周岳川

【摘要】 介紹了一種基于GIS的配網(wǎng)網(wǎng)損計算方法。該方法根據(jù)GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方式的特點,重新定義了新的數(shù)據(jù)表格式,并將GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)導入,定義特殊的節(jié)點數(shù)據(jù)結構,加快了潮流計算速度,進而進行網(wǎng)損計算。

【關鍵詞】 GIS;配電網(wǎng);網(wǎng)損計算;潮流計算

一、引言

理論網(wǎng)損在計算配電網(wǎng)經(jīng)濟運行、無功優(yōu)化及電網(wǎng)改造的基礎,是考核電力部門運行管理水平的重要技術經(jīng)濟指標,具有極其重要的作用。通過計算,可以對配電網(wǎng)的饋電線路結構、布局是否合理做出評價,可以了解網(wǎng)損的分布情況和薄弱環(huán)節(jié)。而網(wǎng)損計算以潮流計算為基礎。

10kV配電網(wǎng)為簡化繼電保護需要運行時呈輻射狀,并且R/X比較高,這兩個特點使經(jīng)典的潮流算法在配電網(wǎng)的應用受到挑戰(zhàn)。PQ分解法由于解耦條件的不滿足而陷入困境,牛頓法也常常陷于病態(tài),需要加以修正。從實際情況來看,10kV配電網(wǎng)負荷不像輸電網(wǎng)那樣呈點狀分布,而是呈面狀分布,負荷點數(shù)目巨大。鑒于此,人們針對配電網(wǎng)潮流提出了特殊的解法,有些學者提出一些面向支路的前推回代法[1～3],

本文在GIS的平臺上不但實現(xiàn)SCADA 系統(tǒng)的原有功能,而且通過將GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)導入到新定義的數(shù)據(jù)表中、定義特殊節(jié)點數(shù)據(jù)結構、采用前推回代算法實現(xiàn)了輻射狀配電網(wǎng)潮流計算,進而對配網(wǎng)的網(wǎng)損進行了計算。

二、新數(shù)據(jù)表的建立

在為配網(wǎng)作完GIS系統(tǒng)后,在GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)表中,各個設備之間的聯(lián)系都是通過配電桿塔的唯一標示符ID作為中介聯(lián)系在一起的。而在配電桿塔數(shù)據(jù)表中并不是每個桿塔的ID都能在配變數(shù)據(jù)表找到,這就使傳統(tǒng)的節(jié)點編號方法提出了挑戰(zhàn)。這里我們將傳統(tǒng)的編號方法進行了改進。不再設置支路結構,而只定義了一個節(jié)點結構,將支路的信息記錄到其末點的節(jié)點結構中。而且,在對桿塔進行節(jié)點編號時,如果按常規(guī)編號方法,那么節(jié)點的個數(shù)將會達到幾百個,嚴重影響計算速度和占用大量內存,本文首先將那些沒有帶負荷、斷路器和隔離開關的節(jié)點進行了合并,然后將其寫入到新的數(shù)據(jù)表中,以圖1為例進行合并說明,假設桿塔gn和桿塔gm的P、Q為零,桿塔gk沒有下一層節(jié)點,進行搜索形成結構鏈表時,若按常規(guī)編號方法,桿塔gn、桿塔gm、桿塔gk會分別作為一個節(jié)點進行記錄,而本算法將桿塔n1、桿塔n2和桿塔n4合并為一個點。將從桿塔i到桿塔n4之間的支路信息記錄到一個新的節(jié)點N。

實際的配電網(wǎng)絡中有的桿塔上安裝有斷路器和隔離開關,因此還必須確定隔離開關的狀態(tài)方可搜索其下一根桿塔。為此所建立的數(shù)據(jù)表部分字段如下:

節(jié)點ID、節(jié)點有功、節(jié)點無功、節(jié)點類型、狀態(tài)、所連結點1、支路電阻1、支路電抗1…..所連結點n、支路電阻n、支路電抗n。

