一种基于主变联络单元的供电能力分析方法与流程

本发明属于配电，尤其是一种基于主变联络单元的供电能力分析方法。

背景技术：

1、配电系统的主要职能是将输电系统传输来的电能高效、可靠的分配给电力用户，这种分配能力也可称之为配电能力或供电能力。配电系统的运行有其自身需要满足的规律，如果违背了这些规律，例如超出供电能力运行，将造成短路、断路、损坏配电装置等事故，甚至引起严重后果。此外，为了保证配电系统具备一定的供电冗余度，使其在故障条件下仍能保持供电。

2、为了使配电系统安全可靠地运行，需要基于配电网络的拓扑结构，结合运行约束，对供电能力进行合理评估，以在电网规划、设计和运行过程中进行相应控制，避免出现超出供电能力运行的不安全状况。科学的计算评估配电系统的供电能力，已成为当前配电网精细化评估与规划工作的关键一环，对于优化网络结构、指导配电网的规划和运行，具有重要意义。

3、有关配电系统供电能力的研究，传统上主要借鉴了输电网输电能力的概念，基于配电网络结构，在各负荷节点负载一定水平的负荷，通过配电网潮流计算校核网络负载该负荷水平的能力，以确定配电系统的供电能力，具有优化问题中对于目标值试探性逼近和对约束条件后验式满足的典型特点。其分析方法一般比较繁琐，在网络复杂情况下不一定能够得到准确的结果，作为优化问题还容易陷入np难境地，不能快速找出网络的瓶颈设备，且没有考虑配电网供电安全的n–1准则要求。同时，常规的供电能力分析方法不能明确给出配电系统的最大供电能力、站内供电能力、网络供电转移能力等；没有明确的评判手段来得到现状电网的最大供电能力和供负荷潜力，也不能快速找出网络的瓶颈设备；对规划电网无法明确评判该电网满足负荷的能力，不能很好的为配电系统的优化规划工作提供有效建议。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于主变联络单元的供电能力分析方法，通过考虑变电站站内接线模式、网络接线模式、线路传输极限容量、站内过载转带等因素，以联络单元为基本分析单位，用解析的数学方法明确得到系统所能达到的最大供电能力以及各台主变的最大负载率，确定系统现有的供电能力相对实际系统所带负荷的适应程度，并通过对主变运行方式、接线模式、供电块规模、最优供电转移能力的分析提炼影响系统供电能力水平的关键因素，从而为现状配电网优化改造和未来配电网规划工作提供有效的建议。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种基于主变联络单元的供电能力分析方法，包括以下步骤：

4、步骤1、采集配电系统数据；

5、步骤2、简化配电系统的网络拓扑；

6、步骤3、分析简化后网络拓扑的主变互联关系，形成主变联络关系矩阵 l link；

7、步骤4、使用n–1分析主变互联关系中联络单元，并计算联络单元主变最大平均负载率矩阵 t link；

8、步骤5、根据联络单元主变最大平均负载率矩阵 t link，计算主变最大允许负载率，形成主变最大允许负载率向量 t n–1；

9、步骤6、根据主变最大允许负载率向量 t n–1和配电系统的主变容量，计算配电系统的最大供电容量。

10、而且，所述步骤1的具体实现方法为：采集配电系统区域内实际网络的拓扑结构信息、主变容量和线路的极限传输容量信息。

11、而且，所述步骤2的具体实现方法为：对步骤1采集配电系统数据中实际网络进行网络拓扑简化，得到简化后主变之间的联络关系及其联络线路的极限传输容量。

12、而且，所述步骤3的具体实现方法为：根据步骤2中得到的简化后主变之间的联络关系，得到一系列有联络关系的主变组成的联络单元，形成主变联络关系矩阵 l link：

13、

14、其中， l i , j表示第 i台主变与第 j台主变存在联络关系，在第 i台主变发生故障情况下，将其所带负荷通过联络开关动作转移至第 j台主变， i=1,2,3,..., n∑， j=1,2,3,..., n∑；存在联络关系时取 l i , j=1，否则 l i , j=0；规定主变与自身之间存在联络关系，取 l i , i=1； l link矩阵是一个对称矩阵，矩阵的第 i行或第 i列表示系统中与第 i台主变具有联络关系的一组主变，也表示以第 i台主变为中心的联络单元， n1∑ = n1， n p∑=表示截止到第 p座变电站最后一台主变的主变编号；和分别表示第 p座变电站的主变与第 q座变电站的主变之间的站内联络关系分块矩阵和站间联络关系分块矩阵， p=1,2,3,..., n,q=1,2,3,..., n。

15、而且，所述步骤4包括以下步骤：

16、步骤4.1、根据步骤3中主变联络关系矩阵 l link和步骤2中主变间联络线路的极限传输容量形成联络线路极限容量约束矩阵 c link：

17、

18、其中， c i,j表示主变 i与主变 j之间的联络线路的极限传输容量； c i,1为主变 i与主变1之间的联络线路的极限传输容量，为累加到最后一台主变主变1之间的联络线路的极限传输容量；

