山東省鄒城市供電公司 劉令民

湖南電力檢修公司 劉令富

浙江省金華市供電公司 金從友

1.引言

配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設計、開環(huán)運行的供電方式。在倒負荷或線路檢修時，通過合、解環(huán)操作可以減少停電時間，提高供電可靠性，但由此引起的環(huán)流，對配電網(wǎng)的安全運行有很大的影響[1]。通過對可能的合環(huán)路徑進行分析，從潮流計算和分析的角度給運行人員以依據(jù)，有助于運行人員對地區(qū)電力網(wǎng)絡的運行方式進行適當?shù)恼{整，從而快速、準確地找出最佳合環(huán)路徑，達到預期目的，保證用戶利益，減少停電損失?？梢?，系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的實際指導意義。

2.系統(tǒng)設計

本軟件系統(tǒng)的主要目標是完善目前配電網(wǎng)合環(huán)調度系統(tǒng)，使之能跟上電網(wǎng)特別是配電網(wǎng)的發(fā)展；首先實現(xiàn)對地區(qū)電網(wǎng)運行方式分析和模擬操作的可視化系統(tǒng)，為調度運行提供決策支持和服務；隨后在建立成熟離線分析系統(tǒng)的基礎上逐步實現(xiàn)與SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的接口，建立在線分析系統(tǒng)。因此，我們在軟件的總體設計的時候考慮了以下幾個因素：

1）為保證軟件良好的用戶界面，采用VC++作為開發(fā)平臺，借助標準的窗口、菜單、對話框等圖形界面，使得整個軟件內(nèi)部功能轉換和連接十分平滑，界面美觀，操作邏輯性強，易于學習和使用。

2）對電網(wǎng)的分析過程也就是對數(shù)據(jù)的存取處理加工過程，對最終的數(shù)據(jù)進行圖表輸出就是用戶所希望看到的結果。本軟件以數(shù)據(jù)庫為核心，軟件的各模塊通過存取數(shù)據(jù)庫與軟件聯(lián)系起來，而它們之間不直接訪問。這樣就在最大程度上減少了各模塊間的耦合程度，便于各模塊單獨編程和調試，具有很好的擴充性和移植性。

3）數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存儲有兩種方式，一是以整圖為主體（圖文件）作為一個字段直接存儲在數(shù)據(jù)庫中；二是以圖中的子元素為主體存儲到數(shù)據(jù)庫中。前者的優(yōu)點是簡單，易于實現(xiàn)；后者的優(yōu)點是可以對圖中的每個元素進行操作，靈活性高。鑒于整個系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，解決系統(tǒng)間的互聯(lián)和共享問題，本文采用第二種存儲方式。

軟件中各模塊間的關系如圖1所示。

其中，界面部分作為主控模塊，負責數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改等工作，同時具有圖表輸出功能。界面模塊接受使用者的命令，調用運行軟件的功能模塊。功能模塊用來完成系統(tǒng)中各項子功能。

3.系統(tǒng)組成

軟件從整體上可以分為圖形編輯功能和合環(huán)電流分析兩大模塊。圖形編輯功能主要包括網(wǎng)絡建模模塊、拓撲分析及電氣島分析、數(shù)據(jù)庫操作模塊；合環(huán)電流分析模塊主要包括瞬時沖擊電流計算、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流計算等功能。

3.1 網(wǎng)絡建模模塊

該子系統(tǒng)提供了多種電力系統(tǒng)常用圖元，如發(fā)電機、變壓器、母線、線路、負荷、斷路器、電容器，電抗器等電力系統(tǒng)中最基本的組成部分，所有的元件通過連接而形成網(wǎng)絡。

在面向對象的編程技術的基礎上，結合計算機圖形VC++為開發(fā)工具，將各種配電網(wǎng)的設備元件通過一個類來表示，各個類對象的參數(shù)，連接信息組成網(wǎng)絡對象。此模塊構造了配電網(wǎng)潮流計算所需要的各一次元件類，在這些類中包含了繪制該類對象的繪圖函數(shù)。

