基于分布系数法的环网潮流计算在油田电网中的应用

2016-04-29赵利辉

上海电机学院学报 2016年1期

关键词：调度

赵利辉

(黑龙江省大庆市电力集团电力调度中心, 黑龙江大庆 163453)

基于分布系数法的环网潮流计算在油田电网中的应用

赵利辉

(黑龙江省大庆市电力集团电力调度中心, 黑龙江大庆 163453)

摘要电网合解环操作是调度运行管理的一个重要环节，在实际运行中，需重点分析与调控。为解决同一系统短时环网存在的合环开关处无电流、合环开关处电流小于10A及环网内其他开关电流无明显变化的问题，研究了基于分布系数法的环网潮流计算，通过对不同变电所投停电容器改变无功潮流分布，将不同方式下节点负荷乘以分布系数后叠加作为电源支路的潮流，然后求出其他支路的潮流，最终确定环网内合环电流变化明显的调控措施，以方晓一次变系统35kV西一二线合环构成的短时环网为例，对各种方式进行了对比计算。结果表明：在西一变停用电容器后，合环开关处有明显电流，能够进行成功的合解环操作，并对类似接线结构的变电所进行了计算，为调度员指挥操作提供理论依据，确保了油田电网安全可靠运行。

关键词分布系数; 油田电网; 调度; 合环操作

Application of Ring Network Power Flow Calculation in Oil Field Power Grid with Distribution Coefficient Method

ZHAOLihui

(The Daqing City of Heilongjiang Province Electric Power Dispatching Center of Electric Power Group, Daqing 163453, Heilongjiang, China)

AbstractThe closed loop in a power network is important in the operation and management of a dispatching agency, which should be analyzed and controlled in the practical operation. In an electric power system, the switch has no current, or the co-current is less than 10A. To solve the problem, power flow calculation using a distribution coefficient method is studied. The reactive power flow distribution changes with input or stop of different substation capacitors. The node load is used under different operating modes multiplied by the distribution coefficient. The results are superimposed to give the trend of power supply branch. Finally, the trend of other branches is found. Using this method, control measures are taken to ensure that the loop current is changed obviously. As an example, the closed loop current on the 35kV line at Fang Xiao substation is calculated under various operation modes. The results show that, after discontinuation of the west substation capacitor, the loop closing switch has a significant current. It can then solve the loop operation and calculate the similar connection structure of substations, providing a theoretical basis for operations of the dispatcher command. It ensures safe and reliable operation of the oilfield power grid.

Keywordsdistribution coefficient; oil field power grid; scheduling; closed loop operation

油田电网是环网设计，开网运行，在电网设备检修、事故异常处理和最大需量调控等情况下，改变系统运行方式，需要合环转移负荷，电网短时变成了环网运行。在调度指挥操作时，必须要确保合环成功，但是对于同一座110kV变电所的35kV母线分别接带35kV变电所的接线方式，当对合环开关进行操作后，经常遇到合环开关处无电流、合环开关处电流小于10A、环网内其他开关电流无明显变化的情况，给调度员判断是否合环成功带来了困难。调度员针对这种情况，常采用投停35kV变电所的电容器来改变环网的潮流分布，但是投停哪座35kV变电所的电容器能使合环开关处电流较为明显，只能通过尝试操作。油田电网中属于此类接线结构的变电所共涉及1座220kV变电所、12座110kV变电所、25座35kV变电所[1-3]。

本文介绍了基于分布系数法的环网潮流计算，研究了不同变电所投停电容器时的环网功率分布，确定环网内合环电流变化明显的最佳调控措施，解决短时环网存在的合环开关处无电流、合环开关处电流小于10A及环网内其他开关电流无明显变化的问题，从而确定是否可以合解环操作，对调度人员指挥操作具有较大的实用价值。

1分布系数潮流法

利用分布系数和重叠原理来求环网中功率分布的方法，叫做分布系数潮流法。虽然计算分布系数的工作量很大，但是当分布系数计算出来以后，在电网接线方式不变的情况下，只改变节点的电源或负荷，功率分布的计算将可以大大简化。正是由于利用分布系数能够很快地计算出负荷改变后的功率分布，对同一系统合环电流小、电流无明显变化等情况，调度员可提前进行计算各种负荷变化下的潮流分布。根据计算结果，按照最佳的调控措施进行操作，并与实际操作时的数据进行对比，为调度员提供理论依据。虽然采用分布系数潮流法所得的结果是近似的，误差很小，在实际调度运行中加以利用是完全可行的[4-6]。

