CN105205740A - 考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法：确定各主变在既定供电能力下所带的负荷量；互联关系扩展所需考虑的约束条件；提出基于主变互联关系进行有效扩展的求解方法；提出一种考虑主变互联关系有效扩展的中压配电网供电能力评估流程包括，主变联络结构分析；确定馈线所带负荷量；供电能力计算。本发明能够为现有配电网结构供电能力的全面、有效评估提供支撑，并且完善了对于中压配电网供电能力的评估方法，有利于提升城市配电网规划的管理水平，促进城市电网建设结构与规划技术的合理发展，对于配电网规划以及供电能力的评估具有一定的指导意义。

Description

考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法

技术领域

本发明涉及一种中压配电网供电能力评估方法。特别是涉及一种考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法。

背景技术

配电***是电力***发电、输电和配电三个重要环节中需要直接面向电力用户的环节，同时也是保证用户安全可靠用电的重要环节。因此，如何满足用户的用电需求，并且能够向用户提供可靠、优质的电能十分关键，并且还具有一定的经济效益和社会效益。而在对于配电***的评估方面，供电能力是当前城市电网评估发展的关键部分。配电网的供电能力是指一定供电区域内电网在满足一定的安全准则下，能够最大程度满足用户用电的能力。配电网的供电能力是一个可以直接反映电网可靠性与安全性的指标。因此，如何合理、全面的评估地区的供电能力不但为用户的持续、可靠供电提供了保障，对配电网的规划和运行同样具有重要的指导意义。

目前对于配电网供电能力的评估手段主要体现在两个层面，即基于主变互联关系的供电能力计算方法和基于馈线互联关系的供电能力计算方法。基于主变互联关系的供电能力计算方法是以变电站中主变的互联关系作为基础，并且考虑主变之间的联络关系(包括站内联络与站间联络)与联络容量，构建合理的数学模型，对各台主变在既定的约束条件下所能承担的最大负荷进行评估，并依此作为***的供电能力。而基于馈线互联关系的计算方法则是将考虑的约束环节扩展到了主变下面的馈线层面，不但考虑了安全准则在主变层面上的约束情况，并且也将安全准则约束扩展到了主变下的馈线层面，进行了更为细致与全面的分析。通过评估校验馈线层所能承受的最大负荷作为配电网相应的供电能力。

然而，上述两种方法都是基于一种既定并且相对完整的网架结构，也就是说，上述两种方法在使用上都是具有一定的针对性，根据已知网架的信息情况进行方法上的选择。但是对于某些地区，之前所进行的供电能力评估一般都是基于主变互联关系的，但是如果想要继续对该区域进行更为全面的评估，则需要合理、有效的方法将主变互联关系的供电状态分配扩展到馈线层面，再根据基于馈线互联关系的计算方法计算该地区的供电能力。因此，综合考虑上述情况，提出一种将主变互联关系进行有效扩展的中压配电网供电能力评估方法，使其能够在基于主变互联关系评估供电能力的基础上继续进行扩展，并且也能够将基于主变互联关系与基于馈线互联关系的供电能力计算方法进行关联，更加有效、全面、完整的分析地区的供电能力，完善供电能力的评估方法。对地区的协调全面规划具有一定的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够为现有配电网结构供电能力的全面、有效评估提供支撑的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，包括如下步骤：

1)确定各主变在既定供电能力下所带的负荷量

在已知区域配电网络供电能力的情况下，求解各主变所带负荷量的计算公式如下：

R_Li＝R_i·T_i(1)

式中，R_Li为所计算第i台主变在既定的供电状态下所带的负荷量，R_i为主变i的额定容量，T_i为为主变i的负载率；

2)互联关系扩展所需考虑的约束条件

(1)负荷等式约束

(2)转供约束

(3)主变容量约束

(4)联络容量约束

(5)N-1校验约束；

3)提出基于主变互联关系进行有效扩展的求解方法

(1)扩展馈线型号的确定

(2)扩展馈线数量的确定；

4)提出一种考虑主变互联关系有效扩展的中压配电网供电能力评估流程

(1)主变联络结构分析。根据已知的基于主变互联关系的联络结构模型，确定每台主变所带的负荷量；

(2)确定馈线所带负荷量，基于主变互联关系中主变之间的联络容量约束量，并且结合《国网规划设计导则》中所给出的馈线型号以及N-1准则，确定出馈线的数量以及馈线的类型；

