电网分区互供联络方式选择方法

摘要

一种电网分区互供联络方式选择方法，所述方法包括以下步骤：A、获取故障分区及相邻分区的电网参数；B、确定故障分区的功率缺额；C、确定故障分区所有联络线的互供功率；D、判断故障分区主变下送通道是否故障，若故障则闭合互供功率最大的联络线作为互供联络通道，否则闭合母联开关作为互供联络通道；E、判断是否满足故障分区功率缺额，若满足执行步骤F，否则执行步骤G；F、判断互供联络通道是否过载，若过载则执行步骤G，否则选定联络方式；G、增加一条联络线作为互供联络通道，执行步骤E。通过本发明的电网分区互供联络方式选择方法，能够提供有效的电网分区互供方式，提高系统的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统运行领域，特别涉及到电力系统分区运行方式中的故 障处理技术。

背景技术

城市电网在500kV网架不断发展和完善的推动下，逐步形成了主网为500kV 环网，区域电网为220kV电网的网络构造。与此同时，500/220kV高低压电磁 环网及220kV侧系统短路电流增大等问题也随着网络联系的不断加强而日益凸 显出来，因此，应推进实行以500kV变电站为核心的电网分区运行机制。形成 合理的分区后，可消除严重影响电网安全稳定的500/220kV电磁环网，解决电 磁环网的不稳定问题，并可将新设大容量电厂的少量单元机组和区域性电厂直 接接入转变为配电网的220kV电网，采用辐射网架供给电力负荷，有效降低系 统短路电流水平，简化继电保护和运行操作。

220kV电网分区运行方式在带来前述优点的同时，也削弱了各分区的事故 抵御能力。为此，需要在220kV电网分区之间建设互供联络通道，以保证作为 分区电源及枢纽的500kV主变在故障或检修时区内的供电可靠性，不切负荷或 者尽量少切负荷。

由于分区间可以采取多种方式进行分区互供，例如采取不同的互供联络通 道，或者直接使用220kV侧母联开关作为互供联络通道等，这样当某分区的主 变发生故障或检修时，如何确定低成本、有效的分区互供联络方式就成为值得 研究的问题。分区互供联络方式的选择直接关系到分区间功率交换和支援水平， 影响分区间的功率传输能力。不合理地选择互供联络方式将使电网在事故方式 下的功率平衡需求得不到满足。然而，现有技术中在互供联络方式的确定方面 尚未有合理的选择方法，使互供联络方式的选择存在多样性和随意性，给电网 的安全运行带来了隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种电网 分区互供联络方式选择方法，为电网分区互供联络方式的选择提供有效的解决 方案，以提高电网运行的安全性和稳定性。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。

