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(guó)網(wǎng)天府新區(qū)供電公司，成都 610000）

為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，必須對(duì)配網(wǎng)線路合環(huán)時(shí)沖擊電流大小進(jìn)行詳細(xì)分析和先驗(yàn)計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外一般采用建立等值模型方式進(jìn)行計(jì)算，其模型構(gòu)架，參數(shù)設(shè)置等均與實(shí)際電網(wǎng)存在一定偏差，且無(wú)法對(duì)當(dāng)前潮流情況進(jìn)行考慮，同時(shí)該類方法對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)不能進(jìn)行有效分析，因此無(wú)法滿足實(shí)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(jì)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(shí)時(shí)計(jì)算，提高了電網(wǎng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，能為配網(wǎng)合環(huán)操作提供理論依據(jù)和應(yīng)對(duì)措施。建立10kV線路合環(huán)操作跨110kV、220kV電壓等級(jí)兩種典型模型，計(jì)算合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和瞬時(shí)最大沖擊電流，同時(shí)與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證該功能的計(jì)算的準(zhǔn)確性和實(shí)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(guó)10kV及以下配網(wǎng)線路一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)，開(kāi)環(huán)運(yùn)行的供電方式[1]，在倒負(fù)荷及線路檢修時(shí)采用配網(wǎng)合環(huán)方式操作可以減少停電時(shí)間，提高供電可靠性[2]。但由此會(huì)造成饋線合環(huán)電流過(guò)大，引起的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作或線路過(guò)載，發(fā)生大面積停電事故，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，需對(duì)合環(huán)操作進(jìn)行量化分析和計(jì)算[3]，為實(shí)際操作提供理論支撐。

配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式非常復(fù)雜，文獻(xiàn)[4]采用WARD/REI外部等值的方式，對(duì)合環(huán)電流進(jìn)行分析計(jì)算，但該方式無(wú)法對(duì)大規(guī)模實(shí)際配網(wǎng)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了一套配電網(wǎng)合環(huán)操作環(huán)流分析系統(tǒng)，對(duì)配網(wǎng)合環(huán)電流進(jìn)行計(jì)算，但由于電網(wǎng)運(yùn)行工況斷面不易獲得，因此計(jì)算結(jié)果會(huì)造成誤差。文獻(xiàn)[6]在驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)電流的基礎(chǔ)上，提出了一種計(jì)算沖擊電流的新方法。文獻(xiàn)[7]以戴維南定理為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，采用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣對(duì)合環(huán)支路沖擊電流進(jìn)行研究，但由于阻抗矩陣本身存在近似性，因此會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。文獻(xiàn)[8-9]對(duì)合環(huán)電流提出了近似計(jì)算方式，但簡(jiǎn)化后模型參數(shù)較為簡(jiǎn)單，只能得到近似值。文獻(xiàn)[10]介紹了配網(wǎng)配電的典型電源接線方式。文獻(xiàn)[11]提出了基于矢量圖形的方式對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行高級(jí)應(yīng)用。文獻(xiàn)[12]針對(duì)含分布式電源的配網(wǎng)進(jìn)行合環(huán)操作。文獻(xiàn)[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(hù)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(jí)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(jì)算分析功能對(duì)合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)與實(shí)際測(cè)量情況進(jìn)行對(duì)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(guó)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(jì)算分析功能對(duì)任一電網(wǎng)運(yùn)行方式下配網(wǎng)合環(huán)時(shí)的沖擊電流和穩(wěn)態(tài)電流進(jìn)行計(jì)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(jì)算分析，D5000配網(wǎng)合環(huán)計(jì)算功能不僅考慮10kV及以下配網(wǎng)線路拓?fù)鋮?shù)，對(duì)10kV及以上主網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)果及參數(shù)也進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)可根據(jù)當(dāng)前拓?fù)淝闆r得到實(shí)時(shí)合環(huán)潮流結(jié)果。其計(jì)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(duì)全網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)計(jì)算，得到實(shí)時(shí)的結(jié)果與實(shí)際SCADA值進(jìn)行對(duì)比，從而校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性，確保接下來(lái)合環(huán)計(jì)算的正確性。在合環(huán)計(jì)算過(guò)程中，需進(jìn)行合環(huán)通路校驗(yàn)，確認(rèn)配網(wǎng)線路合環(huán)后是否與上級(jí)電網(wǎng)構(gòu)成環(huán)路，對(duì)調(diào)度員調(diào)整相應(yīng)方式提供參考[15]。

同時(shí)計(jì)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(shí)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(jì)算流程圖

