CN104091289A - 基于接线模式规则的大规模配电网n-1快速校验方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于接线模式规则的配电网N-1安全性校验方法。其包括对配网进行预处理、接线模式自动识别、进入逐项N-1校验、配网预想事故分析、确定故障影响范围、确定恢复供电方案集合、将恢复供电方案集合进行排序、校核恢复供电方案、选取出最佳恢复供电方案的S10阶段、安全校验综合评价等步骤。本发明在最近几年出现的配电网接线模式自动识别与分析的基础上,提出了一种基于接线模式规则的配网N-1快速校验方法。该方法不仅可以对配电网进行快速N-1校验,也可以进行负荷站N-1安全性综合评价。
Description
技术领域
本发明属于配电***规划中电网供电安全及静态安全分析领域,特别是涉及一种基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法。
背景技术
城市电网规划的主要任务是确定规划区内何时何地新建或改建何种电力设施及其运行方式,使得未来满足负荷发展与各种电网技术要求。供电安全是电网规划中的一个主要方面,它包括电网不发生大面积停电的能力和发生停电后能够解决的能力,并涉及到电网当前和发生预想事故两种状态。因此需要对配电网发生预想事故后能否保持以及在多大程度上持续供电的能力进行量化评估即N-1安全性校验。通过校验结果,可以分析电网抗大面积停电能力强弱。
在过去相当长的一段时间里,对配电网供电安全性分析关注较少。因此能够用于大规模配电网规划安全性校验方法和实现手段目前还很少有报道;目前进行配电网安全性分析时,提出了应基于k(n-1+1)准则,和根据配电网闭环设计。开环运行的特点,提出了较为完整的配网安全性指标,但没有给出可行的配电网安全性校验方法。
目前配电网安全性校验常用的方法有㈠通过支路模拟开断后,电力***规划人员手动确定电网故障后的运行方式,调用潮流程序进行潮流计算,根据潮流结果校核是否通过N-1校验,但是该方法只能对关键元件进行N-1校验,若对全网进行N-1校验时工作量巨大;㈡对需要校验馈线相联络的馈线容量做代数计算,若备用容量大于需转供容量时,则N-1校验通过。这种方法虽然计算速度快,但是由于没有考虑转供后是否符合线路过载和电压越限的要求。㈢拓扑分析方法即电力***预想事故元件模拟停运后,对停电区域采用拓扑搜索方法寻找新的供电通路,并校验这些恢复供电方案的备用容量是否满足当前负荷。若满足时,则通过N-1校验,然而这种方法会有可能出现不可行方案,需根据调度运行规则进一步剔除。
由于配电网接线模式与N-1后开关操作有密切联系,若已知接线模式分析结果能大大提高N-1分析的效率,并有效剔除不可行方案。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法。
为了达到上述目的,本发明提供的基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法包括按顺序将执行的如下步骤:
步骤1、对配网进行预处理的S01阶段:对配网进行一系列的预处理,包括拓扑校验、潮流计算;通过预处理之后,将得到配网运行的熟数据信息;
步骤2、接线模式自动识别的S02阶段:通过对配网网架进行接线模式自动识别,分析出配网网架的接线模式,并比对接线模式分析规则库中相对应的典型接线模式,通过典型接线模式,找出所分析的配网网架中相应元件发生预想事故时的恢复供电方案;
步骤3、进入逐项N-1校验的S03阶段:根据配网预想事故分析,确定电网发生N-1的元件集合,其中N-1元件包括线路、母线、主变和变电站,需要针对元件逐一进行校验,故需进行N-1次校验;本步骤在第一次执行时会初始化校验指针,而在后续的重复执行中依次更新校验指针;
