电流小于合环线路最大允许冲击电流时，执行合环操作；否则，终止合环操作。
进一步，优选的是，步骤(3)中，所述合环环形网络中的等值阻抗通过获取合环环形网络中的主变压器、线路参数计算求得；
所述节点负荷，用复数表示，由数据采集与监视控制系统获取。
进一步，优选的是，所述步骤(4)求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率的方法为：
根据简化后的等值电路，用简化的回路电流法列出方程，解方程即可得到由电源节点流向临近负荷节点的复功率。
进一步，优选的是，步骤(6)中，根据环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算合环稳态环流的具体步骤包括：
由环流复功率取模求得环流视在功率：
Figure BDA0002305029480000026
式中，S环表示环流视在功率，
Figure BDA0002305029480000027
表示环流复功率；
所述合环稳态环流：
Figure BDA0002305029480000028
式中I稳环表示合环时的稳态环流，S环表示环流视在功率，U表示合环线路上的母线平均电压。
进一步，优选的是，步骤(7)中，由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流的具体步骤包括：
由合环路径的冲击系数及步骤(6)所得合环稳态电流计算出合环时的冲击环流：
Figure BDA0002305029480000031
Kch为冲击系数；I稳环表示合环时的稳态环流；
根据步骤(6)所得稳态环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器稳态电流；
根据合环时的冲击环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器冲击电流。
进一步，优选的是，Kch取值为1.80。
当终止合环操作后，需调整负荷或选取其他负荷时段再采用本发明方法重新进行判定。
本发明中所述的数据采集与监视控制系统为SCADA系统。
本发明中所述的节点负荷的获取方式不限于SCADA系统，还可以通过其它测量方式获得。
本发明中冲击系数Kch的获取方式可以运用一阶电路零状态响应相关知识求得冲击系数Kch，或根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)得到。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明中高压电网合环运行的控制方法等值分析过程更合理，精度更高、获取数据容易，不需要增加设备，易于实施，应用更简便；考虑到了主变压器中压侧带负荷和双电源供电的变电站对上一级变电站形成的联络的情况，适用范围更广泛；可为中高压电网合环操作提供有力依据，降低中高压电网操作风险，帮助电力调度员通过合环对电网运行方式做出合理有益的调整以及转供负荷等，从而提高供电可靠性，减少停电损失。
附图说明
图1为本发明中高压电网合环运行的控制方法流程示意图；
图2为本发明应用实例两个220kV变电站110kV有联络的示意图；其中，(a)为两个220kV变电站110kV有直接联络线，(b)为两个220kV变电站110kV通过一个110kV变电站有间接联络；
图3为本发明应用实例合环后的简化等值电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
一种中高电压电网合环运行的控制方法，包括以下步骤：
(1)获取合环网络网架结构图，选取中高压电网合环网络中提供电源的母线节点作为电源节点，有负荷的母线节点作为负荷节点；
(2)假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据中高压电网合环网络画出简化后的等值电路，若合环线路中间有负荷，将合环线路中间负荷等效前移至合环前对该负荷供电的母线上；
(3)获取合环环形网络中的等值阻抗和节点负荷；
(4)根据环形网络潮流分布的特点，求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率：
Figure BDA0002305029480000041
式中n为等值电路中的节点数，n≥2的自然数，
Figure BDA0002305029480000042
为负荷节点n与电源节点之间的总阻抗共轭值，
Figure BDA0002305029480000043
为负荷节点n的运算负荷；
Figure BDA0002305029480000044
为环形网络的总阻抗；
(5)根据步骤(4)所得电源节点流向临近负荷节点的复功率和获取的合环环形网络中的节点负荷求得合环时流过合环线路的复功率，即合环时的环流复功率：
Figure BDA0002305029480000045
式中k为等值电路中电源节点至合环线路一侧母线负荷节点的节点数，含合环线路一侧母线负荷节点；k≥2的自然数，且k＜n，
Figure BDA0002305029480000046
为电源节点流向临近负荷节点的复功率，
Figure BDA0002305029480000047
为负荷节点k的运算负荷；
(6)根据步骤(5)所得环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算出合环时的稳态环流；
(7)由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流；
