配電網(wǎng)合環(huán)操作的應(yīng)用研究

蔣璧玉 李紅偉 向美齡

【摘 要】文章簡要概括了在配網(wǎng)中采用合環(huán)運行的原因，從外網(wǎng)等值、饋線負(fù)荷處理及合環(huán)電流計算等方面對合環(huán)操作進(jìn)行了總結(jié)，概述了現(xiàn)今已經(jīng)提出的應(yīng)對措施，指出了有待解決的問題和不足，提供了進(jìn)一步的研究方向。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；外網(wǎng)等值；合環(huán)操作；合環(huán)電流

【中圖分類號】TM73 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0057-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶對供電要求越來越高，通過合環(huán)操作則可以提高供電可靠性。但由此帶來的合環(huán)電流給配電網(wǎng)的安全運行帶來危險。因此，分析和計算合環(huán)線路電流，對安全合環(huán)具有重要意義。

目前對合環(huán)操作的研究主要集中在合環(huán)潮流計算和提出解決措施等方面。本文從外網(wǎng)等值、饋線負(fù)荷處理及合環(huán)電流計算等方面對合環(huán)操作進(jìn)行了總結(jié)，概述了研究人員已經(jīng)提出的減小合環(huán)電流的措施，指出了尚且存在的問題和不足，提供了進(jìn)一步的研究方向。

1 合環(huán)外部網(wǎng)絡(luò)等值

由于合環(huán)操作會帶來循環(huán)電流影響配電網(wǎng)安全運行的問題，因此操作前要考慮多方面的因素，文獻(xiàn)[1-2]指出了合環(huán)操作的原則及條件，但是由于有的網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜，僅僅遵守這些條件并不能保證安全合環(huán)，所以還應(yīng)當(dāng)在操作前進(jìn)行計算。

由于電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行方式十分復(fù)雜，為簡化計算，通常會采用將合環(huán)操作中外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值的方法來進(jìn)行計算。對于合環(huán)網(wǎng)絡(luò)的研究，屬于靜態(tài)行為，因此采用靜態(tài)等值的方法進(jìn)行計算。

1.1 WARD等值法

WARD等值法是一種應(yīng)用多年的常用電力系統(tǒng)等值方法，其等值思想可以概括如下：先將整個系統(tǒng)劃分為邊界系統(tǒng)、內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)3個部分，然后消去節(jié)點導(dǎo)納矩陣中的外部節(jié)點，得到僅含邊界節(jié)點的等值導(dǎo)納矩陣，再根據(jù)系統(tǒng)基態(tài)潮流解，求出邊界節(jié)點的等值注入功率。

在WARD等值法中，無功注入量可能會帶來較大的誤差。為了克服這個缺陷，許多文獻(xiàn)提出了多種新型的WARD等值方法，如WARD-PV等值法、解耦WARD等值法、擴(kuò)展WARD等值法等[3]。

1.2 REI等值法

REI等值法的應(yīng)用也十分普遍，其等值思想可概括如下：先把電網(wǎng)的全部節(jié)點分為保留的節(jié)點和要消去的節(jié)點，然后把所有要消去的節(jié)點中有源節(jié)點的用功率為該有源節(jié)點全部注入功率的REI節(jié)點來代替，再設(shè)計一個功率分配網(wǎng)絡(luò)與其相連，最后消去所有要消去的節(jié)點[4-5]。

1.3 WARD/REI等值法

在綜合以上2種等值方法的優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[6-7]采用了WARD等值和REI等值結(jié)合的方法來對合環(huán)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值。先采用WARD等值方法對外部系統(tǒng)進(jìn)行等值，然后再利用REI等值理論來修正邊界節(jié)點處的失配功率。

1.4 網(wǎng)孔等值法

文獻(xiàn)[8-10]均采用了網(wǎng)孔等值的方法來對合環(huán)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值，等值后的網(wǎng)絡(luò)由2個節(jié)點和3個支路構(gòu)成。其中，2個對地支路串接電壓源，另一條支路連接合環(huán)開關(guān)兩側(cè)節(jié)點。為了確定等值后網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，考慮從以下2種特殊運行方式著手：第一種是將網(wǎng)絡(luò)中電源電勢短接，將其化為無源網(wǎng)絡(luò)計算；第二種是將網(wǎng)絡(luò)空載運行計算[11]。結(jié)合這2種方式求出等值網(wǎng)絡(luò)。

2 饋線負(fù)荷處理

在配電網(wǎng)的合環(huán)潮流計算中，通常將饋線負(fù)荷簡單用集中負(fù)荷表示，但是實際網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷并不是簡單的點負(fù)荷，其分布的疏密性會給電壓帶來一定的影響。部分文獻(xiàn)對討論饋線負(fù)荷的處理方法進(jìn)行了研究。

2.1 負(fù)荷遞增、遞減及均勻分布模型

由于實際負(fù)荷分布具有稀疏性，因此文獻(xiàn)[12-13]在計算過程中將饋線負(fù)荷等值劃分為遞增、遞減以及均勻分布3種。在文獻(xiàn)[12]中，首先定義了負(fù)荷分支系數(shù)，再根據(jù)實際的負(fù)荷分布類型，修正等效阻抗，提高計算準(zhǔn)確度。文獻(xiàn)[13]以任一饋線為例，根據(jù)負(fù)荷總的有功和無功及線路參數(shù)建立3種負(fù)荷模型，推導(dǎo)出饋線上任意一點的電壓。

