一种基于TSC的馈线接入用户容量计算方法与流程

本发明涉及电力系统，具体涉及一种基于tsc的馈线接入用户容量计算方法。

背景技术：

我国经济发展迅速，用电量也在逐年上升，配电网经常需要接入新负荷来满足负荷变化的需要，在配电网电源点不足且要满足n-1安全的前提下，根据配电网的最大供电能力(totalsupplycapability，tsc)，挖掘配电网的供电潜力是非常重要的。

配电网由变电站供出的馈线一般分成若干段，在馈线末端与其它馈线实现手拉手的联络。挖掘配电网的供电潜力就是分析配电网变电站间隔、馈线、馈线分段各个环节的最大供电能力，进而与现有负荷大小比较得到可接入容量。所以，可接入容量是在考虑设备额定容量的情况下，满足n-1准则时各馈线和主变还可以接入的容量。在实际配电网的业扩工作中，随时都会接入新的负荷，需要事先判断是否具有足够的剩余容量以支撑新负荷的接入。但实际情况是目前并没有对配电网各级可用容量的有效测算手段，规划技术原则中只有关于配电变压器装接容量上限的推荐值，因此实践中都是依靠人为的经验判断，可能导致有的馈线接入负荷过多，给电网运行造成一定的安全隐患；有的馈线则接入负荷过少，宝贵的电网资源得不到充分利用。

tsc正逐渐成为评价配电网的一个重要指标，其含义是指当配电网所有馈线n-1校验和变电站主变n-1校验均满足时，该配电网所能带的最大总负荷。n-1校验时，需要考虑主变间和馈线间的负荷转带、网络中主变以及馈线间的联络关系、主变和馈线的容量、主变过载系数等配电网的实际运行约束。论文《基于馈线互联关系的配电网最大供电能力模型》，出版源为《电力系统自动化》,2011,35(24):47-52；充分考虑主变互联和馈线互联，建立了严格的计算tsc的线性规划数学模型，并能够求得最优解，也成为了现如今最接近配电网实际情况的tsc求解方法。

除配电网总体tsc外，tsc模型和计算还能给出达到tsc时各主变、馈线上的负荷分布情况，通过进一步设定负荷均衡目标函数，还可以得到tsc下最均衡的负荷分布。

科学进行配电网可接入容量测算是业扩工作的迫切需要，对下一步制定电网规划、电网改造计划也是第一手的宝贵资料。本文应用tsc理论研究了这一实际问题，并提出了一种新的馈线接入用户容量计算方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种基于tsc的馈线接入用户容量计算方法，以解决现有技术方案中的只能依靠经验判断馈线接入用户容量的问题。

为了实现所述目的，本发明一种基于tsc的馈线接入用户容量计算方法，包括如下步骤，

步骤1：获取各馈线的现有负荷、一次侧各馈线上的负荷与二次侧配电变压器容量之间的折算系数；

步骤2：根据tsc模型计算得到tsc值；

步骤3：根据馈线模型计算得到各馈线的理论负荷；根据理论负荷和现有负荷计算各馈线上的可接入负荷；

馈线模型以可接入负荷为非负值的馈线数最多作为目标函数，以tsc模型的条件函数结合配电网所带负荷为最大供电值作为条件函数；

其中，馈线上的可接入负荷为馈线的理论负荷与对应现有负荷的差值；

步骤4：判断各馈线上的可接入负荷是否均为非负，如果判断结果为是，则将馈线上的可接入负荷作为对应馈线的可接入容量；

步骤5：根据各馈线的可接入容量以及对应的折算系数，得到配电网馈线的接入用户配电变压器容量。

优选的，步骤2中的tsc模型为：

tsc为最大供电值，fi为主变i所带负荷，fm为馈线m的负荷；trfmn为馈线m发生n-1故障时转带给馈线n的负荷量；trtij为主变i发生n-1故障时转带给主变j的负荷量；fm∈ti表示馈线m出自主变i的对应母线；fn∈tj表示馈线n出自主变j的对应母线；rfn为馈线n的额定容量；fn为馈线n的负荷；rj为主变j的额定容量；ld为某个重载区负荷的下限；z为重载区所有主变集合。

