10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略研究

劉 聰，于天蛟，馬文遠，譚文剛，楊 樂

(1.國網(wǎng)四平供電公司，吉林 四平 136000； 2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司，吉林 長春 130000)

目前，城市配電網(wǎng)經(jīng)過改造后，拉手率逐年提高，基本達到了“閉環(huán)結(jié)線，開環(huán)運行”的供電方式。隨著社會快速發(fā)展，用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高。為了保證對用戶的供電不停止，目前常采用合環(huán)操作將事故或檢修時可能要停電的負荷轉(zhuǎn)移到其他正常供電電源上，實現(xiàn)負荷的不停電轉(zhuǎn)移，這樣既保證了對用戶供電的可靠性，又能夠提高電力企業(yè)的經(jīng)濟收益。但是并不是所有情況都能實現(xiàn)上述合環(huán)倒電源的操作，當(dāng)合環(huán)電流較大且線路本身負荷較大時，會出現(xiàn)線路及設(shè)備過載的情況，給配電網(wǎng)的運行帶來很大影響，對其安全穩(wěn)定運行造成很大威脅。

針對此問題，國內(nèi)研究主要集中在通過潮流計算模型研究、合環(huán)電流暫穩(wěn)態(tài)分析以及仿真軟件模型搭建方面，研究結(jié)果主要用來判斷合環(huán)點兩側(cè)的電壓幅值和相角相差是否過大，進而判斷該運行條件下能否合環(huán)[1-8]。但關(guān)于配電網(wǎng)合環(huán)電流控制策略的研究卻很少，而且只是簡單通過調(diào)整主變分接頭和投切無功補償裝置減小合環(huán)點兩側(cè)電壓幅值差減小合環(huán)電流，并無根據(jù)合環(huán)點兩側(cè)電壓幅值差、相角差及系統(tǒng)運行情況等全面系統(tǒng)性的控制策略研究。本文通過PSASP軟件對10 kV配網(wǎng)合環(huán)點進行合環(huán)仿真，結(jié)合合環(huán)電流越限的實例，從理論上分析出了合環(huán)潮流中有功分量和無功分量的決定因素，并結(jié)合現(xiàn)場實際工作經(jīng)驗和10 kV配網(wǎng)合環(huán)仿真案例，提出了通過調(diào)整主變分接頭、投切電容器和調(diào)整系統(tǒng)運行方式相結(jié)合的系統(tǒng)性配網(wǎng)合環(huán)電流控制策略。指導(dǎo)配網(wǎng)調(diào)度運行人員合理控制合環(huán)電流大小，避免因環(huán)網(wǎng)電流過大對配網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成的威脅。

1 PSASP系統(tǒng)仿真計算分析

首先利用PSASP軟件，在66 kV及以上仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電網(wǎng)最大運行方式搭建10 kV系統(tǒng)仿真模型。對10 kV環(huán)網(wǎng)點進行合環(huán)仿真計算。下面對2個合環(huán)電流越限案例進行具體分析(1、表2)。

表1 A、B線合環(huán)電流分析(10 kV)Tab.1 A and B line loop current analysis(10 kV)

表2 C、D線合環(huán)電流分析(10 kV)Tab.2 C and D line loop current analysis(10 kV)

2 10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流越限原因分析

10 kV配網(wǎng)合環(huán)操作接線如圖1所示。L1和L2為2條10 kV聯(lián)絡(luò)線路，正常情況下10 kV線路L1和L2處于開環(huán)運行狀態(tài)，當(dāng)進行合環(huán)倒電源時，則會產(chǎn)生合環(huán)電流ΔI。

圖1 合環(huán)操作接線Fig.1 Closing operation wiring

根據(jù)10 kV配網(wǎng)合環(huán)操作接線圖，將合環(huán)點兩側(cè)端口10 kV母線以上系統(tǒng)進行戴維南等效，等效阻抗R0+jX0，10 kV聯(lián)絡(luò)線L1和L2阻抗分別為R1+jX1和R2+jX2，等值電路如圖2所示。

圖2 合環(huán)操作等值回路Fig.2 Closed loop operation equivalent loop

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得：

(3)

(4)

通常情況下，|δ|≤15°，R?X，因此，cosδ≈1，Rsinδ≈0，Xsinδ≈Xδ，對式(3)、式(4)求導(dǎo)后得：

(5)

(6)

