（电力系统及其自动化专业论文）北京电网10kv合环算法的研究.pdf

华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 摘要 北京电网l o k v配电出线带电 倒负荷的 操作频繁， 因合环开关两侧母线或线路电压 差的存在， 可能使合环操作中产生的环流过大引起过流保护或速断保护误动。 在北京电 网分区供电形式下， 合环操作的安全性更加难以 保证。 为了保证重要用户的不间断供电， 提高城市配电网的供电可靠性， 在合环试验的基础上， 建立精确系统模型对合环系统进 行仿真、分析并提出 一个良 好的解决实际问 题的方法具有重要的理论意义和实用价值。 在配电网实际 合环操作时， 不仅需要分析合环后稳态潮流对电网安全稳定运行的影 响， 而且需要考虑合环瞬时的最大冲击电 流对电网 运行的影响。 本文提出了一种基于网 孔等值的计算合环瞬间冲击电流及合环后稳态电流的方法。利用现有城网e ms系统的 实时潮流计算功能与s c a d a系统采集的数据， 用网孔法对配电网根节点变压器的高压 侧母线以 外的系统进行网络等值， 得到计算合环电 流的等值环网， 最后利用叠加法计算 合环最大冲击电流和稳态潮流。 本文建立了北京电网l o k v合环仿真的计算模型， 提出了一种快速、 准确的合环算 法，并且对北京电网 l o k v 合环进行仿真分析并得出了结论。 关键词:网 孔等值， 合环， 冲击电 流，叠加原理，1 0 k v配电网 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 abs tract i n l o o p c l o s i n g o p e r a t i o n o f d i s t r i b u t i o n n e t w o r k , b o t h s t a b l e s t a t e c u r r e n t a n d i m p a c t c u r r e n t s h o u l d b e c o n s i d e r e d . t h i s p a p e r p r o p o s e d a n e w a l g o r i t h m t o c a l c u l a t e t h e s t a b l e s t a t e c u r r e n t a n d i m p a c t c u r r e n t o f d i s t r i b u t i o n n e t w o r k l o o p c l o s i n g , w h i c h b a s e d o n m e s h e q u iv a l e n c e . t o g e t t h e e q u i v a l e n c e n e t w o r k b y p r e s e r v e t h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k a n d u s e t h e e ms a n d s c a d a s y s t e m s r e a l t i m e d a t a t o e q u i v a l e n t t h e e x t e r i o r p o w e r g r i d . s o l v e o u t t h e s t a b l e s t a t e c u r r e n t w i t h t h e e q u i v a l e n c e n e t w o r k a n d t h e s u p e r p o s i t i o n a l g o r i t h m . c a l c u l a t e t h e m a x i m u m i m p a c t c u r r e n t w it h t h e e q u i v a l e n c e n e t w o r k a n d f o r m u l a t i o n w i t c h p r o v e s i n t h i s p a p e r . t h e r e s u lt s h o w s t h a t t h e c a l c u l a t e m e t h o d i s s i m p l e , f ast , a n d a c c u r a c y . y a n g z h i d o n g ( p o w e r d i r e c t e d b y s y s t e m a n d i t s a u t o ma t i o n ) a s s i s t a n t p r o f . hu a n g we i k e y wo r d s : m e s h e q u i v a l e n c e , l o o p c l o s i n g , i m p a c t c u r r e n t , s u p e r p o s i t i o n a l g o r i t h m, l o k v d i s t r i b u t i o n n e t w o r k 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章绪论 i . 