三、GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲結構及各段線路流過功率的確定

基于GIS的配電自動化系統(tǒng)將整個電網(wǎng)的運行情況及各個設備的基本信息,以桿塔、配變、FTU、配電導線、斷路器和隔離開關等圖層的形式在GIS平臺上展現(xiàn)給操作員。各個設備數(shù)據(jù)表之間以唯一的表示符ID為紐帶聯(lián)系在一起。實際配網(wǎng)中安裝的FTU數(shù)量不多,因而在對實際運行時無法得到各個配變所帶負荷的具體量。而只能得到主饋線上部分安裝有FTU的測量點上傳的數(shù)據(jù)。為此,在配電網(wǎng)絡進行潮流計算時,我們做了以下幾點假設:

(1)假設配電網(wǎng)絡為三相平衡網(wǎng)絡,可用等值的單相網(wǎng)絡來計算。

(2)假設所有配電變壓器的負荷在同一時刻為相同的負荷率。

(3)假設各負荷的功率因數(shù)相同。

(4)假設所有配電變壓器均處于同一負荷率下,根據(jù)各配電變壓器的額定容量來分配根節(jié)點上的總負荷。

根據(jù)以上幾點假設,便可以通過FTU上傳的數(shù)據(jù),利用“首末節(jié)點定向法[5]”思想確定FTU測量數(shù)據(jù)為那幾個配變的數(shù)據(jù),實時確定流過各段配電導線的有功和無功。

四、網(wǎng)絡拓撲及形成層次關系

考慮到電網(wǎng)拓撲結構不是固定的。在發(fā)生故障后,通過故障隔離改變了網(wǎng)拓撲,在拓撲分析時,我們通過判斷某一桿塔是否安裝有斷路器和隔離開關,并根據(jù)其狀態(tài)來判斷是否繼續(xù)向下進行拓撲分析。(如圖1中)若桿塔i上安裝了隔離開關且處于打開狀態(tài),則當搜索到它時,此分支拓撲分析結束,將桿塔i記作一個節(jié)點,并記錄其子節(jié)點為空。這樣可以通過搜索新建數(shù)據(jù)表實時進行網(wǎng)絡拓撲分析、潮流計算,可加快搜索速度。

考慮GIS數(shù)據(jù)的特殊性,建立了如下節(jié)點結構體:

{節(jié)點ID節(jié)點的層次 節(jié)點有功節(jié)點無功 節(jié)點阻抗 節(jié)點電壓 子節(jié)點數(shù)組 }

配電自動化系統(tǒng)中在SCADA工作站,在線潮流計算模塊有軟件定時器觸發(fā)或者出現(xiàn)開關變位,定時將通信系統(tǒng)獲得的實時測量數(shù)據(jù)和在線或離線負荷預測結果,經(jīng)實時潮流計算后,便可以進行網(wǎng)損計算。將全網(wǎng)完整的狀態(tài)信息向實時數(shù)據(jù)庫輸出。

五、實例驗證

依據(jù)本文給出思路,用Visual C#編制了相應的應用程序。分別以IEEE33節(jié)點的樹狀網(wǎng)絡和某實際農村配電網(wǎng)中某一饋線分支為例為例,驗證潮流算法的正確性和有效性[6]。進行網(wǎng)損計算時,采取以每條饋線作為子系統(tǒng)進行此饋線的能量損耗計算,然后,將所有的饋線損耗相加,最終得到整個配網(wǎng)的網(wǎng)損。

通過重新定義數(shù)據(jù)表格式和利用特殊數(shù)據(jù)結構,根據(jù)SCADA系統(tǒng)采集的實時負荷,采取基于區(qū)間FTU的功率分配方法,實現(xiàn)了快速準確的實時潮流分析。再此基礎上,又利用潮流計算結果進行了部分饋線的網(wǎng)損計算,結果表明,計算結果正確有效。目前,作為一高級功能模塊已應用于某實際配電自動化系統(tǒng)工程中。

參考文獻

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[5]黃單舸.配電自動化SCADA軟件支持系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].中國農業(yè)大學碩士學位論文.2000