CN112199861B - 一种配电网合环调电可行性的判断方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，基于合环操作场景的设备运行方式和运行数据，通过电网静态等值计算，获得合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的等值电源；在两个等值电源之间建立合环调电操作涉及的一次设备、负荷和继电保护等自动控制装置模型；进行模型合环调电仿真计算，获得设备合环运行电气模拟量向量和开关量向量；基于电气模拟量向量、开关量向量及一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标并经计算获得评估值，用评估值判断合环调电可行性。本申请配电网合环调电可行性的判断方法，依据一二次设备基础数据及仿真模型的计算数据，不依赖人工主观判断及经验，提高了合环调电可行性判断的准确性。

Description

一种配电网合环调电可行性的判断方法

技术领域

本申请涉及配电网运行技术领域，尤其涉及一种配电网合环调电可行性的判断方法。

背景技术

随着经济的发展，客户对用电的可靠性的要求越来越高。为满足客户对于供电连续性的要求，合环调电技术也显得尤为重要。合环调电是指配电网供电时，某个母线、开关或馈线需要检修或者发生故障，该母线、开关或馈线上的多电源供电的负荷可以通过合环操作进行负荷转移，将负荷转移到与之相连的其他母线或馈线上，从而实现不停电转移负荷。合环调电可以实现供电的连续性，提升公众对电力服务的满意度。

隶属于两个不同分区的变电站进行合环调电时，因受系统运行状况和电网参数影响，可能出现因合环潮流变化，导致合环稳态电流远大于正常负载电流的情形，从而引发设备过载、继电保护误动、短路电流超标、电磁环网等风险，影响电网安全。

为解决这一问题，一般会在开展合环操作之前，进行合环暂稳态电流的计算。常用的做法有：基于机电暂态仿真软件计算方法和基于电源等效的电路原理计算方法。前者基于机电暂态仿真软件计算合环后的稳态电流，并以此为基础用稳态电流乘以系数获得合环暂态冲击电流；而后者主要是基于合环两端的等效电源，并简化合环电路，利用电路原理的方法，计算稳态电流，再乘以系数获得合环暂态冲击电流。

两种方法在计算暂稳态电流时，都没有考虑合环调电可能造成的配电网继电保护动作情况，暂态冲击电流的计算方法主观性太强。且该两种方法最后的可行性判断都需要基于计算结果进行人工判断，严重影响计算结果和合环判别的准确性。

发明内容

本申请提供了一种配电网合环调电可行性的判断方法，以解决合环操作可行性判断时，需对合环操作暂稳态电流计算结果进行人工判断，影响合环操作可行性判断准确性的问题。

本申请提供了一种配电网合环调电可行性的判断方法，其特征在于，包括：

获得合环操作场景的设备运行数据；

根据设备运行数据电网静态等值计算，获得进行合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的两个等值电源；

