電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作條件邊界縮放實(shí)用計(jì)算法

程旻，吳琛，李玲芳，黃偉，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作條件邊界縮放實(shí)用計(jì)算法

程旻，吳琛，李玲芳，黃偉，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

通過邊界縮放的方式提出了電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電條件制定的實(shí)用計(jì)算方法，并以實(shí)際算例加以說明，為電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)過程分析提供了新的思路，以供大家探討。

電網(wǎng)運(yùn)行；合環(huán)調(diào)電；運(yùn)行方式；邊界縮放

1 前言

為了簡化電網(wǎng)運(yùn)行，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全水平，降低廠站短路電流，高電壓等級(jí)電磁環(huán)網(wǎng)普通在具備條件的情況下優(yōu)先選擇解環(huán)運(yùn)行的方式，解環(huán)的電網(wǎng)在涉及斷環(huán)點(diǎn)相關(guān)檢修及方式調(diào)整中，存在合環(huán)調(diào)電操作的需要，因此如何分析合環(huán)操作的安全性，制定操作期間潮流控制要求是電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度中的常見問題。

目前對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電操作條件的分析方法中，較多是通過運(yùn)用將合環(huán)后的支路潮流分為初始潮流、合環(huán)環(huán)流兩部分疊加的方法以分析合環(huán)操作的環(huán)流對(duì)安全的影響，又由于合環(huán)環(huán)流與合環(huán)角差、壓差存在定量關(guān)系，調(diào)度合環(huán)調(diào)電實(shí)際操作普遍沿用傳統(tǒng)通過合環(huán)點(diǎn)斷路器同期裝置檢測的合環(huán)角差、壓差與規(guī)定范圍比較，并以此判斷合環(huán)操作的安全性。上述的方法存在的主要問題是僅關(guān)注了合環(huán)操作期間的合環(huán)潮流造成的通道熱穩(wěn)問題，沒有考慮合環(huán)運(yùn)行期間發(fā)生N-1故障下的電網(wǎng)承受能力，不滿足規(guī)程要求，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。以下在滿足規(guī)程的基礎(chǔ)上，探討電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電操作控制條件界定的新工程實(shí)用方法。

2 電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)條件要求

規(guī)程規(guī)定：正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到單一故障擾動(dòng)后，當(dāng)保護(hù)、重合閘和斷路器正確動(dòng)作時(shí)，不采取穩(wěn)定控制措施，必須保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)正常供電，其他元件不超過規(guī)定的事故后過負(fù)荷能力，不發(fā)生連鎖跳閘。因此電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電的整個(gè)過程中，不但合環(huán)操作不能因環(huán)流造成通道熱穩(wěn)問題，合環(huán)運(yùn)行期間必須滿足承受N-1故障擾動(dòng)的能力。具體應(yīng)滿足以下要求：

1)電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作不能引起環(huán)網(wǎng)內(nèi)任一回線路或主變過負(fù)荷；

2)電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行期間，應(yīng)滿足N-1原則，即環(huán)網(wǎng)內(nèi)任一回線路或主變發(fā)生N-1故障情況下，環(huán)網(wǎng)內(nèi)其他線路不過負(fù)荷，主變?cè)谶^負(fù)荷能力范圍內(nèi)。

作為調(diào)度操作規(guī)范原則，界定的電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作條件必須具備一定的適應(yīng)性，可以滿足相對(duì)較長時(shí)間內(nèi)的合環(huán)操作要求。

3 實(shí)用計(jì)算分析

電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電整個(gè)過程涉及四個(gè)狀態(tài)，第一是合環(huán)前、第二是合環(huán)、第三是合環(huán)期間N-1、第四是斷環(huán)。合環(huán)前的電網(wǎng)屬于電網(wǎng)正常運(yùn)行的狀態(tài)，滿足電網(wǎng)運(yùn)行安全要求，但合環(huán)前的狀態(tài)是否需要滿足第二、第三、第四個(gè)狀態(tài)的安全要求需要計(jì)算分析，滿足整個(gè)過程的邊界條件就是合環(huán)操作的條件。

電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性涉及靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、熱穩(wěn)穩(wěn)定等多方面，電網(wǎng)合環(huán)從本質(zhì)上加強(qiáng)了電網(wǎng)的聯(lián)系，合環(huán)操作對(duì)電網(wǎng)的聯(lián)系緊密程度有所加強(qiáng)，除了熱穩(wěn)問題外，總體上的安全水平較合環(huán)前要提高。電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電操作問題以研究如何滿足熱穩(wěn)要求為目標(biāo)，符合工程實(shí)際要求。

