一种配电网合环点综合选取方法与流程

1.本发明属于配电网合环技术领域，更具体地，涉及一种配电网合环点综合选取方法。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，供电企业服务理念发生转变，用户的用电体验受到越来越多的重视。为提高供电可靠性，配电网合环转供电操作占作业比例一步步提高。然而传统合环装置(仅包含合环开关)在进行合环转电作业时需满足一定的合环条件(一般要求合环两侧电压相角差在0～10
°
之间)，且存在合环冲击电流，操作风险较大。为提高合环操作安全性与可靠性，无缝合环装置得到进一步研究，中国专利申请号：cn202110372138.4，提出了一种低压配电网新型无缝合环转电装置，能够消除合环转电过程中的冲击电流，实现合环两侧电压相角差在0～30
°
之间的转供电操作不停电，进一步提高供电可靠性。
3.在进行配网合环操作前，需先进行合环点选择。合环点的选择是配电网合环转供电运行的重要问题。当选择不同的合环点时，不同的合环电压差将产生不同的合环电流，而合环后线路潮流分布也不同，因而使得对应的合环转供电操作具有不同的经济性与安全性。当前合环点大多以就近的原则进行选择，若合环点选择不当，流经合环线路的电流过大，可能引发线路保护开关跳闸、供电设备过载等安全问题，甚至造成较大经济损失。而选择好的合环点，则能够提升合环转电操作的安全性与经济性。
4.因此，有必要研究一种全面考虑传统及潜在合环场景下的合环点综合选取方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种配电网合环点综合选取方法，考虑了传统合环装置与无缝合环装置并用的合环场景下，能够全面、准确、有效选择最优合环点，提高合环操作的安全性与经济性。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种配电网合环点综合选取方法，其包括如下步骤：
7.(1)获取配电网参数信息，并将所有备用台区进行编号；
8.(2)根据所述配电网参数信息，计算各备用台区k合环转供电后配电网的运行工况，若运行工况符合工况要求，则执行步骤(3)，若不符合工况要求，结束对该备用台区的校验；
9.(3)根据所述配电网参数信息，计算待维修供电主台区的节点分别与符合运行工况要求的各备用台区k的节点的电压相位差，若电压相位差小于10
°
，则初步认为可在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第一合环装置并执行步骤(4)，所述第一合环装置仅包含合环开关；若电压相位差大于等于10
°
且小于等于30
°
，则认为可在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第二合环装置并执行步骤(5)，所述第二合环装置用于实现所述电压相位差在0～30
°
之间的合环转供电操作；若电压相位差大于
30
°
，结束对该备用台区的校验；
10.(4)基于戴维南理论的等值方法及叠加原理，计算合环后流过各备用台区k与待维修供电主台区连接构成的合环线路上的第一合环装置两侧的稳态合环电流、以及流过该备用台区馈线和与其连接的待维修供电主台区馈线上的稳态合环电流，若各稳态合环电流符合要求，则在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第一合环装置；若各稳态合环电流不符合要求，则在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第二合环装置；
11.(5)根据待校验的各备用台区k合环后配电网运行工况及采用的合环装置类型，分别计算各备用台区k的静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标，并结合预先通过层次分析法计算各备用台区k的安全性和经济性指标的权重，计算得到各备用台区k的综合指标；
12.(6)选取综合指标最大的备用台区的节点为最优合环点，并利用该备用台区所选用的合环装置对待维修供电主台区上的负荷进行实际合环转供电操作。
13.本发明提供的配电网合环点综合选取方法，全面考虑电力系统的各个状态，运行工况、电压相位差和稳态环流，兼顾合环点的经济性指标及安全性指标，可有效提高合环点选择的可靠性；同时兼顾无缝合环转电装置及传统合环转电装置场景，具有较高的实用价值。
14.在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述配电网参数信息包括配电网结构、配电网运行工况参数、变压器参数和负荷参数。
15.在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述工况要求包括合环转供电后线路潮流满足载流量的要求和备用台区所带负荷满足主变容量的要求。
