负荷转供在线辅助决策系统在大型电网中的应用

潘凯岩 刘仲尧

（东方电子股份有限公司，山东 烟台 264000）

随着电力系统的发展和电网商业化运营的深入开展，电力系统的调度和控制变得越来越复杂。尤其是在电网发生故障时，大量的遥测、遥信及保护信号信息往往使调度员难以在短时间内做出正确及时的处理。保证供电可靠性的重要手段之一是在变电站内配置备自投装置[1]，但在一些特殊情况下如由于站内备自投装置不能正常动作或针对串供运行模式即使站内备自投装置动作依然会出现设备失电的情况[2],本文针对电网中的故障情况给出通用的判断规则并针对定位出的故障设备分析其影响范围，给出最终的负荷转供方案。

针对电网中出现的设备过载情况，文献[3]提出通过改变发电机有功出力、及调节变压器分接头的方法来消除过载情况，但对发电机功率的调节一般属于省级电网调度系统的调度职责，所以对地区调度来说还具有一定局限性。文献[4]提出通过自动负荷控制方法来消除设备的过载情况，但会引起部分用户的停电运行的情况，文献[5]通过采用变压器负荷自动转移技术，利用110kV联络线路和站内备自投装置解决了330kV变压器的过负荷运行情况，但对电网运行方式的变化不能很好地自适应，不能从全网的角度计算转移后是否会引起其它设备的过负荷运行。本文根据全网的实时运行情况，给出了220kV线路、220kV稳定断面、220kV主变、110kV线路及110kV主变过载时相应的负荷转供方案，实际电网运行情况表明，本文提出的方法具有一定的通用性及实用性。

1 故障定位

在电网的实际运行中，当电网中有设备发生故障时，首先需要根据EMS系统提供的保护信号、开关跳闸信息及遥测（有功、无功、电流、电压等）等综合信息来定位发生故障的具体设备。文献[6-7]针对配电网中的故障设备给出了相应的故障定位方法，以下给出输电网根据保护信号等信息来定位故障的通用规则，本规则针对串供运行方式的，但也适用于普通接线方式。

1.1 故障定位的通用规则

如图1，A站与E站为220kV变电站，B站、C站及D站为110kV电压等级变电站。开环点为开关7DL，其他开关处于合位。以下分为以下几种情况来确定故障点的具体位置。

图1 三个站串供的情况

1）如果线路两侧保护均动作，则说明故障必定发生在线路上。如图1所示，若1DL、2DL保护（配置了纵差保护）均动作，则说明K1点故障。

2）如果母线配置了母差保护，若母差保护动作，则故障必定发生在母线上。如图1所示，如果已知2M 配置了母差保护，若该母差保护动作，则说明K2点故障。为避免恢复供电时合于故障母线，此时需要闭锁对该站的恢复供电。

3）如果进线未配置纵差保护，母线也未配置母差保护，并且本站进线开关也无保护（即使有保护但受方向限制），当母线上发生故障时，只能依靠进线的对侧开关保护动作来识别。但是，若故障点发生在进线上，进线的对侧开关保护也会动作。也就是说，在这种保护配置的情况下，若进线对侧开关保护动作，则无法区分故障是发生在进线上还是母线上。如图1所示，如果已知L1无纵差保护，2M也无母差保护，若 1DL保护动作，则无法区分是K1点故障还是K2点故障。在这种情况下，若母线上发生故障，最终会导致策略操作开关合闸于故障，依靠后加速保护跳开。

4）如果进线未配置纵差保护，但母线配置了母差保护，若仅有进线对侧开关保护动作，则说明故障点必定发生在进线上。如图1所示，如果已知L1无纵差保护，2M 有母差保护但未动作，仅有 1DL保护动作，则必定是K1点故障。

5）如果本站串供出线开关保护动作但未跳闸，而本站进线对侧开关保护动作并跳闸，则说明本站串供出线故障且开关失灵。如图1所示，若3DL保护动作但未跳开，且1DL保护动作并跳开，则说明K3点故障且3DL开关失灵。

