黃煒果 范譯文 姚元文 陳瀲 彭 昊

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基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的配網(wǎng)合環(huán)操作研究分析

黃煒果 范譯文 姚元文 陳瀲 彭 昊

（國網(wǎng)天府新區(qū)供電公司，成都 610000）

為保障電網(wǎng)安全運行，必須對配網(wǎng)線路合環(huán)時沖擊電流大小進行詳細(xì)分析和先驗計算。目前國內(nèi)外一般采用建立等值模型方式進行計算，其模型構(gòu)架，參數(shù)設(shè)置等均與實際電網(wǎng)存在一定偏差，且無法對當(dāng)前潮流情況進行考慮，同時該類方法對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)不能進行有效分析，因此無法滿足實際需求。本文基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）配網(wǎng)合環(huán)計算分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)任一規(guī)模電網(wǎng)下的配網(wǎng)合環(huán)電流實時計算，提高了電網(wǎng)抗風(fēng)險能力，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時，能為配網(wǎng)合環(huán)操作提供理論依據(jù)和應(yīng)對措施。建立10kV線路合環(huán)操作跨110kV、220kV電壓等級兩種典型模型，計算合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和瞬時最大沖擊電流，同時與實際測量值進行對比分析，驗證該功能的計算的準(zhǔn)確性和實用性。

合環(huán)分析功能；合環(huán)操作；最大沖擊電流；準(zhǔn)確性

我國10kV及以下配網(wǎng)線路一般采用閉環(huán)設(shè)計，開環(huán)運行的供電方式[1]，在倒負(fù)荷及線路檢修時采用配網(wǎng)合環(huán)方式操作可以減少停電時間，提高供電可靠性[2]。但由此會造成饋線合環(huán)電流過大，引起的過流保護動作或線路過載，發(fā)生大面積停電事故，影響電網(wǎng)的安全運行。因此，需對合環(huán)操作進行量化分析和計算[3]，為實際操作提供理論支撐。

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行方式非常復(fù)雜，文獻[4]采用WARD/REI外部等值的方式，對合環(huán)電流進行分析計算，但該方式無法對大規(guī)模實際配網(wǎng)進行分析。文獻[5]設(shè)計了一套配電網(wǎng)合環(huán)操作環(huán)流分析系統(tǒng)，對配網(wǎng)合環(huán)電流進行計算，但由于電網(wǎng)運行工況斷面不易獲得，因此計算結(jié)果會造成誤差。文獻[6]在驗證穩(wěn)態(tài)電流的基礎(chǔ)上，提出了一種計算沖擊電流的新方法。文獻[7]以戴維南定理為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，采用節(jié)點阻抗矩陣對合環(huán)支路沖擊電流進行研究，但由于阻抗矩陣本身存在近似性，因此會影響計算結(jié)果。文獻[8-9]對合環(huán)電流提出了近似計算方式，但簡化后模型參數(shù)較為簡單，只能得到近似值。文獻[10]介紹了配網(wǎng)配電的典型電源接線方式。文獻[11]提出了基于矢量圖形的方式對配網(wǎng)進行高級應(yīng)用。文獻[12]針對含分布式電源的配網(wǎng)進行合環(huán)操作。文獻[13]考慮了不同分布式電源下配網(wǎng)合環(huán)電流幅值差異的新型保護方案。

本文選取四川省天府新區(qū)配網(wǎng)線路，建立跨110kV、220kV電壓等級兩種典型模型，采用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）配網(wǎng)解合環(huán)計算分析功能對合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流進行計算，同時與實際測量情況進行對比分析，為合環(huán)操作提供理論基礎(chǔ)。

1 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）配網(wǎng)合環(huán)功能

D5000系統(tǒng)是目前國內(nèi)新一代智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)[14]，其配網(wǎng)合環(huán)計算分析功能對任一電網(wǎng)運行方式下配網(wǎng)合環(huán)時的沖擊電流和穩(wěn)態(tài)電流進行計算，如圖1所示。

圖1 配網(wǎng)合環(huán)功能界面

區(qū)別于其他合環(huán)電流計算分析，D5000配網(wǎng)合環(huán)計算功能不僅考慮10kV及以下配網(wǎng)線路拓?fù)鋮?shù)，對10kV及以上主網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)果及參數(shù)也進行了詳細(xì)分析，同時可根據(jù)當(dāng)前拓?fù)淝闆r得到實時合環(huán)潮流結(jié)果。其計算流程圖如圖2所示，由圖2可知，D5000首先提取天府新區(qū)電網(wǎng)全模型參數(shù)，對全網(wǎng)進行狀態(tài)估計計算，得到實時的結(jié)果與實際SCADA值進行對比，從而校驗?zāi)Ｐ偷恼_性，確保接下來合環(huán)計算的正確性。在合環(huán)計算過程中，需進行合環(huán)通路校驗，確認(rèn)配網(wǎng)線路合環(huán)后是否與上級電網(wǎng)構(gòu)成環(huán)路，對調(diào)度員調(diào)整相應(yīng)方式提供參考[15]。

