复杂配电网简化建立模型

复杂配电网简化建立模型

摘要:提出一种通过馈电线路两端的电压和流过馈电线路两端的开关的功率反映馈电线路上的负荷及其分布情况的配电网的简化分析方法,这种方法只需对变电站的出线开关、馈电线路的分段开关和联络开关进行量测,而不必量测馈电线路上的配电变压器,就能得到满意的分析结果。文中分析了电网简化的基本原理,采用支路电流法验证了该方法的可行性。

关键词:配电网自动化馈线自动化数学模型潮流分析

在配电自动化系统中,为了实现智能配电功能,必须建立配电网的数学模型并分析配电网的潮流。通过对组成复杂电力系统的网络,负荷的分析、熟悉复杂电力系统模型的组成,掌握模型参数的求证方法。传统的电力系统分析采用P-Q分解法和N-R法等方法[1,2]。上述方法由于需要将配电网上的每台配电变压器都看作是节点,从而导致矩阵非常庞大,严重影响处理速度。更不利的是,为了降低建设费用,配电线路上通常只有柱上开关的量测是可以满足的,而配电变压器一般均不安装量测设备,导致传统方法由于严重缺乏量测数据而无法得出潮流[3]。

1 复杂配电网简化模型

馈电线路是配电网中的一个术语,它可以指与任意配网节点相连接的支路,可以是馈入支路,也可以是馈出支路。但因为配电网的典型

拓扑是辐射型,所以馈电线路中的能量流动是单向的。但为提高供电可靠性,配网结构变化很复杂,功率的传输也并非绝对是一个方向。所以粗略地说,配电网中的支路都可称之为馈电线路。本模块介绍电力系统等值得概念和方法。通过概念讲解和方法介绍,熟悉和掌握电力系统等值原理、等值的步骤、等值模型参数的求证方法。馈电线路在描述时为了更好的体现配电线路与变电站的10kV出现间隔的关系,这里馈电线路专门用于描述配电线路起点电源信息。

1.1 电力系统馈电线路潮流数据

(1)根据网络拓扑,对节点编号。现代电力系统分析软件,一般采用节点命名给节点编号,命名可用中文,例如变电站名加母线电压等级的简写(如35kV,写作3)。

(2)给定线路及变压器所构成的各支路阻抗、非标变比(变压器支路)、充电导纳(线路)等。

(3)根据发电厂开停机安排,给定各发电机有功、无功出力,一般可将同一电厂的接在同一母线上的多台同机型机组合并。

(4)指定平衡节点和基准电压(一般是模1.0、角0°),平衡节点一般是大型调频厂;给定PV节点和节点电压,PV节点一般是无功储备的大型电厂或大型无功补偿点。

(5)给定各节点负荷有功、无功。

(6)给定并联和串联无功补偿设备和FACTS装置的模型参数等。

1.2 外部系统等值简化数据

采用电力系统等值技术和软件对外部电力系统进行等值化简,获得化简后的等值参数。

1.3 建立潮流计算数据文件

1.4 电力系统外部等值概念

现代电力系统是广域存在的,某一个地域的电力系统一般都是一个在广域发布的更大型的系统的组成部分。某一个地域的电力系统分析,所关注的是地域内部的电力系统信息,对其外部电力系统信息可以不顾及。内部电力系统使用详尽的模型来描述,而外部电力系统则用一个近似的简化模型来描述,只要具有足够的精度就可以了。

建立外部近似的简化模型称之为电力系统外部等值。外部等值分以下三步。

(1)构造一个外部等值的模型。

(2)用附加的假象注入匹配基本情况下的边界注入。

(3)在研究其他偶然事故时,使用具有由第二步得来的边界注入的外部等值。

图1(a)所示为一段典型的馈电线路,图1(b)为采用等效负荷代替

该条馈线上的所有负荷时的等效电路。图中,A和B分别为馈线上的两个分段开关,UA、UAp、UB、UBp分别为A和B两个分段开关处的电压幅值(V)及其相角;SA、SAp、SB、SBp分别为A和B两个分段开关处的视在功率幅值(kV A)及其相角;r和x分别为A和B间的馈线单位长度的电阻和电抗(Ωkm-1);A和B两个分段开关之间馈线的总长度为L(km)。在图1(a)中,Si和Sip分别为节点i处供出的视在功率幅值(kV A)及其相角;Lij为节点i和j之间的馈线的长度(km)。在图1(b)中,SK和SKp分别为采用视在功率表示的等效负荷的幅值(kV A)及其相角;LAK和LBK分别为A和B两个分段开关到等效负荷处(节点K)的馈线的长度(km);IA,IAp,IB,IBp,IC,ICp分别为图中各支路电流的幅值(A)和相角。

由于通常可以在分段开关上同杆安装FTU,因此能够得到详细而准确的量测数据。因此求取基于等效负荷的简化模型,实际上就是根据A和B处FTU上报的电压和视在功率求解等效负荷及其位置的过程。

参照图1(b),假设从A到K间的馈线长度为L1,则从B到K间的馈线长度为L2=(L-L1),根据A端参数可计算出等效负荷处的电压幅值为:

其中,PA和QA分别为流过节点A的有功功率(kW)和无功功率

(kVar)。

设计误差函数Uerr为:

可以通过迭代法求出L1和L2的值。当Uerr的绝对值小于指定误差极限时,则认为迭代已经收敛;否则,当Uerr大于零时,则在下一次迭代时适当加大L1的取值;当Uerr小于零时,则在下一次迭代时适当减小L1的取值。

这样就得出了基于等效负荷的简化模型的全部参数。

2 计算实例

在这里我们分析一个实际的线路(如图2所示),即卧龙区配电网的岗供六线,它由34个节点和33条支路组成,各条支路负荷的分布如附录所示。

图3和图4给出了采用本文提出的方法ELM法和EVM法分别计算岗供六线的结果,并与不经过近似处理的N-R严格法进行了对比。

3 结语

综上所述,馈线上的负荷及其分布情况可以通过馈线两端的电压和流过馈线两端的分段开关的功率反映出来,而在配电自动化系统中,

分段开关位置一般都要安装FTU,因此是可以量测的。

与其它简化方法相比,本文提出的方法不必量测馈线上的配电变压器的负荷,也不必知道各负荷间的阻抗,就可以得出更精确的分析结果,而且建立的简化模型是双向的。

参考文献

[1]Ghosh,D.Das.Method for load-flow solution of radial distribution networks[J].IEE Proceedings-Gener.Transm. Distrib.,1999,146(6):641～648.

[2]张伯明,陈寿孙.高等电力网络分析[M].北京:清华大学出版社,1996.

[3]刘健著.变结构耗散网络——配电自动化新算法[M].中国水利水电出版社,1999.