当通过合环线路出线断路器稳态电流小于合环线路最大允许稳态电流，且通过合环线路出线断路器冲击电流小于合环线路最大允许冲击电流时，执行合环操作；否则，终止合环操作。
步骤(3)中，所述合环环形网络中的等值阻抗通过获取合环环形网络中的主变压器、线路参数计算求得；
所述节点负荷，用复数表示，由数据采集与监视控制系统获取。
所述步骤(4)求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率的方法为：
根据简化后的等值电路，用简化的回路电流法列出方程，解方程即可得到由电源节点流向临近负荷节点的复功率。
步骤(6)中，根据环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算合环稳态环流的具体步骤包括：
由环流复功率取模求得环流视在功率：
Figure BDA0002305029480000051
式中，S环表示环流视在功率，
Figure BDA0002305029480000052
表示环流复功率；
所述合环稳态环流：
Figure BDA0002305029480000053
式中I稳环表示合环时的稳态环流，S环表示环流视在功率，U表示合环线路上的母线平均电压。
步骤(7)中，由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流的具体步骤包括：
由合环路径的冲击系数及步骤(6)所得合环稳态电流计算出合环时的冲击环流：
Figure BDA0002305029480000054
Kch为冲击系数；I稳环表示合环时的稳态环流；
根据步骤(6)所得稳态环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器稳态电流；
根据步骤(2)所得冲击环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器冲击电流。
优选，Kch取值为1.80。
应用实例
以两个220kV变电站的110kV线路有联络为例讲述主网合环的情况。如图2所示，220kV甲、乙两座变电站电源点来自同一个500kV变电站的220kV母线，两个220kV变电站均为两台三卷变110kV侧并列，220kV甲变电站35kV侧有负荷、220kV乙变电站35kV侧没有负荷。
110kV线路合环后，形成电磁环网，潮流分布符合环形网络特点，选取500kV变电站的220kV母线为电源节点1、2、3、4为负荷节点，110kV合环线路上的负荷移至相应220kV变电站110kV母线上进行等效。
假定全网电压都为额定电压，忽略导纳支路，画出简化后的等值电路，如图3所示，运用回路电流法，可列方程：
Figure BDA0002305029480000061
其中，
Figure BDA0002305029480000062
为流经阻抗Z1的电流，
Figure BDA0002305029480000063
为节点2、3、4的注入电流；
再运用简化的回路电流法，即设电流
Figure BDA0002305029480000064
正比例于复功率的共轭值
Figure BDA0002305029480000065
或
Figure BDA0002305029480000066
(UN为额定电压)，方程(1)可转化为：
Figure BDA0002305029480000067
式(2)中，等值阻抗Z1、Z2、Z3、Z4可由已知主变压器、线路参数求得，节点2、3、4的运算负荷
Figure BDA0002305029480000068
可由数据采集与监视控制系统(SCADA系统)获取，或通过其它测量方式获得。
Figure BDA0002305029480000069
为流经阻抗Z1的复功率
Figure BDA00023050294800000610
的共轭值，
Figure BDA00023050294800000611
Figure BDA00023050294800000612
为相应运算负荷
Figure BDA00023050294800000613
的共轭值。
通过解方程(2)可得流经阻抗Z1的复功率分别为：
Figure BDA00023050294800000614
那么，流经阻抗Z3的复功率，即为环流复功率：
Figure BDA00023050294800000615
当220kV甲、乙变电站主变压器分列运行时，不在环路内的主变压器所带负荷等效为节点负荷，画等值电路时相应增加节点，环流复功率计算方法与上述类似，公式(4)可推广至更多节点的情况。
求得环流复功率后，环流视在功率可通过环流复功率取模求得：
Figure BDA00023050294800000616
进一步，可求得合环时的稳态环流：
Figure BDA00023050294800000617
运用一阶电路零状态响应相关知识可求得冲击系数Kch，或根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)，取冲击系数Kch推荐值为1.80，
Figure BDA0002305029480000071
那么冲击环流：
Figure BDA0002305029480000072
对于图2(a)合环线路为联络线，合环线路中间没有负荷，那么，通过合环线路出线断路器的稳态电流：
Id1稳＝Id2稳＝I稳环 (8)
(Id1稳、Id2稳为通过合环线路两侧出线断路器的稳态电流)
通过合环线路出线断路器的冲击电流为：
Id1冲＝Id2冲＝I冲环 (9)
(Id1冲、Id2冲为通过合环线路两侧出线断路器的冲击电流)
对于图2(b)合环线路为联络线，若合环线路中间负荷由220kV甲变电站供电，那么，通过合环线路出线断路器的稳态电流：