(3)供电能力计算，基于所确定出的基于主变互联关系的联络结构模型，并且结合N-1准则，确定出每条馈线所带的负荷量，从而计算出区域配电网的最大供电能力。

步骤2)中所述的负荷等式约束，表示的是配电***中各主变与所连接馈线之间的容量等式关系，即主变在既定的供电状态下所带的负荷量应等于主变下连接馈线所带的负荷量之和，具体表现形式为：

$R_i{T}_i=\underset{q}{\Σ}{R}_{iq}{T}_{iq}---\left(2\right)$

式中，R_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线；T_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线的负载率。

步骤2)中所述的转供约束，是指在中压配电***因故障或检修引起一台主变退出运行时，与之联络的其他主变应分担退运主变的负荷，转供约束公式如下：

$R_i{T}_i\≤\underset{j\≠i}{\Σ}{t}_{ij},(\∀i)---\left(3\right)$

式中，t_ij表示主变i进行N-1校验时主变j为主变i承担的负荷容量，主变j可以是主变i的同站主变，也可以是与主变i有馈线联络关系的站外主变。

步骤2)中所述的主变容量约束，是指为退运主变分担负荷的主变在转供发生后不可以过载运行，主变容量约束公式如下：

$t_{ij}+R_j{T}_j\≤R_j,(\∀i,\∀j)---\left(4\right)$

主变容量约束公式表示主变i进行“N-1”校验时，转移至主变j的负荷容量加上主变j自身的负载不超过其额定容量，这里的转移负荷是站内转移或站间转移

步骤2)中所述的联络容量约束，是负荷转移受到的联络容量约束，公式如下：

$t_{ij}\≤C_{ij},(\∀i,\∀j)---\left(5\right)$

式中，C_ij表示主变i和主变j之间的联络容量，如果主变i和主变j属于同一变电站，主变i和主变j受变电站母线影响，若属于不同变电站，主变i和主变j受联络线路的影响。

步骤2)中所述的N-1校验约束，是在确定主变下所连馈线数量的过程中，应综合考虑主变互联关系中主变容量约束以及主变之间的联络容量约束，并且要满足在供电能力评估的过程中所需要满足的安全准则，即N-1准则。

步骤3)中所述的扩展馈线型号的确定，是在馈线型号的选择上是根据《国网规划设计导则》中所给出的10kV馈线的型号，作为网络扩展中所考虑的馈线型号。

步骤3)中所述的扩展馈线数量的确定，是首先确定两台主变之间馈线所需要共同承担的负荷总量，再结合馈线型号选取合适的馈线类型，最后确定两台主变之间的馈线数量。

本发明的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，将基于主变互联关系的网络结构进行有效的扩展，从而得到基于馈线互联层面的网络结构。并且，配电网络中的相关信息将基于主变互联关系的联络结构扩展到了馈线层面。同时，也将两种基于不同层面的供电能力评估方法进行了有效的结合，完善了供电能力计算的过程。本发明能够为现有配电网结构供电能力的全面、有效评估提供支撑，并且完善了对于中压配电网供电能力的评估方法，有利于提升城市配电网规划的管理水平，促进城市电网建设结构与规划技术的合理发展，对于配电网规划以及供电能力的评估具有一定的指导意义。

