建立配电网的合环模型的方法和装置与流程

本发明涉及电网领域，具体而言，涉及一种建立配电网的合环模型的方法和装置。

背景技术：

在本领域，在对配电网设备进行检修过程中，大多采用“先断后通”的方式来操作，即，停电检修。由于配电网设备检修、事故处理、负荷转移等涉及配电线路运行方式变化的操作相当频繁，这种方案会给用户的部分负荷造成短时停电，对于一些重要用户和对于供电中断比较敏感的用户会造成不良影响。

为了避免对用户造成的短时停电波动，可以采用开环运行线路合环操作，以保证供电连续性，减少停电时间，提高供电可靠性。随着电网架构的快速发展，10kV配电网中多联络比例逐步提高，基本实现“闭环接线，开环运行”供电模式，电网供电可靠性能力得到不断提升。但是，在合环操作过程中，由于断路器闭合前合环点两侧电压差、系统阻抗差或负荷差较大，导致稳态电流和冲击电流过大而引起继电保护装置保护误动作的事故也逐步增多，直接影响电网安全稳定运行。

目前，国内外研究学者对配电网合环操作进行了大量研究，但是主要集中在基于仿真和理论计算的研究方面。传统合环电流理论计算方法较为复杂，对模型参数的准确性要求较高，同时受上级电网结构、运行方式和设备等实时运行工况影响，合环电流理论计算也会产生误差，难以直接在工程实际中应用。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种建立配电网的合环模型的方法和装置，以至少解决现有的配电网合环操作没有合理的合环模型造成电网运行风险较大的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种建立配电网的合环模型的方法，包括：接收至少一个合环参数；根据至少一个合环参数，计算合环操作后产生的稳态系统潮流流向和量值，得到计算结果；将计算结果分别与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，得到合环操作的边界条件，其中，边界条件用于确定是否允许执行合环操作。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种建立配电网的合环模型的装置，包括：接收模块，用于接收至少一个合环参数；计算模块，用于根据至少一个合环参数，计算合环操作后产生的稳态系统潮流流向和量值，得到计算结果；比对模块，用于将计算结果分别与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，得到合环操作的边界条件，其中，边界条件用于确定是否允许执行合环操作。

在本发明实施例中，通过接收至少一个合环参数；根据至少一个合环参数，计算合环操作后产生的稳态系统潮流流向和量值，得到计算结果；将计算结果分别与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，得到合环操作的边界条件，其中，边界条件用于确定是否允许执行合环操作，达到了创建配电网中合环操作的合环模型的目的，从而实现了配电网中根据合环模型来执行合环操作的技术效果，进而解决了现有的配电网合环操作没有合理的合环模型造成电网运行风险较大的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种建立配电网的合环模型的方法流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的建立配电网的合环模型的方法流程图；以及

图3是根据本发明实施例的一种建立配电网的合环模型的装置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种建立配电网的合环模型的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种建立配电网的合环模型的方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，接收至少一个合环参数。

具体地，在上述步骤中，上述合环参数可以为在配电网进行合环操作过程中会造成稳态电流和冲击电流增大的参数，该合环参数可以包括：变电站的主变阻抗、变电站的负荷和输电线路的短路阻抗等，在建立配电网的合环模型之前，首先录入配电网中影响合环操作的至少一个合环参数。

一种可选的实施例中，上述合环参数可以包括：220kV变电站主变阻抗及负荷、110kV输电线路短路阻抗、110kV变电站主变阻抗及负荷等参数。

此处需要说明的是，一般情况下，合环操作后最大有效值电流(即冲击电流)会出现在合环后的半个周期(例如，0.01s)，时间很短，保护装置灵敏度捕捉不到冲击电流即开始大幅衰减，因此，本申请实施例以ETAP仿真软件的稳态潮流计算功能对配电网合环操作的合环模型进行系统建模。