步骤4、配网预想事故分析的S04阶段:针对校验指针所指定的元件集合进行校验,首先进行配网元件预想事故分析,应用S01阶段的分析结果,找出该元件的拓扑连接关系、开关数量、有无联络出线、所带负荷大小及相应容量,并对比该元件所属接线模式,启发出与之相对应的典型接线模式,为S05阶段确定故障影响范围提供支撑;
步骤5、确定故障影响范围的S05阶段:根据S04阶段的分析结果,确定当前N-1校验元件发生故障时的影响范围及停电范围;
步骤6、确定恢复供电方案集合的S06阶段:应用接线模式分析结果,确定该N-1校验元件所在接线模式,推理机自动根据接线模式规则库中的开关操作方案,运用启发式规则,确定恢复供电方案集合;
步骤7、将恢复供电方案集合进行排序的S07阶段:将上述恢复供电方案集合进行排序,为S08阶段校验恢复供电方案好与坏提供支撑;
步骤8、校核恢复供电方案的S08阶段:根据下发的校核指标校核上述恢复供电方案,并计算出停电区域和负荷损失;
步骤9、确定故障后校验是否通过的S09阶段:根据线路最大负载率为100%,电压偏移范围为-3%~+7%,主变最大转供能力为100%这些硬性指标来判断和校核分析结果,以确定该预想事故元件故障后该N-1校验是否通过,若通过进入下一步S10阶段;否则输出N-1校验结果;
步骤10、选取出最佳恢复供电方案的S10阶段:选取出最佳恢复供电方案;
步骤11、判断校验是否完成的S11阶段:根据当前校验指针是否为最末项,判断N-1校验是否全部完成;如果判断结果为“是”,则校验完成,进入下一步S12阶段;否则下一步重新进入S03阶段,继续下一个校验循环;
步骤12、安全校验综合评价的S12阶段:根据配电网N-1校验结果,分析对负荷站造成的影响,找出全网安全性最差和最高的变电站,并确定出全网中的薄弱环节,最终给出负荷站N-1安全校验综合评价,配网全自动N-1校验至此结束。
在S01阶段中,所述的熟数据为包括出线的联络开关数量、网架结构及线型和负载情况在内的配网正常运行所需的基本信息。
在S08阶段中,所述的校核指标包括:元件是否过负荷、电压是否越限以及失电比例;其中失电比例计算包含两种不同情况:①停电负荷所占比例,为因无恢复供电方案而造成停电的负荷与该元件所带总负荷之比;②过载负荷所占比例,为因恢复供电方案无法全部转供的负荷与该元件所带总负荷之比。
本发明在最近几年出现的配电网接线模式自动识别与分析的基础上,提出了一种基于接线模式规则的配网N-1快速校验方法。该方法不仅可以对配电网进行快速N-1校验,也可以进行负荷站N-1安全性综合评价。
附图说明
图1为本发明提供的基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法的流程图。
图2为不同电源不同母线三T接线图。
图3为恢复供电方案确定的基本原理图。
图4为算例网络图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法进行详细说明。
本发明的目的:
从面向城市配电网规划角度出发,提出一种基于接线模式规则的配电网规划N-1快速校验方法。该方法运用启发式规则可以快速确定元件故障后的恢复供电方案。首先进行拓扑分析和接线模式识别,建立配电网接线模式规则分析库,基于接线模式规则库的开关操作准则,确定恢复供电方案。然后根据校核指标进行配电网N-1安全性校验,其校验结果有合格、存在失电、存在过负荷和电压越限。最后进行负荷站安全性综合评价,找出全网中薄弱环节。
技术方案:
1.接线模式识别与分析
对配电网典型接线模式进行分析,将其结构特征作为识别条件,并根据配网典型接线模式结构特征比较明确且易于确定的特点建立规则库,采用特征匹配的方法来识别配电网的典型接线模式。配电网接线模式的特征表达式为:
Ch=(s,m,j,n,z,g,h,f,e) (1)
