一种配电网网架结构分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种配电网网架结构分析方法，包括持续供电能力分析模块和静态网架结构分析模块，所述持续供电能力分析模块模拟隔离区域中所有可能发生故障的点，故障发生后评估对负荷持续供电的能力，所述静态网架结构分析模块分析线路最大可能过载率、用户损失率、负荷损失率、短路容量校验、馈线供电半径、馈线分段信息及合环电流。本发明以一个可以隔离的最小区域为一个最小的分析单元进行分析，更加科学和准确。
【专利说明】一种配电网网架结构分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及配电网网架结构分析方法。
【背景技术】
[0002] 对于配电网规划和设计方案在发生故障或检修时的应变能力的评价一般采用供 电可靠性指标，但是在计算供电可靠性时，仅仅考虑了网架结构，而没有考虑网络重构后对 侧电源能否带得动全部负荷；并且供电可靠性指标一般是针对配电网发生局部故障这类小 扰动的，而对于高压进线故障导致多座变电站停电、或变电站故障、或者主变电站的IOkV 母线故障这类灾害性事故，则由于发生的概率很小而对于供电可靠性指标的影响不大。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种配电网网架结构分析方法，更加科学和 准确。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种配电网网架结构分析方法， 包括持续供电能力分析模块和静态网架结构分析模块，所述持续供电能力分析模块模拟隔 离区域中所有可能发生故障的点，故障发生后评估对负荷持续供电的能力，所述静态网架 结构分析模块分析线路最大可能过载率、用户损失率、负荷损失率、短路容量校验、馈线供 电半径、馈线分段信息及合环电流。
[0005] 优选的，所述持续供电能力分析模块通过穷举所有可能发生的故障，然后模拟故 障的最优处理过程，在模拟故障的各个过程中计算出与配电网网架相关的所有指标。
[0006] 优选的，穷举故障的分析步骤如下：首先假设变电站的一条IOkV母线由于"停 运"，进行安全分析得出各个安全性指标；其次假设一条馈线停电，进行安全分析得出各个 安全性指标；然后，假设馈线的各个段停电，分析得出各个电网结构指标。
[0007] 优选的，在线路最大可能过载率的分析过程中，将计算得到的线路"最大静态安全 率"和正常线路的负载电流构成坐标系，发现既不安全且负荷又大的线路。
[0008] 优选的，短路容量校验分析时，模拟所有开关故障状况下的短路电流计算，计算短 路电流和断路器额定折断容量的比之的百分比。
[0009] 优选的，馈线供电半径分析时，根据拓扑分析的结果，从馈线最末端开始计算，直 到计算到馈线的首端，当联络开关位置调整时，用最新的拓扑状况计算。
[0010] 优选的，合环电流分析时，自动计算所有联络开关合环状况下合环电流，并以报表 的形式表现出来。
[0011] 本发明以一个可以隔离的最小区域为一个最小的分析单元进行分析，更加科学和 准确。
【具体实施方式】
[0012] 按照《城市中低压配电网改造技术导则》的指导原则，配电网一般分为3段，理想 的状况是每段都有联络开关，在这种状况下，配电网实际上不在是一条馈线分为几段能够 表达的，而更确切的说是由一个个独立的最小分割区域构成的一"区域"。
[0013] 这里的区域在实际当中就是一个故障可以隔离的最小区域，在目前的大多数配电 网结构中区域基本上是2种状况：分支和分段。
[0014] 在本系统中分析时采用的就是以一个可以隔离的最小区域为一个最小的研究单 位。
[0015] 配电网网架结构分析方法，对于配电网的评价，需要制定科学的评价指标和评价 方法，目前对于配电网结构的评价主要采用运行指标和电网结构指标进行分析。
[0016] 网架结构评价主要是反映配电网的持续供电能力和抗故障能力一模拟分析配 电网任意地点如果发生故障时配电网的行为。配电网网架结构指标反映出配电网持续供电 的能力，网架结构强的配电网就是供电能力强，发生事故引起的停电少。所以配电网网架结 构分析是模拟系统中所有可能发生故障的点（一个独立的可隔离区域对应一个故障模拟 点），故障发生后评估对负荷持续供电的能力，即系统保证避免引起广泛波及性供电中断的 能力。由于配电网和输电网在网络结构和运行方式上有很大的不同，项目研究中针对配电 网提出了以下安全性分析指标，以表征目前配电网的网架结构强弱。