圖1 電磁環(huán)網(wǎng)示意圖

在目標(biāo)電磁環(huán)網(wǎng)回路中，合環(huán)通道ABCD的聯(lián)系通道在合環(huán)操作期間是否存在熱穩(wěn)問題是合環(huán)條件的研究目標(biāo)。下面分兩個(gè)步驟分析滿足合環(huán)安全性的潮流條件。

3.1 計(jì)算各個(gè)通道在合環(huán)期間的潮流運(yùn)行范圍

由于線路潮流有功是無功的4～6倍，視在功率與有功功率基本接近，工程上為了簡化計(jì)算，常以線路潮流有功功率代替視在功率，以有功功率分布系數(shù)代替電流分布系數(shù)。

以分析通道BC的潮流運(yùn)行范圍PBC為例，方法如下。

1)梳理每個(gè)站點(diǎn)的功率情況，了解最大功率PN·max、最小功率PN·min、可調(diào)功率PN·Δ及各個(gè)通道的熱穩(wěn)極限值Pij·limit，制定計(jì)算初始邊界。

2)調(diào)整主環(huán)網(wǎng)潮流的極端方式，一個(gè)為以最大化主環(huán)網(wǎng)從N1至N2方向的潮流數(shù)據(jù)Ⅰ，一個(gè)為以最小化主環(huán)網(wǎng)從N1至N2方向的潮流數(shù)據(jù)Ⅱ。

圖2 電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流分析示意圖

圖2 中Scircle、Zcircle、Scr、Zcr分別表示合環(huán)通道的環(huán)流功率、環(huán)阻抗、主環(huán)網(wǎng)等效穿越功率、等效阻抗。由歐姆定理及功率定義，得到式(1)、(2)。

可以推導(dǎo)出式 (3)。

從式 (3)可以看出，環(huán)流功率的大小與主環(huán)網(wǎng)穿越等效功率成正比，所以主環(huán)網(wǎng)穿越等效功率的兩個(gè)極端就是求解環(huán)流極值的條件。

3)分析各合環(huán)通道各節(jié)點(diǎn)對(duì)于各通道的功率分布系數(shù)正負(fù)特性，通道潮流正方向前的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)是負(fù)值且離通道越近量值的絕對(duì)值越大，通道潮流正方向后的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)是正值且離通道越近量值越大。

圖3 電磁環(huán)網(wǎng)功率分布系數(shù)正負(fù)判別分析示意圖

圖3以B節(jié)點(diǎn)對(duì)通道BC的功率分布系數(shù)判斷為例說明，圖中PB、PBcircle分別表示B節(jié)點(diǎn)下送功率、通道CD分布功率。由于只研究節(jié)點(diǎn)B的功率分布問題，根據(jù)疊加定理，需設(shè)電網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)電源輸出為0，則合環(huán)通道沒有造成環(huán)流的壓差，PBcircle的方向與CD規(guī)定正方向相反，即流入B節(jié)點(diǎn)，所以得到是負(fù)值，B站點(diǎn)對(duì)CD通道的功率分布系數(shù)為負(fù)數(shù)。同理可以得出其他節(jié)點(diǎn)的功率分布系數(shù)情況，以規(guī)定從左到右為正方向的情況下，滿足通道潮流正方向前的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)是負(fù)值，通道潮流正方向后的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)是正值的特性。

圖4 電磁環(huán)網(wǎng)功率分布系數(shù)量值分析示意圖

圖4 中SB、SBcircle、 Zab、 Zbc、 Zcd分別表示B站下送功率、通道CD分布功率、通道AB、BC、CD的阻抗，Zna、Znd、Zno分別表示等效變換后的系統(tǒng)阻抗。由于只研究節(jié)點(diǎn)B的功率分布問題，根據(jù)疊加定理，設(shè)電網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)電源輸出為0，通道CD分布功率的值決定于左右兩個(gè)并聯(lián)支路的電流分配比，可得出式 (4)。

由 (4)可看出功率分布系數(shù)絕對(duì)值與節(jié)點(diǎn)左側(cè)的阻抗大小成正比，所以通道潮流正方向前的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)離通道越近量值的絕對(duì)值越大，同理可以得出通道潮流正方向后的合環(huán)通道上的節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)離通道越近量值越大的結(jié)論。

4)計(jì)算通道潮流運(yùn)行范圍：分上限PBC·max、下限PBC·min兩種類型求解，上限計(jì)算使用潮流數(shù)據(jù)Ⅰ，將計(jì)算出的分布系數(shù)大于0的節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整為最大值，分布系數(shù)小于0的節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整為最小值后進(jìn)行潮流計(jì)算，潮流結(jié)果中目標(biāo)通道的潮流值即為潮流上限值；下限計(jì)算使用潮流數(shù)據(jù)Ⅱ，將計(jì)算出的分布系數(shù)大于0的節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整為最小值，分布系數(shù)小于0的節(jié)點(diǎn)功率調(diào)整為最大值后進(jìn)行潮流計(jì)算，潮流結(jié)果中目標(biāo)通道的潮流值即為潮流下限值。如圖5、圖6所示。