步骤S104，根据至少一个合环参数，计算合环操作后产生的稳态系统潮流流向和量值，得到计算结果。

具体地，在上述步骤中，在录入配电网中影响合环操作的至少一个合环参数之后，根据录入的变电站的主变阻抗、变电站的负荷和输电线路的短路阻抗等合环参数，合环操作稳态系统潮流流向及量值进行计算，得到计算结果。

步骤S106，将计算结果分别与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，得到合环操作的边界条件，其中，边界条件用于确定是否允许配电网执行合环操作。

具体地，在上述步骤中，在得到合环操作稳态系统潮流流向及量值之后，将得到的合环操作稳态电流与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，从而得出合环操作的边界条件，作为合环操作可行性判断依据。

此处需要说明的是，中低压合环电流传统计算方法计算较为复杂，且依赖于模型参数的准确性，由于配电网10kV以下设备参数庞杂且基础数据缺失，合环电流计算时如考虑10kV以下设备阻抗时，系统阻抗增大而合环电流会更小，计算误差加大。因此本申请实施例中忽略10kV以下设备阻抗对合环电流影响，得出最大范围下的合环电流边界条件，从而简化合环模型，是一种适用于工程实际的合环电流计算方法。

由上可知，在本申请上述实施例中，通过录入至少一个影响合环操作稳态电流的至少一个合环参数，并根据这些合环参数计算合环操作后产生的稳态电流的大小和方向，并将得到的稳态电流与预设的保护定值和最小载流元件的额定电流比较，得到合环操作的边界条件，该边界条件可以用于确定是否允许执行合环操作，达到了创建配电网中合环操作的合环模型的目的，从而实现了配电网中根据合环模型来执行合环操作的技术效果，进而解决了现有的配电网合环操作没有合理的合环模型造成电网运行风险较大的技术问题。

在一种可选的实施例中，上述合环参数可以包括：不同类型的变电站的主变阻抗、变电站的负荷和输电线路的短路阻抗。

在一种可选的实施例中，上述合环操作包括如下三种合环模式：合环点的上游电源进行分列运行的馈线合环、并列运行的馈线合环和同一条母线出线之间合环。

具体地，在上述实施例中，采用第一种合环模式(合环点的上游电源进行分列运行的馈线合环)的情况下，合环两端电压差、相角差、负荷差以及合环线路阻抗差较大，产生合环电流过大引起继电保护装置误动的危险性最大；采用第二种合环模式(合环点的上游电源进行并列运行的馈线合环)的情况下，由于其220kV电源为并列运行，其合环点电压差相对较小，合环电流受合环环路线路阻抗差影响较大，如在线路两侧负荷较重或差距较大时合环，负荷潮流将重新分布，也可能造成环流过大，因此可以通过在合环线路两侧负荷最小且差距不大时安排合环操作来降低保护误动风险；采用第三种合环模式(合环点的上游电源进行同一条母线出线之间合环)的情况下，电压差、相角差最小，合环环路线路阻抗对称，相同条件下合环电流也最小。

通过上述实施例，通过评估配电网低电压等级合环操作风险，对风险评估结果采取安全性技术控制措施，有效提高配电网合环操作成功率的应用系统。

在一种可选的实施例中，上述合环点的上游电源来自同一台220kv主变压器或同一条10kv母线出线之间，允许进行10kv层面合环操作；和/或，合环操作中的上游电源均来自同一系统分区的馈线合环。

具体地，在上述实施例中，通过上述合环操作的三种合环模式即可初步进行合环操作风险大小判断，合环点上级电源来自同一台220kV主变压器或同一条10kV母线出线间可直接进行10kV层面合环操作；电源追溯均来自同一系统分区的馈线合环操作成功率较高，采用相应的合环控制措施可大幅提高合环操作成功率；上级来自不同系统分区的环网合环，由于两个分区相角差系统阻抗差大、两系统负荷不平衡，合环掉闸风险很大，合环操作前必须采取相应合环控制措施才能降低合环风险。