16.在其中一个实施例中，步骤(4)中，若各稳态合环电流符合要求，则满足如下式：
[0017][0018][0019][0020][0021]
式中，表示各备用台区k的相电压；表示待维修供电主台区的相电压；zd表示各备用台区k包含合环装置在内的合环线路等效阻抗；z0表示各备用台区k减去合环线路以外的外网等值阻抗；表示合环后流过各备用台区k与待维修供电主台区连接构成的合环线路上的第一合环装置两侧的稳态合环电流；表示合环前流过各备用台区k馈线上的稳态合环电流；表示合环前流过待维修供电主台区馈线上的稳态合环电流；表示合环后流过待维修供电主台区馈线上的电流；表示合环后流过各备用台区k馈线上的电流；i
k,max
、i
1,max
和i
k1,环,max
对应表示各备用台区k馈线上的载流量、待维修供电主台区馈线上的载流量及合环线路上的载流量。
[0022]
在其中一个实施例中，步骤(5)中，所述各备用台区k节点的静态电压稳定裕度指标α
k,vsm
为：
[0023][0024]
式中，(pk+p1)表示合环后各备用台区k节点的有功负荷；表示各备用台区k节点电压崩溃点的有功负荷。
[0025]
在其中一个实施例中，步骤(5)中，所述各备用台区k节点的剥线安全性指标αb为：
[0026]
当合环转供电现场为台区间低压柜首端备用开关连接或台区间低压柜首端母线连接时，该备用台区的节点的剥线安全性指标αb为1；当合环转供电现场为台区间就近点电缆连接时，该备用台区的节点的剥线安全性指标αb根据合环转供电现场进行确定。
[0027]
在其中一个实施例中，步骤(5)中，所述各备用台区k节点的合环电流安全性指标根据该备用台区所选用的合环装置类型进行计算；
[0028]
当备用台区k采用第二合环装置时，则该备用台区的合环安全性指标α
k,sa
为1；
[0029]
当备用台区k采用第一合环装置时，则该备用台区的合环安全性指标α
k,sa
为：
[0030]
α
k,sa
＝η1·
α
k1,冲
+η2·
α
k1,环
[0031]
α
k1,冲
＝(i
k1,冲max-i
k1,冲
)/i
k1,冲max
[0032][0033][0034]
式中，α
k1,冲
表示各备用台区k中选用第一合环装置的冲击电流裕度指标；α
k1,环
表示各备用台区k中选用第一合环装置的稳态电流裕度指标；η1、η2对应表示冲击电流裕度指标和稳态电流裕度指标的权重；i
k1,冲max
表示各备用台区k与维修供电主台区连接构成的合环线路上的过流速断保护触发电流；i
k1,冲
表示各备用台区k与维修供电主台区连接构成的合环线路上的冲击电流最大有效值。
[0035]
在其中一个实施例中，步骤(5)中，所述各备用台区k的经济性指标ek为；
[0036]
当备用台区k采用第一合环装置时，对于合环转供电现场为台区间低压柜首端备用开关连接，则该备用台区的经济性指标对于合环转供电现场为台区间低压柜首端母线连接，则该备用台区的经济性指标对于合环转供电现场为台区间就近点电缆连接，则该备用台区的经济性指标
[0037]
当备用台区k采用第二合环装置时，对于合环转供电现场为台区间低压柜首端备用开关连接，则该备用台区的经济性指标对于合环转供电现场为台区间低压柜首端母线连接，该备用台区的经济性指标对于合环转供电现场为台区间就近点电缆连接，该备用台区的经济性指标
[0038]
其中，ω和γ表示第一合环装置和备用开关的单次操作成本；ψ表示第二合环装置
和配件的单次操作成本；λ表示电缆的单位距离单价；υ表示单位距离人力铺设电缆的成本；l
k1
表示各备用台区k与待维修供电主台区之间可铺设电缆的长度；e表示人力剥线成本；表示人力单次操作成本；q表示经济性的标准值。
[0039]
在其中一个实施例中，所述各备用台区k的综合指标zk为：
[0040]
zk＝k1·
(h1·
α
k,vsm
+h2·
αb+h3·
α
k,sa
)+k2·fk
[0041]
式中，各备用台区k的静态电压稳定裕度指标α
k,vsm
、剥线安全性指标αb、合环电流安全性指标α
k,sa
及经济性指标ek需对应满足最大最小值限制，即若不满足，则该备用台区综合指标为0。
附图说明
[0042]
图1是本发明一实施例提供的配电网合环点综合选取方法的流程示意图；
[0043]
图2是本发明一具体实施例提供的同一110kv变电站不同10kv线路分区示意图；
[0044]
图3是本发明一具体实施例中的某一合环线路的电路原理示意图；
[0045]
图4是图3中该合环线路的简化等值电路示意图；
[0046]
图5是本发明一具体实施例提供的配电网合环点综合选取方法的流程图。
具体实施方式
[0047]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0048]