[0017] 本系统在分析配电网网架结构时是通过"遍历"（穷举所有的可能性）所有可能发 生的故障，然后在系统内部模拟故障的最优处理过程，在模拟故障的各个过程计算出与配 电网网架相关的所有指标。
[0018] 系统在内部进行以下事故假想的分析步骤如下：
[0019] >假设变电站的一条IOkV母线由于"停运"（检修或故障），进行安全分析得出各 个安全性指标；
[0020] >假设一条馈线停电，进行安全分析得出各个安全性指标；
[0021] >假设馈线的各个段停电，分析得出各个电网结构指标；
[0022] 在各种假想故障下，分别计算出配电网安全分析相关的所有指标。
[0023] 在所有的网架结构分析开始之前，通过系统提供的"运行优化"功能对配电网运行 方式进行优化，在优化后也就是用当前配电网达到最优的运行方式的情况下，对配电网进 行下一步的评价分析。
[0024] 静态网架结构指标
[0025] (1)线路最大可能过载率
[0026] 按照目前对"静态安全率"的定义，是在假设一个故障的情况下，通过网络负荷转 移后网络中负载率最高的那条线路的负载率就是当前网络的静态安全率。
[0027] 但将静态安全率用于配电网网架结构分析时，希望的是通过配电网的分析，找到 那些需要改造的线路，更准确的说是需要评估所有线路的在所有可能状况下最大的静态安 全率，然后将所有线路的静态安全率进行排序，按照资金计划进行一定比例线路的改造。
[0028] 所以计算所有线路在所有可能情况下的最大静态安全率比传统的简单静态安全 率更有实际意义。
[0029] 按照这个规律，将计算得到的线路"最大静态安全率"和正常线路的负载电流（代 表正常的负荷大小）构成坐标系，可以一幕了然的发现那些既不安全负荷又大的线路（这 些线路最容易过载而且一旦停电造成的经济损失越大）。
[0030] 根据以上投资回收的特点将安全度和线路正常状况下的负荷电流的关系作为9 区（也可以是任意的N区），来反映线路改造的迫切程度和经济性的关系。
[0031] 在坐标系中X坐标表示配电网所有线路在正常状况下的负荷电流Y坐标表示所有 线路在所有可能的停电事故下可能达到的最大负载率，对于实际工作来说，Y坐标和X坐标 同时越大的线路越需要改造。
[0032] (2)用户损失率
[0033] 配电网在发生故障或检修停电时一般都会引起一些用户的停电，在电力系统中供 电可靠性是一个非常重要的考核指标，这个指标反映的是电力系统是否能够给用户持续步 停电供电的能力。
[0034] 在本系统中"用户损失率"是一个非常重要的电网结构指标，因为在一个特定故障 下引起停电的用户数目是由网络结构决定的，也就是说不管你怎么调整运行方式和优化恢 复供电的方案总是要引起一些用户停电的。
[0035] 用户损失率指标是和供电可靠性紧密相关的，通过应用本系统的用户损失率分析 功能，可以分析出当前网络所有可能的停电状况下对应的停电用户数是多少。
[0036] 在实际的配电网改造中如果想提高供电可靠性就应尽量的降低所有可能故障下 的用户损失率。在资金有限的状况下，可以分批次的选择那些用户损失率指标比较大的区 域优先改造，达到用相同的资金得到最大的供电可靠性的提高。
[0037] (3)负荷损失率
[0038] 负荷损失率是配电网在发生故障或检修停电时一般都会引起一些负荷的停电，在 故障或检修引起的负荷的损失是和电力企业的经济效益直接相关的。
[0039] -个故障下所引起的停电的负荷越少就给电力企业带来的经济损失越小。按照这 个原则，系统将所有"区域"故障情况下损失的负荷全部计算出来，对于那些相对较大负荷 损失率指标的区域就是需要重点改造的区域。
[0040] 与用户损失率同样的，分析这个指标的主要目的是在用相同的改造资金达到最大 的改造效果提供理论依据。
[0041] (4)对"负荷损失率用户损失率"指标的扩展应用
[0042] 对于负荷损失率反映的在某个停电事故下，会导致多少负荷的损失，这个值代表 的是电力企业的经济效益，负荷损失率越小电力企业的停电引起的经济损失就越小。
