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關(guān)鍵詞 配電自動(dòng)化 配電潮流計(jì)算 實(shí)時(shí)潮流
1引言
目前在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)實(shí)施的配電自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)與調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn):1)系統(tǒng)的量測(cè)點(diǎn)為配電變壓器的低壓側(cè)以及饋線的首端節(jié)點(diǎn),而在干線和分支線路上沒(méi)有或有少量的量測(cè)點(diǎn)(帶遙測(cè)FTU)。因此為給運(yùn)行人員提供電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)潮流計(jì)算已成為配電自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。2)從電網(wǎng)安全運(yùn)行的角度來(lái)看,所關(guān)心的不是功率不平衡所導(dǎo)致的穩(wěn)定問(wèn)題,而是線路過(guò)載和電壓越限的問(wèn)題。因此,實(shí)時(shí)潮流計(jì)算問(wèn)題回到求電網(wǎng)的電流、電壓分布問(wèn)題。3)從已投入的配電自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以看出,配電負(fù)荷存在嚴(yán)重的三相不對(duì)稱。因此,配網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算除了要考慮電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的輻射型、R/X比值較大、節(jié)點(diǎn)支路眾多網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大等特點(diǎn)外,還應(yīng)考慮三相負(fù)荷不對(duì)稱的特點(diǎn)。
結(jié)合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的輻射型、R/X比值較大、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大等特點(diǎn),人們沿著兩種不同思路對(duì)配網(wǎng)潮流計(jì)算開(kāi)展研究,已提出了眾多配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法。一類方法是研究如何對(duì)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的常規(guī)方法,如牛頓拉夫遜法和高斯賽德?tīng)柗�,進(jìn)行改進(jìn)使之適應(yīng)求解大規(guī)模幅射結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的潮流計(jì)算而提出的[1]~[3]。另一類方法是以前推回代法為基礎(chǔ),研究如何使算法能夠跟蹤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓⒒蜓芯咳绾谓鉀Q實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的弱環(huán)現(xiàn)象、并聯(lián)補(bǔ)償電容器和分散電源現(xiàn)象等問(wèn)題提出的[4]~[8]。相比較而言,前推回代法比較適合輻射狀的配電網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn),具有計(jì)算速度較快、收斂性好、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足配網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算的要求[5][8]。此外,這種算法的基本思想很容易推廣到三相潮流的計(jì)算。為此,本文將文獻(xiàn)[5]的實(shí)時(shí)潮流算法擴(kuò)展為三相實(shí)時(shí)潮流計(jì)算。
2配電網(wǎng)三相網(wǎng)絡(luò)模型
我國(guó)中壓配電網(wǎng)絡(luò),即10 kV的配電網(wǎng)絡(luò),采用三相三線制。配電網(wǎng)絡(luò)的基本單元是饋線,拓?fù)涿枋龊统绷饔?jì)算可以以饋線為單位。10 kV配電線路的首端為松馳節(jié)點(diǎn),即樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際配電自動(dòng)化系統(tǒng)中配電線路的首端為變電站10 kV母線,在三相潮流計(jì)算中作為三相對(duì)稱的電壓源節(jié)點(diǎn)。配電變壓器低壓測(cè)的量測(cè)點(diǎn)位于低壓并聯(lián)補(bǔ)償電容器和低壓負(fù)荷并聯(lián)節(jié)點(diǎn)沿潮流方向的上方,因而潮流計(jì)算不再考慮并聯(lián)電容器的影響,即配電變壓器低壓測(cè)為三相不對(duì)稱的PQ節(jié)點(diǎn)。整個(gè)線路可以用圖1表示。
圖1中各線路段的阻抗用3×3階矩陣ZL表示:
式中:zaa、zbb、zcc為自阻抗;zab、zbc、zca為互阻抗。
圖1中的配變支路為“Δ-YO”接線的配電變壓器,如圖2所示。配變高壓側(cè)三相負(fù)荷電流由式(2)、(3)計(jì)算。
配變高壓繞組電流:
配變高壓測(cè)負(fù)荷電流:
注意到,式(2)中高壓側(cè)各繞組的復(fù)功率分別等于低壓側(cè)測(cè)量的a、b、c三相復(fù)功率,從而可以將低壓側(cè)負(fù)載功率轉(zhuǎn)換成為高壓側(cè)負(fù)荷電流。
3計(jì)算方法
配網(wǎng)三相實(shí)時(shí)潮流計(jì)算問(wèn)題可以描述為已知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮䥇?shù)、配電變壓器低壓側(cè)各相的有功功率和無(wú)功功率、變電站母線電壓的有效值,求網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的電壓和流過(guò)各支路的電流。設(shè)變電站母線為三相對(duì)稱的電源節(jié)點(diǎn),配電變壓器低壓側(cè)為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)、配電變壓器支路為負(fù)荷支路。