式中:s表示待识别接线模式组内电源数;m表示待识别接线模式组内母线数;j表示待识别接线模式组网架馈线接线方式情况;n表示待识别接线模式组网架馈线接线方式为T接线或者π接线时,T接线或者π接线的个数;z表示待识别接线模式组接线方式为直供的情况;g表示待识别的接线模式组为直供接线时,直供接线的个数;h表示待识别接线模式组负荷站内是否有站内联络线;f表示待识别接线模式组内是否有发电机电源;e表示待识别接线模式组内是否有附加电源。
根据接线模式识别结果,对每条馈线分析后可以得知其主供电源、辅供电源及是否有备用等详细结果信息。现以高压配网三T接线(图2所示)为例进行说明。其每条馈线分析结果如表1所示。
表1 三T接线的接线模式分析结果
通过表1分析结果可以得知,对CHX1进行线路N-1校验时,其停电负荷元件可以由辅供电源及辅供馈线恢复供电。因此接线模式识别和分析的结果,为确定N-1后的恢复供电方案时,提供了可行性方案和依据。
2.恢复供电方案的启发式规则
基于启发式规则确定恢复供电方案的原理图如图3所示。通过接线模式分析自动识别模块对配电网进行接线模式识别后,确定预想事故元件所在的配电网接线模式。对于配网的每一种接线模式来说,其开关操作已经确定,推理机就是根据规则库中的开关操作准则确定相应的恢复供电方案。因此,接线模式规则库是本方法的核心,接线模式规则库(局部)如表2所示:
表2 接线模式规则库(局部)
注:FD0表示分段开关断开;LL1表示联络开关闭合。
开关操作与特定的接线模式密切相关,也是推理机应用启发式规则确定恢复供电方案的依据。因此恢复供电方案的数学表达式为:
式中S代表恢复供电方案集合,Si代表一种恢复供电方案,Opi代表一种开关分合操作,f(Opi)代表开关分合操作形成的恢复供电方案,Cm代表一种接线模式;现以高压配网常用的几种典型接线为例,恢复供电方案描述如下:
a.环式接线
规则1:如果(Cm=环式接线)那么{Op1=LLBH}和{S1=f(Op1)}和{S=S1}
含义是:当Cm为手拉手接线时,当一条线路故障后,可以通过联络开关闭合来进行恢复供电。因此Op1为两条馈线之间的联络开关闭合,S1即f(Op1)为当联络开关闭合后联络馈线进行转供而形成的恢复供电方案。S由S1组成。
b.不同电源不同母线三T接线
规则2:如果(Cm=同电源不同母线三T接线)那么{Op1=(LL1BH);Op2=(LL2BH);Op3=(LL1BH,LL2BH)}and{Si=f(Opi)}和
含义是:当Cm为不同电源不同母线三T接线时,当一条线路故障后,只能通过负荷变电站高压侧或低压侧联络开关闭合恢复供电。因此Op1为联络开关1闭合;Op2为联络开关2闭合;Op3为联络开关1,2均闭合。S1即f(Op1)为由联络馈线1进行恢复供电方案;S2即f(Op2)为由联络馈线2进行恢复供电方案;S3即f(Op3)为由联络馈线1,2同时进行恢复供电方案。S由S1,S2,S3组成。
c.同电源不同母线双T接线
规则3:如果(Cm=同电源不同母线双T接线)那么{Op1=(LL1BH)}和{S1=f(Op1)}
和{S=S1}
含义是:当Cm为同电源不同母线双T接线时,当一条线路故障后,只能通过负荷变电站高压侧或低压侧联络开关闭合进行恢复供电。因此Op1为负荷变电站高压侧或低压侧的联络开关闭合,S1即f(Op1)为联络开关闭合形成的供电恢复方案。S由S1组成。
综上所述,恢复供电方案就是推理机根据规则库中的开关操作准则来制定的。由于启发式规则涵盖了不同接线模式的倒闸操作准则,因此所得供电恢复方案符合工程实际,并能够快速地确定。
3.配电网N-1安全性快速校验步骤
本发明提出了一种基于接线模式规则的大规模配电网N-1快速校验方法。该方法在应用接线模式自动识别与分析的基础上,运用启发式规则确定恢复供电方案,是一种对大规模配电网进行快速校验的方法;该方法通过数据采集与监视控制平台采集电网网架结构信息,通过对电网网架结构进行分析,得出相对应配电网的接线模式,并启用接线模式规则分析库,得出相对应的停电恢复方案;对得出的停电恢复方案进行N-1安全性校验,来判断电网发生预想事故时能否保持以及多大程度上的持续供电能力进行量化评估;并通过校验结果,以一量化标准结果对电网抗大面积停电能力强弱进行评估。