附图说明

图1是本发明的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法流程图；

图2是***主变联络关系示意图；

图3是T2主变与T3主变之间馈线联络关系示意图；

图4是T2主变与T5主变之间馈线联络关系示意图；

图5是馈线联络整体关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，包括如下步骤：

1)确定各主变在既定供电能力下所带的负荷量

供电能力是指在满足一定安全准则的条件下，一定区域内配电网最大能供应用户用电的能力，即配电网满足一定安全准则所能通过的最大功率量。

本发明所提出的方法是在已知基于主变互联关系联络结构及其相应的供电能力的基础上，采用合理的扩展方法对配电网网络结构进行扩展，从而得到馈线层面的联络关系，进而再对该区域配电网络进行供电能力评估时可以精确到馈线层面，从而细化、完善了供电能力评估方法，得到更为准确、具有参考价值的结果。

在已知区域配电网络供电能力的情况下，求解各主变所带负荷量的计算公式如下：

R_Li＝R_i·T_i(1)

式中，R_Li为所计算第i台主变在既定的供电状态下所带的负荷量，R_i为主变i的额定容量，T_i为为主变i的负载率；

2)互联关系扩展所需考虑的约束条件

(1)负荷等式约束

负荷等式约束表示的是配电***中各主变与所连接馈线之间的容量等式关系，即主变在既定的供电状态下所带的负荷量应等于主变下连接馈线所带的负荷量之和，具体表现形式为：

$R_i{T}_i=\underset{q}{\Σ}{R}_{iq}{T}_{iq}---\left(2\right)$

式中，R_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线；T_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线的负载率；

(2)转供约束

转供约束描述了在中压配电***因故障或检修引起一台主变退出运行时，与之联络的其他主变应分担退运主变的负荷，转供约束公式如下：

$R_i{T}_i\≤\underset{j\≠i}{\Σ}{t}_{ij},(\∀i)---\left(3\right)$

式中，t_ij表示主变i进行N-1校验时主变j为主变i承担的负荷容量，主变j可以是主变i的同站主变，也可以是与主变i有馈线联络关系的站外主变。

(3)主变容量约束

主变容量约束描述了为退运主变分担负荷的主变在转供发生后不可以过载运行；主变容量约束公式如下：

$t_{ij}+R_j{T}_j\≤R_j,(\∀i,\∀j)---\left(4\right)$

主变容量约束公式表示主变i进行“N-1”校验时，转移至主变j的负荷容量加上主变j自身的负载不超过其额定容量，这里的转移负荷是站内转移或站间转移。

(4)联络容量约束

在故障转供时负荷并不能够无限制转移：最大站内负荷转移容量会受到变电站低压侧母线载流量的限制；而站间负荷转移依靠馈线间的联络，所以最大站间负荷转移容量受馈线型号等因素制约。在研究供电能力时，将受以上因素影响的站内和站间的最大负荷转移容量合并起来称为联络容量。对于站内的联络容量，一般通过变电站的运行规范和准则得到；对于站间的联络容量，可以通过10kV线路“N-1”校验梳理得到。负荷转移受到的联络容量约束公式如下：

$t_{ij}\≤C_{ij},(\∀i,\∀j)---\left(5\right)$

式中，C_ij表示主变i和主变j之间的联络容量，如果主变i和主变j属于同一变电站，主变i和主变j受变电站母线影响，若属于不同变电站，主变i和主变j受联络线路的影响。

(5)N-1校验约束

在确定主变下所连馈线数量的过程中，应综合考虑主变互联关系中主变容量约束以及主变之间的联络容量约束，并且要满足在供电能力评估的过程中所需要满足的安全准则，即N-1准则。

3)提出基于主变互联关系进行有效扩展的求解方法

由上一部分对于在扩展过程中所需要考虑的约束条件可知，将基于主变互联关系的网络结构扩展为基于馈线层面的互联的网络结构最主要的就是要确定各个主变下所连接馈线的数量以及馈线的型号。再根据各个主变所带的负荷量确定出每条馈线所带的负荷量并进行N-1校验。下面将对这个过程进行具体说明。