本文的潮流計(jì)算迭代分為前推和回代兩個(gè)過(guò)程。在前推過(guò)程中,首先根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)各相負(fù)荷的復(fù)功率計(jì)算負(fù)荷支路電流,然后從各負(fù)荷支路開(kāi)始向潮流的前方直到源點(diǎn)根據(jù)KCL定理計(jì)算各支路的電流分布, 后求出源點(diǎn)的三相電流。在回代過(guò)程中,由已知電源電壓和所求得的三相電流,從源點(diǎn)向各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)根據(jù)KVL計(jì)算系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)的三相電壓。每次迭代須對(duì)負(fù)荷電流做修正,即按求得的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓修正配電變壓器的損耗、由修正后的變壓器損耗和給定的負(fù)荷功率修正負(fù)荷支路電流。經(jīng)過(guò)反復(fù)迭代和修正,直至兩次迭代的各節(jié)點(diǎn)電壓差均小于給定值。
計(jì)算步驟如下:
(1)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯?]:對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中各支路進(jìn)行排序求出“支路計(jì)算序列”,并求得各支路末節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的線路支路和負(fù)荷支路。該計(jì)算過(guò)程僅當(dāng)開(kāi)關(guān)變位時(shí)觸發(fā)一次計(jì)算;
(2)設(shè)各節(jié)點(diǎn)電壓初值為電源電壓,并以10 kV線電壓UAB作為參考相量;
式中,i表示a、b、c各相。
(4)由給定的三相負(fù)荷功率Pa、Qa、Pb、Qb、Pc、Qc和配變損耗,按式(2)、(3)計(jì)算負(fù)荷支路三相電流。令式(2)中
(5)由末端負(fù)荷支路按“支路計(jì)算序列”向電源點(diǎn),計(jì)算各支路的三相電流。如支路k的電流為
式中:j為支路k末節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的支路;KN為所有連接在支路k末節(jié)點(diǎn)上的支路集。
(6)由電源支路開(kāi)始,按“計(jì)算序列”的逆序計(jì)算網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)電壓。
式中:腳標(biāo)m表示支路k的末節(jié)點(diǎn)號(hào);s表示支路k的首節(jié)點(diǎn)號(hào);ZLK為線路k的三相阻抗矩陣;IAk、IBk、ICk分別為支路k的三相電流。
(7)判斷相鄰兩次求得的節(jié)點(diǎn)電壓有效值之差中的 大值是否小于給定的收斂標(biāo)準(zhǔn)(ε=0.001),若是,則輸出計(jì)算結(jié)果,否則轉(zhuǎn)步驟(3)。
4實(shí)例
本文用上述算法編制了配電網(wǎng)絡(luò)三相實(shí)時(shí)潮流計(jì)算程序,對(duì)北京回龍觀小區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的一條饋線,2001年5月7日17時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算,并與對(duì)稱配網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流計(jì)算[5]結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。
該配電線路的接線如圖3所示,元件參數(shù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)列于表1,其中支路2、4、6、8、10為配電變壓器支路,變壓器型號(hào)均為SCB-8-1000 kVA。三相潮流計(jì)算結(jié)果列于表2,配變低壓側(cè)電流的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值如表3所示。對(duì)稱潮流計(jì)算結(jié)果列于表4。三相潮流計(jì)算迭代3次收斂,計(jì)算時(shí)間為0.06秒。
實(shí)例中變壓器的型號(hào):SCB8-1000 kVA/10 kV/0.4 kV,參數(shù):P0=2.75 kW;I0%=1.6;Pk=12.3 kW;Uk%=6。表中的線路參數(shù)忽略了互阻抗。
由表2可以看出,由于負(fù)荷的不對(duì)稱導(dǎo)致10 kV線路電流不對(duì)稱程度嚴(yán)重,如:支路1的B相電流為19.385 A、A相電流為12.673 A,B相電流高于A相電流53%。若按對(duì)稱潮流計(jì)算(表4)該支路的三相電流均為15.802 A,此時(shí)B相實(shí)際電流可能高于該計(jì)算值22.6%。
由表3可以看出三相潮流計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值比較接近。電流的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值 大偏差為3.62%, 小偏差為1.04%,平均偏差為3.28%。此偏差程度可以由狀態(tài)估計(jì)得到校正。
5結(jié)論
本文提出的配電網(wǎng)絡(luò)三相潮流計(jì)算方法的原理簡(jiǎn)單、收斂穩(wěn)定、計(jì)算速度快,能夠滿足實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。實(shí)例研究表明在我國(guó)10 kV配電線路中電流不對(duì)稱的情況嚴(yán)重,因此配電自動(dòng)化SCADA中的實(shí)時(shí)潮流計(jì)算應(yīng)該采用三相潮流計(jì)算方法。
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