需要说明的是，合环场景指的是主供台区需退出运行(需要维修)时，通过电缆和合环装置将主供台区与备用台区相连以构成合环线路，通过操作合环装置使主供台区上的负荷转至备用台区上，完成合环转供电操作。
[0049]
为解决传统合环点大多以就近原则进行选择存在安全性和经济性差的问题，本发明考虑传统合环装置与无缝合环装置并用的合环场景，针对合环点选取这一重要问题，提供一种准确、全面、有效的配电网合环点综合选取方法，为电力调度员开展配网合环操作提供依据，有效提高合环操作的安全性与经济性。
[0050]
图1是本发明一实施例提供的配电网合环点综合选取方法的流程示意图，如图1所示，该配电网合环点综合选取方法包括：
[0051]
s10，获取信息
[0052]
具体地，获取配电网参数信息，该配电网参数信息可包括配电网结构、配电网运行工况参数、变压器参数和负荷参数等信息，同时将所有备用台区进行编号，便于后续对最优备用台区进行选取，该最优备用台区的节点对应为最优合环点。例如，假设可将主供电台区编号为台区1，各备用台区k则可编号为2,
…
,g,当然也可以采用其他的编号方式，本实施例不作限制。
[0053]
针对所有备用台区(2，
…
，g)进行步骤s20～s60：
[0054]
s20，计算并判断合环转供电后配电网是否符合要求
[0055]
具体地，根据步骤s10中获取的信息，计算各备用台区k合环转供电后配电网运行工况是否符合要求：合环转供电后线路潮流需满足载流量的要求，备用台区所带的负荷大小需满足主变容量要求。若运行工况符合工况要求，则转至步骤s30；若不符合工况要求，则判定该备用台区不允许合环，结束对该备用台区的校验。
[0056]
s30，计算并判断相位差是否符合条件
[0057]
具体地，根据s10中获取的信息，计算待维修供电主台区的节点分别与符合工况要求的备用台区的节点的电压相位差，若电压相位差小于10
°
，则初步认为可在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第一合环装置，然后转至步骤s40进行进一步判断，其中，第一合环装置仅包含合环开关，即为传统合环装置，能实现电压相位差在0～10
°
之间的合环转供电操作。
[0058]
若电压相位差大于等于10
°
且小于等于30
°
，则认为可在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用第二合环装置，然后转至步骤s50，第二合环装置即为本领域已知的无缝合环装置，用于实现电压相位差在0～30
°
之间的合环转供电操作。若电压相位差大于30
°
，结束对该备用台区的校验。
[0059]
s40，计算并判断稳态电流是否符合条件
[0060]
具体地，根据s10中获取的信息，基于戴维南理论的等值方法及叠加原理，计算合环后流过各备用台区k与待维修供电主台区连接构成的合环线路上的第一合环装置两侧的稳态合环电流、以及流过该备用台区馈线和与其连接的待维修供电主台区馈线上的稳态合环电流，若各稳态合环电流符合要求，则在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用传统合环装置；若各稳态合环电流不符合要求，则在待维修供电主台区的节点与该备用台区的节点之间选用无缝合环装置。
[0061]
s50，计算各类指标并得到各备用台区的综合指标
[0062]
具体地，根据待校验的各备用台区k合环后配电网运行工况及采用的合环装置类型，分别计算各备用台区k的静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标。然后并结合预先通过层次分析法计算各备用台区k的安全性和经济性指标的权重，计算得到各备用台区k的综合指标。
[0063]
其中，静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标均需满足最小值及最大值限制，若不满足，则该待校验的备用台区的综合指标置为0。
[0064]
其中，待校验的备用台区的静态电压稳定裕度指标定义为：从系统合环后的稳态状态出发，通过增加待校验合环点(待校验备用台区k的节点)所带负荷功率逐渐逼近电压崩溃点，配电网系统的合环稳态状态到电压崩溃点的距离。
[0065]
经济性指标及安全性指标在不同的合环转供电现场连接方案下采用不同的计算公式。合环转电现场连接方案共三种类型：类型1.台区间的低压柜备用开关相连，经济性方面需考虑合环装置成本、电缆成本及人力操作成本，安全性方面需考虑合环电流安全性指标及静态电压稳定裕度；类型2.台区间的低压柜母线连接，经济性方面需考虑合环装置成本、电缆成本、备用开关成本及人力操作成本，安全性方面需考虑合环电流安全性指标及静态电压稳定裕度；类型3.台区间就近点电缆连接，此种情况需将线剥出再进行接线，经济性