一种电网分区互供联络方式选择方法，所述方法包括以下步骤：

A、获取故障分区及相邻分区的电网参数；

B、确定故障分区的功率缺额；

C、确定故障分区所有联络线的互供功率；

D、判断故障分区主变下送通道是否故障，若故障则闭合互供功率最大的联 络线作为互供联络通道，否则闭合母联开关作为互供联络通道；

E、判断是否满足故障分区功率缺额，若满足执行步骤F，否则执行步骤G；

F、判断互供联络通道是否过载，若过载则执行步骤G，否则选定联络方式；

G、增加一条联络线作为互供联络通道，执行步骤E。

在步骤A中，获取所述故障分区及相邻分区的电网参数包括：获取故障分 区及相邻分区的等值阻抗。

另外在步骤B中，确定故障分区的功率缺额为：

其中P_loss为故障分区发生主变N-2故障时分区内的功率损失，

x_sf和x_ss为分区内其他正常主变至补偿点等值阻抗。

在步骤C中，确定故障分区所有联络线的互供功率包括：

$P^{*}=\frac{1}{x_{\Sigma }^{*}}\mathrm{\Delta \delta },$

其中P^*为互供有功功率标幺值，

为联络互供系统等值阻抗，

Δδ为故障分区联络点的相角变化量。

确定联络互供系统等值阻抗包括：

C1、确定两个分区对联络点的等值阻抗分别为：

x₁＝JX_AJ^T和x₂＝KX_BK^T，

其中X_A、X_B为分别两个分区的节点阻抗矩阵，

为m维行向量，j点为联络点在分区A中的位置，m为分区A 的总节点数；

为n维行向量，k点为联络点在分区B中的位置，n为分区B 的总节点数；

C2、根据联络通道自身的阻抗和两个分区对联络点的等值阻抗，确定联络 互供系统的等值阻抗。

另外，确定故障分区联络的相角变化量Δδ包括：

Δδ＝X^*P_Δ^*，

其中X^*为故障分区节点阻抗矩阵的标幺值，

P_Δ^*为故障下各节点注入功率变化量标幺值组成的向量。

通过采用本发明的电网分区互供联络方式选择方法，能够针对电网实现分 区后，在分区间互供联络方式选择中存在的问题，提出了分区间互供联络方式 选择方法，提高了电网分区运行的供电安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中电网分区互供联络方式选择方法的流程示意 图。

图2是本发明具体实施方式中分区电网闭合联络通道等值电路图。

图3是本发明一个具体应用示例的昌城分区及相邻分区接线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅 是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入 本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的 附图标记表示相同的元件。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出 项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接” 到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以 存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按 照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻” 等)。

为了说明本发明的技术方案，首先介绍本发明的技术原理。

在本发明的实施方式中，所述故障分区区内功率缺额是指具有非独立供电 可靠性的电网分区，在发生500kV主变N-2故障情况时，为满足区内功率平衡， 所需相邻分区通过联络通道进行互供支援的功率。

所述具有非独立供电可靠性的电网分区是指220kV电网分区区内发生 500kV主变N-2故障情况时，仍可满足自身功率平衡，保证对电力负荷进行可 靠供电，不需要相邻分区进行互供支援，则该分区为具有独立供电可靠性的电 网分区。否则，即为具有非独立供电可靠性的电网分区，需要相邻分区通过联 络通道进行互供支援以满足区内功率平衡，保证其安全稳定运行。

以最简单的包含两个分区的方式说明本发明的技术方案的原理，但本发明 的应用范围不限于此，例如可以推广到存在多个分区的情形。有两个分区A和 B，设B分区为具有非独立供电可靠性的电网分区，当B分区发生500kV主变 N-2故障时，需相邻分区A进行互供支援。设故障点为f，则有B分区内故障 点信息矩阵为：

为n维行向量，n为节点总数。

则故障下节点注入功率变化量为：

P_Δ＝F^T·P_loss  (1)

其中，P_loss为故障分区发生500kV主变N-2故障时分区内的功率损失。

故障分区某500kV变电站发生主变N-2故障时，区内其他500kV主变将下 送更多功率以减小区内功率损失，并尽可能维持自身220kV母线电压相角不变。 因此，对于某一电网分区，区内某500kV发电站发生主变N-2故障后，设分区 内其他500kV站220kV母线位于分区中s点，则补偿功率为：

$P_{\mathrm{add}}^{*}=\frac{x_{\mathrm{sf}}^{*}}{x_{\mathrm{ss}}^{*}}·P_{\mathrm{loss}}^{*}---\left(2\right)$

因此，故障分区功率缺额为：

其中x_sf和x_ss为分区内其他正常主变至补偿点等值阻抗。

所述联络通道互供功率是为定量讨论不同因素对联络通道互供功率的影 响，需要对互供合环点电路进行简化分析，而引入戴维南定理以实现对互供功 率的分析计算。分区电网闭合联络通道等值电路图如图2所示。

如图2所示，闭合联络通道时，相当于在i与j节点之间并联一个阻抗z_td。 如果采用220kV联络线作为互供联络方式，则z_td为线路阻抗；如果采用500kV 主变220kV侧母联开关作为互供联络方式，则z_td为零。分区电网对分区联络点 的等效戴维南等值阻抗为z₀时，联络互供系统总的等值阻抗为z＝z₀+z_td＝r_Σ+jx_Σ。 以故障分区的互供联络点电压为参考相量，设由互供联络点电压降落引起的 互供功率为S＝P+jQ，其中：

