电磁环网合环操作条件边界缩放实用计算法

程旻，吴琛，李玲芳，黄伟，张丹

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

电磁环网合环操作条件边界缩放实用计算法

程旻，吴琛，李玲芳，黄伟，张丹

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

通过边界缩放的方式提出了电磁环网合环调电条件制定的实用计算方法，并以实际算例加以说明，为电磁环网合环过程分析提供了新的思路，以供大家探讨。

电网运行；合环调电；运行方式；边界缩放

1 前言

为了简化电网运行，提高电网运行安全水平，降低厂站短路电流，高电压等级电磁环网普通在具备条件的情况下优先选择解环运行的方式，解环的电网在涉及断环点相关检修及方式调整中，存在合环调电操作的需要，因此如何分析合环操作的安全性，制定操作期间潮流控制要求是电网运行调度中的常见问题。

目前对电磁环网合环调电操作条件的分析方法中，较多是通过运用将合环后的支路潮流分为初始潮流、合环环流两部分叠加的方法以分析合环操作的环流对安全的影响，又由于合环环流与合环角差、压差存在定量关系，调度合环调电实际操作普遍沿用传统通过合环点断路器同期装置检测的合环角差、压差与规定范围比较，并以此判断合环操作的安全性。上述的方法存在的主要问题是仅关注了合环操作期间的合环潮流造成的通道热稳问题，没有考虑合环运行期间发生N-1故障下的电网承受能力，不满足规程要求，存在较大的安全风险。以下在满足规程的基础上，探讨电磁环网合环调电操作控制条件界定的新工程实用方法。

2 电磁环网合环条件要求

规程规定：正常运行方式下的电力系统受到单一故障扰动后，当保护、重合闸和断路器正确动作时，不采取稳定控制措施，必须保持电力系统稳定运行和电网正常供电，其他元件不超过规定的事故后过负荷能力，不发生连锁跳闸。因此电磁环网合环调电的整个过程中，不但合环操作不能因环流造成通道热稳问题，合环运行期间必须满足承受N-1故障扰动的能力。具体应满足以下要求：

1)电磁环网合环操作不能引起环网内任一回线路或主变过负荷；

2)电磁环网合环运行期间，应满足N-1原则，即环网内任一回线路或主变发生N-1故障情况下，环网内其他线路不过负荷，主变在过负荷能力范围内。

作为调度操作规范原则，界定的电磁环网合环操作条件必须具备一定的适应性，可以满足相对较长时间内的合环操作要求。

3 实用计算分析

电磁环网合环调电整个过程涉及四个状态，第一是合环前、第二是合环、第三是合环期间N-1、第四是断环。合环前的电网属于电网正常运行的状态，满足电网运行安全要求，但合环前的状态是否需要满足第二、第三、第四个状态的安全要求需要计算分析，满足整个过程的边界条件就是合环操作的条件。

电网运行的稳定性涉及静态稳定、暂态稳定、电压稳定、动态稳定、热稳稳定等多方面，电网合环从本质上加强了电网的联系，合环操作对电网的联系紧密程度有所加强，除了热稳问题外，总体上的安全水平较合环前要提高。电磁环网合环调电操作问题以研究如何满足热稳要求为目标，符合工程实际要求。

图1 电磁环网示意图

在目标电磁环网回路中，合环通道ABCD的联系通道在合环操作期间是否存在热稳问题是合环条件的研究目标。下面分两个步骤分析满足合环安全性的潮流条件。

3.1 计算各个通道在合环期间的潮流运行范围

由于线路潮流有功是无功的4～6倍，视在功率与有功功率基本接近，工程上为了简化计算，常以线路潮流有功功率代替视在功率，以有功功率分布系数代替电流分布系数。

以分析通道BC的潮流运行范围PBC为例，方法如下。

1)梳理每个站点的功率情况，了解最大功率PN·max、最小功率PN·min、可调功率PN·Δ及各个通道的热稳极限值Pij·limit，制定计算初始边界。

2)调整主环网潮流的极端方式，一个为以最大化主环网从N1至N2方向的潮流数据Ⅰ，一个为以最小化主环网从N1至N2方向的潮流数据Ⅱ。

图2 电磁环网环流分析示意图

图2 中Scircle、Zcircle、Scr、Zcr分别表示合环通道的环流功率、环阻抗、主环网等效穿越功率、等效阻抗。由欧姆定理及功率定义，得到式(1)、(2)。