19、步骤4.2、根据主变联络关系矩阵 l link和系统中各主变容量的关系，计算联络主变的分摊容量矩阵 r link：

20、

21、其中， r i,j表示在第 i台主变发生故障时，参与分摊主变 i正常所带负荷的第 j台主变的分摊容量的限值，为最大分摊容量，当 i= j时， r i,i= r i；代表以各台主变容量为对角元的对角阵，等号右端第一项表示联络单元中心主变的站内联络主变的最大分摊容量放大为额定容量的 k倍，而站间联络主变的最大分摊容量维持额定容量不变，站内联络主变集合为 ω1， k为短时允许过载系数，站间联络主变集合为 ω2，i为单位矩阵， l link out为变电站之间站间联络关系分块矩阵， l link in为变电站的主变之间的站内联络关系分块矩阵；

22、步骤4.3、主变联络关系矩阵中，由第 i行向量可以确定与第 i台主变有联络关系的主变最大负载情况，计算联络单元主变最大负载率矩阵 t link：

23、

24、其中， t i,j表示为满足联络单元主变n–1准则约束，第 i个联络单元中的第 j台主变所能达到的最大负载率，当两主变间不存在联络关系， l i,j=0时， t i,j=0，表示两主变之间联络容量为0，n–1情况下无法参与转带第 i台主变的转移负荷；当两主变间存在联络关系， l i,j≠0时， t i,j根据n–1准则：

25、

26、对于联络单元，在不考虑联络线容量限制的情况下，主变 i故障退出运行时，联络主变 j按其分摊容量为限分摊主变 i的负荷而不损失负荷，各联络主变集合的分摊容量之和与联络单元中所有主变额定容量之和的比值满足主变 in–1准则的最大平均负载率；

27、步骤4.4、计算主变负荷转移需求矩阵 d link；

28、

29、其中， d i,j表示主变 i发生故障时需向与之联络的主变 j转移的负荷大小，其中 d i,i=0表示主变自身在发生故障时失掉负荷，自身不能转供自身负荷，满足主变n–1准则条件，故障时主变 i向与之联络的主变 j转移的负荷大小为主变 j的分摊容量与正常运行所带负荷的差额为：

30、步骤4.5、比较 c link和 d link对应位置的元素值，判断主变负荷转移需求量满足主变间联络线路极限容量约束的情况，若是，则计算结束，否则需要对求得的联络单元主变最大平均负载率矩阵 t link进行修正；

31、步骤4.6、依照 c link和 d link对应元素比较结果，修正联络单元主变最大平均负载率矩阵 t link：

32、

33、在负荷转移过程中，负荷转移的大小不能超过联络线路的极限传输容量这个极限，针对联络单元，若主变 i与主变 j间的负荷转移需求超过其联络线路的极限传输容量，，则转移负荷按照极限联络容量确定，进而按照确定的可接受转移负荷计算主变 j的负载率；其余主变的负载率则需要从需转移负荷中扣除掉与联络极限容量相等的那部分转移负荷后，考虑各主变按分摊容量分摊剩余的转移负荷的思路确定。

34、而且，所述步骤5的具体实现方法为：根据联络单元主变最大平均负载率矩阵 t link，计算各台主变在满足其所属所有联络单元n–1准则要求下的最大负载率，形成主变最大允许负载率向量 t n–1：

35、其中，，物理含义为：主变 j（ j=1,2,3,..., n∑）与不同联络单元的其它主变联络时允许达到的最大运行负载率具有不同的数值，表现为 t link矩阵第 j列不同行的不同元素值，为了保证主变 j在各种组合联络情况下都满足n–1，主变 j的最大允许负载率只能按照主变 j所有负载率可能值的最小值确定，即 t j需要按照联络单元最大负载率矩阵 t ij各列中负载率的最小值选取。

36、而且，所述步骤6的具体实现方法为：由主变最大允许负载率向量 t n–1和主变容量，得到系统的最大供电能力 s n–1：。

37、本发明的优点和积极效果是：

38、本发明通过考虑变电站站内接线模式、网络接线模式、线路传输极限容量、站内过载转带等因素，以联络单元为基本分析单位，用解析的数学方法明确得到系统所能达到的最大供电能力以及各台主变的最大负载率，确定系统现有的供电能力相对实际系统所带负荷的适应程度，并通过对主变运行方式、接线模式、供电块规模、最优供电转移能力的分析提炼影响系统供电能力水平的关键因素，从而为现状配电网优化改造和未来配电网规划工作提供有效的建议。

39、通过主变压器联络关系分析得出系统中联络最薄弱的联络单元，得到各台主变压器最缺乏的联络方向，从而为网络优化改造提供依据；通过联络单元最大负载率分析得出系统联络瓶颈所在，从而找出影响配电网供电能力的主要因素，为配电网的规划与改造提供依据；通过揭示的电力系统联络薄弱点和联络瓶颈，为现状网络的优化和改造提供关键参考依据，以本方法为基础进行电网建设改造将能以有限投资大幅提高整个系统供电能力水平。