1.1平衡节点

在进行功率分布计算时，首先要知道所有节点的电源和负荷，为了进行功率平衡计算，还必须求出电网中各元件的功率损耗，若把每一元件的损耗分派到该元件的两端，并与接在这两端的负荷相加，便可以得到接在电网节点上的总有功功率和总无功功率。因为流入电力网的总有功功率和无功功率分别等于从电力网流出的总有功功率和总无功功率，所以电力网中将有一个节点，其负荷值必须按照整个系统功率平衡原则来决定，这个节点，就称为平衡节点，一般用“▽”表示[7-10]。

可见，平衡节点就是能够吸收、送出任意多少的有功功率和无功功率的点，在实际应用计算中，一般选取功率变化比较大、支路比较多的电源节点为平衡节点。在油田电网中可以选取110kV变电所的35kV母线作为平衡节点。

1.2分布系数

通过环网某一支路的功率与各节点的负荷具有一定的关系，如果电力网中各支路的平均电压是相等的，那么这种关系就是线性的，该线性关系实质上就是节点负荷在某支路的分布系数[1，11-13]。

例如：有一个简单的环网，如图1所示。设该电网有n+1个节点(负荷点)，其中A是选取的平衡节点，以▽表示，1，2，…，k，…，n为各负荷节点，当各支路电压相等时，通过支路a的功率和各节点的负荷关系为

(1)

图1　简单环网图Fig.1　A simple ring network

由于式(1)中，不包括平衡节点的有关量，故在节点n的负荷在支路a的分布系数与选取的平衡节点有关，即当平衡节点一定时，节点n的负荷在支路a的分布系数是个一定的数值，它仅与电力网的结构和参数有关，而与节点的负荷大小无关[14]。

将式(1)改写成

(2)

将式(2)展开，则可得

β1aQ1-β2aQ2-βnaQn)-j(α1aQ1+α2aQ2+…+

αnaQn-β1aP1-β2aP2-βnaPn)

令S1=P1a-jQ1=1-j0，且其他节点不接负荷时，则上式可以化为

(3)

1.3分布系数的计算

C·1= S·1=Z2Z1+Z2S·=Z2Z1+Z2=

(4)

式中，Z1、Z2分别为支路1、2的阻抗，Ω；R1、R2分别为支路1、2的电阻，Ω；X1、X2分别为支路1、2的电抗，Ω。

图2　两条并联支路的环网Fig.2　Loop network of two parallel branches

在实际潮流计算时，大多数电力网均可近似视为均一网，此时，分布系数的虚部很小，在近似计算中，对计算结果的影响可以忽略不计，分布系数只取实部，将会使分布系数的计算更进一步简化。

式(4)可改写为

(5)

1.4各支路潮流的计算

计算出各负荷节点的分布系数后，根据节点的负荷和环绕方向，用式(1)来进行选定支路的功率分布计算，再按照基尔霍夫第一定律，即流入节点的负荷等于流出节点的负荷，求出下一支路的潮流分布。然后根据各支路的潮流计算结果和各节点的电压，利用

(6)

235kV西一二线合环潮流计算实例

方晓一次变35kVⅠ、Ⅱ段母线分别接带35kV西一变和35kV西二变，由于属同一系统，通过西二变35kV西一二线1237开关合环后，构成短时环网，根据分布系数潮流法对该环网进行计算。