$P=\frac{U_j{r}_{\Sigma }(U_i\cos {\delta }_{\mathrm{ij}}-U_j)+U_i{U}_j{x}_{\Sigma }\sin {\delta }_{\mathrm{ij}}}{r_{\Sigma }^2+x_{\Sigma }^2}---\left(4\right)$

$Q=\frac{U_j{x}_{\Sigma }(U_i\cos {\delta }_{\mathrm{ij}}-U_j)+U_i{U}_j{r}_{\Sigma }\sin {\delta }_{\mathrm{ij}}}{r_{\Sigma }^2+x_{\Sigma }^2}$

根据调度操作规程，闭合联络通道进行互供前，两分区的互供联络点电压 幅值差和功角差应分别控制在5％和15°以内，即|δ_ij|＜15°，又有r_Σ＜＜x_Σ，因此满 足近似条件cosδ_ij≈1,sinδ_ij≈δ_ij。故有：

$P=\frac{U_i{U}_j}{x_{\Sigma }}{\delta }_{\mathrm{ij}}---\left(5\right)$

$Q=\frac{U_i-U_j}{x_{\Sigma }}{U}_j---\left(6\right)$

将互供有功功率与无功功率进行比较，有：

$\frac{P}{Q}=\frac{U_i}{U_i-U_j}{\delta }_{\mathrm{ij}}---\left(7\right)$

由于互供联络通道位于220kV电网，根据合环操作要求，合环前电压幅值 差控制在5％以内，因此|U_i-U_j|≤11kV；且|δ_ij|＜15°(0.262rad)，则根据式(7)，有功 合环潮流的大小为无功合环潮流的4～6倍，故互供无功功率Q对互供功率S影响 较小，互供功率S与互供有功功率P基本接近。

对互供有功功率，由于闭合联络通道前，需要将两分区的互供联络点电压 幅值差控制在5％以内，且电压幅值主要受无功功率平衡影响，而后者适用分层 就地平衡原则，因此，可认为两分区的互供联络点电压均运行在额定电压附近， 且有分区联络点相角差近似为故障分区联络点相角变化量。故采用标幺值表示 的互供有功功率为：

$P^{*}=\frac{1}{x_{\Sigma }^{*}}\mathrm{\Delta \delta }---\left(8\right)$

所述联络互供系统的等值阻抗与互供有功功率成反比，为计算互供有功功 率，首先计算联络互供系统的等值阻抗。

引入分区电网节点阻抗矩阵，用节点阻抗矩阵Z表示的网络方程是：

ZI_B＝U_B  (9)

Z_ii表征了分区电网的等值阻抗参数，根据其物理意义，其是从节点i向分区 内看得到的等值阻抗，也就是分区电网对i节点的等值阻抗，且有|Z_ii|≥|Z_ij|。

设分区电网中两相邻分区分别为A分区及B分区。其中，A分区共有m个 节点，与B分区间的联络点为其中的j点；B分区共有n个节点，与A分区间的 联络点为其中的k点。

则联络互供两分区的联络点矩阵分别为：

A分区：为m维行向量；

B分区：为n维行向量。

若A、B分区的节点阻抗矩阵分别为X_A、X_B，则A、B分区对联络点的等 值阻抗分别为：

A分区：

x₁＝x_jj＝JX_AJ^T  (10)

B分区：

x₂＝x_kk＝KX_BK^T  (11)

结合联络通道自身的阻抗x_td，即可求得联络互供系统的等值阻抗x_Σ。

所述故障分区联络点相角变化量与互供有功功率成正比，为计算互供有功 功率，还需计算故障分区的互供联络点相角变化量。

分区电网s中两节点i,j间支路功率方程的极坐标形式为：

$P_{\mathrm{ij}}=U_i^2{G}_{\mathrm{ii}}+U_i{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\delta }_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\delta }_{\mathrm{ij}})---\left(12\right)$