优选的，判断各馈线上的可接入负荷是否均为非负时，如果判断结果为否，则调整分段开关或联络开关的位置，调整分段开关或联络开关的位置，根据分段开关或联络开关的调整更新馈线上的可接入负荷，判断更新后的可接入负荷是否均为非负，如果判断结果为是，将更新后的可接入负荷作为对应馈线的可接入容量。

优选的，所述调整分段开关或联络开关的位置的方法为：一个馈线段偶内，联络开关或分段开关由可接入负荷为正的馈线移向可接入负荷为负的馈线。

优选的，调整分段开关或联络开关的位置时，满足如下条件：

其中δf表示移动分段开关或联络开关的位置所引起的馈线段偶内的负荷变化量；表示馈线段偶内可接入容量为正一侧的可接入负荷；表示馈线段偶内可接入容量为负一侧的可接入负荷。

优选的，步骤1中还包括设置比例系数的步骤，步骤4中，判断更新后的可接入负荷是否均为非负时，如果判断结果为否，则按比例系数降低最大供电值，并进入步骤3。

优选的，降低最大供电值时，将最大供电值降低到原最大供电值的0.9倍。

优选的，配电网馈线m的接入用户配电变压器容量uac通过如下公式计算：

其中η为一次侧馈线m上的负荷与二次侧配电变压器容量之间的折算系数；δfm馈线m上的可接入负荷，即馈线m的理论负荷与馈线m的现有负荷的差值。

优选的，折算系数η根据用户负荷类型、负荷类型比例、以及馈线m上的配电变压器总容量获得。

优选的，根据用户负荷类型、负荷类型比例、以及馈线m上的配电变压器总容量获得折算系数η的步骤如下：判断用户负荷类型是民用负荷、商业负荷还是工业负荷；

如果为民用负荷，则：

如果为商用负荷，则：

如果为商用负荷，则：

上式中，x1、x2和x3分别表示某一时间断面上的民用负荷大小、商业负荷大小和工业负荷大小；y1、y2和y3分别表示民用配电变压器总容量、商业配电变压器总容量和工业配电变压器总容量；β表示配变最佳负载率。

通过实施本发明可以取得以下有益技术效果：可以通过本方法计算馈线接入用户配电变压器容量，根据本方法计算的馈线接入用户配电变压器容量进行接入，可以使得馈线不会因为接入负荷过多而产生安全隐患，不会因为接入符合过少而使得电网资源得不到充分利用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明具体算例中联络开关变化前的电缆单环网图；

