基于配電網(wǎng)可開(kāi)放容量評(píng)估與預(yù)警研究

徐大勇，李孟杰

（廣東電網(wǎng)惠州供電局，廣東 惠州 516001）

配電線路承擔(dān)著向城鎮(zhèn)提供可靠供電的功能，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電力用戶用電需求及分類(lèi)將更加細(xì)化，電網(wǎng)企業(yè)的配電網(wǎng)增量也在逐年呈幾何式增長(zhǎng)，用戶對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。為優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行方式，提高每條饋電線路的利用率，本文探索一種基于電網(wǎng)實(shí)際情況的電網(wǎng)直供配電線路可開(kāi)放容量進(jìn)行評(píng)估方法，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)可開(kāi)放容量預(yù)警功能。

1 考慮N - 1安全準(zhǔn)則的配電網(wǎng)最大供電能力評(píng)估

提出綜合考慮主變N- 1、母線N- 1 及饋線N- 1等安全約束并仿真自動(dòng)裝置動(dòng)作邏輯及中壓配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供的配電網(wǎng)最大供電能力評(píng)估的優(yōu)化模型及求解方法，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)可開(kāi)放容量的智能評(píng)估及預(yù)警[1]。

配電網(wǎng)最大供電能力評(píng)估事實(shí)上為尋找滿足供、配電網(wǎng)各類(lèi)安全性約束的最大供電負(fù)荷[2]。其基本思路為：在配電饋線上安排負(fù)荷，在上級(jí)供電變電站發(fā)生主變或母線N- 1 預(yù)想開(kāi)斷或饋線出口開(kāi)關(guān)預(yù)想跳閘時(shí)，在自動(dòng)裝置（主要為備自投及切負(fù)荷裝置）的作用下或配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電時(shí)，配電網(wǎng)各饋線不過(guò)負(fù)荷，上級(jí)供電變電站的主變潮流不超過(guò)短時(shí)過(guò)載能力[3-7]。

配電網(wǎng)最大供電能力評(píng)估時(shí)采用有功功率作為評(píng)估量。由于饋線的最大允許載流量為電流，考慮到變電站10 kV 母線的供電電壓要求為1.0～1.07 額定電壓，實(shí)用中，根據(jù)額定電壓將最大允許電流折算為供電容量，并取一定功率因數(shù)（如0.95）將供電容量折算為最大允許有功功率。主變的最大允許供電能力為容量，可直接按一定功率因數(shù)（如0.95）來(lái)折算最大允許有功功率。

1.1 配電網(wǎng)約束

首先，饋線所能帶的最大負(fù)荷不能超過(guò)饋線的長(zhǎng)期載流能力，即

式中：PLi和分別為饋線i分配的有功負(fù)荷和長(zhǎng)期運(yùn)行有功載流能力。實(shí)用中，饋線的最大允許載流能力一般為允許電流，須按下式將其歸算為允許有功上限。

式中：Pf為功率因數(shù)，實(shí)用中一般取為0.95；Vi,nom表示饋線i的額定電壓；表示饋線i的長(zhǎng)期允許電流。

在配電饋線上安排負(fù)荷，在上級(jí)供電變電站發(fā)生主變或母線N- 1 預(yù)想開(kāi)斷或饋線出口開(kāi)關(guān)預(yù)想跳閘時(shí)，在自動(dòng)裝置（ 主要為備自投及切負(fù)荷裝置）的作用下或配電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電時(shí)，配電網(wǎng)各饋線不過(guò)負(fù)荷，上級(jí)供電變電站的主變潮流不超過(guò)短時(shí)過(guò)載能力。

將經(jīng)開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)在一起的饋線定義為一個(gè)配電子系統(tǒng)。顯然，各配電子系統(tǒng)之間僅通過(guò)供電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系。從配電網(wǎng)本身的角度看，各配電子系統(tǒng)之間是獨(dú)立的，因而在供電能力評(píng)估中可以獨(dú)立考慮。

對(duì)于單輻射結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)，饋線上任一位置故障均將導(dǎo)致其負(fù)荷側(cè)饋線區(qū)段失電，故饋線的最大供電能力為饋線自身的容量約束。

