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        基于最小割集算法的供電能力分析方法研究

        2018-07-26 01:46:44李偉倫賁樹俊
        機(jī)電信息 2018年21期
        關(guān)鍵詞:元件配電配電網(wǎng)

        周 嘉 李偉倫 賁樹俊

        (國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南通供電分公司,江蘇南通226000)

        0 引言

        電力的發(fā)、輸、配、用是同時進(jìn)行的,因此,配電網(wǎng)的任意一個元件因故障或檢修而從電網(wǎng)斷開,不僅會導(dǎo)致用戶用電中斷,還有可能影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及輸送的電能質(zhì)量。在當(dāng)前的市場環(huán)境下,人們對于城市配電網(wǎng)尤其是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的配電網(wǎng)的可靠性要求較高,這就要求我們從變電站的角度出發(fā),以保障對用戶安全可靠連續(xù)供電為基礎(chǔ),對配電網(wǎng)的供電能力做出科學(xué)有效的評估分析。這對于發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)中的一些薄弱環(huán)節(jié),并指導(dǎo)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,有極大的理論與實(shí)踐意義[1-4]。

        當(dāng)前配電網(wǎng)規(guī)模日漸擴(kuò)大,低壓配電網(wǎng)包含饋線數(shù)量極多,饋線之間的連接關(guān)系也很復(fù)雜,對低壓配電網(wǎng)絡(luò)利用網(wǎng)絡(luò)模型函數(shù)矩陣進(jìn)行供電能力求解,矩陣方程數(shù)量很大,模型階數(shù)也很高,迭代耗時較長。為了提高配電網(wǎng)供電能力計(jì)算的算法效率,可以從基本算法、計(jì)算架構(gòu)等方面進(jìn)行考慮,本文選用最小割集算法,基于N-1安全準(zhǔn)則進(jìn)行配電網(wǎng)供電能力計(jì)算[5-7]。利用最小割集算法,依據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到主電源或備用電源之間的割集,逐次假設(shè)配電網(wǎng)絡(luò)中的每一個元件故障,查找配電網(wǎng)絡(luò)中在這一元件故障情況下還可以進(jìn)行轉(zhuǎn)供的負(fù)荷點(diǎn),并對這些可轉(zhuǎn)供負(fù)荷點(diǎn)的轉(zhuǎn)供情況進(jìn)行分析,對配電網(wǎng)絡(luò)的供電能力進(jìn)行評估。數(shù)學(xué)模型直觀明了,同時,選用割集代表的拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行計(jì)算,從而避免了繁瑣的矩陣計(jì)算[8-10]。

        1 配電網(wǎng)供電能力分析

        配電網(wǎng)供電能力分析總體框架如圖1所示。

        圖1 配電網(wǎng)供電能力分析總體框架

        配電網(wǎng)按照正常方式運(yùn)行時,任意一個元件故障,為了保證配電系統(tǒng)的安全可靠供電,需要將故障元件從配電網(wǎng)切除,并盡量保證剩余負(fù)荷不失電。因此,當(dāng)配電網(wǎng)中某一元件故障時,可通過配電網(wǎng)中的一個或多個開關(guān)動作,斷開該故障元件與配電網(wǎng)中主電源以及備用電源的通路,即主電源、備用電源均不對其供電,保證故障元件失電,從配電網(wǎng)中可靠斷開。

        然而,配網(wǎng)中的開關(guān)動作,切除故障時,可能會導(dǎo)致一些非故障元件到主電源的線路通路斷開,無法從主電源獲得電力,甚至直接把主電源從配電網(wǎng)中切除,此時,如果備用電源到這些元件之間存在線路通路,則需要啟動備用電源對這些元件進(jìn)行轉(zhuǎn)供,使因?yàn)楣收显ル娏?yīng)的元件數(shù)目盡可能地少。