(1)扩展馈线型号的确定

在馈线型号的选择上是根据《国网规划设计导则》中所给出的10kV馈线的型号，作为网络扩展中所考虑的馈线型号：

表110kV馈线的传输功率分析

(2)扩展馈线数量的确定

在确定馈线数量的过程中，由于重点考虑的是“手拉手”的接线形式，并且需要结合N-1准则。因此，首先确定两台主变之间馈线所需要共同承担的负荷总量，再结合馈线型号选取合适的馈线类型，最后确定两台主变之间的馈线数量。总之，在确定馈线型号的过程中，尽量保证配电网中不要出现太多的馈线型号，另外鉴于“手拉手”的接线形式，需要保证每条馈线所带的负荷不要超过馈线容量的50％。

4)提出一种考虑主变互联关系有效扩展的中压配电网供电能力评估流程

(1)主变联络结构分析。根据已知的基于主变互联关系的联络结构模型，确定每台主变所带的负荷量；

(2)确定馈线所带负荷量，基于主变互联关系中主变之间的联络容量约束量，并且结合《国网规划设计导则》中所给出的馈线型号以及N-1准则，确定出馈线的数量以及馈线的类型；

(3)供电能力计算，基于所确定出的基于主变互联关系的联络结构模型，并且结合N-1准则，确定出每条馈线所带的负荷量，从而计算出区域配电网的最大供电能力。

下面给出最佳实施方式：

以某地区的实际配电网结构为算例，建立基于主变互联关系的联络模型，并按照N-1准则以及负荷约束将其扩展到馈线层面，并以此计算该网架结构下的最大供电能力。

1)各主变所带负荷的确定

该地区的主变互联关系的联络结构如图2所示，各变电站相关信息如表2所示，考虑在N-1准则的情况下，并且基于主变互联关系所确定的最大供电能力为98.5MVA，在这种供电情况下个主变的负载率情况如表3所示：

表2算例中变电站配置情况表

表3算例中主变的负载率情况表

主变	S11	S12	S21	S22	S31	S32
							负载率(％)	65.0	65.0	75.0	75.0	67.5	67.5

因此，根据“每台主变所带负荷＝主变容量×主变负载率”即可求出在以上既定的供电情况之下每台主变所带的负荷量大小，具体情况如表4所示：

表4算例中主变的所带负荷量情况表

2)配电网中馈线情况的确定

这一部分主要确定的是将主变互联关系进行扩展到馈线层面后，相应的馈线层面的信息，包括馈线型号、馈线容量等。图2中所展示出的基于主变互联关系的联络结构示意图中，各主变之间的联络容量如图5所示：

表5基本算例中压馈线联络容量表

表5所示的联络容量约束中，T1与T2之间、T3与T4之间、T5与T6之间属于站内联络。在确定馈线信息的说明上，本发明以T2主变为例来进行具体说明。

(1)T2主变与T3主变之间馈线结构的确定

由图2中所展示出的基于主变互联关系的联络结构示意图可知，T2主变与T3主变之间存在联络关系，并且由表5可知，两个主变之间的联络容量约束为8MVA，考虑到N-1准则，以及两主变之间的馈线结构重点考虑的是“手拉手”的形式，因此两台主变之间的馈线一共需要承担8÷50％＝16MVA的负荷。结合表1中所给出的各种馈线型号，选择四条容量为8.66MVA的馈线作为T2主变与T3主变之间的联络馈线。具体结构如图3所示。

(2)T2主变与T5主变之间馈线结构的确定

同理，由图2中所展示出的基于主变互联关系的联络结构示意图可知，T2主变与T5主变之间存在联络关系，并且由表5可知，两个主变之间的联络容量约束为3MVA，考虑到N-1准则，以及两主变之间的馈线结构重点考虑的是“手拉手”的形式，因此两台主变之间的馈线一共需要承担3÷50％＝6MVA的负荷。结合表1中所给出的各种馈线型号，选择两条容量为8.66MVA的馈线作为T2主变与T3主变之间的联络馈线。具体结构如图4所示。