[0043] 用户损失率代表的是某个停电事故下会引起停电的用户数目占总负荷的比例，这 个指标是和"供电可靠性"相关的，停电的用户越少说明可靠性越高，但高的可靠性对电力 企业而言并不意味着高经济性。
[0044] 在实际电网改造工作中，最希望的是用相同的资金近可能的达到最大的改造效 果。
[0045] 通过用户损失率和负荷损失率的分析，最合理的做法是将那些用户损失率和负荷 损失率都比较大的"区域"先改造。
[0046] 在本系统的开发过程中对以上两个指标进行了综合应用，将电网分成9区（也可 以是任意的N区），来反映经济性和可靠性的选择关系。
[0047] 在坐标系中X和Y坐标同时越大的电网区域越需要改造，因为X坐标大说明停电 引起的负荷损失会很严重，Y越大说明停电影响的用户会越多。
[0048] 在实际改造计划中可以根据"可靠性"和"经济性"的重要程度选择那些区域需要 改造。
[0049] (5)短路容量校验
[0050] 配电网在配电线路上安装了许多开关，在故障发生时这些开关是否能够顺利完成 切除故障电流是非常重要的，这牵扯到配网自动化的实现模式和设备的安全性，所以校验 所有开关的短路容量是反映配电网事故处理能力的重要指标。
[0051] 本系统的短路容量自动校验功能是用系统中具有的"故障计算"功能，在系统内部 模拟所有开关故障状况下的短路电流计算，通过短路电流和断路器额定折断容量的比之的 百分比来说明断路器的故障处理能力。
[0052] 对于这个"遮断比"小于100的断路器而言，如果发生故障断路器是不能完成切断 短路电流的任务的。如果想要完成切断短路电流的任务就需要更换更大容量的断路器了。
[0053] (6)馈线供电半径
[0054] 馈线的供电半径是反映馈线供电区域大小的指标，所有馈线的供电区域进行比较 就可以反映出当前配电网在供电半径方面是否相对平均和合理；
[0055] 本系统会根据拓扑分析的结果，从馈线最末端开始计算，直到计算到馈线的首端， 这里馈线的供电半径在实际过程中是根据当前的拓扑计算的，当联络开关位置调整时，程 序会自动用最新的拓扑状况计算。在进行供电半径分析时，应该将配电网的运行方式调整 为正常的运行方式。
[0056] (7)馈线分段信息
[0057] 为了准确快速的分析馈线分段信息，本系统中设计了专用的"馈线分段信息"功 能，在这里通过计算，能够得出馈线的分段信息如下：
[0058] 馈线分几段、每段的起始点、每段配变的装见容量、每段用户的数目；
[0059] (8)合环电流分析
[0060] 配电网是合环设计、开环运行的，在正常运行时配电网是需要保持开环结构的，为 了提高配电网供电可靠性，在配电网"倒负荷"时需要短时间的"合环"运行。
[0061] 由于配电网的结构特点，配电网在运行时2条馈线的末端电压存在幅值和角度的 差异，在进行合环运行时可能会存在较大的合环电流，合环电流过大可能会引起线路"过 载"而跳闸。
[0062] 所以在实际计算之前进行合环电流的模拟计算是非常必要的。
[0063] 本系统可以自动计算所有联络开关合环状况下合环电流，并以报表的形式表现出 来，合环电流的值可以为配电网的调度提供一定的参考信息，在配电网参数和量测信息准 确的情况下可以精确的模拟计算出联络开关合上后的运行结果。
[0064] (9)静态安全综合分析
[0065] 为了方便，本系统中设计了一个将配电网静态安全的所有指标一次计算出的功 能。
[0066] 配电网静态安全综合计算与单个指标计算相比区别在于单个指标计算比较详细， 而综合分析一次计算出重要的指标，至于每个指标的详细信息没有体现出来。
[0067] 运行指标
[0068] (1)馈线功率因数
[0069] 馈线的功率因数是馈线运行经济性的重要指标，在馈线功率因数过低时会有许多 危害，对于功率因数过低的线路通常采用无功补偿等方法调节功率因数，达到提高电压合 格率，降低网络损耗的目的。
[0070] 本系统通过潮流计算可以计算出当前馈线的功率，同时也可以计算出所有馈线上 线路、变压器、负荷的功率因数。
[0071] (2)理论线损率
[0072] 馈线的理论线损率是反映馈线运行的经济性的指标，本系统在开发设计时为了提 高线损计算的精度，采用3相不平衡潮流来计算馈线的理论线损率。
[0073] 本系统通过计算潮流可以计算出所有馈线元件的损耗，根据馈线上各个元件的损 耗，用拓扑关系相加就可以计算出馈线的详细理论线损率。