同時計算結(jié)果不僅可以展示沖擊電流最大幅值，穩(wěn)態(tài)電流值，還能展示沖擊電流時域波形，詳細(xì)越限信息等，為合環(huán)操作提供詳細(xì)信息和理論依據(jù)，如圖3所示。

圖2 配網(wǎng)合環(huán)功能計算流程圖

圖3 D5000配網(wǎng)合環(huán)電流結(jié)果及時域波形圖

2 配網(wǎng)合環(huán)操作

配網(wǎng)一般為輻射狀運行，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為閉環(huán)方式，在進行配網(wǎng)合環(huán)操作時，一般有以下幾種情況[16]，以天府新區(qū)供電公司龍泉片區(qū)為例，如圖4所示。

1）配網(wǎng)合環(huán)點A。10kV配網(wǎng)線路分屬不同110kV電站，但均由同一220kV變電站供電，這是天府公司較為常見的合環(huán)操作，即跨不同110kV變電站配網(wǎng)線路合環(huán)。

2）配網(wǎng)合環(huán)點B。10kV配網(wǎng)線路分屬不同110kV變電站，且所屬的110kV變電站由不同220kV變電站進行供電，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況和線路故障時，會采用該方式進行倒負(fù)荷，即跨不同220kV變電站配網(wǎng)線路合環(huán)。

圖4 配網(wǎng)解合環(huán)種類

3）配網(wǎng)合環(huán)點C。10kV配網(wǎng)線路同屬一個110kV變電站，該種方式操作簡單，且一般站內(nèi)合環(huán)即可，即110kV變電站內(nèi)配網(wǎng)線路合環(huán)。

3 算例分析

由上述可知，對于C類操作而言，操作相對簡單，且合環(huán)時電流較小，研究價值較小。故本文著重研究A、B兩類情況，根據(jù)天府公司配網(wǎng)線路的歷史情況、參數(shù)對比，A類方式最終選擇了一對負(fù)荷較重的線路（10kV龍洪路—10k界匯路），B類方式最終選擇了一對負(fù)荷輕的線路（10kV清物路—10kV園開路），合環(huán)示意圖如圖5所示。

圖5 配網(wǎng)解合環(huán)示意圖

配網(wǎng)合環(huán)線路參數(shù)見表1。

表1 配網(wǎng)合環(huán)線路參數(shù)

4 結(jié)果分析

為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和典型性，采用現(xiàn)場試驗與D5000配網(wǎng)解合環(huán)計算對比方式進行，開展合環(huán)電流計算工具如下：

1）D5000系統(tǒng)的合環(huán)操作風(fēng)險分析軟件（理論計算）。

2）便攜式故障錄波器，型號：ZH102中華元電，測量精度20000Hz（實際測量）。

4.1 A類合環(huán)操作計算分析（10kV龍洪路—10kV界匯路）

合環(huán)前界牌站10kV界匯路921開關(guān)有功0.44MW、電流36.65A，龍泉站10kV龍洪路919有功3.13MW、電流186.00A。

1）D5000在線合環(huán)潮流計算合環(huán)后潮流

通過合環(huán)在線潮流計算，最大沖擊電流為180.76A，電流變化量50.87A、合環(huán)后界匯路921開關(guān)電流為122.89A；龍洪路919開關(guān)電流為133.80A；如圖6所示。

電流變化量是指合環(huán)時沖擊電流有效值與合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流值之差，它是衡量合環(huán)對線路影響較為重要的指標(biāo)，即

D=t/1.414-e（1）

式中，D為電流變化量；t為最大沖擊電流；e為穩(wěn)態(tài)電流。

圖6 D5000配網(wǎng)合聯(lián)絡(luò)開關(guān)處計算結(jié)果

2）實際合環(huán)后合環(huán)電流分析

實際合環(huán)后，根據(jù)SCADA可知，110kV界牌站921開關(guān)有功2.13MW、電流123.30A，110kV龍泉站919開關(guān)有功1.43MW、124.48A。故障錄波采集電流如圖7所示。

根據(jù)圖7所示，故障錄波器采集到最大沖擊電流188.24A。

圖7 110kV界牌站10kV界匯路921開關(guān)合環(huán)故障錄波采集電流波形圖

由表2可知，本次實驗結(jié)果相對于本地計算的在線校驗，合配網(wǎng)開關(guān)時根據(jù)現(xiàn)場錄波軟件計算得到電流變化量為51.24A；D5000配網(wǎng)解合環(huán)功能計算得到電流變化量為50.87A，偏差0.7%；現(xiàn)場錄波軟件得到?jīng)_擊電流有效值為193A；D5000配網(wǎng)解合環(huán)功能計算得到?jīng)_擊電流有效值為188.24A，偏差2.47%。