構造一次元件基類：面向對象的技術使我們可以完全按照元件的真實屬性在程序中構造它，即用繼承的方法實現(xiàn)圖2所示的關系。所有的電氣元件按照程序的需要包括四個方面的數(shù)據(jù)：1）電氣參數(shù)；2）網(wǎng)絡拓撲參數(shù)；3）圖形繪制參數(shù)；4）在使用中的名稱和編號參數(shù)所在位置。在這四種參數(shù)中，名稱、所在位置和編號參數(shù)是所有元件共有的相同數(shù)據(jù)。從基類中派生出連接類，所有元件類分別為單連接點元件基類、雙連接點元件基類、三連接點元件基類，以及母線類。

3.2 拓撲分析及電氣島分析

該模塊的主要功能是完成電氣接線圖的繪制，并完成圖形糾錯和孤立元素的定位，保證圖紙的正確。之后將對圖形元素進行歸類，合并處理，形成潮流計算所用的節(jié)點編號，為潮流計算做準備。

針對配電網(wǎng)的輻射型結構可以用一棵樹來表示這一特點，網(wǎng)絡的拓撲分析普遍采用的是樹搜索法。在樹搜索中，將母線(節(jié)點)看作圖的頂點，將支路看作是圖的邊。

為加快搜索速度，應該盡量減少搜索的范圍。通常對配電網(wǎng)來說，開關變位造成網(wǎng)絡結構發(fā)生重大變化的情況是很少發(fā)生的。在大多數(shù)情況下，開關變位的影響是局部的?；谶@一點，可以在開關變位前的網(wǎng)絡結構的基礎上進行分析，從而可以大大減少搜索范圍，提高搜索速度。

除變電所開關外，配電網(wǎng)中存在大量的饋線開關，饋線開關的變位不但造成網(wǎng)絡的節(jié)點/支路關聯(lián)關系發(fā)生變化，有可能致使電氣島的合并或解列。

圖1 軟件模塊關系

圖2 類繼承關系

一個電氣島內(nèi)部的一條支路投入運行，只需進行節(jié)點/支路關聯(lián)關系的修正；聯(lián)絡兩個子系統(tǒng)的支路投入運行，造成電氣島的合并。這兩種情況下，都不需要進行樹搜索。而判斷一條支路是加入一個子系統(tǒng)的內(nèi)部還是連接兩個子系統(tǒng)，只需簡單的判斷支路將要連接的兩端母線所屬的電氣島號是否相同。

相反的，如果一條支路退出運行，退出以后，以支路的一端母線為起點進行樹搜索，如果能夠搜索到支路的另一端母線，則支路是電氣島內(nèi)部的一條支路，如果搜索不到另一端的母線，則該支路有可能是連接兩個電氣島的聯(lián)絡線，也可能形成新的孤立的電氣島。上述幾種情況綜合如下：

(1)支路投入運行，根據(jù)支路要連接的兩端母線所處的電氣島是否相同，分別進行節(jié)點/支路關聯(lián)關系的修正和電氣島的合并，不需搜索。

(2)支路退出運行，以支路的一端母線為起點進行樹搜索，如果能夠搜索到支路的另一端母線，則只進行節(jié)點/支路關聯(lián)關系的修正；否則系統(tǒng)解列，形成新的電氣島。

3.3 數(shù)據(jù)庫操作模塊

3.3.1 遙測遙信庫

該數(shù)據(jù)庫用來存儲SCADA系統(tǒng)采集到的電網(wǎng)各節(jié)點遙測遙信量，主要提供電網(wǎng)的實時和歷史數(shù)據(jù)，包括：1)開關、刀閘狀態(tài)量；2)發(fā)電機、負荷、線路首末端、變壓器各側的有功負荷值、無功負荷值；3)各母線的電壓值；4)變壓器檔位值等。1)中的狀態(tài)量為遙信量，其余各量為遙測量，主要功能是提供電網(wǎng)運行實時狀態(tài)量，為無功優(yōu)化提供初始值。

