CN108155645B - 厂矿配电网络的合环判断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种厂矿配电网络的合环判断方法及装置，该方法包括：根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环。本发明可以普遍适用于多种厂矿配电网络的合环操作，判断准确，降低了厂矿企业合环操作的风险，避免了不必要的停电，提高了供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及厂矿配电领域，特别是涉及一种厂矿配电网络的合环判断方法及***。
背景技术
在厂矿企业配电***规划时，为了提高供电可靠性，一般采用双电源或多电源供电的结构，遵循“闭环设计，开环运行”的原则。当某个母线、开关或馈线需要检修或者发生故障时，该母线、开关或馈线上的多电源供电的负荷就需要进行转移，通过操作联络开关进行合环操作，可以减少停电时间，提高供电连续性。合环操作是指在保证不停电的情况下，通过闭合联络开关，将同一电压等级的两条或多条配电线路从辐射状接线转换为环状接线的操作。如果直接进行合环操作，由于联络开关两侧电压相差较大，馈线初始负荷较重，导致合环后电流过大，引起保护跳闸，设备过载，影响安全生产。因而在合环之前需要进行合环判断。
目前在合环操作时，一般是通过电压互感器确定联络开关两侧电压幅值差，利用核相仪确定电压相位差，再根据电压相位差及电压向量角进行试验分析，判断是否能够合环。例如有企业建议将合环前联络开关两侧的电压有效值之差控制在0.3kV以内，将电压相量角控制在3度以内。该项技术的缺点是缺少合理的配电网合环分析模型和理论推导，无论在定性分析还是定量分析都是由试验的方法得出的，判断结果并不准确，而且受试验区域限制，试验分析得出的经验值并不具有普适性，不能够应用于其他厂矿企业配电网络的合环操作。
发明内容
本发明实施例提供了一种厂矿配电网络的合环判断方法，用以提升合环判断的准确性，提高供电可靠性，该方法包括：
根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环；
所述根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗，包括：
根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；
根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗；
所述根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率，根据如下公式进行计算：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
所述根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗，根据如下公式进行计算：
其中，yi为合环网络第i个支路的导纳；i＝1,2，y1为合环网络第1个支路的导纳，y2为合环网络第2个支路的导纳；Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；Ui为边界节点的电压。
本发明实施例还提供了一种厂矿配电网络的合环判断装置，用以提升合环判断的准确性，提高供电可靠性，该装置包括：
模型建立模块，用根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
等值阻抗获取模块，用于根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
电流计算模块，用于根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
合环判断模块，在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环；
所述等值阻抗获取模块，进一步包括：
注入功率获取子模块，用于根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；
阻抗获取子模块，用于根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗；
所述注入功率获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
所述阻抗获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，yi为合环网络第i个支路的导纳；i＝1,2，y1为合环网络第1个支路的导纳，y2为合环网络第2个支路的导纳；Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；Ui为边界节点的电压。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现厂矿配电网络的合环判断方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行厂矿配电网络的合环判断方法的计算机程序。
本发明实施例提供的厂矿配电网络的合环判断方法，首先需要建立合环网络的外部网络等值模型，获得外部网络等值阻抗，进而再根据联络开关两侧的电压差获得合环网络的暂态电流和稳态电流；最终根据合环网络的稳态电流和暂态电流判断是是否可以进行合环操作。本发明实施例的厂矿配电网络的合环判断方法基于合环网络的电流进行判断，判断结果准确，判断方法具有普适性，可以适用于各种厂矿企业配电网络的合环操作，降低了厂矿企业合环操作的风险，避免了不必要的停电，提高了供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例中厂矿配电网络的合环判断方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中合环判断的原理示意图；
图3是本发明实施例中内部网络与外部网络的划分示意图；
图4是本发明实施例中平衡节点的示意图；
图5a、图5b是本发明实施例中求取合环网络稳态电流的示意图；
图6是本发明实施例中合环网络暂态电流计算的等值电路示意图；
图7是本发明实施例中厂矿配电网络的合环判断装置的结构示意图；
图8是本发明实施例中等值阻抗获取模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
企业中在进行合环操作时，失败的原因主要是因为继电保护装置动作，使某一进线断路器跳闸，合环的两段母线所带的负荷全部失去电源。而继电保护动作主要是由于合环操作产生了较大的合环电流，引起保护动作。这个较大的合环电流在造成保护动作的同时，还常常伴有主变压器和载流导体的过载，对***安全的威胁性较大。因此，发明人认为在判断合环操作能否成功，首先需要对合环电流进行计算，再根据合环电流判断是否能够进行合环操作。
正是基于上述原因，本发明实施例提供了一种厂矿配电网络的合环判断方法，用以提升合环判断的准确性，提高供电可靠性，如图1所示，该方法包括：