圖5 BC通道潮流上限求解示意圖

圖6 BC通道潮流下限求解示意圖

設(shè)Pij、Px、Py、Cx、Cy分別是目標(biāo)通道功率、負(fù)功率分布系數(shù)節(jié)點(diǎn)功率、正功率分布系數(shù)節(jié)點(diǎn)功率、負(fù)功率分布系數(shù)節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)、正功率分布系數(shù)節(jié)點(diǎn)功率分布系數(shù)。則由疊加定理可得到式 (5)。

式 (5)可以得到求解極值的取值方式。

5)按前面步驟計(jì)算各個(gè)相關(guān)通道潮流運(yùn)行范圍，分別與各個(gè)通道的熱穩(wěn)極限值絕對(duì)值比較，與絕對(duì)值差值即為相應(yīng)的熱穩(wěn)裕度，如果各個(gè)通道都存在正的熱穩(wěn)裕度，則電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)環(huán)流不會(huì)導(dǎo)致熱穩(wěn)問題；當(dāng)存在通道熱穩(wěn)裕度為負(fù)值，則需要按分布系數(shù)大小及可調(diào)功率情況調(diào)整節(jié)點(diǎn)注入功率以去除負(fù)熱穩(wěn)裕度通道。相應(yīng)修改后的站點(diǎn)注入功率約束限值做為新的邊界條件，實(shí)際操作中主要通過調(diào)整接入節(jié)點(diǎn)小電、風(fēng)電等可調(diào)整有功出力實(shí)現(xiàn)潮流調(diào)整，這就是邊界縮放的方法。

3.2 分析N-1對(duì)通道熱穩(wěn)的影響

電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行期間發(fā)生任意元件N-1故障，電磁環(huán)網(wǎng)不能發(fā)生熱穩(wěn)破壞，這普通是決定電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)調(diào)電操作的約束性條件，同時(shí)這正是目前普遍使用的合環(huán)條件分析方法忽略的重要問題。

對(duì)于電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作，N-1故障主要分兩類，第一類是造成電磁環(huán)網(wǎng)解網(wǎng)的N-1故障；第二類不會(huì)導(dǎo)致電磁環(huán)網(wǎng)解網(wǎng)的N-1故障。

1)第一類造成電磁環(huán)網(wǎng)解網(wǎng)的N-1故障的分析相對(duì)簡單，N-1故障開斷后，從斷點(diǎn)追溯上去，每一個(gè)單電源通道的潮流為所供變電站功率的總和，這類故障只需判斷合環(huán)通道的情況。工程實(shí)際中這類N-1限制是電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作的主要限制。這類合環(huán)條件可以轉(zhuǎn)化為合環(huán)通道各斷面的潮流幅值不大于斷面N-1下的熱穩(wěn)極限的問題。

圖7 第一類N-1故障開斷示意圖

合環(huán)期間合環(huán)通道N-1開斷的合環(huán)條件：

a)斷面N2D、N1A潮流幅值小于N2D、N1A熱穩(wěn)最小值；

b)斷面N2D、AB潮流幅值小于N2D、AB熱穩(wěn)最小值；

c)斷面N2D、BC潮流幅值小于N2D、BC熱穩(wěn)最小值；

d)斷面N2D、CD潮流幅值小于N2D、CD熱穩(wěn)最小值；

e)斷面N1A、DC潮流幅值小于N1A、DC熱穩(wěn)最小值；

f)斷面N1A、CB潮流小于N1A、CB熱穩(wěn)最小值；

g)斷面N1A、BA潮流小于N1A、BA熱穩(wěn)最小值；

h)斷面AB、DC潮流小于AB、DC熱穩(wěn)最小值；

i)斷面AB、CB潮流小于AB、CB熱穩(wěn)最小值；

j)斷面BC、DC潮流小于BC、DC熱穩(wěn)最小值。

上面條件通?？梢愿鶕?jù)實(shí)際功率情況簡化整理。

2)第二類是不會(huì)造成電磁環(huán)網(wǎng)解網(wǎng)的N-1故障，開斷元件會(huì)造成潮流轉(zhuǎn)移，潮流轉(zhuǎn)移的量值大小分析是判別合環(huán)運(yùn)行期間N-1熱穩(wěn)問題的研究目標(biāo)。引起最大的潮流轉(zhuǎn)移N-1故障下合環(huán)通道的熱穩(wěn)裕度是否足夠是判斷合環(huán)N-1的必要條件，對(duì)不滿足裕度的需要重新邊界縮放設(shè)定潮流邊界。

a)合環(huán)通道上的雙回、三角環(huán)等結(jié)構(gòu)的通道發(fā)生N-1故障，轉(zhuǎn)移在合環(huán)通道的潮流量可以按潮流運(yùn)行范圍分析得到的最大潮流值絕對(duì)值或通道極限值與N-1的潮流轉(zhuǎn)移百分比的乘積估算。