可以推导出式 (3)。

从式 (3)可以看出，环流功率的大小与主环网穿越等效功率成正比，所以主环网穿越等效功率的两个极端就是求解环流极值的条件。

3)分析各合环通道各节点对于各通道的功率分布系数正负特性，通道潮流正方向前的合环通道上的节点功率分布系数是负值且离通道越近量值的绝对值越大，通道潮流正方向后的合环通道上的节点功率分布系数是正值且离通道越近量值越大。

图3 电磁环网功率分布系数正负判别分析示意图

图3以B节点对通道BC的功率分布系数判断为例说明，图中PB、PBcircle分别表示B节点下送功率、通道CD分布功率。由于只研究节点B的功率分布问题，根据叠加定理，需设电网其他节点电源输出为0，则合环通道没有造成环流的压差，PBcircle的方向与CD规定正方向相反，即流入B节点，所以得到是负值，B站点对CD通道的功率分布系数为负数。同理可以得出其他节点的功率分布系数情况，以规定从左到右为正方向的情况下，满足通道潮流正方向前的合环通道上的节点功率分布系数是负值，通道潮流正方向后的合环通道上的节点功率分布系数是正值的特性。

图4 电磁环网功率分布系数量值分析示意图

图4 中SB、SBcircle、 Zab、 Zbc、 Zcd分别表示B站下送功率、通道CD分布功率、通道AB、BC、CD的阻抗，Zna、Znd、Zno分别表示等效变换后的系统阻抗。由于只研究节点B的功率分布问题，根据叠加定理，设电网其他节点电源输出为0，通道CD分布功率的值决定于左右两个并联支路的电流分配比，可得出式 (4)。

由 (4)可看出功率分布系数绝对值与节点左侧的阻抗大小成正比，所以通道潮流正方向前的合环通道上的节点功率分布系数离通道越近量值的绝对值越大，同理可以得出通道潮流正方向后的合环通道上的节点功率分布系数离通道越近量值越大的结论。

4)计算通道潮流运行范围：分上限PBC·max、下限PBC·min两种类型求解，上限计算使用潮流数据Ⅰ，将计算出的分布系数大于0的节点功率调整为最大值，分布系数小于0的节点功率调整为最小值后进行潮流计算，潮流结果中目标通道的潮流值即为潮流上限值；下限计算使用潮流数据Ⅱ，将计算出的分布系数大于0的节点功率调整为最小值，分布系数小于0的节点功率调整为最大值后进行潮流计算，潮流结果中目标通道的潮流值即为潮流下限值。如图5、图6所示。

图5 BC通道潮流上限求解示意图

图6 BC通道潮流下限求解示意图

设Pij、Px、Py、Cx、Cy分别是目标通道功率、负功率分布系数节点功率、正功率分布系数节点功率、负功率分布系数节点功率分布系数、正功率分布系数节点功率分布系数。则由叠加定理可得到式 (5)。

式 (5)可以得到求解极值的取值方式。

5)按前面步骤计算各个相关通道潮流运行范围，分别与各个通道的热稳极限值绝对值比较，与绝对值差值即为相应的热稳裕度，如果各个通道都存在正的热稳裕度，则电磁环网合环环流不会导致热稳问题；当存在通道热稳裕度为负值，则需要按分布系数大小及可调功率情况调整节点注入功率以去除负热稳裕度通道。相应修改后的站点注入功率约束限值做为新的边界条件，实际操作中主要通过调整接入节点小电、风电等可调整有功出力实现潮流调整，这就是边界缩放的方法。

3.2 分析N-1对通道热稳的影响

电磁环网合环运行期间发生任意元件N-1故障，电磁环网不能发生热稳破坏，这普通是决定电磁环网合环调电操作的约束性条件，同时这正是目前普遍使用的合环条件分析方法忽略的重要问题。

对于电磁环网合环操作，N-1故障主要分两类，第一类是造成电磁环网解网的N-1故障；第二类不会导致电磁环网解网的N-1故障。

1)第一类造成电磁环网解网的N-1故障的分析相对简单，N-1故障开断后，从断点追溯上去，每一个单电源通道的潮流为所供变电站功率的总和，这类故障只需判断合环通道的情况。工程实际中这类N-1限制是电磁环网合环操作的主要限制。这类合环条件可以转化为合环通道各断面的潮流幅值不大于断面N-1下的热稳极限的问题。