表2 D5000系統(tǒng)在線合環(huán)與實際測量對比圖

在A類合環(huán)操作方式下，基于D5000配網(wǎng)合環(huán)分析軟件計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)基本相符，其存在偏差的原因主要在于配網(wǎng)線路老化，實際阻抗與理論阻抗之間存在一定誤差。但結(jié)果遠遠小于保護定值，且計算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，故認(rèn)為滿足實際需求。

4.2 B類合環(huán)操作計算分析（10kV清物路—10kV園開路）

合環(huán)前清水站10kV清物路916開關(guān)有功0.37MW、電流20.51A，桃園站10kV圓開路915有功3.05MW、電流172.80A。

1）D5000在線合環(huán)潮流計算合環(huán)后潮流

通過合環(huán)在線潮流計算，最大沖擊電流計算為115.04A，電流變化量27.49A，合環(huán)后清物路916開關(guān)穩(wěn)態(tài)電流為108.66A；圓開路915開關(guān)穩(wěn)態(tài)電流為91.29A，如圖8所示。

圖8 D5000配網(wǎng)合絡(luò)開關(guān)處計算結(jié)果

2）實際合環(huán)后合環(huán)電流分析

根據(jù)SCADA可知，合環(huán)后110kV清水站10kV清物路916開關(guān)有功1.58MW、電流90.95A，110kV桃園站10kV圓開路916開關(guān)有功2.12MW、120.80A，故障錄波器采集到最大沖擊電流120.22A。如圖9所示。

圖9 110kV清水站10kV清物路916開關(guān)合環(huán)故障錄波采集電流波形圖

本次實驗結(jié)果相對于本地計算的在線校驗，合配網(wǎng)開關(guān)時，根據(jù)現(xiàn)場錄波軟件計算得到電流變化量為26.47A；D5000在線合環(huán)軟件計算得到電流變化量為27.49A，偏差3.85%；軟件計算得到?jīng)_擊電流有效值為115.04A，偏差4.30%。其結(jié)果分析見表3。

在B類合環(huán)操作方式下，基于D5000配網(wǎng)合環(huán)分析軟件計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)誤差在可控范圍內(nèi)，其存在偏差的原因主要在于天府新區(qū)電網(wǎng)由于不調(diào)220kV變電站，故只能從省公司獲取220kV參數(shù)模型，但結(jié)果遠遠小于線路保護定值，不會導(dǎo)致因主站計算誤差發(fā)生誤校核，故認(rèn)為在線合環(huán)潮流計算功能為合環(huán)操作提供理論依據(jù)，滿足生產(chǎn)應(yīng)用。

表3 D5000系統(tǒng)在線合環(huán)與實際測量對比圖

5 結(jié)論

本文針對配網(wǎng)合環(huán)操作中常見的兩種操作方式進行了合環(huán)操作計算，其結(jié)果表明D5000配網(wǎng)合環(huán)分析軟件能適用于大規(guī)模，不同方式下的合環(huán)電流計算。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)緊急狀況需進行合環(huán)倒負(fù)荷操作時，該分析軟件能為調(diào)度員提供理論分析依據(jù)和指導(dǎo)，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

下一步將對軟件計算結(jié)果帶入一個安全系數(shù)s（s＞1），保證校驗計算結(jié)果不會造成保護誤動，避免因配網(wǎng)阻抗參數(shù)誤差、軟件計算所取電壓與實際合環(huán)點電壓之間的誤差、軟件合環(huán)校驗與實際合環(huán)操作時間不同等因素造成誤差對校核結(jié)果的影響。

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Research on closed-loop operation of distribution network based on smart power grid dispatch and control system

Huang Weiguo Fan Yiwen Yao Yuanwen Chen Lian Peng Hao

(State Grid Tianfu Electric Power Supply Company, Chengdu 610000)

In order to ensure the safety operation of power grid. It’s necessary to make a detailed analysis and a prior calculation of the impact current. It usually establishes equivalent model method to calculate the result. But this method haven’t considered the real situation of the model and parameters, at the same time, the method can’t get structure of complex power grid. The paper based on the smart grid dispatch and control system (D5000) distribution network system to calculate the impact current. It establishes two typical model which includes 110kV, 220kV voltage class. The result will compare with the actual measurement at the same time to ensure the veracity of the result.

distribution network system; closed-loop operation; maximum impact current; veracity

2018-06-27

黃煒果（1990-），男，碩士研究生，研究方向為電力調(diào)度及自動化。