在一种可选的实施例中，在接收至少一个合环参数之前，如图2所示，上述方法还可以包括：步骤S202，确定配电网中的开关环网接线模式，其中，开关环网接线模式包括：变电站之间联络接线、变电站与开闭站之间联络接线、开闭站之间联络接线和架混线路之间联络接线。

具体地，在上述实施例中，在接收至少一个合环参数之前，选取变电站之间、变电站与开闭站之间、开闭站之间、架混线路之间四种典型联络接线作配电网中开关环网接线模式。

通过上述实施例，可以基本涵盖各类普通联络开关环网接线形式。

在一种可选的实施例中，每个变电站的变压器接线组别相同，母线相序和相位相同；每个环路负荷潮流的变化值不超过预定的限额。

具体地，在上述实施例中，配电网进行合环操作时，要确保每个变电站的变压器接线组别相同，母线相序和相位相同；每个环路负荷潮流的变化值不超过预定的限额，一种可选的实施方案中，预定的限额可以为根据继电器保护、系统稳定和设备容量等设置的限额。

在一种可选的实施例中，合环互带的两条线路在同一变电站时，依次选择站内高压侧和低压侧进行合环操作，并协调上级调度进行不同类型的电网短时合环。

具体地，在上述实施例中，如果合环互带的两条线路在同一变电站，在可能的情况下可考虑先合站内高压侧(110kV、10kV)联络，再在低压侧进行合环操作，一种可选的实施方案中，还可以协调上级调度配合进行220kV、110kV电网短时合环。

通过上述实施例，可以减少配电网低电压等级合环电流掉闸风险。

在一种可选的实施例中，在允许执行所述合环操作之前，上述方法还可以包括：

如果检测得到合环点的上游电源属于同一个主变压器，且合环线路两侧负荷之和不超过两侧开关的额定负荷，则允许执行合环操作；

其中，参与合环的至少两个变电站的主变阻抗与系统阻抗之差小于等于预定值。

具体地，在上述实施例中，合环倒闸操作前，对合环点上级电源情况进行梳理核对，如属同一个主变压器(220kV系统)，且合环线路两侧负荷之和不超过两侧开关额定负荷，则具备合环操作基本条件，可尝试合环操作。同时，参与合环的两个变电站10kV母线对系统阻抗相差不宜过大，从而减少因阻抗差产生的系统环流。架混线路合环应优先选择同一分区系统线路合环，双环网应在规划设计阶段合理设置合环点，将合环点尽量安排在同一220kV系统，有效降低今后电网运行合环掉闸风险。如合环点上级来自不同220kV系统，应通过合环理论计算来判断是否具备合环条件。

在一种可选的实施例中，在允许执行所述合环操作之前，上述方法还可以包括：

通过补偿装置或调节主变压器来调整合环点两侧的电压值之差处于预定范围之内，并选择第一时间段内来进行线路合环，其中，第一时间段内为电网负荷小于预定值且两路系统负荷差距小于阈值的时间区间。

具体地，在上述实施例中，选择合环时间可以通过以下两种方式：一是参与合环的线路操作前考虑合环点两侧的电压差、相角差和负荷差，尽量满足合环点两侧电压值相同，可通过投、退无功补偿装置或调节主变压器分接头等来实现。二是10kV线路合环应尽量选择当日电网负荷较小、两路系统负荷差距小的时间段，将合环时的系统负荷潮流转移降到最低。