101：根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
102：根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
103：根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
104：在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环。
一个实施例中，所述在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环，可以有多种实施方案，例如，如图2所示，可以在合环网络的稳态电流和暂态电流满足如下条件时，判断配电网络可以合环：
I＞dz＞Ic；
I≥dz＞Iim；
ITR.e＞Ic；
其中，I＞dz表示继电保护装置的过电流定值，I≥dz表示继电保护装置的速断定值，ITR.e表示变压器的过载能力，Ic表示稳态电流，Iim表示暂态电流。
一个实施例中，如图2所示，如果不能直接合环，还可以调节合环网络的参数，直至可以进行合环操作。调整合环网络的参数可以有多种实施方案，例如，在确定合环网络的稳态电流及暂态电流不小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，调节联络开关两侧的电压差，根据调节后的电压差重新计算合环网络的稳态电流及暂态电流，直至合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值，判断配电网络能够合环。在判断可以合环后，还可以发出允许合环指令。如果在调节参数后，仍然不能合环，则可以发出不允许合环的指令。
一个实施例中，根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗可以有多种实时方式，例如，可以根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗。实施中，由于外部网络较为复杂，而且可能发生变化，执行合环操作的电气室很难获得外部网络的参数，针对这一问题，可以采用改进后的Ward等值法对外部网络进行等值，具体方法如下：
如图3所示，针对厂矿企业10kV合环网络与上级网络之间只存在一个或两个边界节点，为了满足计算的要求，我们将待合环的母线作为边界母线，边界母线及内部网络(***)作为研究***，边界母线以外的为外部网络。内部网络(***)与边界母线的连接支路成为联络线。子集A表示内部网络，子集B为边界节点(边界母线)集合，子集C为外部节点集合，该***的电气联系可以用如下线性方程式来表示：
其中，Y表示各节点的自导纳及节点间的互导纳，U表示各节点的电压，I表示各节点注入电流，C表示外部节点，B表示边界节点，A表示内部节点；
将上式消去外部的节点，即消去UC，可得如下方程式：
在实际应用中，可以采用功率来代替电流，方程变换为：
如果
将定义为：
则式(2)可写成：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
如果节点电压是已知的，则外部网络注入功率分配到边界节点上的注入功率增量值
为:
外部网络注入功率可以由下式计算：
其中，S1、S2、SR表示节点注入功率，y1、y2、yR表示支路的导纳，YB12为等值网络两边节点之间等值支路的导纳值；Seq1、Seq2为两边界节点在基础状态时利用上式(5)计算的注入功率，SB12为Ward等值两边界节点间等值支路的功率，St1、St2为实时测量得到待合环的联络线功率。
如图4所示，合环网络等值阻抗由合环端口看进去，由合环点追溯到电源点，即平衡节点的阻抗之和，R为平衡节点。
图中B1和B2表示两个边界节点，平衡节点的功率为：
两个边界节点的电压分别为U1和U2，可以通过合环***实测数据获得，因此可以获取平衡节点的电压UR：
再求取平衡节点的导纳yR和合环网络支路的导纳yi：
最终根据以下公式计算获得合环网络等值阻抗Zeq：
其中，Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；y1、y2、yi为合环网络支路的导纳；Ui为边界节点的电压。
一个实施例中，由于合环电流的大小与联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗有关，在测量到联络开关两侧的电压差，计算获得合环网络等值阻抗后，可以计算获得合环网络的稳态电流和暂态电流。根据联络开关两侧的电压差及外部网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流可以有多种实施方式，例如，可以包括：
如图5a、图5b所示，图中网络可以分解为两个网络，一个是辐射状网络(图5a)，一个是环状网络(图5b)，可以对这两个分界形成的网络，分界进行计算，将计算的结果叠加便可以获得整个网络的稳态电流。求取稳态电流可以有多种实施方案，例如，可以根据如下公式计算稳态电流：
其中，Ic为合环网络的稳态电流；Uoc为联络开关两侧的电压差；Zeq为合环网络等值阻抗；
求取合环网络的暂态电流可以有多种实施方案，例如，如图6所示，合环后，合环网络的微分方程如下：
其中，Em表示电势；R表示合环网络等值阻抗的电阻，L表示合环网络等值阻抗的电感；
求解微分方程后，根据如下公式计算暂态电流：
其中，Iim为合环网络的暂态电流；Ta为时间常数；Ict为合环网络的稳态电流。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种厂矿配电网络的合环判断装置，如下面的实施例所述。由于厂矿配电网络的合环判断装置解决问题的原理与厂矿配电网络的合环判断方法相似，因此厂矿配电网络的合环判断装置的实施可以参见厂矿配电网络的合环判断方法的实施，重复之处不再赘述。
图7为本发明实施例的厂矿配电网络的合环判断装置。如图7所示，本发明实施例的厂矿配电网络的合环判断装置包括：
模型建立模块701，用根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
等值阻抗获取模块702，用于根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
电流计算模块703，用于根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
合环判断模块704，用于在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环。
一个实施例中，所述合环判断模块，进一步用于：
在确定合环网络的稳态电流及暂态电流不小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，调节联络开关两侧的电压差，根据调节后的电压差重新计算合环网络的稳态电流及暂态电流，直至合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值，判断配电网络能够合环。
一个实施例中，如图8所示，所述等值阻抗获取模块，进一步包括：