方面需考虑合环装置成本、电缆成本、备用开关成本、人力操作成本及额外的剥线成本，安全性方面需考虑合环电流安全性指标、剥线安全性指标及静态电压稳定裕度。
[0066]
s60，选取最优合环点
[0067]
在各备用台区k中进行选择，取综合指标最大的备用台区的节点为最优合环点，并利用该备用台区所选用的合环装置对待维修供电主台区上的负荷进行合环转供电操作。
[0068]
本实施例提供的配电网合环点综合选取方法，全面地考虑电力系统的各个状态，运行工况、电压相位差和稳态环流，兼顾合环点的经济性指标及安全性指标，可有效提高合环点选择的可靠性；同时兼顾无缝合环转电装置及传统合环转电装置场景，具有较高的实用价值。
[0069]
为更清楚地说明本发明，以下结合具体实施例进行说明：
[0070]
以同一110kv变电站的不同10kv线路分区下不同10kv母线联络为例讲述配网合环的情况，相同110kv变电站下不同10kv线路分区示意图如图2所示，共g条馈线，假设台区1为待维修主台区，其中的某一合环线路线k1(k＝2,
…
,g)如图3所示。
[0071]
在图3中，台区1待维修，母线k与母线1进行联络，将台区1所带负荷1转至台区k。图3中，0.4kv馈线合环开关即为合环装置的简易表达。图3中，分别为低压母线k、低压母线1的相电压；为馈线k、馈线1上的初始电流；为合环稳态电流。采用戴维南等值方法得到的合环线路等效电路如图4所示，其中，合环点k、合环点1即对应低压母线k、低压母线1，zd为包含合环装置在内的合环线路等效阻抗，z0为减去合环线路以外的外网等值阻抗。
[0072]
如图5所示，本发明涉及一种考虑传统合环装置与无缝合环装置并用的合环场景下的配电网合环点综合选取方法，该方法包括以下步骤：
[0073]
(一)获取信息
[0074]
获取自动化系统中配网结构、设备状态、系统运行工况、变压器等设备参数、负荷数据等信息，并确定所有待校验合环点编号。
[0075]
针对所有待选合环点k(k＝2,
…
,g)进行步骤(二)-(六)：
[0076]
(二)计算并判断合环转供电后配电网是否符合要求
[0077]
合环转供电后配网运行工况需满足以下要求：
[0078]
①
合环转供电后线路潮流需满足载流量的要求；
[0079]iij
≤i
ij,max
,i,j∈neꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0080]
式中，ne为配电网节点集合；i
ij
表示线路i-j上的电流；i
ij,max
表示线路i-j的载流量，可根据线路i-j采用的电缆的规格确定的。
[0081]
②
备用台区所带的负荷大小需满足主变容量要求。
[0082]
(pk+p1)≤p
主变，k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0083]
式中，(pk+p1)为转电后台区k所带负荷，p
主变，k
表示主变k的容量。
[0084]
若运行工况符合上述两点要求，则转至步骤(三)；若不合要求，则判定合环点k不允许合环，结束对合环点k的校验。
[0085]
(三)计算并判断相位差是否符合条件
[0086]
计算合环点k两侧电压的相角差若则不满足
合环条件，合环点k不允许合环，结束校验；若需转至步骤(四)对采用装置进行进一步判断；若判断在该点进行合环需采用无缝合环装置，转至步骤(五)。
[0087]
(四)计算并判断稳态电流是否符合条件
[0088]
基于戴维南理论的等值方法及叠加原理，合环后的两条馈线稳态电流均由两部分叠加而成：一部分是合环前两条馈线的初始电流另一部分是由合环开关两侧合环点的电压幅值及相角差引起的稳态环流
[0089]
根据图4所示的戴维南等效电路计算稳态环流
[0090][0091]
则合环后流过馈线k的稳态电流如下式：
[0092][0093]
则合环后流过馈线1的稳态电流如下式：
[0094][0095]
若各稳态电流满足条件，则需满足下式：
[0096][0097]
式中，i
k,max
、i
1,max
和i
k1,环,max
分别为馈线k、馈线1及合环线路的载流量，可根据合环线路中采用的电缆的规格确定。
[0098]
若各稳态电流满足条件，则判定采用传统合环装置，转至步骤(五)；若各稳态电流不满足条件，则判定需用无缝合环装置，转至步骤(五)。
[0099]
(五)计算各类指标并得到合环点综合指标值
[0100]
采用层次分析法预先求取各合环安全性、经济性指标的权重。合环安全性子指标中，静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标对应权重分别为h1、h2、h3。合环安全性、经济性指标对应权重分别为k1、k2。