(3)基于馈线互联关系的整体联络关系示意图

将图2中的联络关系按照上述的分析方法一一进行具体分析，得到基于馈线互联关系的整体联络关系示意图如图5所示。

根据上述结果可以分析将基于主变互联关系的网络结构通过一定的合理方法，并且结合相关的网络信息将联络关系进行扩展，最终得到基于馈线层面的联络关系结构。这种方法将主变之间的互联关系进行了有效的扩展，并且配电网络中的相关信息将基于主变互联关系的联络结构，扩展到了馈线层面。完善了供电能力计算的过程，对于配电网规划以及供电能力的评估具有一定的指导意义。

Claims (8)

1.一种考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定各主变在既定供电能力下所带的负荷量

在已知区域配电网络供电能力的情况下，求解各主变所带负荷量的计算公式如下：

R_Li＝R_i·T_i(1)

式中，R_Li为所计算第i台主变在既定的供电状态下所带的负荷量，R_i为主变i的额定容量，T_i为为主变i的负载率；

2)互联关系扩展所需考虑的约束条件

(1)负荷等式约束

(2)转供约束

(3)主变容量约束

(4)联络容量约束

(5)N-1校验约束；

3)提出基于主变互联关系进行有效扩展的求解方法

(1)扩展馈线型号的确定

(2)扩展馈线数量的确定；

4)提出一种考虑主变互联关系有效扩展的中压配电网供电能力评估流程

(1)主变联络结构分析。根据已知的基于主变互联关系的联络结构模型，确定每台主变所带的负荷量；

(2)确定馈线所带负荷量，基于主变互联关系中主变之间的联络容量约束量，并且结合《国网规划设计导则》中所给出的馈线型号以及N-1准则，确定出馈线的数量以及馈线的类型；

(3)供电能力计算，基于所确定出的基于主变互联关系的联络结构模型，并且结合N-1准则，确定出每条馈线所带的负荷量，从而计算出区域配电网的最大供电能力。

2.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤2)中所述的负荷等式约束，表示的是配电***中各主变与所连接馈线之间的容量等式关系，即主变在既定的供电状态下所带的负荷量应等于主变下连接馈线所带的负荷量之和，具体表现形式为：

式中，R_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线；T_iq表示与第i台主变相连的第q条馈线的负载率。

3.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤2)中所述的转供约束，是指在中压配电***因故障或检修引起一台主变退出运行时，与之联络的其他主变应分担退运主变的负荷，转供约束公式如下：

式中，t_ij表示主变i进行N-1校验时主变j为主变i承担的负荷容量，主变j可以是主变i的同站主变，也可以是与主变i有馈线联络关系的站外主变。

4.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤2)中所述的主变容量约束，是指为退运主变分担负荷的主变在转供发生后不可以过载运行，主变容量约束公式如下：

主变容量约束公式表示主变i进行“N-1”校验时，转移至主变j的负荷容量加上主变j自身的负载不超过其额定容量，这里的转移负荷是站内转移或站间转移。

5.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤2)中所述的联络容量约束，是负荷转移受到的联络容量约束，公式如下：

式中，C_ij表示主变i和主变j之间的联络容量，如果主变i和主变j属于同一变电站，主变i和主变j受变电站母线影响，若属于不同变电站，主变i和主变j受联络线路的影响。

6.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤2)中所述的N-1校验约束，是在确定主变下所连馈线数量的过程中，应综合考虑主变互联关系中主变容量约束以及主变之间的联络容量约束，并且要满足在供电能力评估的过程中所需要满足的安全准则，即N-1准则。

7.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤3)中所述的扩展馈线型号的确定，是在馈线型号的选择上是根据《国网规划设计导则》中所给出的10kV馈线的型号，作为网络扩展中所考虑的馈线型号。

8.根据权利要求1所述的考虑主变互联关系有效扩展的配电网供电能力评估方法，其特征在于，步骤3)中所述的扩展馈线数量的确定，是首先确定两台主变之间馈线所需要共同承担的负荷总量，再结合馈线型号选取合适的馈线类型，最后确定两台主变之间的馈线数量。