注入功率获取子模块801，用于根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；
阻抗获取子模块802，用于根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗。
一个实施例中，所述注入功率获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
所述阻抗获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；y1、y2、yi为合环网络支路的导纳；Ui为边界节点的电压。
一个实施例中，所述电流计算模块，
包括：
根据如下公式计算稳态电流：
其中，Ic为合环网络的稳态电流；Uoc为联络开关两侧的电压差；Zeq为合环网络等值阻抗；
根据如下公式计算暂态电流：
其中，Iim为合环网络的暂态电流；Ta为时间常数；Ict为合环网络的稳态电流。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现厂矿配电网络的合环判断方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行厂矿配电网络的合环判断方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例提供的厂矿配电网络的合环判断方法，首先需要建立合环网络的外部网络等值模型，获得外部网络等值阻抗，进而再根据联络开关两侧的电压差获得合环网络的暂态电流和稳态电流；最终根据合环网络的稳态电流和暂态电流判断是是否可以进行合环操作。本发明实施例的厂矿配电网络的合环判断方法基于合环网络的电流进行判断，判断结果准确，判断方法具有普适性，可以适用于各种厂矿企业配电网络的合环操作，降低了厂矿企业合环操作的风险，避免了不必要的停电，提高了供电可靠性。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种厂矿配电网络的合环判断方法，其特征在于，包括：
根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环；
所述根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗，包括：
根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；
根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗；
所述根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率，根据如下公式进行计算：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
所述根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗，根据如下公式进行计算：
其中，yi为合环网络第i个支路的导纳；i＝1,2，y1为合环网络第1个支路的导纳，y2为合环网络第2个支路的导纳；Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；Ui为边界节点的电压。
2.如权利要求1所述的厂矿配电网络的合环判断方法，其特征在于，进一步包括：
在确定合环网络的稳态电流及暂态电流不小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，调节联络开关两侧的电压差，根据调节后的电压差重新计算合环网络的稳态电流及暂态电流，直至合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值，判断配电网络能够合环。
3.如权利要求1所述的厂矿配电网络的合环判断方法，其特征在于，所述根据联络开关两侧的电压差及外部网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流，包括：
根据如下公式计算稳态电流：
其中，Ic为合环网络的稳态电流；Uoc为联络开关两侧的电压差；Zeq为合环网络等值阻抗；
根据如下公式计算暂态电流：
其中，Iim为合环网络的暂态电流；Ta为时间常数；Ict为合环网络的稳态电流。
4.一种厂矿配电网络的合环判断装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用根据合环网络与上级网络之间的边界节点建立合环网络的外部网络等值模型；
等值阻抗获取模块，用于根据外部网络等值模型计算获得合环网络等值阻抗；
电流计算模块，用于根据联络开关两侧的电压差及合环网络等值阻抗计算合环网络的稳态电流和暂态电流；
合环判断模块，用于在确定合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，判断配电网络能够合环；
所述等值阻抗获取模块，进一步包括：
注入功率获取子模块，用于根据合环网络的外部网络等值模型，计算获得外部网络注入功率；
阻抗获取子模块，用于根据外部网络注入功率获得合环网络等值阻抗；
所述注入功率获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，EYEQ为外部网络注入功率；UB为边界节点的电压；UA为合环网络的电压；UC为外部网络的电压；SB为边界节点的功率；SA为合环网络的功率；SC为外部网络的功率；YBC为外部网络与边界节点间的互导纳；YCC为外部网络的自导纳；
所述阻抗获取子模块，根据如下公式进行计算：
其中，yi为合环网络第i个支路的导纳；i＝1,2，y1为合环网络第1个支路的导纳，y2为合环网络第2个支路的导纳；Zeq为合环网络等值阻抗；Si为边界节点的功率；Ui为边界节点的电压。
5.如权利要求4所述的厂矿配电网络的合环判断装置，其特征在于，所述合环判断模块，进一步用于：
在确定合环网络的稳态电流及暂态电流不小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值时，调节联络开关两侧的电压差，根据调节后的电压差重新计算合环网络的稳态电流及暂态电流，直至合环网络的稳态电流及暂态电流小于继电保护电流阈值及设备额定通流阈值，判断配电网络能够合环。
6.如权利要求4所述的厂矿配电网络的合环判断装置，其特征在于，所述电流计算模块，包括：
根据如下公式计算稳态电流：
其中，Ic为合环网络的稳态电流；Uoc为联络开关两侧的电压差；Zeq为合环网络等值阻抗；
根据如下公式计算暂态电流：
其中，Iim为合环网络的暂态电流；Ta为时间常数；Ict为合环网络的稳态电流。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3任一所述方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至3任一所述方法的计算机程序。
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