配电网供电能力研究综述

配电网供电能力研究综述

发表时间：2018-08-21T13:09:40.000Z 来源：《电力设备》2018年第14期作者：王卓君1 陈金星2 [导读] 摘要：伴随着人们生活水平的提高，社会对于电力的需求也在持续增加，电力系统不但完善，覆盖范围也越来越广。本文对配电网供电能力进行了分析探讨，仅供参考。 (1国网福建省电力有限公司霞浦供电公司福建霞浦 355100;2国网福建省电力有限公司宁德供电公司福建宁德 352100) 摘要：伴随着人们生活水平的提高，社会对于电力的需求也在持续增加，电力系统不但完善，覆盖范围也越来越广。本文对配电网供电能力进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：配电网；供电；能力

一、配电网供电可靠性的影响因素

1、电压因素

在影响配电网供电可靠性的因素中，铁磁谐振过电压是其中一个十分重要的因素。铁磁谐振过电压出现的原因在于，变压器和配电互感器等原件内部都有铁芯，这些铁芯磁化特征表现为非线性变化，导致回路中电感参数也存在同样的变化。当达到特定的谐振条件下，就会产生铁磁谐振，进而造成配电网供电故障的发生。

2、自然条件因素

电力配电网对其周边环境的敏感性很强，它所处的地理位置雷雨季气候情况都会对其运行产生影响。受线路运行要求及社会客观因素影响，配电网建设的地点基本处于相对偏僻的地方。所以，当地的气候与地理环境出现改变之后，往往会对配电网的故障发生率产生影响，使其趋势有非线性的变化。像线路的“树线”矛盾、恶劣天气、灾害性天气等自然因素都会影响到配电网可靠性。

3、配电网结构因素

电源与用电负荷之间存在的连接关系是配电网结构的主要内容。电力配电网结构具有多样化的形式，包含有环网结构、树干型、复合型辐射型以及网状结构等多种形式。若配电网采用的是单回路树干型回路结构，则属于分支辐射型结构。这种配网结构中有很多复合线存在与同一个回路的馈线中，离回路根部越近的点发生故障，给整个线路造成的影响就会越严重，所以该结构方式的可靠性非常低。

二、配电网供电能力研究综述

1、电网规划

我国电网发展水平不一致，表现为城市电网基础夯实而农村电网结构薄弱的局面。而DG和EV等主动元素因物理条件而在不同地区电网接入，主要表现为农村电网可利用范围广、新建DG输电通道较容易，而城市电网相对成熟，新建DG场站投资昂贵，新建EV充电桩反而更能适应经济更为发达的城市电网需求。对于供电能力研究而言，城市配电网规划应该面向如何充分利用大规模或者分散小容量EV接入，消除供电瓶颈，提高系统正常运行时的供电能力和故障时的转供能力。而农村电网供电能力研究应着重于DG容量外送通道的建立，以及联络通道和网架结构夯实，提高农业用电的供电可靠性。

2、新技术

随着以广域测量系统（WAMS）和相量测量单元（PMU）为代表的高级量测技术和态势感知技术的发展，电力一二次系统信息的融合逐渐成为趋势，电网信息物理系统CPS（CyberPhysicalSystem）的概念也随之提出。电网CPS强调以二次信息系统提高一次物理系统的可观测性，使得电网调度人员对电网运行状态和运行边界有着更为清晰的认识，并通过二次信息系统控制电网的继电保护系统、配电自动化系统、自动发电控制（AGC）系统等，提高电力一次物理系统的可控性。对于供电能力研究，需首先刻画出二次信息系统可靠性对电网观测性的影响，即量化二次信息系统的可靠性能够造成电网调度人员对运行边界和运行状态的误判，进而造成设备开关的误动作和电网运行方式的改变。在此基础上，才能进一步研究信息系统可靠性对供电能力的影响。