图7 第一类N-1故障开断示意图

合环期间合环通道N-1开断的合环条件：

a)断面N2D、N1A潮流幅值小于N2D、N1A热稳最小值；

b)断面N2D、AB潮流幅值小于N2D、AB热稳最小值；

c)断面N2D、BC潮流幅值小于N2D、BC热稳最小值；

d)断面N2D、CD潮流幅值小于N2D、CD热稳最小值；

e)断面N1A、DC潮流幅值小于N1A、DC热稳最小值；

f)断面N1A、CB潮流小于N1A、CB热稳最小值；

g)断面N1A、BA潮流小于N1A、BA热稳最小值；

h)断面AB、DC潮流小于AB、DC热稳最小值；

i)断面AB、CB潮流小于AB、CB热稳最小值；

j)断面BC、DC潮流小于BC、DC热稳最小值。

上面条件通常可以根据实际功率情况简化整理。

2)第二类是不会造成电磁环网解网的N-1故障，开断元件会造成潮流转移，潮流转移的量值大小分析是判别合环运行期间N-1热稳问题的研究目标。引起最大的潮流转移N-1故障下合环通道的热稳裕度是否足够是判断合环N-1的必要条件，对不满足裕度的需要重新边界缩放设定潮流边界。

a)合环通道上的双回、三角环等结构的通道发生N-1故障，转移在合环通道的潮流量可以按潮流运行范围分析得到的最大潮流值绝对值或通道极限值与N-1的潮流转移百分比的乘积估算。

图8 双通道N-1故障开断环流示意图

图9 三角环N-1故障开断环流示意图

b)主环网上的主要通道发生N-1故障，转移在合环通道的潮流量可以按主要重载通道的潮流极限与N-1的潮流转移百分比的乘积估算。其中主要重载通道选择按对合环通道的N-1潮流转移比大小、正常运行潮流情况进行综合判断。主环网上的通道N-1的潮流大部分都转移到主环网其他通道，对合环通道影响较小。

图10 主环网N-1故障开断环流示意图

3)当电磁环网满足承受合环期间N-1故障的要求时，则在合环通道的任何地点选择断环都可以满足设备热稳要求。

图11 边界缩放实用计算法流程图

4 结束语

1)电磁环网合环操作是电网运行中的常见操作，合理的制定电磁环网合环条件是一项很重要的工作。目前传统的合环操作安全性判别方法缺少对N-1故障的考虑。边界缩放法弥补了对这个重要的安全问题的分析，规程要求。

2)传统的合环操作安全性判别只是就电网运行的某一个潮流下进行合环操作安全校验，存在方式变化适应性问题，而边界缩放法是基于对一定期间内的合环条件进行分析的基础上，适应性强。

3)本文提出的计算方法是目前安全性较强，考虑较全面的实用计算法，已经在实际的电网运行方式分析工作中得到运用，对确保电网合环调电操作安全，提高电网运行安全水平具有重要的意义，具备推广价值。

4)由于边界的缩放过于极端，存在矫枉过正的问题，边界缩放法适应期考虑越长得出的条件越苛刻，要减轻这种影响，需要对边界因素进行进一步研究，或缩短研究的适应时间，根据实际计算更符合实际的极值。对边界因素的规律的研究是改进方法弊端的重要途径。

[1] 张红光.打开高低压电磁环网运行研究 [J].中国电力，2006，12.

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[4] 白宏坤，李干生关于电磁环网弱开环方式的探讨《电力系统保护与控制》2010年第38卷第2期

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[6] 杨桂兴，王维庆 地区电网中环网短时合环操作分析研究《四川电力技术》2011年第34卷第5期

Research on Practical Boundary Scaling Calculation Approach in Analysis of Power Loop Opening and Closing Operation

CHENG Min，WU Chen，LI Lingfang，HUANG Wei，ZHANG Dan
(Yunnan Electric Power Disparching Center，Kunming 650011)

It is provided a practical calculation approach base of boundary scaling in this paper，which is a new method in analysis of power loop opening and closing operation，and illustrated with a practical example，look forward to your advice.

the operation of power system；loop opening and closing；operation mode；boundary scaling

TM74

B

1006-7345(2014)04-0024-05

2014-04-04

程旻 (1972)，男，大学本科，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电网计算分析工作 (e-mail)chengmin＠yn.csg.cn。

吴琛 (1974)，女，大学本科，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电网计算分析工作 (e-mail)wuchen＠yn.csg.cn。

李玲芳 (1974)，女，大学本科，高级工程师，云南电力调度控制中心，主要从事电网计算分析工作 (e-mail)lilingfang＠yn.csg.cn。