图3为本发明具体算例中联络开关变化后的电缆单环网图；

图4为本发明具体算例中的配电网示意图；

图5为图4中p处的实际接线图；

图6为本发明具体算例中的配网线路实际接线图；

图7为本发明具体算例中的馈线段偶f2-f16的接线图；

图8为本发明具体算例中的馈线段偶f6-f20的接线图；

图9为本发明改进后的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

如图1所示，本发明一种基于tsc的馈线接入用户容量计算方法，包括如下步骤，

步骤1：获取各馈线的现有负荷、一次侧馈线上的负荷与二次侧配电变压器容量之间的折算系数；

步骤2：根据tsc模型计算得到最大供电值(即tsc值)；

步骤3：根据馈线模型计算得到各馈线的理论负荷；根据理论负荷和现有负荷计算各馈线上的可接入负荷；

馈线模型以可接入负荷为非负值的馈线数最多作为目标函数，以tsc模型的条件函数结合配电网所带负荷为最大供电值作为条件函数；

其中，馈线上的可接入负荷为馈线的理论负荷与对应现有负荷的差值；

步骤4：判断各馈线上的可接入负荷是否均为非负，如果判断结果为是，则将馈线上的可接入负荷作为对应馈线的可接入容量；

步骤5：根据各馈线的可接入容量以及对应的折算系数，得到配电网馈线的接入用户配电变压器容量。

可以按配电网馈线的接入用户配电变压器容量进行接入，使得馈线不会因为接入负荷过多而产生安全隐患，馈线不会因为接入符合过少而使得电网资源得不到充分利用。

步骤1中，一次侧馈线上的负荷与二次侧配电变压器容量之间的折算系数可以为10kv侧馈线上的负荷与0.4kv侧配电变压器容量之间的折算系数。

步骤2中，tsc模型可以采用背景技术中所述的《基于馈线互联关系的配电网最大供电能力模型》中的tsc模型。

城市配电网线路长度往往较短，电压降较小，且可通过无功补偿设备进一步调节，因此电压约束可在tsc模型中忽略；同时，tsc模型中的馈线出口负荷已经包含了网损。综合上述分析，tsc模型对电压、无功功率等因素做了简化处理，简化后的tsc模型如下。

tsc为最大供电值，fi为主变i所带负荷，fm为馈线m的负荷；trfmn为馈线m发生n-1故障时转带给馈线n的负荷量；trtij为主变i发生n-1故障时转带给主变j的负荷量；fm∈ti表示馈线m出自主变i的对应母线；fn∈tj表示馈线n出自主变j的对应母线；rfn为馈线n的额定容量；fn为馈线n的负荷；rj为主变j的额定容量；ld为某个重载区负荷的下限；z为重载区所有主变集合；表示任意m,n，表示任意i,j。

式(1)中：

为目标函数，表示tsc为所有主变负荷之和的最大值。

为馈线负荷分段等式约束，表示馈线m可能分为多段,其中每一段可转带给不同的馈线,所有转带出去的负荷之和等于该馈线的负荷。

为主变—馈线负荷转带等式约束,表示主变i发生n-1故障时转带给主变j的负荷是通过与两台主变相连馈线间的负荷转带完成的。

为馈线n-1约束,表示馈线m发生n-1故障后,其负荷通过馈线联络转带给其他馈线,负荷转带后其他馈线不能过载。

为主变n-1约束,表示主变j接受故障主变i转移负荷后的长时间运行的负荷不超过其额定容量；

为区域负载约束,含义是若某个区域负载很大,如有多个重载区,该区域内的主变负载之和大于给定负载ld,则增加不等式,而在非重载区则无不等式约束,该约束会影响tsc时负荷的分布甚至tsc的大小。

馈线模型的目标函数为:可接入负荷为非负值的馈线数最多

馈线模型的以tsc模型的条件函数结合配电网所带负荷为最大供电值作为条件函数，具体为：

上式中，tsc为根据tsc模型计算得出的最大供电值，如果最大供电值经过比例系数降低，则tsc为降低后的最大供电值。

如图9所示，步骤4中，判断各馈线上的可接入负荷是否均为非负时，如果判断结果为否，则：调整分段开关或联络开关的位置，根据分段开关或联络开关的调整更新馈线上的可接入负荷(分段开关或联络开关的调整调整后的现有负荷会发生变化，但理论负荷不发生变化，也就是可接入负荷只需加减对应现有负荷的变化量即可得出，是本领域技术人员应当知晓如果根据分段开关或联络开关的调整更新馈线上的可接入负荷，此处不进行详细说明)，判断更新后的可接入负荷是否均为非负，如果判断结果为是，将更新后的可接入负荷作为对应馈线的可接入容量，如果判断结果为否，则按比例系数降低tsc值，并进入步骤3。这里的比例系数可以在步骤1中设置，比例系数可以设置为0.9，即按按比例系数降低tsc值后，降低后tsc值为原tsc值的0.9倍；同样的，比例系数可以根据实际情况设置。为了防止tsc值过小，计算出接入用户配电变压器容量过小，可以设置tsc下限值，当降低后tsc值低于tsc下限值时，不再计算出接入用户配电变压器容量，即无合理的接入用户配电变压器容量。