[0101]
根据配电网运行工况及采用的装置类别，分别计算静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标。根据所得的指标权重体系，得到待校验合环点综合指标值。
[0102]
1)安全性
[0103]
①
静态电压稳定裕度指标
[0104]
静态电压稳定裕度指标如下式所示:
[0105][0106]
式中，α
k,vsm
为合环点k静态电压稳定裕度值；(pk+p1)为合环转电后合环点k的有功负荷；为合环点k电压崩溃点的有功负荷，根据连续潮流法确定，即使用连续方法跟踪
负荷变化下的电力系统的临界点。
[0107]
②
剥线安全性指标
[0108]
剥线安全性表示为αb，即剥线不出现事故的概率，当现场连接方案为类型1、2时，不需要剥线，因此αb为1；当现场连接方案为类型3时，需要剥线，此时αb不为1，其值根据现场情况确定。
[0109]
③
合环电流安全性指标
[0110]
合环电流安全性指标根据不同的装置类型分别计算。
[0111]
a.采用传统合环装置
[0112]
根据合环后流过各备用台区k与待维修供电主台区连接构成的合环线路上的第一合环装置两侧的稳态合环电流计算得到冲击电流最大有效值i
k1,冲
：
[0113][0114]
传统合环装置的冲击电流裕度指标为：
[0115]
α
k1,冲
＝(i
k1,冲max-i
k1,冲
)/i
k1,冲max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0116]
式中，i
k1,冲max
为各备用台区k与维修供电主台区连接构成的合环线路上的过流速断保护触发电流，可根据工程上的继电保护整定值确定。
[0117]
取较大的馈线稳态电流裕度，计算传统合环装置的稳态电流裕度指标：
[0118][0119]
传统合环装置的合环安全性α
k,sa
可以表现为冲击电流裕度指标与稳态电流裕度指标的综合值：
[0120]
α
k,sa
＝η1·
α
k1,冲
+η2·
α
k1,环
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0121]
式中，η1、η2分别为冲击电流裕度指标、稳态电流裕度指标对应的权重。
[0122]
b.采用无缝合环装置
[0123]
在合环转供电现场采用无缝合环装置的情况下，合环线路不存在冲击电流。无缝合环装置能够保障合环安全，其合环安全性为1，即：
[0124]
α
k,sa
＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0125]
2)经济性指标
[0126]
对于不同的合环转供电现场连接方案，所述经济性指标需要分别进行考虑。
[0127]
a.采用传统合环装置
[0128]
对于合环转供电现场连接方案1，其经济性指标为：
[0129][0130]
对于合环转供电现场连接方案2，其经济性指标为：
[0131][0132]
对于合环转供电现场连接方案3，其经济性指标为：
[0133][0134]
式中，ω和γ分别为传统合环装置和备用开关的单次操作成本；λ为电缆的单位距
离单价；υ为单位距离人力铺设电缆的成本；l
k1
为合环点k与合环点1之间可铺设电缆的长度；e为人力剥线成本；为人力单次操作成本；q为经济性的标准值。
[0135]
b.采用无缝合环装置
[0136]
对于合环转供电现场连接方案1，其经济性指标为：
[0137][0138]
针对台区类型2，其经济性指标为：
[0139][0140]
针对台区类型3，其经济性指标为：
[0141][0142]
式中，ψ为无缝合环装置和配件的单次操作成本。
[0143]
各静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标需满足最大最小值限制，若不满足，则将合环点综合指标值置为0：
[0144][0145]
综上所述，根据静态电压稳定裕度指标、剥线安全性指标、合环电流安全性指标及经济性指标及其对应权重，合环点综合指标值为：
[0146]
zk＝k1·
(h1·
α
k,vsm
+h2·
αb+h3·
α
k,sa
)+k2·fk
ꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0147]
(六)选取最优合环点
[0148]
在所有待选合环点中进行选择，取综合指标值最大的合环点为最优合环点：
[0149]
max(z)＝max(zk)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0150]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。