1 论文课题的提出 川 随着国民经济的发展， 双端供电成为常用的 供电模式。 国内 配电网一般采用闭 环设 计、 开环运行的供电 方式(2 1 。 在倒负荷和检修时， 通过合、 解环操作可以减少停电时间， 提高供电可靠性， 但由 此引起的环流， 对配电网的安全运行有很大的影响， 情况严重时 还可能对整个电网的安全运行造成影响3 1 。 若能通过对北京电网合环系统的仿真、 计算、 分析， 得出正确的结论， 提出 有效的解决方案， 对地区电力网络的运行方式进行适当的 调整，则可提高供电可靠性。 北京作为我国的 政治、 经济和文化中 心， 电网的 安全稳定运行不仅关系到国计民生， 而且具有重要的政治影响。随着5 0 0 k v线路形成环网后，己 有的2 2 0 k v双环网线路如 仍保持环网运行， 有可能造成电网内的一些变电 所的母线短路容量超过断路器额定值， 对系 统的 安全、 稳定 运行 不利。 随 着北 京电网 的 不 断发 展， 到2 0 0 5 年北京2 2 0 k v电网 在适当的地点解环运行己 势在必行， 因此尽快开展对北京电网的解环问题及解环后的系 统安全、稳定性问题的研究具有重要的理论价值和实际意义4 1 配电网进行合环操作时两侧电源一般处于独立运行状态， 但它们的上级电源 也许 是上上级电 源) 应该是并列的， 合环操作产生环流主要有以下两个方面的原因: ( 1 ) 合 环开关两侧母线或线路的电压差产生环流。 ( 2 ) 合环开关两侧母线或线路对系统的等值 阻抗不同产生环流0 1 。如图1 . 1 ，是一种典型合环情况。 乙 d l 图 1 . 1 l i z 典型的合环情况 对北京配电网合环电流进行分析的意义主要有以下几个方面: 1 、北京市 2 2 0 k v线路清河与孙河，南苑与老君堂、昌平与怀柔线路已开环运行， 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章绪论 i . 1 论文课题的提出 川 随着国民经济的发展， 双端供电成为常用的 供电模式。 国内 配电网一般采用闭 环设 计、 开环运行的供电 方式(2 1 。 在倒负荷和检修时， 通过合、 解环操作可以减少停电时间， 提高供电可靠性， 但由 此引起的环流， 对配电网的安全运行有很大的影响， 情况严重时 还可能对整个电网的安全运行造成影响3 1 。 若能通过对北京电网合环系统的仿真、 计算、 分析， 得出正确的结论， 提出 有效的解决方案， 对地区电力网络的运行方式进行适当的 调整，则可提高供电可靠性。 北京作为我国的 政治、 经济和文化中 心， 电网的 安全稳定运行不仅关系到国计民生， 而且具有重要的政治影响。随着5 0 0 k v线路形成环网后，己 有的2 2 0 k v双环网线路如 仍保持环网运行， 有可能造成电网内的一些变电 所的母线短路容量超过断路器额定值， 对系 统的 安全、 稳定 运行 不利。 随 着北 京电网 的 不 断发 展， 到2 0 0 5 年北京2 2 0 k v电网 在适当的地点解环运行己 势在必行， 因此尽快开展对北京电网的解环问题及解环后的系 统安全、稳定性问题的研究具有重要的理论价值和实际意义4 1 配电网进行合环操作时两侧电源一般处于独立运行状态， 但它们的上级电源 也许 是上上级电 源) 应该是并列的， 合环操作产生环流主要有以下两个方面的原因: ( 1 ) 合 环开关两侧母线或线路的电压差产生环流。 ( 2 ) 合环开关两侧母线或线路对系统的等值 阻抗不同产生环流0 1 。如图1 . 1 ，是一种典型合环情况。 乙 d l 图 1 . 1 l i z 典型的合环情况 对北京配电网合环电流进行分析的意义主要有以下几个方面: 1 、北京市 2 2 0 k v线路清河与孙河，南苑与老君堂、昌平与怀柔线路已开环运行， 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 使得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌 怀双回线处，分为东、西两大电 网运行。 有多处2 2 0 k v和 h o w 站形成了双端供电，其 l o k v出线配电网多数是 “ 闭 环结线，开环运行， ，用不停电的 合环来转移负荷是配电 环网运行操作的必然趋势。许 多配电线路运行方式更趋灵活， 采用不停电合环来改变配电线路运行方式的优越性及其 产生的经济效益是显而易见的， 由 于这些站配电 线路高压侧是双端供电， 合环点两条母 线或线路的相位、 电 压、 负荷及对系统的等值阻抗等更难以 满足安全合环的要求， 造成 合环失败或过流保护的动作. 