此处对调整开关位置的具体方法和馈线段偶(dualfeedersections，dfs)做解释。从一个分段开关或者联络开关两侧出发，沿着相反方向，总可以搜索到其余分段开关、联络开关或馈线开关，则这两个开关之间的两个馈线为一个馈线段偶。以图2电缆单环网为例，联络开关为环网柜2内的b，馈线开关为a、c，则两段馈线ba和bc即为一对馈线段偶，馈线段偶中ba段的负荷包括f0、f1、f2，bc段的负荷包括f3、f4、f5。

本文中馈线可以为开关(分段开关或联络开关或馈线开关)与相邻开关(分段开关或联络开关或馈线开关)之间的馈线段。

以图2和图3为例，假设ba馈线的可接入容量为正、bc馈线的可接入容量为负，由可接入负荷的计算方法fm′表示馈线m上的现有负荷，fm^tsc为馈线m上的理论负荷，说明ba馈线内实际负荷fm′小于tsc时的理论负荷bc馈线内实际负荷fm′大于tsc时的理论负荷在配电网中，可以通过调节联络开关来改变馈线段偶内的馈线的实际负荷fm′分布，显然，此时若将bc的实际负荷fm′转移一部分到ba，此时bc的fm′减少，ba的fm′增加，有可能既充分利用ba的可接入负荷，也使得bc的可接入负荷从负值变为正值，所以联络开关b应该向c移动，操作过程对比图2和图3，此时联络开关由b变到b'。此时馈线段偶中b'a段的负荷包括f0、f1、f2、f3，b'c段的负荷包括f4、f5。上述联络开关移动的方向和大小，需满足如下条件：

1)方向：在一个馈线段偶内，联络开关或分段开关由可接入容量为正的馈线移向可接入容量为负的馈线；

2)大小：联络开关或分段开关的调整后，引起的负荷变化量应满足：

其中δf表示移动分段开关或联络开关的位置所引起的馈线段偶内的负荷变化量；表示馈线段偶内可接入容量为正一侧的可接入负荷；表示馈线段偶内可接入容量为负一侧的可接入负荷。

馈线段偶的实质是给出了负荷调整的最小单元，可接入容量能够直接导致馈线段偶内的负荷调整，也即指导联络开关或分段开关位置的移动，其移动的依据为式(2)，这样通过开关的移动，能够使得配电网拥有最大的可接入容量，并且各馈线的可接入容量都为非负值。

需要指出的是：1)某个负荷所在的馈线段偶可能不止一个，本文对馈线段偶的选取办法是优先选择包含联络开关的馈线段偶；2)有些馈线段偶是否可以实际操作，要考虑实际配电网的现实情况，实际工程可能不能满足调整开关位置的需要，主要原因有：①、通过分段开关或者联络开关调节负荷是离散的，可能始终不满足上述负荷变化量不等式；②、配电网自动化程度未完全覆盖，调节分段开关或者联络开关费时费力等。

步骤5中：配电网馈线m的接入用户配电变压器容量uac通过如下公式计算：

其中η为一次侧馈线m上的负荷与二次侧配电变压器容量之间的折算系数，如10kv侧馈线上的负荷与0.4kv侧配电变压器容量之间的折算系数；δfm为馈线m上的可接入负荷，即馈线m的理论负荷与馈线m的现有负荷的差值。

η可以采用现有技术中的已知的计算方式获取。本发明为了得到免于提取大量原始数据、可计算任意时间断面、简便实用的接入用户容量计算方法，本文提出了一种新的计算折算系数η的实用方法。该计算折算系数η的方法是根据负荷类型，负荷类型比例，以及馈线上的配电变压器总容量来确定。其中，负荷类型主要分为民用负荷、商业负荷和工业负荷，分类划分可大致按照政府用地类型来区分；各个负荷类型的比例可根据不同政府用地类型上的总负荷的比例来获取；配电变压器总容量可根据已知线路上的配电变压器台数、容量计算得到，即总容量＝台数*容量。例如，对于一条线路，若某一时间断面上的民用负荷、商业负荷和工业负荷大小分别为x1mva，x2mva，x3mva，配电变压器总容量分别为y1mva，y2mva，y3mva，则该线路上不同负荷类型的折算系数可分别按照如下公式计算：