在一种可选的实施例中，在执行合环操作的过程中，上述方法还可以包括：

如果检测到掉闸的情况下，调整合环线路的继电保护定值至预定范围内，该步骤包括：

通过调整过流保护的整定时间，延长非停电侧或缩短停电侧的继电保护定值，并在合环操作完成之后，恢复原保护定值。

具体地，在上述实施例中，在合环操作中可能引起保护过电流动作使掉闸时，可采用临时调整合环线路继电保护定值的控制措施。双环网直配电缆线路合环，可根据停电范围现场临时调整过流保护整定时间，延长非停电侧或缩短停电侧继电保护过流定值时间以躲过合环电流，合环操作完成后再恢复原保护定值运行。架混线路可结合采取停用线路一侧断路器重合闸方式。当线路首段(末端)停电时，宜调整停用停电线路侧断路器重合闸。当线路中间段停电时，应优先考虑停用操作方便端断路器重合闸(如有人值守或操作班驻守变电站、具备重合闸远程投切功能的变电站)。

此处需要说明的是，利用现有资源获取合环所需各种数据，例如，合环前各电压等级所带负荷、电压，合环电流实测值情况，形成自动采集相关设备电流、电压的数据列表，并可随时调取任意时间数据进行合环操作计算及统计分析。系统自行记录各层级负荷水平差距最小时刻，多次数据的累积可以归纳合环操作规律，为今后合理选取合环点、选取合环时间、整定保护定值奠定实践基础。同时在SCADA及配电网自动化系统中将所有10kV线路联络断路器进行系统分区标注，在合环操作时有效提示调度员、计划员合环风险。同时，为减少合环时间，优先选择可利用配电网自动化系统远方遥控拉合的合环、解环点。

本申请上述实施例，提供了一种配电网中低压等级合环系统，对10kV配电网合环电流影响因素进行理论分析，研究合环电流计算方法，搭建简化网架合环计算模型，根据不同类型合环操作计算结果进行总结归纳，进而提出有效控制合环电流、提高配电网合环操作安全性的可行性技术及管理措施并付诸于实践，形成10kV配电网合环应用系统和操作原则，突破原有配网低电压等级环网必须停电操作的保守管理模式，为规范北京配电网不停电倒闸操作工作奠定坚实的理论与实践基础，对指导调度运行人员快速、准确判断配网合环操作的可行性，降低电网运行风险，提高供电可靠性和营销服务水平有着非常重要的实际意义。

作为一种可选的实施例，本申请各个实施例公开的方案可以用于国网北京城区供电公司的10kV配电网。由于国网北京城区供电公司地处首都政治核心区(东城、西城两个行政区)，作为国家电网公司在京供电服务窗口单位，承担着确保国家党、政、军机关和重要国务活动安全供电万无一失的神圣职责和光荣使命。公司辖区内重要驻地数量多，政治敏感性强，对供电可靠性要求高。基于本申请上述各个方法实施例，搭建适合北京电网实际应用的简化合环操作模型进行合环理论计算，并在合环操作实际应用中提炼总结提高配电网合环操作安全性的控制措施，对指导调度运行人员快速、准确判断配网合环操作的可行性，降低电网运行风险，提高供电可靠性和营销服务水平有着非常重要的实际意义。

需要说明的是，通过将本申请上述各个方法实施例应用于10kV配电网合环操作应用工程，实践表明，已经取得以下技术效果：同一台220kV主变压器或同一条10kV母线出线间可直接进行10kV层面合环操作，电源追溯均来自同一系统分区的馈线合环操作成功率较高，采用调整合环点上级电源、合环时间点、保护定值等控制措施，可以有效降低合环风险、提高合环操作安全性与实用性。上级来自不同系统分区的环网合环，合环掉闸风险较大，建立模拟实际元件的仿真模型进行合环合环电流计算得出合环操作边界条件，采取合环安全性措施同时选择最优条件下进行合环操作。截止目前城区电网具备38对双环网，通过本项目研究得出结论，其中10对双环网上级电源均来自同一分区，10对双环网合环点分别来自同一分区，具备合环操作基本条件，占整体双环网数量的52.6％；3对双环网可通过改造工程对调变电站间隔，实现两个合环点分别来自同一分区，占整体双环网数量的7.9％；11对双环网其中一个合环点来自同一分区，可部分合环操作，占整体双环网数量的28.9％；4对双环网两个合环点均在不同分区，经过简化合环模型搭建测算，不具备直接合环操作条件，占整体双环网数量的10.5％。通过有效的合环操作安全管控措施应用，城区电网76％的双环网合环点可实现合环操作，突破了原有配电网10kV电压等级环网必须停电操作的保守模式，合环操作率由原来0％上升至76％，大幅提高配电网运行可靠性，减少用户停电时间，增加供电量，提高客户满意度，具有较好的经济和社会效益。

