基于智能电网调度控制系统的配网合环操作研究分析

黄炜果 范译文 姚元文 陈潋 彭 昊



基于智能电网调度控制系统的配网合环操作研究分析

黄炜果 范译文 姚元文 陈潋 彭 昊

（国网天府新区供电公司，成都 610000）

为保障电网安全运行，必须对配网线路合环时冲击电流大小进行详细分析和先验计算。目前国内外一般采用建立等值模型方式进行计算，其模型构架，参数设置等均与实际电网存在一定偏差，且无法对当前潮流情况进行考虑，同时该类方法对网架结构复杂的电网不能进行有效分析，因此无法满足实际需求。本文基于智能电网调度控制系统（D5000）配网合环计算分析功能，能够实现任一规模电网下的配网合环电流实时计算，提高了电网抗风险能力，当出现紧急状况时，能为配网合环操作提供理论依据和应对措施。建立10kV线路合环操作跨110kV、220kV电压等级两种典型模型，计算合环稳态电流和瞬时最大冲击电流，同时与实际测量值进行对比分析，验证该功能的计算的准确性和实用性。

合环分析功能；合环操作；最大冲击电流；准确性

我国10kV及以下配网线路一般采用闭环设计，开环运行的供电方式[1]，在倒负荷及线路检修时采用配网合环方式操作可以减少停电时间，提高供电可靠性[2]。但由此会造成馈线合环电流过大，引起的过流保护动作或线路过载，发生大面积停电事故，影响电网的安全运行。因此，需对合环操作进行量化分析和计算[3]，为实际操作提供理论支撑。

配网结构和运行方式非常复杂，文献[4]采用WARD/REI外部等值的方式，对合环电流进行分析计算，但该方式无法对大规模实际配网进行分析。文献[5]设计了一套配电网合环操作环流分析系统，对配网合环电流进行计算，但由于电网运行工况断面不易获得，因此计算结果会造成误差。文献[6]在验证稳态电流的基础上，提出了一种计算冲击电流的新方法。文献[7]以戴维南定理为基础建立数学模型，采用节点阻抗矩阵对合环支路冲击电流进行研究，但由于阻抗矩阵本身存在近似性，因此会影响计算结果。文献[8-9]对合环电流提出了近似计算方式，但简化后模型参数较为简单，只能得到近似值。文献[10]介绍了配网配电的典型电源接线方式。文献[11]提出了基于矢量图形的方式对配网进行高级应用。文献[12]针对含分布式电源的配网进行合环操作。文献[13]考虑了不同分布式电源下配网合环电流幅值差异的新型保护方案。

本文选取四川省天府新区配网线路，建立跨110kV、220kV电压等级两种典型模型，采用智能电网调度控制系统（D5000）配网解合环计算分析功能对合环稳态电流和冲击电流进行计算，同时与实际测量情况进行对比分析，为合环操作提供理论基础。

1 智能电网调度控制系统（D5000）配网合环功能

D5000系统是目前国内新一代智能电网调度控制系统[14]，其配网合环计算分析功能对任一电网运行方式下配网合环时的冲击电流和稳态电流进行计算，如图1所示。

图1 配网合环功能界面

区别于其他合环电流计算分析，D5000配网合环计算功能不仅考虑10kV及以下配网线路拓扑参数，对10kV及以上主网拓扑结果及参数也进行了详细分析，同时可根据当前拓扑情况得到实时合环潮流结果。其计算流程图如图2所示，由图2可知，D5000首先提取天府新区电网全模型参数，对全网进行状态估计计算，得到实时的结果与实际SCADA值进行对比，从而校验模型的正确性，确保接下来合环计算的正确性。在合环计算过程中，需进行合环通路校验，确认配网线路合环后是否与上级电网构成环路，对调度员调整相应方式提供参考[15]。

同时计算结果不仅可以展示冲击电流最大幅值，稳态电流值，还能展示冲击电流时域波形，详细越限信息等，为合环操作提供详细信息和理论依据，如图3所示。

图2 配网合环功能计算流程图

图3 D5000配网合环电流结果及时域波形图

2 配网合环操作

配网一般为辐射状运行，网络架构为闭环方式，在进行配网合环操作时，一般有以下几种情况[16]，以天府新区供电公司龙泉片区为例，如图4所示。

1）配网合环点A。10kV配网线路分属不同110kV电站，但均由同一220kV变电站供电，这是天府公司较为常见的合环操作，即跨不同110kV变电站配网线路合环。

2）配网合环点B。10kV配网线路分属不同110kV变电站，且所属的110kV变电站由不同220kV变电站进行供电，当出现紧急情况和线路故障时，会采用该方式进行倒负荷，即跨不同220kV变电站配网线路合环。