所以， 对这些双端供电的配电网 络进行合环分析具有很大 的实际价值。 2 、我国的电力调度规程规定，分区运行的电网在合环时应满足 “ 同一系统下、相 位正确。电压差在 2 0 %以内”三个条件。实践表明， 操作运行中仅仅考虑上述条件时 不够的。 北京地区电 力负荷密度大，电网结构复杂， 双端供电 模式较多， 重要负荷多， 合环操作频繁， 用户对电网的供电可靠性要求高， 所以， 需要对合环操作提供理论依据， 调度人员在合环操作前， 可以 根据合环系统的仿真计算结果对电力网络的运行方式进行 适当的调整，从而提高合环的成功率并最大限度的保证重要负荷的不间断供电。 3 、对北京配电网合环电 流的分析，研究现有的保护装置如何重新配置及合环保护 在国内 配电网 应用可能存在的问 题以 及解决方法， 选择合适的 供电 方案以 保证对重要 用 户的供电可靠性，这都能为北京电网2 0 0 5 年实施解环运行方案提供有意义有价值的指 导作用。 1 . 2国内外电网合环的 研究现状16 1 h l ls l 国外由于配电网结线运行方式以 及保护配置与国内有差异， 对双端供电网络合环电 流的 研究很少。 关国电网 大多数是环网运行，日 本则有一套成熟的 合环保护系统， 所以 并没有对合环问题进行专门的分析研究。 国内虽然也安装了一些合环选跳保护系统， 但 由于选跳保护的动作也属于保护误动作事故， 影响电网的安全运行， 所以应用并不广泛。 在国内， 电磁环网是电网发展过程中的产物， 2 2 0 k v电网初期为了满足输电配电的要求 形成了5 0 0 k v , 2 2 0 k v电磁环网， 而随着5 0 0 k v网架的加强，许多2 2 0 k v电 磁环网为 了限制短路要求开环运行，这也伴随着产生了 1 1 o k v以下配电网的合环问题。国内对 这个问题的 研究也是刚刚起步，并且大部分都是对合环出现问 题之后的事后理论分析。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 使得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌 怀双回线处，分为东、西两大电 网运行。 有多处2 2 0 k v和 h o w 站形成了双端供电，其 l o k v出线配电网多数是 “ 闭 环结线，开环运行， ，用不停电的 合环来转移负荷是配电 环网运行操作的必然趋势。许 多配电线路运行方式更趋灵活， 采用不停电合环来改变配电线路运行方式的优越性及其 产生的经济效益是显而易见的， 由 于这些站配电 线路高压侧是双端供电， 合环点两条母 线或线路的相位、 电 压、 负荷及对系统的等值阻抗等更难以 满足安全合环的要求， 造成 合环失败或过流保护的动作. 所以， 对这些双端供电的配电网 络进行合环分析具有很大 的实际价值。 2 、我国的电力调度规程规定，分区运行的电网在合环时应满足 “ 同一系统下、相 位正确。电压差在 2 0 %以内”三个条件。实践表明， 操作运行中仅仅考虑上述条件时 不够的。 北京地区电 力负荷密度大，电网结构复杂， 双端供电 模式较多， 重要负荷多， 合环操作频繁， 用户对电网的供电可靠性要求高， 所以， 需要对合环操作提供理论依据， 调度人员在合环操作前， 可以 根据合环系统的仿真计算结果对电力网络的运行方式进行 适当的调整，从而提高合环的成功率并最大限度的保证重要负荷的不间断供电。 3 、对北京配电网合环电 流的分析，研究现有的保护装置如何重新配置及合环保护 在国内 配电网 应用可能存在的问 题以 及解决方法， 选择合适的 供电 方案以 保证对重要 用 户的供电可靠性，这都能为北京电网2 0 0 5 年实施解环运行方案提供有意义有价值的指 导作用。 1 . 2国内外电网合环的 研究现状16 1 h l ls l 国外由于配电网结线运行方式以 及保护配置与国内有差异， 对双端供电网络合环电 流的 研究很少。 关国电网 大多数是环网运行，日 本则有一套成熟的 合环保护系统， 所以 并没有对合环问题进行专门的分析研究。 国内虽然也安装了一些合环选跳保护系统， 但 由于选跳保护的动作也属于保护误动作事故， 影响电网的安全运行， 所以应用并不广泛。 在国内， 电磁环网是电网发展过程中的产物， 2 2 0 k v电网初期为了满足输电配电的要求 形成了5 0 0 k v , 2 2 0 k v电磁环网， 而随着5 0 0 k v网架的加强，许多2 2 0 k v电 磁环网为 了限制短路要求开环运行，这也伴随着产生了 1 1 o k v以下配电网的合环问题。国内对 这个问题的 研究也是刚刚起步，并且大部分都是对合环出现问 题之后的事后理论分析。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 文献 9 即为 对一条2 2 0 k v线路 合环失 败的 原因 进行了 分析 及改 进。由 于 双区 供电 的 合 环问题是最近才开始在国内出现的， 并没有形成一套完整的为合环操作提供理论依据的 分析计算方法。 