6）对于串供回路本身无故障，但串供的源端故障从而造成110kV串供站失电的情况。不考虑500kV站的主变故障或220kV母线故障，不考虑 220kV站的220kV进线故障。考虑220kV站的220kV母线故障或主变故障或110kV母线故障。针对这种情况，220kV站的主变保护、220kV母差保护、110kV母差保护的动作信号接入EMS系统。故障的判断条件：①110kV母差保护动作且串供出线开关分位；②220kV母差保护动作或主变保护动作，且B站母线无压。

1.2 故障定位的通用逻辑实现

根据 1.1中的故障定位的通用规则，可按如下通用逻辑来定位最终的故障点以恢复供电。

1）寻找第2开环点，第2开环点是有开关跳闸并与原始开环点最近的位置点。

2）如果第2开环点与原始开环点之间有开关的保护信号动作，则判断有开关保护信号动作的点即为最终故障点（此种情况对应于开关失灵的情况）。

3）如果第2开环点与原始开环点之间的设备无保护信号动作，则判断第2开环点即为最终的故障点。

2 停电负荷转供

通过故障定位模块确定故障设备后，启动停电负荷转供处理模块，首先分析故障设备影响的范围，然后对失电的设备进行恢复供电得到相应的复电方案并需要对方案进行潮流校核以验证方案是否会引起其它的设备过载。

停电负荷转供可分析的设备包括 10kV母线、110kV主变、110kV线路及220kV主变等。

3 过载负荷转供

文献[8]对支路开断引起的潮流分布进行了详细的研究，这里给出相应设备重载对应的负荷转供方案。重载监控设备包括110kV主变、110kV线路、220kV主变、220kV线路及220kV控制断面等。负荷转供的总原则是给出的方案可将重载设备需要转移的负荷正常转移同时不引起新的设备过载。给出的操作开关包括110kV线路开关、110kV母联开关、主变各侧开关、10kV母联开关等。

3.1 110kV主变过载转供方案

110kV主变过载时通常无相应的转移方案，只能检测是否可通过操作10kV母联开关以消除过载，如果不能消除主变过载一般只能按文献[4]的方法给出10kV部分负荷切除方案以消除设备的过载。

对如图2所示的比较特殊的接线方式可通过组合策略实现负荷的均分处理。图2中，假设为母线A供电的主变（1#变）过载，如果单纯将母线A的负荷转移至由为B,C母线供电的主变（2#变），则很有可能会引起2#主变过载，针对这种情况，可将开关1闭合，2#主变与母线C之间的开关断开，同时将开关2闭合，这样母线A从母线B处获得电源，而母线C不再由2#变压器供电，而是通过开关2 从母线D处获得电源，这样处理后，原来带母线B、C的2#变压器改为带母线A、B，原来带母线D的变压器（3#变）改为带母线 C、D，负荷在 2#变与3#变两变压器之间实现了均分。

图2 110kV主变过载转供

3.2 110kV线路过载转移方案

110kV线路过载首先根据过载量大小首先判断110kV线路所带负荷是否可能正常转供，如果不能转供，则给出相应的提示，如果可以转供，则给出转供方案，如闭合相应的母联开关等操作方案，同时进行潮流校核以判断给出的方案是否会引起设备的过载。

对110kV变电站存在串供的情况，也可能进行跨站操作进行负荷转移。

1）普通运行方式

图3所示为普通的双端供电、单端运行的情况。220kVA站给其中一个 110kV变电站供电，110kV变电站的备用侧电源为220kVE站。 如果L3过载，可给出的方案是闭合7DL，断开6DL校验是否可以进行负荷转移及进行相应的过载校验判断备用电源侧设备是否过载。

图3 普通运行方式

2）串联供电方式

串联供电模式典型模式如图 4所示为 3个110kV变电站串供运行的情况），通用的，如图中L1过载，则可能给出的方案包括合7DL，断开6DL（转移D站），或合7DL断开4DL（转移D站和C站）等操作方案。（具体的方案要根据线路L1的过载量即需要转移的负荷量大小来确定）。