在两个所述等值电源之间建立合环调电操作的电磁暂态仿真模型，包括：建立一次设备模型、负荷模型和继电保护自动控制装置模型；

进行模型合环调电仿真计算，获取所述一次设备模型和负荷模型节点电气模拟量向量；同时获取表征所述继电保护自动控制装置动作情况的开关量向量；

获得一二次设备基础数据；

基于所述模拟量向量和所述开关量向量及所述一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标；

基于所述合环运行评价指标，经计算获得评估值Φ；用所述评估值Φ判断合环调电可行性。

可选的，所述一次设备模型包括变压器模型、开关模型，线路模型；

可选的，基于所述合环运行评价指标，经计算获得评估值Φ，包括：

用主观熵权法对所述合环运行评价指标的权重赋值，获得合环运行评价指标权重；

基于所述合环运行评价指标和所述合环运行评价指标权重，加权求和获得评估值Φ。

可选的，所述模拟量向量包括，电压向量、电流向量、有功功率向量和无功功率向量；

所述通过比率分析法获得的所述合环运行评价指标包括，合环稳态环流水平E、设备耐受程度K、设备负载率λ、合环运行设备损耗Ps；

所述合环运行评价指标权重包括，合环稳态环流水平E权重a₁、设备耐受程度K权重a₂、设备负载率λ权重a₃、合环运行设备损耗Ps权重a₄。

可选的，所述评估值Φ由如下函数公式计算：

当开关量向量中存在一个元素为0时，所述评估值Φ＝0；

当开关量向量中不存在元素0时，所述评估值Φ＝a₁E+a₂K+a₃λ+a₄Ps。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，基于合环操作场景的设备运行方式和运行数据，通过电网静态等值计算，获得合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的等值电源；在两个等值电源之间建立合环调电操作涉及的一次设备模型、负荷模型和继电保护等自动控制装置模型；进行模型合环调电仿真计算，获得设备合环运行模拟量向量和开关量向量；基于设备模拟量向量、开关量向量及一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标并经计算获得评估值，用评估值判断合环调电可行性。本申请配电网合环调电可行性的判断方法，依据一二次设备基础数据及仿真模型的计算数据，不依赖人工的主观判断及经验，提高了合环调电可行性判断的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种合环操作配电网结构示意图；

图2为一种配电网合环调电可行性的判断方法的实施流程图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，适用于配电网运行中，某个母线、开关或馈线需要检修或者发生故障，合环转移负荷时，因可能出现合环潮流变化，导致合环稳态电流远大于正常负载电流，引起设备过载、继电保护误动、短路电流超标、电磁环网等事故风险，需对合环操作的可行性进行判断。本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，依据配电网合环操作场景建立电磁暂态仿真模型，进行模型合环调电仿真计算，依据仿真计算数据及一二次设备基础数据，获得合环运行评价指标，进而经计算获得评估值，依据评估值判断合环操作可行性。

参见图1，为一种合环操作配电网结构示意图；参见图2，为一种配电网合环调电可行性的判断方法的实施流程图。本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，包括：

步骤1：获得合环操作场景的设备运行数据。

该步骤中，要根据配电网合环操作的需要，明确配电网合环操作场景的实际状态，即，通过各种渠道了解合环操作场景的设备运行方式，并获得设备运行数据。

步骤2：根据设备运行数据进行电网静态等值计算，获得进行合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的两个等值电源。该步骤中，根据电磁仿真等效到合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的原则，确定电磁建模边界。依据步骤1所取得的合环操作场景的设备运行方式及获得的设备运行数据，进行电网静态等值计算，将边界变电站等值为两个等值交流电源。

进行电网静态等值计算可以通过机电暂态仿真软件完成。例如，美国邦纳维尔电力局BPA(Bonneville Power Administration的英文缩写)开发的BPA电力系统分析软件和PSS/E(Power System Simulator/Engineering的英文缩写)电力系统机电暂态过程仿真分析软件。

步骤3：在两个所述等值电源之间建立合环调电操作的电磁暂态仿真模型，包括：建立一次设备模型、负荷模型和继电保护自动控制装置模型。

该步骤在实际操作中，为了提高合环操作电磁暂态计算准确性，需在等值电源之间建立与现场符合的全部一次设备模型、负荷模型和完整的继电保护等自动控制装置模型，具体包括变压器模型、开关模型、线路模型、详细控保模型等一二次设备模型和负荷模型。

其中，变压器模型、开关模型，线路模型为依据合环操作场景建立的全部一次设备仿真模型；控保模型为依据合环操作场景建立的包括按钮、指示灯、控制开关、控制电缆、仪表等在内的完整的二次设备仿真模型。

实际应用中，建立电磁暂态仿真模型是通过电磁暂态仿真软件完成的。例如，PSCAD(Power Systems Computer Aided Design的英文缩写)、RTDS(real time digitalsimulation system的英文缩写)、ATP(The Alternative Transients Program的英文缩写)、EMTP(Electro-Magnetic Transient Program的英文缩写)等类似电磁暂态仿真软件。