其中，G_ij、B_ij为分区节点导纳阵中相关元素。因此，有：

$G_{\mathrm{ij}}+j{B}_{\mathrm{ij}}=-\frac{1}{r_{\mathrm{ij}}+j{x}_{\mathrm{ij}}}=\frac{-r_{\mathrm{ij}}}{r_{\mathrm{ij}}^2+x_{\mathrm{ij}}^2}+j\frac{x_{\mathrm{ij}}}{r_{\mathrm{ij}}^2+x_{\mathrm{ij}}^2}---\left(13\right)$

对于高压输电网络，线路电抗值远大于电阻值。故有|G_ij|＜＜|B_ij|，sinδ_ij≈δ_ij， cosδ_ij≈1，仅考虑支路ij，则G_ii＝-G_ij，B_ii＝-B_ij。因此有：

$P_{\mathrm{ij}}^{*}=B_{\mathrm{ij}}^{*}{\delta }_{\mathrm{ij}}=\frac{{\delta }_{\mathrm{ij}}}{x_{\mathrm{ij}}^{*}}---\left(14\right)$

由于节点有功功率与和其有关支路流过的功率总和相等，即 且节点阻抗矩阵与节点导纳矩阵互为逆阵，因此有：

δ＝(B^-1)^*P^*＝X^*P^*  (15)

因此，故障下分区节点相角变化量向量为：

Δδ＝X^*P_Δ^*  (16)

