主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成

栗子豪, 朱齐, 王沁, 张麟, 沈健, 陈志樑

(国网上海市电力公司浦东供电公司,上海 200120)

0 引 言

变电站是智能电网中的重要节点,在电压、电流转换以及电能分配中发挥着重要作用[1]。其中,主变压器低压侧母线失电事故危害较大,一旦发生此类事故,将使城市电力安全面临不同程度地威胁,甚至造成严重损失[2]。因此,需要快速生成失电事故预案。

孙守晶等[3]在采集电网拓扑、电气量数据后,通过逐步戴维南等值计算获得可满足智能开关控制的电气量限制条件,通过智能开关的控制实现电力恢复,但该方法电力恢复时间长,且存在重要负荷切除问题。谢云云等[4]为使停电影响区域最小化,提出了微网供电的应急处理预案,通过构建控制期多时间步最小费用为目标函数的优化决策模型,实现故障区域负荷的恢复供电,但该方法预案生成时间略久,且有负荷切除量过大的问题。鉴于以上方法存在的不足,研究了主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成方法,以实现失电事故影响区域的电力恢复,降低失电损失。

1 主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成

1.1 主变压器低压侧母线失电事故预案生成流程

主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成流程如图1所示。

图1 主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成流程

1.2 基于变量代换的配电网潮流计算

发生主变压器低压侧母线失电事故的配电网节点总量为N个,设定第一个节点为电源节点,并将其视为平衡节点,其编号为“0”,该配电网所含独立节点总数表示为n=N-1,线路数量表示为b=n。在直角坐标系下描述节点电压时,潮流运算方程[5]可通过式(1)、式(2)描述。

(1)

(2)

式中:Pi为节点i的有功功率;Qi为无功功率;ei为电压实部;fi为虚部;ej、fj为节点j的电压实、虚部;Zii、Zij、Bii、Bij为两节点的导纳矩阵元素的实、虚部。

(3)

(4)

式中:Vi为节点i的电压的模;Kij为节点i和节点j的电流功率;Lij为节点i和节点j的复功率。

式(5)等式恒成立。

(5)

式中:Vj为节点j的电压的模。

P、Q已知的PQ节点i,若其输入有功功率为Pis、无功功率为Qis,则其功率不平衡量方程可通过式(6)、式(7)进行描述。

(6)

(7)

式中:Pi为节点i的功率。

P、U值均已知的PV节点i,当其输入有功功率、电压分别为Pis、Uis时,其不平衡量方程可通过式(8)、式(9)进行描述。

(8)

(9)

联立式(5)～式(9)后,可完成潮流方程组的确定,即F(X)=0。配网中所有节点电压的计算方法为设定配网第一个节点为平衡节点,用“0”对其进行标记,得出e0=1,f0=0,结合Lij=eiej+fifj、Kij=eifj-ejfi即可实现其余节点电压实、虚部的确定。

由此可确定主变压器低压侧母线失电事故发生前所有节点的有功功率,将其作为依据,可实现馈线负荷转供的优化设计。

1.3 约束条件

通过下式描述树状拓扑约束条件:

(10)

采用改进的非支配遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ)对负荷转供优化模型进行求解,实现最优负荷转供方案的确定,进而获取失电负荷功率值等信息,并确定负荷转供路径。

1.4 负荷节点恢复电力供应的开关操作顺序生成

在完成负荷转供路径选择后,按照设计的联络元件开关操作顺序完成负荷节点电力的恢复[6-7]。开关操作顺序生成具体流程如下。

(1) 在处理主变压器低压侧有失电事故的负荷时,需要使用FB队列和FA队列来确定新增和切除的负荷,并将它们添加到Fin和Fout队列中。

(2) 将邻接关系作为分组依据,按照失电损失由高到低顺序排列队列Fin1、Fin2中的各个负荷,以失电损失由低到高顺序排列Fout1、Fout2内的负荷。

(3)Fout1队列中的切负荷处理过程为:获取同时满足与此负荷和FB均具有邻接关系条件的负荷节点编号后,将之归入到断开操作队列K内。

(4) 循环执行步骤(3),当Fout1队列无待处理负荷后停止。

(5) 按照步骤(3)中的方法处理Fout2内负荷。

(6) 循环执行步骤(5),当Fout2队列无待处理负荷后停止。

(7) 根据步骤(3)～(6)的处理方法对排序后的Fin1、Fin2负荷进行处理,获取准备闭合的开关编号后,归入到H队列内,与该负荷对应的其余闭合开关编号归并至队列K中。

按照以上联络元件开关操作顺序即可完成主变压器低压侧母线失电事故预案负荷节点电力的恢复。

2 试验分析

设定各支路沿线负荷的功率因数均相同,且不考虑电压波动问题,当3号主变压器低压侧母线发生失电事故,编号为7、18、26的联络开关将处于断开状态,达到失电事故母线隔离作用。将本文方法应用于主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成中,分析本文方法的有效性,配电网拓扑结构图如图2所示。

图2 配电网拓扑结构图

将本文方法应用于各负荷节点的负荷转供优化中,主变压器低压侧母线失电事故负荷转供方案结果如表1、表2所示。

表1 负荷转供前后联络开关的负荷加载情况

表2生成的联络开关处理方案

分析表1、表2可知,经过对各负荷节点进行负荷转供优化,将主变压器低压侧母线失电事故影响区域的负荷转供到B变电站的1、2号变电器上,依照负荷的重要程度优先接入编号为4、5、11、12、19节点的负荷,而对编号为10的三级负荷节点采取切负荷措施,以便确保线路在允许最大负载下正常运行。

通过分析三种方法的停电损失和预案生成时间等指标的差异,验证本文方法生成的失电事故预案的有效性,试验结果如表3所示。

表3 三种方法有效性分析

分析表3可知:通过本文方法获取的失电事故预案生成时间最短,造成的失电损失最低,并且仅切除部分重要度较低的第三类负荷;文献[3]方法生成的失电事故预案所需时间最长,由于该方法未考虑负荷的重要程度,可能会出现第一类负荷切除风险;文献[4]方法的预案生成时间不仅短于文献[3]方法,也可确保第一类负荷的稳定供电。试验结果表明,通过本文方法生成的主变压器低压侧母线失电事故预案更具有效性。

3 结束语

为研究本文方法的有效性,分别对配电网潮流运算结果、转供负荷加载情况、联络开关的处理顺序进行分析,并与文献[3]、文献[4]方法的预案生成结果进行对比。试验结果表明:本文方法能够根据配电网中各节点的输入有功功率,实现转供负荷的优化处理,确定负荷转供路径和联络开关处理顺序,并且只需切除部分三类负荷即可恢复失电事故影响区域的电力供应,预案生成时间短、失电损失低。