步骤4-1：进行模型合环调电仿真计算，获取所述一次设备模型和负荷模型节点电气模拟量向量；同时获取表征所述继电保护自动控制装置动作情况的开关量向量；

该步骤中，基于步骤3建立的电磁暂态模型，通过电磁暂态仿真软件，对模型关键节点的电压、电流、功率、继电保护动作信号等运行参数进行仿真计算，获得电气模拟量向量及继电保护动作信号开关量向量；

多个节点电气模拟量向量包括电压、电流、功率等模拟量向量，分别用向量V[V1、V2、V3.....]、I[I1、I2、I3.....]、P[P1、P2、P3.....]、Q[Q1、Q2、Q3....]表示，开关量向量用A[A1、A2、A3.....]表示。

在实际操作中，对模型关键节点的电压、电流、功率等运行模拟量向量的仿真计算，可以通过PSCAD、RTDS、ATP-EMTP等电磁暂态仿真软件的实施完成。

步骤4-2：获得一二次设备基础数据；

该步骤中，获取一二次设备的基本数据通过从预存的一二次设备数据库中读取完成。

步骤5：基于所述模拟量向量和所述开关量向量及所述一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标。

该步骤中，依据步骤4取得的电压向量V、电流向量I、有功功率向量P、无功功率Q等模拟量向量、开关量向量A，以及从数据库中获得的一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标。

合环运行评价指标包括：合环稳态环流水平、设备耐受程度、设备负载率、合环运行设备损耗等评价指标，可分别用E、K、λ、Ps表示；

前述合环运行评价指标分别应用如下方法：

(一)合环稳态环流水平E：表征环内稳态电流水平，用流过母联断路器的电流与正常负载电流比值表示。

用公式表示为：

上式中，Iml为流过母联断路器电流，Iload为合环前负载电流。

(二)设备耐受程度K：主要表征设备电流情况，多个设备的耐受程度取耐受值最大值。

用公式表示为：

上式中，I_i是设备运行电流，I_N是设备额定电流，i＝1,2,..m，m为环内设备数量。

(三)设备负载率λ：表征设备运行容量和额定容量的比值，多个设备的负载率取负载率最大值。

用公式表示为：

上式中，P_i是设备运行功率，P_ei是设备额定功率，i＝1,2,..m，m为环内设备数量。

(四)合环运行设备损耗Ps：主要为线路和变压器设备的实际运行损耗。

用公式表示为：

上式中，Ps_i是单个设备的损耗。

另外，开关量向量A表征相关继电保护动作情况。开关量向量A可从电磁暂态仿真模型中直接取值。

步骤6：基于步骤5获得的合环运行评价指标，经计算获得评估值Φ；用所述评估值Φ判断合环调电可行性。

所述评估值Φ可以用包含稳态环流水平E、设备耐受程度K、设备负载率λ、合环运行设备损耗Ps和开关量向量A的分段函数表示，具体为：

(当开关量向量A中由存在一个元素为0时)

上式中，a₁、a₂、a₃、a₄为各指标权重，分别为：合环稳态环流水平E权重a₁、设备耐受程度K权重a₂、设备负载率λ权重a₃、合环运行设备损耗Ps权重a₄。

依据配电网管理规定，采用主观熵权法对指标权重进行取值，基本取值方法为：

设定设x₁，x₂，…，x_n(n≥4)是指标体系中的n个指标。

若指标x_i相对于某评价目标的重要程度不低于x_j时，记作x_i≥x_j。

(此处≥符号表示不低于关系)。

若在某评价目标中，指标x₁，x₂，…，x_n(n≥2)具备以下关系：

x₁≥x₂≥…≥x_n

称指标x₁，x₂，…，x_n按≥建立序关系。

设专家认为指标x_k-1与x_k的重要程度之比a_k-1/a_k的理性判断分别为：

a_k-1/a_k＝r_k(k＝m，m-1，m-2，…，3，2)