图4 配网解合环种类

3）配网合环点C。10kV配网线路同属一个110kV变电站，该种方式操作简单，且一般站内合环即可，即110kV变电站内配网线路合环。

3 算例分析

由上述可知，对于C类操作而言，操作相对简单，且合环时电流较小，研究价值较小。故本文着重研究A、B两类情况，根据天府公司配网线路的历史情况、参数对比，A类方式最终选择了一对负荷较重的线路（10kV龙洪路—10k界汇路），B类方式最终选择了一对负荷轻的线路（10kV清物路—10kV园开路），合环示意图如图5所示。

图5 配网解合环示意图

配网合环线路参数见表1。

表1 配网合环线路参数

4 结果分析

为保证结果的准确性和典型性，采用现场试验与D5000配网解合环计算对比方式进行，开展合环电流计算工具如下：

1）D5000系统的合环操作风险分析软件（理论计算）。

2）便携式故障录波器，型号：ZH102中华元电，测量精度20000Hz（实际测量）。

4.1 A类合环操作计算分析（10kV龙洪路—10kV界汇路）

合环前界牌站10kV界汇路921开关有功0.44MW、电流36.65A，龙泉站10kV龙洪路919有功3.13MW、电流186.00A。

1）D5000在线合环潮流计算合环后潮流

通过合环在线潮流计算，最大冲击电流为180.76A，电流变化量50.87A、合环后界汇路921开关电流为122.89A；龙洪路919开关电流为133.80A；如图6所示。

电流变化量是指合环时冲击电流有效值与合环后稳态电流值之差，它是衡量合环对线路影响较为重要的指标，即

D=t/1.414-e（1）

式中，D为电流变化量；t为最大冲击电流；e为稳态电流。

图6 D5000配网合联络开关处计算结果

2）实际合环后合环电流分析

实际合环后，根据SCADA可知，110kV界牌站921开关有功2.13MW、电流123.30A，110kV龙泉站919开关有功1.43MW、124.48A。故障录波采集电流如图7所示。

根据图7所示，故障录波器采集到最大冲击电流188.24A。

图7 110kV界牌站10kV界汇路921开关合环故障录波采集电流波形图

由表2可知，本次实验结果相对于本地计算的在线校验，合配网开关时根据现场录波软件计算得到电流变化量为51.24A；D5000配网解合环功能计算得到电流变化量为50.87A，偏差0.7%；现场录波软件得到冲击电流有效值为193A；D5000配网解合环功能计算得到冲击电流有效值为188.24A，偏差2.47%。

表2 D5000系统在线合环与实际测量对比图

在A类合环操作方式下，基于D5000配网合环分析软件计算结果与实测数据基本相符，其存在偏差的原因主要在于配网线路老化，实际阻抗与理论阻抗之间存在一定误差。但结果远远小于保护定值，且计算结果在误差范围内，故认为满足实际需求。

4.2 B类合环操作计算分析（10kV清物路—10kV园开路）

合环前清水站10kV清物路916开关有功0.37MW、电流20.51A，桃园站10kV圆开路915有功3.05MW、电流172.80A。

1）D5000在线合环潮流计算合环后潮流

通过合环在线潮流计算，最大冲击电流计算为115.04A，电流变化量27.49A，合环后清物路916开关稳态电流为108.66A；圆开路915开关稳态电流为91.29A，如图8所示。

图8 D5000配网合络开关处计算结果

2）实际合环后合环电流分析

根据SCADA可知，合环后110kV清水站10kV清物路916开关有功1.58MW、电流90.95A，110kV桃园站10kV圆开路916开关有功2.12MW、120.80A，故障录波器采集到最大冲击电流120.22A。如图9所示。

图9 110kV清水站10kV清物路916开关合环故障录波采集电流波形图

本次实验结果相对于本地计算的在线校验，合配网开关时，根据现场录波软件计算得到电流变化量为26.47A；D5000在线合环软件计算得到电流变化量为27.49A，偏差3.85%；软件计算得到冲击电流有效值为115.04A，偏差4.30%。其结果分析见表3。

在B类合环操作方式下，基于D5000配网合环分析软件计算结果与实测数据误差在可控范围内，其存在偏差的原因主要在于天府新区电网由于不调220kV变电站，故只能从省公司获取220kV参数模型，但结果远远小于线路保护定值，不会导致因主站计算误差发生误校核，故认为在线合环潮流计算功能为合环操作提供理论依据，满足生产应用。

表3 D5000系统在线合环与实际测量对比图

5 结论

本文针对配网合环操作中常见的两种操作方式进行了合环操作计算，其结果表明D5000配网合环分析软件能适用于大规模，不同方式下的合环电流计算。当电网出现紧急状况需进行合环倒负荷操作时，该分析软件能为调度员提供理论分析依据和指导，提高电网的安全稳定运行。

下一步将对软件计算结果带入一个安全系数s（s＞1），保证校验计算结果不会造成保护误动，避免因配网阻抗参数误差、软件计算所取电压与实际合环点电压之间的误差、软件合环校验与实际合环操作时间不同等因素造成误差对校核结果的影响。

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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

黄炜果（1990-），男，硕士研究生，研究方向为电力调度及自动化。