现对本方法所涉及到的对象、过程和结果通过快速N-1校验步骤进行一一说明;如图1所示,本发明提供的基于接线模式规则的配电网N-1安全性校验方法包括按顺序将执行的如下步骤:
步骤1、对配网进行预处理的S01阶段:对配网进行一系列的预处理,包括拓扑校验、潮流计算;通过预处理之后,将得到配网运行的熟数据信息,熟数据为包括出线的联络开关数量、网架结构及线型和负载情况在内的配网正常运行所需的基本信息;
步骤2、接线模式自动识别的S02阶段:通过对配网网架进行接线模式自动识别,分析出配网网架的接线模式,并比对接线模式分析规则库中相对应的典型接线模式,通过典型接线模式,找出所分析的配网网架中相应元件(包括线路、母线、主变和变电站)发生预想事故时的恢复供电方案;
步骤3、进入逐项N-1校验的S03阶段:根据配网预想事故分析,确定电网发生N-1的元件集合,其中N-1元件包括线路(中压只校验线路出口处)、母线、主变和变电站,需要针对元件逐一进行校验,故需进行N-1次校验;本步骤在第一次执行时会初始化校验指针,而在后续的重复执行中依次更新校验指针;
步骤4、配网预想事故分析的S04阶段:针对校验指针所指定的元件集合进行校验,首先进行配网元件预想事故分析,应用S01阶段的分析结果,找出该元件的拓扑连接关系、开关数量、有无联络出线、所带负荷大小及相应容量等,并对比该元件所属接线模式,启发出与之相对应的典型接线模式,为S05阶段确定故障影响范围提供支撑;
步骤5、确定故障影响范围的S05阶段:根据S04阶段的分析结果,确定当前N-1校验元件发生故障时的影响范围及停电范围;
步骤6、确定恢复供电方案集合的S06阶段:应用接线模式分析结果,确定该N-1校验元件所在接线模式,推理机自动根据接线模式规则库中的开关操作方案,运用启发式规则,确定恢复供电方案集合;
步骤7、将恢复供电方案集合进行排序的S07阶段:将上述恢复供电方案集合进行排序,为S08阶段校验恢复供电方案好与坏提供支撑;
步骤8、校核恢复供电方案的S08阶段:根据下发的校核指标校核上述恢复供电方案,并计算出停电区域和负荷损失;
步骤9、确定故障后校验是否通过的S09阶段:根据线路最大负载率为100%,电压偏移范围为-3%~+7%,主变最大转供能力为100%这些硬性指标来判断和校核分析结果,以确定该预想事故元件故障后该N-1校验是否通过,若通过进入下一步S10阶段;否则输出N-1校验结果;
步骤10、选取出最佳恢复供电方案的S10阶段:选取出最佳恢复供电方案;
步骤11、判断校验是否完成的S11阶段:根据当前校验指针是否为最末项,判断N-1校验是否全部完成;如果判断结果为“是”,则校验完成,进入下一步S12阶段;否则下一步重新进入S03阶段,继续下一个校验循环;
步骤12、安全校验综合评价的S12阶段:根据配电网N-1校验结果,分析对负荷站造成的影响,找出全网安全性最差和最高的变电站,并确定出全网中的薄弱环节,最终给出负荷站N-1安全校验综合评价,配网全自动N-1校验至此结束。
在S06阶段中,所述的确定恢复供电方案集合的方法为:
以图2中的CHX1进行线路N-1校验举例说明,如图2所示,当CHX1停运后,其恢复供电方案集合为{(CHX2);(CHX3);(CHX2,CHX3)},这些恢复供电方案集合能否快速得出会直接影响电网预想安全事故校验的速度;本方法通过对规则库中的相对应的操作方案进行整合,并应用推理机快速判断,可以在极短的时间内得出恢复供电方案,也是有别于其他方法的不同之处。