3、高压配电网转供能力研究

高压配电网的故障分为主变故障和馈线出口故障，这里馈线出口故障意味着整条馈线所带负荷均会失电，而对中压配电网进行转供能力分析时，馈线出口下游故障并不会引起所有负荷失电。即在对高压配电网进行转供能力分析时，仅需要以馈线出口故障作为馈线故障方式。在高压配电网的转供能力研究中，首先需要对典型110kV配电网接线模式的可靠性、经济性以及转供能力等方面进行论证分析，发现制约主变站间转带的是站间联络通道和负荷均衡要求。其次，则是对网络结构进行简化分析，虽然相较于中压配电网而言高压配电网结构较为简单，但也存在网络规模较大导致算法搜索效率太低的问题。因此，提出以基于公共信息模型（CIM）的拓扑收缩方法简化网络，提高算法的搜索效率。

三、基于N-1安全约束的配电网TSC

1、TSC概念

在第2节介绍的供电能力范畴下实现的负荷分布，很难在故障情况下实现负荷的安全转移，尤其是在配电网安全校验中很重要的N-1校核不一定得到保障。因此在计及静态安全约束的基础上，评估现有网络的供电能力就显得十分重要，TSC的概念应运而生。TSC是指一定供电区域内所有设备均满足N-1安全约束条件下的最大负荷供应能力。TSC的大小取决于变电站的负载能力和网络的转供能力。相关学者对TSC模型的建立和完善、指标簇定义、求解方法等基础理论方面进行了大量的研究工作。其中基于馈线互联关系的TSC模型因其精确性和可操作性得到了广泛的应用，该模型以馈线负荷为控制变量、主变负载率为状态变量，以N-1约束和容量约束作为约束条件，考虑在负荷转移过程中的馈线联络和主变联络、负荷均衡度等因素，最终形成以最大负荷承载能力为目标函数的线性规划问题。

2、TSC模型

虽然TSC在配电网规划和优化运行方面展现了良好的应用前景，但是在应用前应该给出该模型的基础性理论分析，主要包括模型的合理性和最优解的性质等。TSC模型的合理性指的是模型中所考虑的约束是否与实际运行规划符合。该模型最重要的约束就是N-1约束，对所得最优解能否通过N-1安全校验进行了论证分析，并提出负荷未细分到馈线上是出现误差的主要原因。因此，提出基于馈线互联关系的TSC 模型，并与N-1校验进行对比，得出该模型是满足N-1约束的结论。但在基于馈线互联和主变互联的模型中，均没有在短时过载的基础上考虑主变二次转供问题。

与此同时，在基于负荷分布均匀、供电半径短的假设之上，负荷转移过程中网损和电压约束在该模型中并未考虑，但网损和电压约束对TSC的影响在实际运行中往往是不能忽略的。计及潮流计算的TSC模型虽然复杂，但选取更为成熟、精确的算法不失为一种较好的方式。另外，基于馈线互联关系的TSC模型最优解是否是符合电网约束的唯一解，对于电网规划有着重要的意义。对TSC存在无解和唯一解条件下的数学表达式进行论证分析，得出实际电网TSC模型总是存在多解的结论。在这一系列的TSC模型理论研究的基础上，对TSC在配电网运行和规划中的应用进行相应的研究。

3、基于TSC模型的配电网优化规划

影响TSC的因素中最重要的是网架结构和联络通道。网架结构决定了在N-1条件下负荷转移能力的基础，对典型的π型接线、直供接线、T型接线方式的TSC进行分析，推荐π型接线为城市配电网的远景规划方式。此外，主变站间的联络通道结构、联络线路容量以及联络通道容量与主变容量的匹配等方面对高压转供能力的影响也是不容忽视的。

配电网联络不仅包含主变站间联络通道，还包括馈线联络线。馈线联络线为馈线之间的负荷转移提供路径，而中压配电网馈线之间存在若干的联络线，这些联络线对TSC的有效性。虽然对高压配电网和中压配电网的转供进行单独分析，但也存在2个不同电压等级联络和主变容量匹配的问题。

结束语

总之，面对各种因素对配电网供电可靠性造成的影响，供电企业要认真分析原因，并更新电力设备，完善电网结构和管理体系，并将现代化管理系统引入到配电网管理工作中，从而提高配电网供电的可靠性和供电服务质量。

参考文献:

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