[0074] 理论线损率计算的以下指标如下：
[0075] >总有功负荷；
[0076] >总无功负荷；
[0077] >总有功损耗；
[0078] >总无功损耗；
[0079] >线路有功损耗
[0080] >线路无功损耗
[0081] >变压器有功损耗
[0082] 变压器无功损耗；
[0083] >理论线损率；
[0084] 通过以上详细的理论线损指标，可以分析出当前馈线为什么线损较高，比如根据 变压器和线路损耗所占的比例可以看出馈线配变容量的选择是否合理等。
[0085] 对于所有设备（线路和配变）的详细数据比如各相电流、功率、首末端电压、损耗 等最为详细的信息都可以全面的通过报表查询。
[0086] (3)馈线负载率
[0087] 馈线的负载率是指馈线当前的负荷与馈线配变装见容量的比值，也就是说当前馈 线装见容量的利用率是多少。
[0088] 由于电力企业缺乏规划和科学分析的状况，许多地区都存在配变装见容量过大的 情况，有写馈线最大负荷下的负载率只有百分之十几，按照这个负载率和常见的负荷增长 率用十几年馈线也不会满载。
[0089] 这个负载率远低于规划导则"新装设变压器的最大负荷率不宜低于60%"的要求。
[0090] 馈线负载率水平的平衡程度可以反映出馈线和配变容量的安装规划是否合理，给 今后的工作提供参考依据。
[0091] (4)电压指标
[0092] 电压合格率是反映电力企业供电质量的重要指标。通过中低压潮流来计算出配电 网各个节点上的电压值，并与各节点额定电压比较，计算出配电网的电压合格率。
【权利要求】
1. 一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：包括持续供电能力分析模块和静态网 架结构分析模块，所述持续供电能力分析模块模拟隔离区域中所有可能发生故障的点，故 障发生后评估对负荷持续供电的能力，所述静态网架结构分析模块分析线路最大可能过载 率、用户损失率、负荷损失率、短路容量校验、馈线供电半径、馈线分段信息及合环电流。
2. 根据权利要求1所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：所述持续供电 能力分析模块通过穷举所有可能发生的故障，然后模拟故障的最优处理过程，在模拟故障 的各个过程中计算出与配电网网架相关的所有指标。
3. 根据权利要求2所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：穷举故障的分 析步骤如下：首先假设变电站的一条10kV母线由于"停运"，进行安全分析得出各个安全性 指标；其次假设一条馈线停电，进行安全分析得出各个安全性指标；然后，假设馈线的各个 段停电，分析得出各个电网结构指标。
4. 根据权利要求1所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：在线路最大可 能过载率的分析过程中，将计算得到的线路"最大静态安全率"和正常线路的负载电流构成 坐标系，发现既不安全且负荷又大的线路。
5. 根据权利要求1所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：短路容量校验 分析时，模拟所有开关故障状况下的短路电流计算，计算短路电流和断路器额定折断容量 的比之的百分比。
6. 根据权利要求1所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：馈线供电半径 分析时，根据拓扑分析的结果，从馈线最末端开始计算，直到计算到馈线的首端，当联络开 关位置调整时，用最新的拓扑状况计算。
7. 根据权利要求1所述的一种配电网网架结构分析方法，其特征在于：合环电流分析 时，自动计算所有联络开关合环状况下合环电流，并以报表的形式表现出来。
【文档编号】H02J3/00GK104361524SQ201410537987
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】伊岚, 王毅, 童金水, 史伟明, 罗艳明, 商振东, 周文韬, 杨勇 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司衢州供电公司, 国网浙江常山县供电公司