Id1稳＝I稳环+If，Id2稳＝I稳环 (10)
(If为220kV甲变电站通过110kV出线向110kV变电站供电的负荷电流)
通过合环线路出线断路器的冲击电流为：
Id1冲＝I冲环+If，Id2冲＝I冲环 (11)
(Id1冲、Id2冲为通过合环线路两侧出线断路器的冲击电流)
当通过合环线路的稳态电流和冲击电流分别小于合环线路最大允许工作电流和冲击电流时，方可考虑合环操作；否则需进行负荷调整或选取合适负荷时段再进行合环操作。
计算、比较、判断过程可借助系统或电子表格或其他工具进行实现，比如公式导入数据采集与监视控制系统(SCADA系统)可实现在线实时计算、比较、判断。
CN105552882A公布了一种电网合环的控制方法，与之相比，本发明考虑了主变压器中压侧带负荷的情形，提高了等效过程中的计算精度；考虑了双电源供电的变电站对上一级变电站形成的联络，适用范围更加广泛；等值方法、计算分析过程和控制流程更优、更合理，应用更方便。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种中高电压电网合环运行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取合环网络网架结构图，选取中高压电网合环网络中提供电源的母线节点作为电源节点，有负荷的母线节点作为负荷节点；
(2)假定全网电压均为额定电压，忽略导纳支路，根据中高压电网合环网络画出简化后的等值电路，若合环线路中间有负荷，将合环线路中间负荷等效前移至合环前对该负荷供电的母线上；
(3)获取合环环形网络中的等值阻抗和节点负荷；
(4)根据环形网络潮流分布的特点，求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率：
Figure FDA0002305029470000011
式中n为等值电路中的节点数，n≥2的自然数，
Figure FDA0002305029470000012
为负荷节点n与电源节点之间的总阻抗共轭值，
Figure FDA0002305029470000013
为负荷节点n的运算负荷；
Figure FDA0002305029470000014
为环形网络的总阻抗；
(5)根据步骤(4)所得电源节点流向临近负荷节点的复功率和获取的合环环形网络中的节点负荷求得合环时流过合环线路的复功率，即合环时的环流复功率：
Figure FDA0002305029470000015
式中k为等值电路中电源节点至合环线路一侧母线负荷节点的节点数，含合环线路一侧母线负荷节点；k≥2的自然数，且k＜n，
Figure FDA0002305029470000016
为电源节点流向临近负荷节点的复功率，
Figure FDA0002305029470000017
为负荷节点k的运算负荷；
(6)根据步骤(5)所得环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算出合环时的稳态环流；
(7)由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流；
当通过合环线路出线断路器稳态电流小于合环线路最大允许稳态电流，且通过合环线路出线断路器冲击电流小于合环线路最大允许冲击电流时，执行合环操作；否则，终止合环操作。
2.根据权利要求1所述中高压电网合环运行的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述合环环形网络中的等值阻抗通过获取合环环形网络中的主变压器、线路参数计算求得；
所述节点负荷，用复数表示，由数据采集与监视控制系统获取。
3.根据权利要求1所述中高压电网合环运行的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)求得由电源节点流向临近负荷节点的复功率的方法为：
根据简化后的等值电路，用简化的回路电流法列出方程，解方程即可得到由电源节点流向临近负荷节点的复功率。
4.根据权利要求1所述中高压电网合环运行的控制方法，其特征在于，步骤(6)中，根据环流复功率和合环线路母线上的平均电压计算合环稳态环流的具体步骤包括：
由环流复功率取模求得环流视在功率：
Figure FDA0002305029470000022
式中，S环表示环流视在功率，
Figure FDA0002305029470000023
表示环流复功率；
所述合环稳态环流：
Figure FDA0002305029470000021
式中I稳环表示合环时的稳态环流，S环表示环流视在功率，U表示合环线路上的母线平均电压。
5.根据权利要求1所述中高压电网合环运行的控制方法，其特征在于，步骤(7)中，由合环时的稳态环流、冲击系数及通过合环线路出线断路器负荷电流求得通过合环线路出线断路器稳态电流和冲击电流的具体步骤包括：
由合环路径的冲击系数及步骤(6)所得合环稳态电流计算出合环时的冲击环流：
Figure FDA0002305029470000024
Kch为冲击系数；I稳环表示合环时的稳态环流；
根据步骤(6)所得稳态环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器稳态电流；
根据合环时的冲击环流与合环前通过合环线路出线断路器负荷电流叠加得到通过合环线路出线断路器冲击电流。
6.根据权利要求1所述中高压电网合环运行的控制方法，其特征在于，Kch取值为1.80。
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