县域配电网供电能力评估分析

县域配电网供电能力评估分析

尹龙刘振华张岗

（国网山东省电力公司东营市东营区供电公司山东东营257000）

摘要：配电网肩负着向用户供电的重任,科学地对它们的供电能力进行实时评估,深入了解当前运行方式的供电裕度是很有必要的,因为充足的供电能力是保证配电网安全可靠运行的前提条件。特别是随着配电管理系统和配电自动化系统的不断成熟和完善,随负荷的不断变化实时选择一种经济的运行方式成为可能,这就更需要对灵活多变的运行方式进行不断的实时评估,及时调整运行方式,这样才能在追求经济性的同时保证配电网运行的可靠性和安全性。本文分析了县域配电网供电能力评估的相关内容。

关键词：县域配电网；供电能力；评估；

目前输电网中线路的极限传输功率研究较多,也较为成熟,但配电网供电能力方面的研究还较少,仅有的研究也是通过计算变电站容载比、线路平均负载率这种统计的技术指标对配电网供电能力进行笼统的定性评估,而且这些评估方法均不能考虑各负荷节点的电压水平约束。

一、配电网供电能力实时评估及其数学模型

配电网的供电能力是指配电网在满足支路功率约束和节点电压约束的条件下所能供给的最大负荷,它由配电网的运行方式和负荷的增长模式所决定,因此,配电网的最大供电能力是时变的,网络结构的调整、变压器分接头位置的变化、无功补偿设备的投切都会对其有影响,必须根据实际运行方式进行实时在线评估。在输电系统中,限制输送容量的主要因素有:热极限、电压降极限、稳定极限,在对配电网供电能力进行评估时可只考虑前两者,不考虑稳定极限。在评估过程中,可取线路或变压器的经济负荷或最大负荷作为其功率约束,本文以导线支路热极限决定的最大传输功率作为功率上限,变压器支路的额定功率为其传输上限,并假设上级电网能提供充足的电量,负荷增长模式为评估区域内的负荷成比例增长。根据以上所述,在对配电网供电能力进行评估时,优化的目标函数为:，式中:S为评估区域所能供给的最大负荷;S0j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点数,所以目标函数中的第1项即为当前实际负荷之和;Sdj为负荷增长区域中节点j的负荷增长基数,本文取Sdj=S0j;k为负荷增长倍数;D为进行供电能力评估的区域,当对整个配电网的供电能力进行评估时,D为整个配电网,当对配电网中的一个区域进行评估时,D为相应区域,当对配电网中的一个节点的供电能力进行评估时,D仅包含这个节点。

二、配电网供电能力评估的分类

对配电网的供电能力进行实时评估,要基于当前的实际运行方式,负荷的增长模式在本文中取为当前的实际负荷成比例增长,根据评估区域的不同,将配电网供电能力的评估分为3类:

1.对整个配电网供电能力的评估:即整个配电网的所有负荷成比例地持续增加,直到约束条件起作用为止。通过对整个配电网供电能力的评估,可得到当前运行方式下,配电网的最大供电能力及剩余供电裕度,对判断配电网是否能承受一定的负荷波动、是否需要调整当前运行方式具有指导意义。设配电网中所有负荷增大为原有负荷的K倍时,恰好有一约束起作用,即若继续增大负荷,将会有越限发生,则K可用以表征该配电网的最大供电能力。设目标函数上式中,S达到最大值时,变量k的值为kmax,则K=1+kmax,可见在一正常运行的系统中K是不小于1的,K越大表明系统的最大供电能力水平越高,所能承受的负荷波动水平越大,因此,K可作为一评估配电网实时安全水平的指标。当1.5<K<2.0,也认为配电网的安全裕度满足要求,处于中等安全水平,不需要采取预防控制措施;当1.0<K<1.5时,则认为配电网的安全裕度较低,在当前负荷波动较大时,可能发生越限,因此处于该运行状态的配电网应尽快采取调整措施,以扩大供电裕度,提高安全运行水平。

2.对配电网部分区域供电能力的评估:即仅评估区域内的负荷成比例地持续增加,其他负荷维持当前水平不变,直到约束条件起作用为止。通过对配电网部分区域供电能力的评估,可得到该区域所能供应的最大负荷,对于当前运行方式下,判断该区域是否能投入新的负荷以及最大可投入多少负荷具有指导意义。

3.对一负荷点供电能力的评估:即计算在其他负荷保持不变的前提下,该负荷点所能供应的最大负荷。这一点在配电管理系统中故障发生后的恢复控制中非常重要,因为目前配电网中的相邻馈线一般都通过联络开关相连接,当某一馈线出现故障时,应尽可能多地将非故障区段的负荷转移到相邻馈线上,以尽快恢复供电,这就需要准确计算出相邻配电网的联络节点可容纳转移负荷的能力,以确定转移负荷的大小。即假设相邻馈线可转移全部的非故障区段负荷,在这种假设条件下进行开关操作次数与运行费用的优化,这与实际情况是不符的。

三、重复潮流在配电网供电能力评估中的应用

1.配电网供电能力评估的本质是在给定的运行方式及负荷增长模式下求取一临界点,在该临界点恰好有一约束起作用,当负荷有一微小增长,越过该临界点时将有越限发生,该临界点就对应着配电网的最大供电能力,最大供电能力与当前所供应负荷之差即为剩余的供电裕度。临界点的求取方法很多,重复潮流法是有效方法之一,其基本思想是通过不断增大系统的负荷,并反复进行潮流计算来确定系统所能供应的最大负荷,有人也将该方法称为尝试法,已经在输电网可用输电能力的计算中有所应用。利用重复潮流对配电网供电能力的实时评估,其思路为:从当前的运行点出发,选取一个合适的步长,按照一定的负荷增长模式,不断增大负荷,并求取它们的潮流解,直到发生越限为止。在负荷增长过程中,步长按一定策略不断调整,直到满足一定的精度要求。即将发生越限的那个临界点所对应的负荷即为配电网的当前运行方式所能供应的最大负荷。

2.该方法的优点。基于重复潮流的配电网供电能力评估算法具有以下优点:一是适用范围广,对配电网的电压等级和接线形式没有特殊要求。二是考虑约束条件全面,可计及支路容量约束、节点电压约束等各种运行约束条件。三是简单、容易实现,且能够准确地得到当前运行方式的最大供电能力和剩余供电裕度。

诸多学者研究了以网损最小为目标的配电网重构算法,旨在实时调整配电网的运行方式,使其运行费用最低,但是,配电网运行方式的灵活多变虽能提高经济性,却对其安全可靠运行提出了新的考验,本文的目的就是为解决此矛盾,对配电网运行的安全性进行实时评估,计算当前状况下的供电裕度,为提前采取预防措施提供决策依据。通过对配电网中部分负荷点供电能力的评估,计算出配电网故障后的可转移负荷容量,为故障后的恢复控制提供了参考依据。基于重复潮流的评估算法适用范围广,可全面计及各种约束条件,且简单、快速,容易实现,可用于配电网的实时在线分析。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家经济贸易委员会．城市电力网规划设计导则［S］．北京:中国电力出版社，2014．

[2]关城，陈光华，项昌富，等．《城市中低压配电网改造技术导则》

[3]谢旻晔.配电系统可靠性评估算法综述[J].四川电力技术，2015，（3）：52-54.