10 kV配网环网电流控制策略研究

刘 聪，于天蛟，马文远，谭文刚，杨 乐

(1.国网四平供电公司，吉林 四平 136000； 2.国网吉林省电力有限公司，吉林 长春 130000)

目前，城市配电网经过改造后，拉手率逐年提高，基本达到了“闭环结线，开环运行”的供电方式。随着社会快速发展，用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。为了保证对用户的供电不停止，目前常采用合环操作将事故或检修时可能要停电的负荷转移到其他正常供电电源上，实现负荷的不停电转移，这样既保证了对用户供电的可靠性，又能够提高电力企业的经济收益。但是并不是所有情况都能实现上述合环倒电源的操作，当合环电流较大且线路本身负荷较大时，会出现线路及设备过载的情况，给配电网的运行带来很大影响，对其安全稳定运行造成很大威胁。

针对此问题，国内研究主要集中在通过潮流计算模型研究、合环电流暂稳态分析以及仿真软件模型搭建方面，研究结果主要用来判断合环点两侧的电压幅值和相角相差是否过大，进而判断该运行条件下能否合环[1-8]。但关于配电网合环电流控制策略的研究却很少，而且只是简单通过调整主变分接头和投切无功补偿装置减小合环点两侧电压幅值差减小合环电流，并无根据合环点两侧电压幅值差、相角差及系统运行情况等全面系统性的控制策略研究。本文通过PSASP软件对10 kV配网合环点进行合环仿真，结合合环电流越限的实例，从理论上分析出了合环潮流中有功分量和无功分量的决定因素，并结合现场实际工作经验和10 kV配网合环仿真案例，提出了通过调整主变分接头、投切电容器和调整系统运行方式相结合的系统性配网合环电流控制策略。指导配网调度运行人员合理控制合环电流大小，避免因环网电流过大对配网安全稳定运行造成的威胁。

1 PSASP系统仿真计算分析

首先利用PSASP软件，在66 kV及以上仿真系统的基础上，根据电网最大运行方式搭建10 kV系统仿真模型。对10 kV环网点进行合环仿真计算。下面对2个合环电流越限案例进行具体分析(1、表2)。

表1 A、B线合环电流分析(10 kV)Tab.1 A and B line loop current analysis(10 kV)

表2 C、D线合环电流分析(10 kV)Tab.2 C and D line loop current analysis(10 kV)

2 10 kV配网环网电流越限原因分析

10 kV配网合环操作接线如图1所示。L1和L2为2条10 kV联络线路，正常情况下10 kV线路L1和L2处于开环运行状态，当进行合环倒电源时，则会产生合环电流ΔI。

图1 合环操作接线Fig.1 Closing operation wiring

根据10 kV配网合环操作接线图，将合环点两侧端口10 kV母线以上系统进行戴维南等效，等效阻抗R0+jX0，10 kV联络线L1和L2阻抗分别为R1+jX1和R2+jX2，等值电路如图2所示。

图2 合环操作等值回路Fig.2 Closed loop operation equivalent loop

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得：

(3)

(4)

通常情况下，|δ|≤15°，R≪X，因此，cosδ≈1，Rsinδ≈0，Xsinδ≈Xδ，对式(3)、式(4)求导后得：

(5)

(6)

由式(5)、式(6)可知，合环有功潮流主要受合环点相角差的影响，而合环无功潮流主要受电压幅值差的影响。

3 配网环网电流控制策略研究

3.1 环网电流控制策略

由以上分析可知，10 kV配网合环时，无功潮流是合环点两侧电压幅值差决定的，而有功潮流是由合环两侧电压相角差决定的。针对不同合环潮流情况应采取不同的控制策略。①针对合环无功潮流大调整策略：调整合环点两侧变电站主变分接头和投入无功补偿装置以有效降低合环点两侧电压幅值差。②针对合环有功潮流大调整策略：调整上级电网运行方式以有效降低合环点两侧相角差。电网运行方式调整具体策略如下。

(1)将原本受不同220 kV变电站电源的66 kV变电站通过运行方式调整到受220 kV变电站电源，运行方式调整1如图3所示。

图3 运行方式调整1Fig.3 Operation mode adjustment 1

(2)受不同220 kV变电站电源的66 kV变电站无法通过运行方式调整到受220 kV变电站电源的情况，将2个220 kV变电站通过66 kV联络线将66 kV系统进行环网。运行方式调整2如图4所示。

图4 运行方式调整2Fig.4 Operation mode adjustment 2

(3)将原本受不同条线路电源的66 kV变电站通过方式调整到受同一线路电源。运行方式调整3如图5所示。在以上分析的基础上，制定合环电流控制策略流程，如图6所示。

图5 运行方式调整3Fig.5 Operation mode adjustment 3

图6 合环电流控制策略流程Fig.6 Closed loop current control strategy process

3.2 配网环网电流控制策略验证

通过采用以上策略后，重新对上文10 kV A、B线和10 kV C、D线进行合环仿真分析，仿真结果见表3、表4。

表3 采用控制策略后10 kV A、B线合环电流分析Tab.3 Analysis of 10 kV A and B line closing loop current after adopting control strategy

表4 采用控制策略后10 kV C、D线合环电流分析Tab.4 Analysis of 10 kV C and D line closing loop current after adopting control strategy

通过本文提出的10 kV配网环网电流控制策略，成功解决了以上2例10 kV配网环网电流越限的问题。

3.3 应用效果

近2年来，应用10 kV配网环网电流控制策略，全地区进行了10 kV合环倒负荷操作，均未出现过载情况，保证了系统安全稳定运。采用控制策略后10 kV A、B线合环的保护动作分析(表5)及10 kV C、D线合环的保护动作分析(表6)。

表5 采用控制策略后10 kV A、B线合环的保护动作分析Tab.5 Analysis of the protection action of 10 kV A and B line loop closure after adopting the control strategy

由表5、表6可看出，通过10 kV配网环网电流控制策略，合环后并未引起线路保护装置的误动作，降低了合环运行的风险。从全年运行效果来看，年均减少停电50余次，大大提高了供电可靠性。有/无合环运行的电费对比如图7所示。

表6 采用控制策略后10 kV C、D线合环的保护动作分析Tab.6 Analysis of the protection action of 10 kV C and D line loop closure after adopting the control strategy

图7 有/无合环运行的电费对比Fig.7 Comparison of electricity costs with/without closed loop operation

通过图7可知，通过本文提出的10 kV配网环网电流控制策略实现了合环运行，可减少线路停电次数，增收电费6万余元，同时也提高了用户用电满意度。

4 结论

通过10 kV配网环网电流越限的仿真实例，从理论上找出了合环潮流中有功分量和无功分量的决定因素，并结合现场实际工作经验，提出了通过调整主变分接头、投切电容器和调整系统运行方式相结合的系统性配网合环电流控制策略。仿真结果验证，此控制策略可以有效控制合环电流，解决10 kV配网合环电流越限问题，保证10 kV配网合环操作安全进行，并取得了良好效果，在提高企业经济效益的同时，提高了用户用电满意度。

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