实施例2

根据本发明实施例，还提供了一种建立配电网的合环模型的装置实施例。本发明实施例1中的建立配电网的合环模型的方法可以在本发明实施例2的装置中执行。

图3是根据本发明实施例的一种建立配电网的合环模型的装置示意图，如图3所示，该装置包括：接收模块301、计算模块303和比对模块305。

其中，接收模块301，用于接收至少一个合环参数；计算模块303，用于根据至少一个合环参数，计算合环操作后产生的稳态系统潮流流向和量值，得到计算结果；比对模块305，用于将计算结果分别与预设的保护定值和最小载流元件的额定载流进行比对，得到合环操作的边界条件，其中，边界条件用于确定是否允许执行合环操作。

由上可知，在本申请上述实施例中，接收模块301接收至少一个影响合环操作稳态电流的至少一个合环参数，计算模块303根据这些合环参数计算合环操作后产生的稳态电流的大小和方向，比对模块305将得到的稳态电流与预设的保护定值和最小载流元件的额定电流比较，得到合环操作的边界条件，该边界条件可以用于确定是否允许执行合环操作，达到了创建配电网中合环操作的合环模型的目的，从而实现了配电网中根据合环模型来执行合环操作的技术效果，进而解决了现有的配电网合环操作没有合理的合环模型造成电网运行风险较大的技术问题。

在一种可选的实施例中，上述合环参数可以包括：不同类型的变电站的主变阻抗、变电站的负荷和输电线路的短路阻抗。

在一种可选的实施例中，合环操作包括如下三种合环模式：合环点的上游电源进行分列运行的馈线合环、并列运行的馈线合环和同一条母线出线之间合环。

在一种可选的实施例中，合环点的上游电源来自同一台220kv主变压器或同一条10kv母线出线之间，允许进行10kv层面合环操作；和/或，合环操作中的上游电源均来自同一系统分区的馈线合环。

在一种可选的实施例中，上述装置还包括：确定模块，用于确定配电网中的开关环网接线模式，其中，开关环网接线模式包括：变电站之间联络接线、变电站与开闭站之间联络接线、开闭站之间联络接线和架混线路之间联络接线。

在一种可选的实施例中，每个变电站的变压器接线组别相同，母线相序和相位相同；每个环路负荷潮流的变化值不超过预定的限额。

在一种可选的实施例中，合环互带的两条线路在同一变电站时，依次选择站内高压侧和低压侧进行合环操作，并协调上级调度进行不同类型的电网短时合环。

在一种可选的实施例中，上述装置还可以包括：检测模块，用于如果检测得到合环点的上游电源是否属于同一个主变压器，且合环线路两侧负荷之和不超过两侧开关的额定负荷，则允许执行合环操作；其中，参与合环的至少两个变电站的主变阻抗与系统阻抗之差小于等于预定值。

在一种可选的实施例中，上述装置还可以包括：第一处理模块，用于通过补偿装置或调节主变压器来调整合环点两侧的电压值之差处于预定范围之内，并选择第一时间段内来进行线路合环，其中，第一时间段内为电网负荷小于预定值且两路系统负荷差距小于阈值的时间区间。

在一种可选的实施例中，上述装置还包括：调整模块，用于如果检测到掉闸的情况下，调整合环线路的继电保护定值至预定范围内，该调整模块包括：第二处理模块，用于通过调整过流保护的整定时间，延长非停电侧或缩短停电侧的继电保护定值，并在合环操作完成之后，恢复原保护定值。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。