其中w_k为第k个指标的主观权重。r_k按重要性，根据文化语用设定，建立5级的语气算子说明如表1表示：

表1 r_k与指标重要性对应关系表

于是，则m个指标的权重wm为：

该公式为基于专家决策得到指标的主观权重量a_m的计算表达式。

a_k-1＝r_kw_k(k＝m，m-1，m-2,...3,2)

计算得到a_m后，再由上式计算a₁～a_m-1，得到各指标的主观权重a_i。

于是，按照上面的计算方法，对合环稳态环流水平E、设备耐受程度K、设备负载率λ、合环运行设备损耗Ps，四个指标按照不低于的顺序排序：

E≥Ps≥λ≥K

重要程度比值，r_k依次为1.8，1.4，1.2。

按照公式，计算得到a₁、a₂、a₃、a₄分别为：0.3624、0.1438、0.1198、0.2013。

基于上面的计算和权重赋值方法，明确了评估值Φ函数的各个参数，可以依据函数输出值进行合环调电可行性判断：

当开关量向量A中有一个元素为0，表示该合环方案会造成保护误动作，则合环调电不可行。

当开关量向量A中不存在为0的元素时，表示该合环方案不会造成保护误动作，合环调电可行。评估值Φ函数的取值越小，合环调电的可行性越高。当评估值Φ函数为最小值时，合环调电方案最优。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种配电网合环调电可行性的判断方法，基于合环操作场景的设备运行方式和运行数据，通过电网静态等值计算，获得合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的等值电源；在两个等值电源之间建立合环调电操作涉及的一次设备模型、负荷模型和继电保护等自动控制装置仿真模型；进行模型合环调电仿真计算，获得设备合环运行的模拟量向量和开关量向量；基于设备模拟量向量、开关量向量及一二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标并经计算获得评估值，用评估值判断合环调电可行性。该方法使判断合环调电可行性不依赖于人工，而是以确定的数值为依据，提高了合环调电可行性判断的准确性。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种配电网合环调电可行性的判断方法，其特征在于，包括：

获得合环操作场景的设备运行数据；

根据设备运行数据进行电网静态等值计算，获得进行合环操作两端母线所在变电站的上一级变电站的两个等值电源；

在两个所述等值电源之间建立合环调电操作的电磁暂态仿真模型，包括：建立一次设备模型、二次设备模型、负荷模型和继电保护自动控制装置模型，所述二次设备模型为控保模型，所述控保模型包括按钮、指示灯、控制开关、控制电缆和仪表，所述一次设备模型包括变压器模型、开关模型以及线路模型；

进行模型合环调电仿真计算，获取所述一次设备模型和负荷模型节点电气模拟量向量；同时获取表征所述继电保护自动控制装置动作情况的开关量向量；

获得一次设备基础数据和二次设备基础数据；

基于所述模拟量向量、所述开关量向量、所述一次设备基础数据和二次设备基础数据，通过比率分析法获得合环运行评价指标；

所述模拟量向量包括：电压向量、电流向量、有功功率向量和无功功率向量；

所述通过比率分析法获得的所述合环运行评价指标包括，合环稳态环流水平E、设备耐受程度K、设备负载率λ、合环运行设备损耗Ps；

所述合环运行评价指标权重包括，合环稳态环流水平E权重a1、设备耐受程度K权重a2、设备负载率λ权重a3、合环运行设备损耗Ps权重a4；

用主观熵权法对所述合环运行评价指标的权重赋值，获得合环运行评价指标权重；

基于所述合环运行评价指标和所述合环运行评价指标权重，加权求和获得评估值Φ；用所述评估值Φ判断合环调电可行性；

所述评估值Φ由如下函数公式计算：

当开关量向量中存在一个元素为0时，所述评估值Φ＝0；

当开关量向量中不存在元素0时，所述评估值Φ＝a₁E+a₂K+a₃λ+a₄Ps。

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