基于PSCAD的配网合环电流分析

谢佳伟

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650200）

0 引言

在电力事业不断发展背景下，对配网供电可靠性也提出更高要求，而我国配电网供电方式多采用“闭环设计、开环运行”，为保证配网的辐射状运行结构，通常情况下合环开关是处于关闭状态，只有在开展线路设备检修、开关发生故障等情况时，才会通过闭合联络开关对负荷进行转移，以达到减少停电时间和保障电网稳定运行目的[1]。

1 配网合环概述

根据配网典型结构可知，在实施10KV母线停电检修工作,或者当馈线发生故障问题以后,需要即时针对相应的联络开关实施闭合操作,同时将产生故障的一侧，所存在的负荷及时转移至别处。以防止出现大面积停电情况，这也是对合环操作的一种简单概括。比较经典的合环操作：第一种，虽然处于同一变电站，但是10kV馈线合环来自区域具有较大差异；第二种，上级110kV电源尽管相同，但是所经过的10kV馈线合环不尽相同，一旦电网发生故障问题，就可以以这样的方式及时通过母线联络开关会产生故障的环节实施合环操作，这样不仅可以有效减少因操作产生的冲击还能够保障安全性；第三种，相同电压等级但变电站不同的10kV馈线合环，受变电站不同和负荷差异影响，使得合环操作会产生较大冲击，并对环网安全性构成严重威胁，如合环操作[2]。

2 配网合环电流的数学模型分析

2.1 合环电流产生原因

对引发合环电流的原因进行分析和总结，主要包括以下内容：①当合环点两侧a、b处于不同变电站情况时候，所存在的主变容量会出现较大差异，实际运行就很容易受到所带负荷不同影响，使两端母线相角以及两端所产生的电压幅值均存在一定程度的偏差这时候进行合环操作，在合环瞬间就会引发较大冲击电流，并且达到峰值状态；②联络开关两侧10千伏母线的短路过程中所产生的阻抗不同，在此过程中出现环流的几率也会随之急速升高，并对线路可靠稳定性产生严重破坏[3]。

2.2 合环电流计算模型

结合荷花瞬间产生的冲击电流以及循环过程中产生的电流，可以针对配网和环电流实时准确计算，以这样的方式可以在防止电流越线方面发挥良好的效果[4]。大面积停电情况也能减少发生。具体操作步骤为：①循环电流计算模型，对该模型进行构建，需要对叠加定理进行应用，并使用i'=i+ic公式，对馈线稳态电流由首端电流和环流相叠加加以表示，其中i为表合环前，i'为合环后首端电流，ic则表示联络开关两侧电压差引发的稳态环流。由于对SCADA系统进行合理的调度，这样就可以获得合环前馈线电流i，而循环电流ic的具体数值也可以通过两侧电压矢量差出去回路总阻抗得到，为此可以使用公式：

3 配网合环仿真建模研究

3.1 仿真建模

图1 合环仿真模型图

如图1所示，利用合环模式1进行仿真建模，并在这过程中对合环电流暂态过程进行深入剖析，假设220kV母线是该系统的等效电源点，并设置相角为0。

表1 典型环路线路相关参数

3.2 结果讨论

假设合环时刻t=0.2s，进行仿真就要可以将t设置为0.5s，由于i1、i2、i3分别代表馈线首端电流和联络开关电流，操作中就可以对i1、i2、i3合环前后电流进行观察和提取，并以曲线方式呈现电流实际变化，详见图2。根据合环前后i3电流曲线可以发现，前0.2网络开关处于断开状态时，线路中电流的数值为0，当闭合开关线路中的电流数值产生急剧变化，并且电流的峰值出现在0.21s附件，为了能够获得更为有力地合环条件，对所产生的三种合环模式都要进行详细的仿真分析，所获得的数值具体结果如表2所示。

图2 合环前后i1、i2 和i3 电流曲线图

表2 三种模式下合环因素比较

根据三种模式下合环ΔU、Δδ、iM、I'、IM等因素比较，我们可以知道无论是冲击电流，还是合环稳态环流，都与电压幅值差、合环点相角差密切相关，实际合环操作中对模式2进行运用，不仅对线路产生的冲击最小，还能够确保合环成功率，究其原因在于拥有的电压幅值差和相角差与模式1和3相比较都更小，因此可以取得理想合环效果[6]。然而实际应用时还需要考虑到不同负荷所带来的影响，实践中还要联系实际，将合环点左侧负荷分成三条不同馈线负荷，在经过仿真分析后得到最优合环路径，涉及到的对比结果详见表3。

表3 合环模式2 下各负荷合环参数比较

从表3的数据中，我们可以详细的了解到，S左2、S左3、S右2三组数据之间所产生的相角差和电压差都是最小的，在此基础上都可以实时合环操作，并且在实施合环操作时S左2对合环线路所造成的冲击程度是最小的，实践中可以将之视为最佳线路，开展合环操作也能防止两端负荷相差较大情况发生，并且在操作时极尽可能的选择两段负荷相近线路进行合环，可以进一步提高合环成功率[7]。

4 结语

本文是基于对PSCAD配网合环电流的分析，通过配网合环数学模型和PSCAD软件，充分验证了合环电流、总阻抗、合环点电压差三者之间关系，并根据所得到的冲击电流和合环稳态近似结果，找寻到最佳的合环路径，进而为配网安全、稳定和可靠运行提供有力操作依据。