        在一些配網(wǎng)線路中,不止存在一個備用電源,當(dāng)開關(guān)切除故障元件后,配電網(wǎng)線路中可能存在多個備用電源都可以轉(zhuǎn)供的元件,在這種情況下,首先找到線路中只能由其中一個備用電源轉(zhuǎn)供的元件,即這些元件只能由特定的一個備用電源轉(zhuǎn)供,隨后找到可以由兩個或兩個以上備用電源轉(zhuǎn)供的元件,取極端情況,將這些元件全部由這些可轉(zhuǎn)供備用電源中的每一個備用電源轉(zhuǎn)供,分別列出這些極端情況,每一種極端情況作為一種方案,并為這些方案編號。

        2 基于最小割集的供電能力算法

        最小割集的基本概念為:在一個無向圖G(V,E)中,V代表圖內(nèi)頂點(diǎn)的集合,E代表邊的集合,頂點(diǎn)s為起始點(diǎn),頂點(diǎn)t為目標(biāo)點(diǎn)。假如刪除一個集合內(nèi)的所有邊,就沒有了從s到t的通路,那么,稱此集合為圖G的一個割集。如果一個割集的任何一個子集都不是割集,那么該割集是此圖的最小割集。

        從圖2可以看出,從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最小割集是(1,4)、(2,5)、(1,3,5)、(2,3,4)。

        圖2 最小割集原理示意圖

        基于圖論的分析方法是配電網(wǎng)分析的一種常用方法,配電網(wǎng)可用無向圖表示,將配電網(wǎng)各個元件簡化為節(jié)點(diǎn),各元件之間的連接關(guān)系簡化為圖的邊,可繪制出配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,圖中各個節(jié)點(diǎn)之間是否存在通路決定了各個元件是否會得到供電。由系統(tǒng)工程內(nèi)的割集理論可知,最小割集可用于表示配電網(wǎng)的故障模式,分別把配電網(wǎng)的主電源、備用電源作為起始點(diǎn),把各元件作為目標(biāo)點(diǎn),可以求解出起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)所有的最小割集,從而得到元件的故障模式。通過最小割集法,復(fù)雜的配電網(wǎng)被轉(zhuǎn)換成了簡單的串、并聯(lián)系統(tǒng)的組合,其中,每個割集是并聯(lián)模型,配電網(wǎng)是所有并聯(lián)模型構(gòu)成的串聯(lián)模型,從而降低了配電網(wǎng)供電能力計(jì)算復(fù)雜度。

        3 仿真分析

        如圖3所示,以南通海安市配電網(wǎng)絡(luò)曲園線142為例進(jìn)行了算例分析。

        圖3 10 kV曲園線單線圖

        利用本文提出的最小割集算法,對上述各個元件故障時的實(shí)際負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行篩選,選出主電源最大承擔(dān)負(fù)荷、備用電源最大轉(zhuǎn)供負(fù)荷、主饋線段最大流經(jīng)負(fù)荷,并求出它們的最大允許負(fù)載率,具體如表1所示。

        表1 各個元件最大允許負(fù)載率

        由表1可以看出,電源和線路段的最大允許負(fù)載率均為正數(shù),配電網(wǎng)供電較為穩(wěn)定,無論配電網(wǎng)中哪個元件故障,配電網(wǎng)都能安全工作;線路的最大允許負(fù)載率較小,這一配電網(wǎng)絡(luò)如果負(fù)荷增加,可能會超過線路容量導(dǎo)致線路故障,配電網(wǎng)絡(luò)則會無法正常運(yùn)行。

        4 結(jié)語

        本文利用最小割集算法對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電能力分析,基于N-1安全準(zhǔn)則對配電線路進(jìn)行故障分析,計(jì)算電源、主饋線段的負(fù)荷量,通過計(jì)算電源和線路的最大允許負(fù)載率,可以判斷此時配電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量大小以及系統(tǒng)是否能安全穩(wěn)定運(yùn)行,在此配電線路中還可以增加多少負(fù)載量等,對配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

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