圖8 雙通道N-1故障開斷環(huán)流示意圖

圖9 三角環(huán)N-1故障開斷環(huán)流示意圖

b)主環(huán)網(wǎng)上的主要通道發(fā)生N-1故障，轉(zhuǎn)移在合環(huán)通道的潮流量可以按主要重載通道的潮流極限與N-1的潮流轉(zhuǎn)移百分比的乘積估算。其中主要重載通道選擇按對(duì)合環(huán)通道的N-1潮流轉(zhuǎn)移比大小、正常運(yùn)行潮流情況進(jìn)行綜合判斷。主環(huán)網(wǎng)上的通道N-1的潮流大部分都轉(zhuǎn)移到主環(huán)網(wǎng)其他通道，對(duì)合環(huán)通道影響較小。

圖10 主環(huán)網(wǎng)N-1故障開斷環(huán)流示意圖

3)當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)滿足承受合環(huán)期間N-1故障的要求時(shí)，則在合環(huán)通道的任何地點(diǎn)選擇斷環(huán)都可以滿足設(shè)備熱穩(wěn)要求。

圖11 邊界縮放實(shí)用計(jì)算法流程圖

4 結(jié)束語

1)電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作是電網(wǎng)運(yùn)行中的常見操作，合理的制定電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)條件是一項(xiàng)很重要的工作。目前傳統(tǒng)的合環(huán)操作安全性判別方法缺少對(duì)N-1故障的考慮。邊界縮放法彌補(bǔ)了對(duì)這個(gè)重要的安全問題的分析，規(guī)程要求。

2)傳統(tǒng)的合環(huán)操作安全性判別只是就電網(wǎng)運(yùn)行的某一個(gè)潮流下進(jìn)行合環(huán)操作安全校驗(yàn)，存在方式變化適應(yīng)性問題，而邊界縮放法是基于對(duì)一定期間內(nèi)的合環(huán)條件進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，適應(yīng)性強(qiáng)。

3)本文提出的計(jì)算方法是目前安全性較強(qiáng)，考慮較全面的實(shí)用計(jì)算法，已經(jīng)在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行方式分析工作中得到運(yùn)用，對(duì)確保電網(wǎng)合環(huán)調(diào)電操作安全，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全水平具有重要的意義，具備推廣價(jià)值。

4)由于邊界的縮放過于極端，存在矯枉過正的問題，邊界縮放法適應(yīng)期考慮越長得出的條件越苛刻，要減輕這種影響，需要對(duì)邊界因素進(jìn)行進(jìn)一步研究，或縮短研究的適應(yīng)時(shí)間，根據(jù)實(shí)際計(jì)算更符合實(shí)際的極值。對(duì)邊界因素的規(guī)律的研究是改進(jìn)方法弊端的重要途徑。

[1] 張紅光.打開高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行研究 [J].中國電力，2006，12.

[2] 程林.電磁環(huán)網(wǎng)解合環(huán)分析與控制研究 [J].華北電力大學(xué) (北京)，2007.

[3] 幸榮霞，姚愛明 環(huán)網(wǎng)合環(huán)操作的分析 《浙江電力》，2007，1.

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[5] 關(guān)長余，鄭日紅，楊曉霞 一種電磁環(huán)網(wǎng)潮流分析與討論《內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》2012年第31卷第3期

[6] 楊桂興，王維慶 地區(qū)電網(wǎng)中環(huán)網(wǎng)短時(shí)合環(huán)操作分析研究《四川電力技術(shù)》2011年第34卷第5期

Research on Practical Boundary Scaling Calculation Approach in Analysis of Power Loop Opening and Closing Operation

CHENG Min，WU Chen，LI Lingfang，HUANG Wei，ZHANG Dan
(Yunnan Electric Power Disparching Center，Kunming 650011)

It is provided a practical calculation approach base of boundary scaling in this paper，which is a new method in analysis of power loop opening and closing operation，and illustrated with a practical example，look forward to your advice.

the operation of power system；loop opening and closing；operation mode；boundary scaling

TM74

B

1006-7345(2014)04-0024-05

2014-04-04

程旻 (1972)，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電網(wǎng)計(jì)算分析工作 (e-mail)chengmin＠yn.csg.cn。

吳琛 (1974)，女，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電網(wǎng)計(jì)算分析工作 (e-mail)wuchen＠yn.csg.cn。

李玲芳 (1974)，女，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電網(wǎng)計(jì)算分析工作 (e-mail)lilingfang＠yn.csg.cn。