由式(5)、式(6)可知，合環(huán)有功潮流主要受合環(huán)點相角差的影響，而合環(huán)無功潮流主要受電壓幅值差的影響。

3 配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略研究

3.1 環(huán)網(wǎng)電流控制策略

由以上分析可知，10 kV配網(wǎng)合環(huán)時，無功潮流是合環(huán)點兩側(cè)電壓幅值差決定的，而有功潮流是由合環(huán)兩側(cè)電壓相角差決定的。針對不同合環(huán)潮流情況應(yīng)采取不同的控制策略。①針對合環(huán)無功潮流大調(diào)整策略：調(diào)整合環(huán)點兩側(cè)變電站主變分接頭和投入無功補償裝置以有效降低合環(huán)點兩側(cè)電壓幅值差。②針對合環(huán)有功潮流大調(diào)整策略：調(diào)整上級電網(wǎng)運行方式以有效降低合環(huán)點兩側(cè)相角差。電網(wǎng)運行方式調(diào)整具體策略如下。

(1)將原本受不同220 kV變電站電源的66 kV變電站通過運行方式調(diào)整到受220 kV變電站電源，運行方式調(diào)整1如圖3所示。

圖3 運行方式調(diào)整1Fig.3 Operation mode adjustment 1

(2)受不同220 kV變電站電源的66 kV變電站無法通過運行方式調(diào)整到受220 kV變電站電源的情況，將2個220 kV變電站通過66 kV聯(lián)絡(luò)線將66 kV系統(tǒng)進行環(huán)網(wǎng)。運行方式調(diào)整2如圖4所示。

圖4 運行方式調(diào)整2Fig.4 Operation mode adjustment 2

(3)將原本受不同條線路電源的66 kV變電站通過方式調(diào)整到受同一線路電源。運行方式調(diào)整3如圖5所示。在以上分析的基礎(chǔ)上，制定合環(huán)電流控制策略流程，如圖6所示。

圖5 運行方式調(diào)整3Fig.5 Operation mode adjustment 3

圖6 合環(huán)電流控制策略流程Fig.6 Closed loop current control strategy process

3.2 配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略驗證

通過采用以上策略后，重新對上文10 kV A、B線和10 kV C、D線進行合環(huán)仿真分析，仿真結(jié)果見表3、表4。

表3 采用控制策略后10 kV A、B線合環(huán)電流分析Tab.3 Analysis of 10 kV A and B line closing loop current after adopting control strategy

表4 采用控制策略后10 kV C、D線合環(huán)電流分析Tab.4 Analysis of 10 kV C and D line closing loop current after adopting control strategy

通過本文提出的10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略，成功解決了以上2例10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流越限的問題。

3.3 應(yīng)用效果

近2年來，應(yīng)用10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略，全地區(qū)進行了10 kV合環(huán)倒負荷操作，均未出現(xiàn)過載情況，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運。采用控制策略后10 kV A、B線合環(huán)的保護動作分析(表5)及10 kV C、D線合環(huán)的保護動作分析(表6)。

表5 采用控制策略后10 kV A、B線合環(huán)的保護動作分析Tab.5 Analysis of the protection action of 10 kV A and B line loop closure after adopting the control strategy

由表5、表6可看出，通過10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略，合環(huán)后并未引起線路保護裝置的誤動作，降低了合環(huán)運行的風(fēng)險。從全年運行效果來看，年均減少停電50余次，大大提高了供電可靠性。有/無合環(huán)運行的電費對比如圖7所示。

表6 采用控制策略后10 kV C、D線合環(huán)的保護動作分析Tab.6 Analysis of the protection action of 10 kV C and D line loop closure after adopting the control strategy

圖7 有/無合環(huán)運行的電費對比Fig.7 Comparison of electricity costs with/without closed loop operation

通過圖7可知，通過本文提出的10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流控制策略實現(xiàn)了合環(huán)運行，可減少線路停電次數(shù)，增收電費6萬余元，同時也提高了用戶用電滿意度。

4 結(jié)論

通過10 kV配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)電流越限的仿真實例，從理論上找出了合環(huán)潮流中有功分量和無功分量的決定因素，并結(jié)合現(xiàn)場實際工作經(jīng)驗，提出了通過調(diào)整主變分接頭、投切電容器和調(diào)整系統(tǒng)運行方式相結(jié)合的系統(tǒng)性配網(wǎng)合環(huán)電流控制策略。仿真結(jié)果驗證，此控制策略可以有效控制合環(huán)電流，解決10 kV配網(wǎng)合環(huán)電流越限問題，保證10 kV配網(wǎng)合環(huán)操作安全進行，并取得了良好效果，在提高企業(yè)經(jīng)濟效益的同時，提高了用戶用電滿意度。

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