3.3.2 電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫主要用來定義電網(wǎng)的網(wǎng)絡結構和存儲各種設備參數(shù)信息，反映電網(wǎng)設備間的物理拓撲連接關系。在進行網(wǎng)絡建模時通過調用設備參數(shù)信息提供電網(wǎng)元件的有名值或者標么值。電網(wǎng)物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫是以EXCEL表的形式構成的，每個表均有特定的物理含義，與實際電網(wǎng)及所屬設備相互關聯(lián)，例如LN表代表線路，包含了線路類型、線路長度、線路首末端物理節(jié)點號等相關信息，可以根據(jù)線路類型和線路長度獲得其電阻、電抗和電納參數(shù)，首末端物理節(jié)點號則反映了其物理拓撲連接關系；再如XF表代表變壓器，包含了變壓器的相關信息。

3.4 合環(huán)電流分析模塊

圖3 暫態(tài)沖擊電流計算模型

合環(huán)決策分析系統(tǒng)的基礎是潮流計算，它是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式的基本手段。潮流計算的任務是根據(jù)給定的網(wǎng)絡結構及運行數(shù)據(jù)求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，包括系統(tǒng)各個節(jié)點(母線)的電壓，線路上的功率分布以及功率損耗等。由于潮流計算的已知量與待求量之間是非線性關系，因此潮流計算問題在數(shù)學上是多元非線性代數(shù)方程組的求解問題，采用迭代方法計算。潮流計算完成后，進行合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的計算，并判斷合環(huán)電流是否越限。

合環(huán)分析系統(tǒng)提供了正常方式下的電網(wǎng)運行工況(即基本工況)。這樣，用戶可以將不同的運行方式存為不同的工況(如最大負荷情況、高峰負荷情況等)，調入不同的工況可計算出不同工況下的合環(huán)電流。

4.合環(huán)計算模型

合環(huán)電流的計算包括合環(huán)瞬間沖擊電流和合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流的計算，以防止合環(huán)產(chǎn)生的環(huán)流對線路和設備造成過載，或引起保護誤動作(主要是因為沖擊電流)。下面只著重介紹沖擊電流的計算模型。

所謂沖擊電流是指并列斷路器合閘時通過斷路器主抽頭的電流，一般情況下，沖擊電流的幅值較高且持續(xù)時間很短。計算合環(huán)暫態(tài)沖擊的單相等值電路如圖3所示。

由于線路呈感性，合環(huán)至穩(wěn)態(tài)的整個過程是振蕩衰減的，因此建立微分方程計算沖擊電流，得到實時響應。

計算模型中的激勵為A相相電壓，為：

5.結語

通過對該系統(tǒng)的設計和開發(fā)可以看出，獲取較為完整的網(wǎng)絡(供電網(wǎng)和配電網(wǎng))結構參數(shù)和運行參數(shù)直接關系到系統(tǒng)的應用效果。所以，收集、保存相關的參數(shù)和信息至關重要。

在現(xiàn)有的配電網(wǎng)合環(huán)分析系統(tǒng)進行合環(huán)分析計算的基礎上，加入配電網(wǎng)合環(huán)操作專家系統(tǒng)，不但可以給出計算結果，同時提供解合環(huán)的操作指導，輔助運行人員進行決策，為配電網(wǎng)能夠更加安全、經(jīng)濟地運行提供依據(jù)，還有待進一步探討。

[1]強興華.地區(qū)電網(wǎng)合環(huán)操作的潮流近似計算[J].江蘇機電工程.2002,10(21):39-40.

[2]葉清華,唐國強等.配電網(wǎng)絡合環(huán)操作環(huán)流分析的開發(fā)應用[J].電力系統(tǒng)自動化,2002,26(22):66-69.

[3]王偉燦,周昱甬.電力系統(tǒng)合環(huán)電流的分析及控制對策[J].供用電,2002,8(19):26-28.

[4]戴雯霞,吳捷.基于支路電流的配網(wǎng)潮流前推回代法[J].繼電器,2002,30(5).