2.2 兩端分布模型

文獻(xiàn)[7]和[14]中采用的是對同一系統(tǒng)建立多種模型，每種模型中僅負(fù)荷分布情況不一樣，將負(fù)荷分布分別歸納到饋線首末兩端，推導(dǎo)出最大穩(wěn)態(tài)電流的情況。若在這種穩(wěn)態(tài)電流最大的情況下合環(huán)都能安全進(jìn)行，則其他情況下也能安全合環(huán)。

2.3 按配變?nèi)萘縼矸峙?/p>

從10 kV母線的饋線出線開始，統(tǒng)計每一個分支線路上的配變?nèi)萘?，直至合環(huán)開關(guān)側(cè)，假設(shè)線路上的功率因數(shù)相同，按照該分支線路配變?nèi)萘空鹊姆椒ǚ峙漯伨€出線段的功率，這種簡化方法在一定程度上有助于提高合環(huán)點的電壓計算準(zhǔn)確性。

3 合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流計算

合環(huán)線路上合環(huán)電流由合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流和合環(huán)沖擊電流2個部分組成。穩(wěn)態(tài)電流的計算方法主要有以下幾種方法。

3.1 疊加法[15]

用疊加法求得合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流的方法十分普遍，很多研究合環(huán)電流的文獻(xiàn)都采用疊加法來計算。它將合環(huán)后的支路潮流看成由2個部分構(gòu)成：一部分是合環(huán)前支路中的潮流，另一部分是由合環(huán)點兩側(cè)的電壓差引起的環(huán)流。計算步驟如下：先計算合環(huán)前合環(huán)點兩側(cè)電壓差，然后求得環(huán)網(wǎng)總阻抗，再分別計算開環(huán)方式下的負(fù)荷電流和循環(huán)電流，最后將二者疊加[16]。

3.2 潮流直接算法

潮流計算法根據(jù)線路狀況和已知條件直接計算出合環(huán)后電流，再判斷是否滿足合環(huán)條件。

3.2.1 支路電流法[17]

支路電流法求合環(huán)電流是通過合環(huán)后的潮流結(jié)果直接計算得到電流，非常直接直觀。

3.2.2 牛拉法

牛頓—拉夫遜法（牛拉法）是一種解非線性代數(shù)方程組的基本方法。核心是把非線性方程式線性化，其優(yōu)點是具有二階收斂特性，收斂速度快。文獻(xiàn)[18-19]均采用了牛拉法或其改進(jìn)算法對合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流進(jìn)行計算，是一種有效的計算方法。

3.2.3 前推回代法

前推回代法是配電網(wǎng)中常用到的一種潮流計算方法，其計算由前推過程和回代過程組成：首先根據(jù)已知參數(shù)，從末節(jié)點開始，前推得到支路電流，再從首節(jié)點開始回代得到節(jié)點電壓。前推回代法最適宜于計算輻射狀網(wǎng)絡(luò)的潮流，算法簡單、迭代次數(shù)少。

4 合環(huán)沖擊電流計算

在研究合環(huán)操作的文獻(xiàn)中，沖擊電流的計算基本上采用的都是同一種方法，即將環(huán)網(wǎng)用戴維南定理等效為由合環(huán)點兩側(cè)電壓差等效成的電源及環(huán)網(wǎng)阻抗構(gòu)成的簡單回路，再根據(jù)回路建立微分方程求出響應(yīng)，得到?jīng)_擊電流[20-22]。從得到的沖擊電流表達(dá)式可以看出，合環(huán)瞬時沖擊電流與合環(huán)點兩側(cè)電壓差、環(huán)路總阻抗及合環(huán)時間等因素有關(guān)。

5 減小合環(huán)電流的措施

實際運行中影響合環(huán)電流的因素有很多，包括10 kV母線對系統(tǒng)短路阻抗、變壓器阻抗、負(fù)荷、合環(huán)點電壓差以及合環(huán)時刻等[23]。目前提出的減小合環(huán)電流的措施主要有以下幾種。

（1）調(diào)節(jié)電容器。投入電容器會改變無功，從而改變電壓，因此調(diào)節(jié)電容器可以達(dá)到調(diào)節(jié)合環(huán)點兩側(cè)電壓差的目的。

（2）調(diào)節(jié)變壓器分接頭。變壓器分接頭位置決定了變壓器阻抗，對其進(jìn)行調(diào)節(jié)即可改變阻抗大小，從而減小循環(huán)功率。

（3）在負(fù)荷較小或合環(huán)母線負(fù)荷差額較小時合環(huán)[24]。

（4）投入限流電抗器[25]。接入電抗器，增大短路阻抗，限制沖擊電流。

（5）在10 kV母線或35 kV母線處先合環(huán)。當(dāng)相角差較大時，前面所提到的方法并不能滿足要求，此時需要采用母線合環(huán)的方法。

在實際應(yīng)用中，可以綜合應(yīng)用以上幾種減小環(huán)流的措施，比僅采用單一的措施更好。

6 總結(jié)

配電網(wǎng)合環(huán)操作在提高配電網(wǎng)可靠性的同時會帶來一些新的隱患，影響電網(wǎng)的安全運行。本文從外網(wǎng)等值、饋線負(fù)荷處理、合環(huán)電流計算及減小環(huán)流措施等方面對合環(huán)操作進(jìn)行了總結(jié)。目前對合環(huán)操作的研究也主要集中在這幾個方面，但是也存在很多不足，例如計算模型并不具有統(tǒng)一性，計算數(shù)據(jù)誤差較大，負(fù)荷處理較簡化，并且對非合環(huán)支路的電流考慮較少，還有待進(jìn)一步研究完善。

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]