對(duì)于帶聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的多饋線配電子系統(tǒng)，實(shí)用中要求滿足N- 1 安全準(zhǔn)則，即任一饋線出口開(kāi)關(guān)偷跳時(shí)，饋線上的負(fù)荷能夠全部由相鄰的饋線轉(zhuǎn)供而不發(fā)生過(guò)載。以饋線i開(kāi)斷為例，有：

式中：SNi為饋線i相鄰饋線的集合，即與饋線i有聯(lián)絡(luò)的饋線的集合。

1.2 供電網(wǎng)約束

配電網(wǎng)最大供電能力評(píng)估時(shí)，本文僅考慮配電網(wǎng)供電變電站主變的安全性約束，不考慮更高電壓等級(jí)主變及線路的安全性約束。

供電網(wǎng)約束包括：正常運(yùn)行方式下的潮流平衡約束；正常運(yùn)行方式下所有主變不過(guò)載約束；主變N- 1 預(yù)想開(kāi)斷后的潮流平衡約束；主變N- 1 預(yù)想開(kāi)斷后，電網(wǎng)各主變的供電負(fù)荷不超過(guò)短時(shí)允許供電能力約束[8]。

1.2.1 正常運(yùn)行方式下的潮流平衡約束

1.2.2 正常運(yùn)行方式下變電站主變長(zhǎng)期載流能力約束

1.2.3 主變N- 1預(yù)想開(kāi)斷后各節(jié)點(diǎn)的潮流平衡約束主變N- 1 預(yù)想開(kāi)斷后，需仿真?zhèn)渥酝兜茸詣?dòng)裝置的動(dòng)作邏輯，更新預(yù)想開(kāi)斷及自動(dòng)裝置動(dòng)作后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定各節(jié)點(diǎn)的潮流平衡約束：

式中：上標(biāo)k為預(yù)想故障編號(hào)。

1.2.4 主變N- 1預(yù)想開(kāi)斷后變電站主變短時(shí)允許供電能力約束

主變N- 1 預(yù)想開(kāi)斷后，措施后各變電站主變的供電負(fù)荷不超過(guò)短時(shí)允許供電能力約束。

1.3 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)取為正常運(yùn)行方式下各饋線分配的負(fù)荷之和最大，即

式中：SF為所有饋線的集合。

2 可開(kāi)放容量評(píng)估方案

2.1 可開(kāi)放容量評(píng)估原則

本文提出一種可開(kāi)放容量的發(fā)布原則：最大負(fù)載率70% 以下線路免審批；最大負(fù)載率70%～85%的線路，供電所審批；最大負(fù)載率85%～100% 的線路，運(yùn)維檢修部審批。

以上述原則為基礎(chǔ)，可以對(duì)配網(wǎng)的任意一條饋線進(jìn)行可開(kāi)放容量進(jìn)行評(píng)估，以保證各個(gè)負(fù)荷水平下配變、饋線、主變等均不越限。

2.2 可開(kāi)放容量評(píng)估方法

理想情況下，配網(wǎng)饋電線路的可開(kāi)放容量評(píng)估可從線路限流值、線路載流量歷史峰值兩個(gè)維度做二元評(píng)估，其計(jì)算公式為：

式中：Ik為線路可開(kāi)放容量；Ie為線路限流值；Imax為線路載流量歷史峰值。

配網(wǎng)饋線延伸至站外的線路構(gòu)成較為復(fù)雜，既有電纜又有架空線，線路線徑亦有所差異，為確保配網(wǎng)饋線各段不過(guò)載，其線路限流值應(yīng)取各段限流值的最小值，上述公式應(yīng)拓展為：

式中：Ik為線路可開(kāi)放容量；Ie1、Ie2、Ie3、Ie4······Ien為線路中各線路段的限流值；Imax為線路載流量歷史峰值。

2.3 可開(kāi)放容量的校核

由于配網(wǎng)線路負(fù)荷的波動(dòng)性較大，可預(yù)測(cè)性較差，而且運(yùn)行情況較為復(fù)雜，上述理想情況下計(jì)算的可開(kāi)放容量需要進(jìn)行進(jìn)一步校核并修正以適配線路實(shí)際運(yùn)行情況，校核可從線路負(fù)荷波動(dòng)水平、線路負(fù)荷增長(zhǎng)預(yù)測(cè)、線路電壓質(zhì)量等3 個(gè)維度進(jìn)行[9]。