故对前述A、B分区，故障分区B的联络点相角变化量可表示为：

$\mathrm{\Delta \delta }={\mathrm{KX}}_B^{*}{P}_{\Delta }^{*}---\left(17\right)$

因此，如图1所示，本发明实施方式中电网分区互供联络方式选择方法包 括以下步骤：

A、获取故障分区及相邻分区的电网参数；

B、确定故障分区的功率缺额；

C、确定故障分区所有联络线的互供功率；

D、判断故障分区主变下送通道是否故障，若故障则闭合互供功率最大的联 络线作为互供联络通道，否则闭合母联开关作为互供联络通道；

E、判断是否满足故障分区功率缺额，若满足执行步骤F，否则执行步骤G；

F、判断互供联络通道是否过载，若过载则执行步骤G，否则选定联络方式；

G、增加一条联络线作为互供联络通道，执行步骤E。

因此，采用本发明的电网分区互供联络方式选择方法能够采取最经济、有 效的方式达到电网区间互供。

其中，获取所述故障分区及相邻分区的电网参数包括：获取故障分区及相 邻分区的等值阻抗。

另外，根据前述分析，确定故障分区的功率缺额为：

其中P_loss为故障分区发生主变故障时分区内的功率损失，

x_sf和x_ss为分区内其他正常主变补偿点等值阻抗。

并且确定故障分区所有联络线的互供功率包括：

$P^{*}=\frac{1}{x_{\Sigma }^{*}}\mathrm{\Delta \delta },$

其中P^*为互供有功功率标幺值，

为联络互供系统等值阻抗，

Δδ为故障分区联络的相角变化量。

其中，确定联络互供系统等值阻抗包括：

C1、确定两个分区对联络点的等值阻抗分别为：

x₁＝JX_AJ^T和x₂＝KX_BK^T，

其中X_A、X_B为分别两个分区的节点阻抗矩阵，

为m维行向量，j点为联络点在分区A中的位置，m为分区A 的总节点数；

为n维行向量，k点为联络点在分区B中的位置，n为分区B 的总节点数；

C2、根据联络通道自身的阻抗和两个分区对联络点的等值阻抗，确定联络 互供系统的等值阻抗。

并且确定故障分区联络的相角变化量Δδ包括：

Δδ＝X^*P_Δ^*，

其中X^*为故障分区节点阻抗矩阵的标幺值，

P_Δ^*为故障下各节点注入功率变化量标幺值组成的向量。

以下通过一个具体示例来说明本发明的技术效果，本领域内技术人员应当 明确，所述具体示例仅仅是示范性的，本身不能构成对本发明的限制。

所述示例的电路拓扑图如图3所示，其以北京2015年规划电网为例，计算 验证本发明电网分区互供方法及流程的可行性。经过BPA计算分析可知昌城分 区具有非独立供电可靠性，故障下需其他分区进行互供支援。图3是昌城分区 及相邻分区接线图，昌城分区发生500kV昌平2#、3#主变N-2故障后，由相邻 的城顺朝分区进行互供支援。以下按照本发明的分区互供联络方式选择方法的 流程，进行分区互供联络方式的选择。

步骤1：获取故障分区和相邻分区电网参数。

设故障后由相邻的城顺朝分区提供功率支援。根据城顺朝分区及昌城分区 电网参数，可得相关等值阻抗数据。

城顺朝分区等值阻抗x₁＝3.65Ω，昌城分区等值阻抗x₂＝x_ff＝2.71Ω，昌城分 区内正常主变500kV城北2#变补偿点等值阻抗x_ss＝3.96Ω，x_sf＝2.30Ω。220kV昌 平＝怀柔双回x_td1＝0.82Ω，x_kf1＝2.45Ω，七家庄＝未来城双回 x_td2＝0.80Ω，x_kf2＝2.15Ω。

步骤2：计算故障分区功率缺额。

根据故障前昌城分区区内500kV主变容量及负载情况，可知分区功率损失 值为P_loss＝808.53MW。昌城分区内正常运行主变在故障下进行功率补偿值为 P_add＝469.60MW。故故障下功率缺额为P_缺＝P_loss-P_add＝338.93MW。

步骤3：采用交流线路作互供联络方式。

选择交流线路端口时使其与母联开关端口具有相近的端口等值阻抗，在此 条件下确定基于等值阻抗的电网分区互供联络方式选择方法的有效性。

经对比分析，选取榆管营、南苑为交流线路联络方式两端站点，计算该端 口系统等值阻抗。合环前，榆管营、南苑220kV母线电压幅值、相角差如表1 所示。

表1合环前交流线路端口母线电压幅值、相角差

为计算端口等值阻抗，首先在仿真计算中设置榆管营—南苑交流线路阻抗 为零，闭合榆管营—南苑双回220kV交流线后，得到有功合环潮流：

ΔP₀＝890.2MW，

该有功合环潮流与使用母联开关作联络方式时合环潮流基本相等。

根据式(10)可知，对榆管营—南苑双回220kV交流线路端口，其端口等值 阻抗为：

因此，交流线路端口与母联开关端口等值阻抗基本一致。

根据接线关系，可知榆管营—南苑双回交流线电抗值：

X_KK2＝7.27Ω，

联络线阻抗与端口等值阻抗相近。因此，按照基于等值阻抗的电网分区互 供联络方式选择方法，应选择交流线路作联络方式，此时联络线方式的有功合 环潮流较小。

经BPA计算，闭合榆管营—南苑双回线后，有功合环潮流：

ΔP₂＝462.4MW，

可见，该情况下，采用交流线路做联络方式时的有功合环潮流明显小于采 用母联开关作联络方式时的对应值。因此本发明提供的电网分区互供联络方式 选择方法有效。

上述示例分析表明：本方法克服了现有的互供联络方式选择方法缺乏明确 的依据，因此存在多样性与随意性的问题。本发明实施方式中的电网分区互供 联络方式选择方法基于叠加原理，引入联络通道端口等值阻抗，将合环潮流的 有功及无功部分进行解耦，并根据联络通道所处电网情况，对合环潮流进行简 化分析，根据联络线阻抗与通道端口等值阻抗的大小关系，提出了不同系统等 值阻抗下的分区互供联络方式选择方法，为互供联络方式的选择提供了明确、 合理的依据，因此提高的系统的稳定性。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解 为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任 何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。