选取方晓一次变35kV母线作为平衡节点，环绕方向为逆时针方向，负荷、线路阻抗已标注在图3中。

图3　系统示意图Fig.3　Schematic diagram of the system

2.1计算35kV西一注线支路的分布系数

分别计算西一、西二变负荷节点在 35kV 西一注线支路的分布系数，虚部忽略不计，根据式(5)进行计算。

(1) 西一变负荷S1在35kV西一注线支路的分布系数

(2) 西二变负荷S2在35kV西一注支路的分布系数

2.2计算初始合环时环网内各支路的潮流

利用式(1)计算35kV西一注线支路的潮流分布，然后根据基尔霍夫第一定律计算其他支路的潮流分布，再利用式(6)计算环网内各处电流。

(1) 35kV西一注线支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j0.5)+

0.32×(4+j0.4)=3.54-j0.14MW

(2) 35kV西一二线支路的潮流

S·12= (3.54-j0.15)-(4.1-j0.5)=

-0.56+j0.36MW

(3) 35kV西二注线支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56+j0.35)=

4.56+j0.04MW

2.3计算西一变停用一组电容器时环网内各支路的潮流

西一变电容器容量2.3Mvar，停掉电容器后负荷变为4.1-j2.8MW。

(1) 35kV西一注线支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j2.8)+

0.32×(4+j0.4)=3.54-j1.41MW

(2) 35kV西一二线支路的潮流

S·12= (3.54-j1.41)-(4.1-j2.8)=

-0.56+j1.39MW

(3) 35kV西二注线支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56+j1.39)=

4.56-j0.99MW

2.4计算西二变停用一组电容器时环网内各支路的潮流

西二变电容器容量2.3Mvar，停掉电容器后负荷变为4.1-j1.9MW。

(1) 35kV西一注支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j0.5)+

0.32×(4-j1.9)=3.54-j0.89MW

(2) 35kV西一二线支路的潮流

S·12= (3.54-j0.89)-(4.1-j1.9)=

-0.56-j0.39MW

(3) 35kV西二注线支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56-j0.39)=

4.56-j1.51MW

2.5几种方式下的数据对比

经过以上计算，汇总结果见表1。从表1中的35kV西一二线合环构成的环网潮流计算结果可以看出，初始合环下合环开关处电流10.1A，在西一变停电容器后电流22.9A，在西二变停电容器后电流10.4A，每种情况下合环开关处电流都不一样的，但是，在西一变停电容器时合环开关处电流最为明显。2014年7月3日西一变35kVⅠ段母线、1#主变检修时，在西一变停用1组电容器后，35kV西一二线实际合环电流20A与计算值22.9A基本相符，为调度员提供了理论依据。

表1　潮流计算结果

3油田电网同一系统短时环网的潮流快速计算

类似方晓一次变系统35kV西一二线合环电流小于10A的相关变电所，还有高家一次变系统接带的喇十四变和喇三变、杏北一次变系统接带的杏十九变和杏二十五变等25座变电所，共计13个合环点，统计结果如表2所示。

表2　同一系统合环统计表

由于网络接线已经固定，分布系数不会改变，当分布系数计算完成以后，只要知道各变电所节点的负荷，就可以快速计算出投停电容器后的环网潮流分布和环网内各开关处的电流，根据计算的结果，确定最佳的方案，指导调度员的合解环操作。为此，根据分布系数潮流法的计算公式，利用EXCEL办公软件开发了同一系统短时环网潮流计算工具，包括分布系数计算模块、潮流计算模块[8]。

3.1计算同一系统各变电所节点的分布系数

利用分布系数计算模块，将13个短时环网涉及的39条35kV线路参数进行输入，根据计算公式分别计算出喇十四变等变电所结点的分布系数共计26个(见图4)。

图4　分布系数计算模块Fig.4　Calculation module for distribution coefficient

3.2计算同一系统环网潮流分布

根据已经计算的各变电所的分布系数，利用潮流计算模块，如图5所示。选择合环的变电所、合环的线路，输入各变电所的有功负荷、无功负荷、母线电压，即可计算出环网内各开关处的电流和功率。如果合环开关处电流小于10A时，可以输入各变电所投停电容器前后的有功、无功数据，重新计算，以便确定在哪座变电所停用电容器效果最为显著。

图5　潮流分布计算模块Fig.5　Calculation module for power flow distribution

4结语

在电网结构及参数一定的条件下，合环后各支路的潮流仅与节点的负荷有关，合环前利用分布系数法，计算初始合环及投停电容器后的几种负荷变化下的功率分布、电流，从而确定最佳的调控措施，并可作为调度员指挥操作的参考。通过实例，证明了电网潮流计算不是可有可无，特别是同一系统的环网潮流计算，利用分布系数法对改变后的系统的潮流进行估算，是完全可行的，分布系数法的运用就更显示出它的快捷性[15]。

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