2.3.1 線路負(fù)荷波動(dòng)水平維度

理想的可開(kāi)放容量評(píng)估計(jì)算公式中，將線路載流量歷史峰值做為線路當(dāng)前的負(fù)荷水平的衡量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于一些平時(shí)輕載但在某一時(shí)段因特殊原因?qū)е仑?fù)荷激增而產(chǎn)生負(fù)荷尖峰的線路而言，理想公式對(duì)于線路的負(fù)荷水平評(píng)估偏高，限制了線路的可開(kāi)放容量。實(shí)際對(duì)于此類(lèi)線路其開(kāi)放容量可以適當(dāng)提升。

2.3.2 線路負(fù)荷增長(zhǎng)預(yù)測(cè)維度

配網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程，存在例如新增用戶負(fù)荷尚未完全接入、配網(wǎng)負(fù)荷割接、新建小區(qū)入住率低等情況，致使配網(wǎng)線路的實(shí)際負(fù)荷與報(bào)裝負(fù)荷并不同步，存在負(fù)荷差值，這個(gè)時(shí)段往往實(shí)際負(fù)荷低于報(bào)裝負(fù)荷，理想公式計(jì)算得到的可開(kāi)放容量偏高，因此在校核可開(kāi)放容量時(shí)，應(yīng)按照?qǐng)?bào)裝負(fù)荷進(jìn)行校正。

2.3.3 線路電壓質(zhì)量維度

供電用戶對(duì)電壓質(zhì)量要求較高，因此在校核可開(kāi)放容量時(shí)，應(yīng)將得到的電流值帶入配電網(wǎng)的模型進(jìn)行潮流計(jì)算，計(jì)算線路電壓最低值，并保證其在規(guī)定范圍內(nèi)。如果計(jì)算的最低電壓不符合要求，因當(dāng)對(duì)可開(kāi)放容量進(jìn)行調(diào)整后再次進(jìn)行潮流計(jì)算，校核最低電壓，如此循環(huán)迭代直至最低電壓滿足要求。

3 可開(kāi)放容量預(yù)警與預(yù)警軟件實(shí)現(xiàn)

按照上述評(píng)估所得的可開(kāi)放容量，雖然可以保證各個(gè)負(fù)荷水平下關(guān)鍵設(shè)備均不越限，但一旦發(fā)生預(yù)想故障后出現(xiàn)了負(fù)荷轉(zhuǎn)移，就有可能發(fā)生設(shè)備越限。

為了防止上述問(wèn)題，須在可開(kāi)放容量評(píng)估的基礎(chǔ)上，考慮安全性約束，進(jìn)行可開(kāi)放容量的預(yù)警。

對(duì)于指定饋線評(píng)估得到的可開(kāi)放容量，需要掃描與該饋線可能成環(huán)的所有其他饋線；對(duì)于任一相鄰饋線，考慮嚴(yán)重故障（即饋線出口開(kāi)關(guān)跳閘）后通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)將其下帶負(fù)荷轉(zhuǎn)移到本饋線后的負(fù)載率。為了保證系統(tǒng)安全，預(yù)警的可開(kāi)發(fā)容量需要保證該饋線在任一相鄰饋線的故障情況下均不發(fā)生越限。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究配電線路可開(kāi)放容量評(píng)估方法及預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)策略，為電網(wǎng)企業(yè)能夠很好滿足用電用戶需求的同時(shí)，保證電網(wǎng)運(yùn)行的可靠。其基本思路是通過(guò)線路限流值及多年線路最高負(fù)荷評(píng)估可開(kāi)放容量，并從線路負(fù)荷情況、電能質(zhì)量以及已接入容量3 個(gè)方面對(duì)可開(kāi)放容量進(jìn)行校核。