上式中，表示民用负荷的折算系数，表示将民用负荷、商业负荷和工业负荷按照不同负荷比例加权得到的折算系数；表示全线路负荷可接入大小都折算为民用负荷的配电变压器参数，与含义类似；β表示配变最佳负载率，β是本领域已知的变量，可参考论文《配电变压器的节能》，出处为：华东电力，2010，38(9)：1475-1477。

同理可得，对于商业负荷折算系数η商业的和工业负荷的折算系数η工业的计算方法为：

以下以具体算例为例做进一步说明：

图4中共有2个变电站，4台主变，20条馈线出线，22个馈线负荷，分别表示为f1～f22，需指出，该处的负荷指的是馈线上的集中负荷，而实际馈线上有很多的负荷和开关，将图4中虚线红框p中的馈线放大后的实际接线图见图5。

将每个馈线上的可接入负荷分别记为δf1～δf22，馈线均选用jklyj-185，容量全部为11.30mva。变电站主变数据见表1。

表1主变数据

表2为算例配电网的一个工作点p，分别给出了f1～f22当前的负荷值，即现有负荷。

表2工作点p

工作点p的负荷分布记为fm′，在当前负荷水平下，配电网总的负荷大小为49.75mva。

根据tsc模型，计算上述电网的tsc值为114.33mva。以可接入负荷为非负值的馈线数最多作为目标函数(即将馈线上的可接入负荷非负值个数最多作为目标函数)，以tsc模型的条件函数和配电网所带负荷为114.33mva作为条件函数。求得各馈线的理论负荷，即负荷分布见表3第三列，表示馈线m的理论负荷。

表3tsc、tsccut下负荷分布及可接入负荷

以表3中前四列的第一行f1为例，通过tsc模型求解馈线的理论负荷(负荷分布)为f1^tsc＝5.83mva，现有负荷为f1′＝2.04mva，则f1的可接入负荷计算方法为δf1^tsc＝f1^tsc-f1′＝5.83-2.04＝3.79mva。同理可得f2-f22的所有可接入负荷(第4列)。根据最后一行(前4列)可得，当前工作点的总负荷值为49.75mva，可接入负荷总量理论值等于114.33(tsc值)-49.75＝64.58mva。

由于第4列中存在5个负值，接下来按步骤4调整分段开关或联络开关的位置。发现对于该实际配电网，通过调整分段开关或者联络开关位置，并不能完全去除负的可接入容量数量，例如：以f22为例，其所在馈线段偶f12-f22，位于图4中的点画线框部分，其配电网实际接线图见图6。

如表3所示，f12和f22两者可接入容量分别为7.00mva和-1.36mva，一正一负，联络开关向f22一侧移动时的负荷变化量δf应满足1.36mva≤δf≤7.00mva。由图6实际接线图(图中单位为mva)可知，当联络开关向f22移动时，馈线段偶f12-f22离散的负荷变化量最小值为δf＝f3＝1.20mva，小于1.36mva，此时联络开关由初始位置变化到1或2；次小值为δf＝f3+f4＝7.10mva，大于7.00mva，此时联络开关由初始位置变化到3或4；之后δf会变得更大，大于7.00mva。由于δf始终不满足1.36mva≤δf≤7.00mva，说明无论按照何种方式调节联络开关位置，配电网总出现主变或者馈线过载，即此时不再满足全网n-1安全。所以，对于该实际配电网，即便通过步调整分段开关或联络开关的位置后，也存在负的可接入负荷。