在S08阶段中,所述的校核指标包括:元件(如线路、发电机、变压器等)是否过负荷、电压是否越限以及失电比例;其中失电比例计算包含两种不同情况:①停电负荷所占比例,为因无恢复供电方案而造成停电的负荷与该元件所带总负荷之比;②过载负荷所占比例,为因恢复供电方案无法全部转供的负荷与该元件所带总负荷之比。
在S09阶段中,分析恢复供电方案能否满足其需求,并从这些恢复供电方案中选取最优方案,作为预想事故元件停电后配网运行方式。其中计算每一线路所能传输的最大容量,即 最大热稳定电流,UN:额定电压),N-1后的线路最大负载率=N-1后线路出口电流/最大热稳定电流;N-1后的电源主变最大负载率=N-1后的主变所带视在功率/主变容量;N-1后的 线路N-1、主变N-1和变电站N-1校验结果输出的表结构分别如表3、表4和表5所示:
表3 配网线路N-1校验结果表结构
表4 配网主变N-1校验结果表结构
表5 配网变电站N-1校验结果表结构
在本发明提出的配电网自动N-X校验步骤中,可以分为四大模块:配电网数据预处理模块、配电网接线模式识别与分析模块、N-1校验模块和安全校验综合评价模块。其中步骤1为配电网数据预处理模块;步骤2为配电网接线模式识别与分析模块;步骤3至步骤11为N-1校验模块;步骤12为安全校验综合评价模块。
下面结合算例,对本发明做详细说明。
在图4所示110kV电网中,共有220kV变电站3座;110kV变电站9座;220kV线路3回;110kV线路9回。
(一)配网数据预处理
配电网数据预处理模块分为两个部分:配电网拓扑分析和配电网潮流计算分析。通过对算例网络进线拓扑分析,找出各馈线之间的联络关系、开关状态及主变并列运行情况;潮流计算分析则是对算例网络在给定网络结构和运行条件下各节点电压幅值、功率分布及损耗等进行详细分析。
(二)接线模式识别结果
配网的接线模式识别包括:电源站识别、负荷站识别和网架识别(线路分析及负荷主变分析);该算例接线模式识别结果如表6所示:
表6 接线模式识别结果
通过该简单算例进行接线模式识别后,推理机可以根据接线模式规则库中的操作准则,确定相应预想事故元件停电后的恢复供电方案集合。
(三)N-1校验结果
对算例网络来说,以预想各个馈线分别停电后,进行N-1校验,根据恢复供电方案集合,按照各个指标进行考核,得出该算例的全部线路N-1自动校验部分结果如表7所示:
表7 配电网线路N-1自动校验部分结果
根据线路N-1校验结果,不仅可以得知其是否通过N-1校验及未通过原因这些基本信息,还以得到其停电范围、过载范围、N-1后转供最大负载率元件名称及最大负载率等详细结果信息。以白林线22为例说明,当白林线22停运后港口3#可以有港新线2相应的供电通路能够进行转供,芙蓉2#可以由芙林线相应供电通路能够进行转供,而白林1#由于无恢复供电方案而失电。因此白林线22未通过N-1校验,其不同原因是存在失电,并且由于港新线2转供后的负载率最大,故N-1方式最大负载率元件名称为港新线2。其中N-1方式是指元件模拟开断后,由恢复供电方案进行转供即“断一合一”。
(四)安全校验综合评价
配电网N-1自动校验后,就可以计算当前电网中所有N-1方式对负荷站造成的影响,同时可以查看简要结果和详细结果。该算例负荷站安全性校验评价结果如表8所示:
表8 负荷站N-1安全性校验评价结果
根据负荷站安全性校验结果,可以得知某个负荷站如白云负荷站,会在什么情况下失电。通过点击过滤条件(如全站失电的N-1方式数≥3为最差条件,全站失电的N-1方式数≤1和减负荷的N-1方式数=0为最好条件)进行过滤,可以找出该算例最薄弱的地区即白云、乐同和华景三个负荷站。由于全站失电的情况比较危险,应加强上级电网的网架构造,尽量避免出现全站失电。