图4 串供运行方式

3）双回线运行方式

如果双回线过载并需要转移一定的负荷量，首先将双回线做为一个简单的控制断面组来考虑，同时进行转移，不能设置只转移其中的一条线路，不能将负荷从双回线中的一条转移到另一条上。

图5 双回线运行方式

110kV线路过载转移方案操作的开关可能为110kV线路开关或110kV母联开关。

3.3 220kV主变过载转移方案

220kV主变过载转移首先根据过载量大小，统计220kV变电站中110kV母线侧所连的110kV线路，得到与过载量最接近的110kV线路集合，将这些线路由其它电源点转供电，针对每条线路的转供方案则一般来说相当于 3.2中的普通运行方式，串供运行方式或双回线运行方式等情况。主变的最终转供方案为这些线路的转供方案的组合。

针对不同的转供方案需要进行潮流校核以检查是否会引起新的设备过载，另外在确定220kV主变的转供方案时要从本变压器侧进行供电的阻断，以避免备用电源是同一变压器的情况。

3.4 220kV线路过载转供方案

220kV线路通常是按环网接线方式运行，当其中某条线路过载，则方案给出的原则是按过载线路的功率流向首先确定本线路所带的220kV厂站，受电侧厂站，将受电侧的220kV厂站中的部分110kV厂站进行转移。同时进行潮流校核。

如图6所示，如果220kVA 站与220kV B站之间的线路过载，则将2220kVB或2220kVD站中相应的110kV线路所带的负荷进行转移，同时进行潮流校核。如果2220kV B 站与220kV D站之间的线路过载，则一般来说只能将220kVD站中相应的110kV线路转移，同时进行潮流校核。

针对具体过载线路，在确定了相应的转移的220kV变电站后，还需要确定准确的负荷转移量，转移的负荷量可根据灵敏度的方法来确定，对AA与B站之间的线路过载情况，分别求出220kVB站母线及220kVVD站母线的有功注入对220kV线路AB之间的线路有功的灵敏度，再根据具体的过载量得到相应的负荷转移量。

图6 220kVV 线路环网运行图

3.5 220kVV稳定断面过载转供方案

在地区电网运行过程中，用户往往更关心的是稳定断面是否过载，经常会出现某条220kV线路不过载，但其所在的稳定断面却超过运行限值了。

图7 220kV稳定断面运行示意图

如图7所示，区域AA与区域B之间可能包含多条线路，用户可根据需要将其中的部分线路定义为一组稳定断面。对于稳定断面的过载转供处理，比较简单的处理方法是求得与温度断面中各线路一次相邻的厂站220kV母线的有功注入对220kV稳定断面组的灵敏度。通过灵敏度计算来分析相应的有功注入的改变对稳定断面过载的影响程度，最终得到有效的有功注入点及相应的转移量。

4 在线控制

4.1 起动停电负荷转供分析

电网在实际运行过程中，当设备发生故障时，首先根据故障定位模块来确定具体的故障设备，并启动停电负荷转供模块给出相应的策略，策略通常为开关的合分状态，在调动员确认的情况下可直接遥控执行来对失电的设备恢复供电。

4.2 起动过载负荷转供分析

在实时态下用户可对重载设备进行部分负荷转移以消除设备的过载情况，软件根据用户输入的负荷转移量大小自动给出不同的负荷转供方案，用户可进一步根据电网的实际运行情况选择合适的方案，在对方案确认后，软件可直接执行遥控命令对重载设备进行负荷转移以消除重载情况。

5 结论

本文针对电网正常运行方式下中可能出现的停电故障及设备过载情况给出了相应的停电负荷转供方案及过载负荷转供方案，用户可在EMMS研究态模式下对故障设备进行模拟得到相应的负荷转供方案，同时负荷转供辅助决策系统也可做为独立的模块被DTS系统调用，用来对调度员进行培训，还可以在实时态下以开环的模式运行，为调度员提供在线辅助决策支持功能从而实现在线负荷转供的功能。

现场运行情况表明本文提出的负荷转供处理方法已经在广州供电局得到了实际应用，运行情况表明本文提出的负荷转供处理方法是合理的，可以在事故情况下给出合理的负荷转供方案，可保证电网安全、稳定地运行。

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