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

2 配網(wǎng)合環(huán)操作

配網(wǎng)一般為輻射狀運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為閉環(huán)方式，在進(jìn)行配網(wǎng)合環(huán)操作時(shí)，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(diǎn)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(jiàn)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(diǎn)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(jìn)行供電，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況和線路故障時(shí)，會(huì)采用該方式進(jìn)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(diǎn)C。10kV配網(wǎng)線路同屬一個(gè)110kV變電站，該種方式操作簡(jiǎn)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(duì)于C類操作而言，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且合環(huán)時(shí)電流較小，研究?jī)r(jià)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(duì)比，A類方式最終選擇了一對(duì)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(duì)負(fù)荷輕的線路（10kV清物路—10kV園開(kāi)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(jiàn)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(chǎng)試驗(yàn)與D5000配網(wǎng)解合環(huán)計(jì)算對(duì)比方式進(jìn)行，開(kāi)展合環(huán)電流計(jì)算工具如下：

1）D5000系統(tǒng)的合環(huán)操作風(fēng)險(xiǎn)分析軟件（理論計(jì)算）。

2）便攜式故障錄波器，型號(hào)：ZH102中華元電，測(cè)量精度20000Hz（實(shí)際測(cè)量）。

4.1 A類合環(huán)操作計(jì)算分析（10kV龍洪路—10kV界匯路）

合環(huán)前界牌站10kV界匯路921開(kāi)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(jì)算合環(huán)后潮流

通過(guò)合環(huán)在線潮流計(jì)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(kāi)關(guān)電流為122.89A；龍洪路919開(kāi)關(guān)電流為133.80A；如圖6所示。

電流變化量是指合環(huán)時(shí)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(duì)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(kāi)關(guān)處計(jì)算結(jié)果

2）實(shí)際合環(huán)后合環(huán)電流分析

實(shí)際合環(huán)后，根據(jù)SCADA可知，110kV界牌站921開(kāi)關(guān)有功2.13MW、電流123.30A，110kV龍泉站919開(kāi)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(kāi)關(guān)合環(huán)故障錄波采集電流波形圖

由表2可知，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)于本地計(jì)算的在線校驗(yàn)，合配網(wǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄波軟件計(jì)算得到電流變化量為51.24A；D5000配網(wǎng)解合環(huán)功能計(jì)算得到電流變化量為50.87A，偏差0.7%；現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(shí)際測(cè)量對(duì)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(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)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(shí)際阻抗與理論阻抗之間存在一定誤差。但結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于保護(hù)定值，且計(jì)算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，故認(rèn)為滿足實(shí)際需求。

4.2 B類合環(huán)操作計(jì)算分析（10kV清物路—10kV園開(kāi)路）

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

1）D5000在線合環(huán)潮流計(jì)算合環(huán)后潮流

通過(guò)合環(huán)在線潮流計(jì)算，最大沖擊電流計(jì)算為115.04A，電流變化量27.49A，合環(huán)后清物路916開(kāi)關(guān)穩(wěn)態(tài)電流為108.66A；圓開(kāi)路915開(kāi)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(kāi)關(guān)處計(jì)算結(jié)果

2）實(shí)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(kāi)關(guān)有功1.58MW、電流90.95A，110kV桃園站10kV圓開(kāi)路916開(kāi)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(kāi)關(guān)合環(huán)故障錄波采集電流波形圖

本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)于本地計(jì)算的在線校驗(yàn)，合配網(wǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄波軟件計(jì)算得到電流變化量為26.47A；D5000在線合環(huán)軟件計(jì)算得到電流變化量為27.49A，偏差3.85%；軟件計(jì)算得到?jīng)_擊電流有效值為115.04A，偏差4.30%。其結(jié)果分析見(jiàn)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(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于線路保護(hù)定值，不會(huì)導(dǎo)致因主站計(jì)算誤差發(fā)生誤校核，故認(rèn)為在線合環(huán)潮流計(jì)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(shí)際測(cè)量對(duì)比圖

5 結(jié)論

本文針對(duì)配網(wǎng)合環(huán)操作中常見(jiàn)的兩種操作方式進(jìn)行了合環(huán)操作計(jì)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(jì)算。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)緊急狀況需進(jìn)行合環(huán)倒負(fù)荷操作時(shí)，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(yùn)行。

下一步將對(duì)軟件計(jì)算結(jié)果帶入一個(gè)安全系數(shù)s（s＞1），保證校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)，避免因配網(wǎng)阻抗參數(shù)誤差、軟件計(jì)算所取電壓與實(shí)際合環(huán)點(diǎn)電壓之間的誤差、軟件合環(huán)校驗(yàn)與實(shí)際合環(huán)操作時(shí)間不同等因素造成誤差對(duì)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?yàn)殡娏φ{(diào)度及自動(dòng)化。