综上所述,本发明提出的方法主要优势在于:①速度快,适用于大规模配电网,甚至可以考虑进一步在配电网运行中应用;②不会出现不切实际的方案;③无需电力***规划人员手动确定电网故障后的运行方式,就能快速对配电网进行线路、主变检修、主变故障和变电站全停的N-1校验;④基于配电网N-1校验结果,对负荷站进行各种N-1校验结果综合分析,找出全网中的薄弱环节。该方法不仅可以对电力***在正常或检修状态下能否安全、稳定运行进行很好的定量研究,也可以对配电网规划中的供电安全性进行定量研究。通过分析结果,可以得知当前电网的网架结构强弱,并找出全网中的薄弱环节。
Claims (3)
1.一种基于接线模式规则的配电网N-1安全性校验方法,其特征在于:其包括按顺序将执行的如下步骤:
步骤1、对配网进行预处理的S01阶段:对配网进行一系列的预处理,包括拓扑校验、潮流计算;通过预处理之后,将得到配网运行的熟数据信息;
步骤2、接线模式自动识别的S02阶段:通过对配网网架进行接线模式自动识别,分析出配网网架的接线模式,并比对接线模式分析规则库中相对应的典型接线模式,通过典型接线模式,找出所分析的配网网架中相应元件发生预想事故时的恢复供电方案;
步骤3、进入逐项N-1校验的S03阶段:根据配网预想事故分析,确定电网发生N-1的元件集合,其中N-1元件包括线路、母线、主变和变电站,需要针对元件逐一进行校验,故需进行N-1次校验;本步骤在第一次执行时会初始化校验指针,而在后续的重复执行中依次更新校验指针;
步骤4、配网预想事故分析的S04阶段:针对校验指针所指定的元件集合进行校验,首先进行配网元件预想事故分析,应用S01阶段的分析结果,找出该元件的拓扑连接关系、开关数量、有无联络出线、所带负荷大小及相应容量,并对比该元件所属接线模式,启发出与之相对应的典型接线模式,为S05阶段确定故障影响范围提供支撑;
步骤5、确定故障影响范围的S05阶段:根据S04阶段的分析结果,确定当前N-1校验元件发生故障时的影响范围及停电范围;
步骤6、确定恢复供电方案集合的S06阶段:应用接线模式分析结果,确定该N-1校验元件所在接线模式,推理机自动根据接线模式规则库中的开关操作方案,运用启发式规则,确定恢复供电方案集合;
步骤7、将恢复供电方案集合进行排序的S07阶段:将上述恢复供电方案集合进行排序,为S08阶段校验恢复供电方案好与坏提供支撑;
步骤8、校核恢复供电方案的S08阶段:根据下发的校核指标校核上述恢复供电方案,并计算出停电区域和负荷损失;
步骤9、确定故障后校验是否通过的S09阶段:根据线路最大负载率为100%,电压偏移范围为-3%~+7%,主变最大转供能力为100%这些硬性指标来判断和校核分析结果,以确定该预想事故元件故障后该N-1校验是否通过,若通过进入下一步S10阶段;否则输出N-1校验结果;
步骤10、选取出最佳恢复供电方案的S10阶段:选取出最佳恢复供电方案;
步骤11、判断校验是否完成的S11阶段:根据当前校验指针是否为最末项,判断N-1校验是否全部完成;如果判断结果为“是”,则校验完成,进入下一步S12阶段;否则下一步重新进入S03阶段,继续下一个校验循环;
步骤12、安全校验综合评价的S12阶段:根据配电网N-1校验结果,分析对负荷站造成的影响,找出全网安全性最差和最高的变电站,并确定出全网中的薄弱环节,最终给出负荷站N-1安全校验综合评价,配网全自动N-1校验至此结束。
2.根据权利要求1所述的基于接线模式规则的配电网N-1安全性校验方法,其特征在于:在S01阶段中,所述的熟数据为包括出线的联络开关数量、网架结构及线型和负载情况在内的配网正常运行所需的基本信息。
3.根据权利要求1所述的基于接线模式规则的配电网N-1安全性校验方法,其特征在于:在S08阶段中,所述的校核指标包括:元件是否过负荷、电压是否越限以及失电比例;其中失电比例计算包含两种不同情况:①停电负荷所占比例,为因无恢复供电方案而造成停电的负荷与该元件所带总负荷之比;②过载负荷所占比例,为因恢复供电方案无法全部转供的负荷与该元件所带总负荷之比。
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