进一步。将tsc降低为原值的0.9倍，以此更新tsc值，更新后的tsc值用tsccut表示，即tsccut＝0.9*tsc，计算得出tsccut＝102.90mva。此时，配电网在此供电能力下，得到tsccut下的负荷分布和可接入容量见表3的第五列和第六列：

从表3看出，经过上述少量降低tsc的方法调整，各馈线的可接入负荷非负值的分布得到明显改善，只存在2个负值，比降低tsc之前减少了3个负值。对于2处可接入负荷为负的情况，进一步采用馈线段偶优化，即调整分段开关或联络开关的位置。

表3tsc、tsccut下负荷分布及可接入容量

f2和f20的可接入负荷为负，分别选取f2和f20所在的馈线段偶f2-f16和f6-f20，由于f2和f20的可接入负荷为负，联络开关应分别向f2和f20移动，移动的负荷变化量应分别是0.09mva≤δf1≤4.67mva，0.86mva≤δf2≤4.62mva，馈线段偶f2-f16和f6-f20的详细接线图见图7和图8：

由详细接线图可知，对于馈线段偶f2-f16，当联络开关向联络开关向f2移动时，馈线段偶f2-f16离散的负荷变化量最小值为δf1＝f2＝0.20mva，满足0.09mva≤δf1≤4.67mva，次小值δf1＝f2+f1＝0.32mva，也满足0.09mva≤δf1≤4.67mva，考虑到负荷分布的均衡性，此时选择δf1＝0.20mva的负荷变化作为负荷调整量，所以联络开关移动到图7的1或2的位置；对于馈线段偶f6-f20，当联络开关向联络开关向f20移动时，馈线段偶f6-f20离散的负荷变化量最小值为δf2＝f3＝2.00mva，满足0.86mva≤δf2≤4.62mva，次小值δf2＝f3+f4＝4.98mva，不满足0.86mva≤δf2≤4.62mva，所以联络开关移动到图8的1或2的位置。此时，得到完整的联络开关的调节方案，见表4。

表4tsccut下负荷调整情况及可接入容量

通过上述分析过程可得：算例配电网的最大供电能力为114.33mva，当前总负荷大小为49.75mva，配电网有64.58mva的可接入总容量，由于配电网的初始负荷分布不合理，为了充分利用配电网的最大供电能力，并得到可指导实际工程(即全部为非负值)的可接入容量，需要：

1)将tsc降低到原值的0.9倍，并规划求解得到可接入容量非负值最多的负荷分布；

2)根据可接入容量的正负分布，指导调整联络开关(见表4)，改善工作点的负荷分布均衡，使各馈线可接入容量全部为非负值，最终结果见表5：

表5tsccut下全非负的可接入容量

根据表5各个馈线的可接入容量，结合各个馈线上供电区域内政府规定用地类型、各用地的配变总容量、各用地的总负荷，配变最佳负载率β取95％，配变最佳负载率，可参考：配电变压器的节能.华东电力，2010，38(9)：1475-1477，根据公式(4)、(5)、(6)即可得到不同负荷类型的接入用户容量。

以图3馈线f1为例，根据表5得其可接入容量为2.67mva。经过调取图3电网在pms2.0的数据可得，其负荷分为民用负荷、商业负荷和工业负荷，负荷大小分别为0.81mva、0.72mva、0.51mva，总负荷大小为2.04mva，三种负荷类型的接入配变总容量分别为1.10mva、1.10mva、1.05mva。根据公式(4)可得，线路f1上民用负荷的负荷折算系数为：

根据式(5)、(6)得商业负荷和工业负荷的负荷折算系数分别为η商业＝0.65、η工业＝0.46。根据公式(3)，图3馈线f1上民用负荷、商业负荷和工业负荷的接入用户容量uac的计算结果分别为：3.69mva、4.08mva、5.77mva。按照该方法，也可计算得到其余各个馈线的民用负荷、商业负荷和工业负荷的接入用户容量。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。