文献 1 0 介绍了一套合环操作辅助决策软 件， 初步建立了 一种配电网 络 的简化方法和合环环流的计算分析方法， 但由于无法获得网络的实时运行参数， 使网络 简化和计算精度可能产生很大的误差， 最大与实际参数相差了1 4 .7 %， 这种情况下并不 能 对合环操作提供准 确的 指导决 策。 文 献 1 1 介绍了 合 环操作 潮流计 算比 较常用的 算法。 纵观现有合环电流的分析计算方法主要存在的问题有: 1 、没有一套完整可靠的网 络简化方法。由 于合环操作主要在配电网两条母线或线 路间进行， 涉及了输电网和配电网， 所以， 必须对整个网 络进行简化。 保留对合环电流 影响大的节点、 线路、负荷等，并建立合理的等值网络。 2 、对计算模型的建立研究还不太深入。 变压器分抽头的 位置，电 容器的投切， 馈 线负荷分布和性质等都对合环计算结果产生很大的 影响。 如何与实时系统相联， 获得准 确的配电网络运行参数， 建立合理的计算模型， 是计算分析满足实际情况的难点和关键。 合环计算时需要的数据比 较多，需要有很好的数据和软件支持才能完成。 3 、没有建立完善的合环瞬时冲击电流的计算模型。当合环点两侧电压差较大时， 即使合环后稳态电流能躲过过流保护的整定值， 但由 此引起的瞬时合环冲击电 流仍有可 能引起电流速断保护的动作。 4 、在实际工程中，各个配、变电 站运行都有各自的运行工况和特点，当通过合环 计算得出合环操作由于环流过大不能进行时， 如何采取措施减小环流没有提出完善的解 决办法。 s 、缺少实际运行以 及试验数据的支持。由于缺少合环的暂态过程的波形及运行数 据， 合环分析的模型和结果无法准确的与真实数据进行比较、分析、修正。 1 .3 论文的主要工作 本论文完成的主要工作有: 1 .北京电网原始数据的收集、整理与校验。 整理出所有属于双区供电的1 1 0 k v变 电站，并绘制出其电网接线图。 2 .运用中国电 科院开发的中国版b p a程序， 进行了北京电网 潮流计算。 其主要工 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 文献 9 即为 对一条2 2 0 k v线路 合环失 败的 原因 进行了 分析 及改 进。由 于 双区 供电 的 合 环问题是最近才开始在国内出现的， 并没有形成一套完整的为合环操作提供理论依据的 分析计算方法。 文献 1 0 介绍了一套合环操作辅助决策软 件， 初步建立了 一种配电网 络 的简化方法和合环环流的计算分析方法， 但由于无法获得网络的实时运行参数， 使网络 简化和计算精度可能产生很大的误差， 最大与实际参数相差了1 4 .7 %， 这种情况下并不 能 对合环操作提供准 确的 指导决 策。 文 献 1 1 介绍了 合 环操作 潮流计 算比 较常用的 算法。 纵观现有合环电流的分析计算方法主要存在的问题有: 1 、没有一套完整可靠的网 络简化方法。由 于合环操作主要在配电网两条母线或线 路间进行， 涉及了输电网和配电网， 所以， 必须对整个网 络进行简化。 保留对合环电流 影响大的节点、 线路、负荷等，并建立合理的等值网络。 2 、对计算模型的建立研究还不太深入。 变压器分抽头的 位置，电 容器的投切， 馈 线负荷分布和性质等都对合环计算结果产生很大的 影响。 如何与实时系统相联， 获得准 确的配电网络运行参数， 建立合理的计算模型， 是计算分析满足实际情况的难点和关键。 合环计算时需要的数据比 较多，需要有很好的数据和软件支持才能完成。 3 、没有建立完善的合环瞬时冲击电流的计算模型。当合环点两侧电压差较大时， 即使合环后稳态电流能躲过过流保护的整定值， 但由 此引起的瞬时合环冲击电 流仍有可 能引起电流速断保护的动作。 4 、在实际工程中，各个配、变电 站运行都有各自的运行工况和特点，当通过合环 计算得出合环操作由于环流过大不能进行时， 如何采取措施减小环流没有提出完善的解 决办法。 s 、缺少实际运行以 及试验数据的支持。由于缺少合环的暂态过程的波形及运行数 据， 合环分析的模型和结果无法准确的与真实数据进行比较、分析、修正。 1 .3 论文的主要工作 本论文完成的主要工作有: 1 .北京电网原始数据的收集、整理与校验。 整理出所有属于双区供电的1 1 0 k v变 电站，并绘制出其电网接线图。 2 .运用中国电 科院开发的中国版b p a程序， 进行了北京电网 潮流计算。 其主要工 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 作包括将收 集的原始数据录入b p a程序进行计算， 用以 校验收集的北京电网 数 据和潮流。 3 .制定试验方案，在沙窝站进行 l o k v出线合环试验，收集、整理、校验、分析 试验图表、数据。 4 .在沙窝l o k v合环试验采集到的数据基础上进行沙窝站l o k v合环仿真分析。 通 过计算分析， 建立起了 一套基于e m s / s c a d a系统、 网 孔等值和叠加法的计算 合环稳态电 流与合环后瞬时最大冲击电流的计算模型和算法。 5 .应用沙窝站的合环电流计算分析方法， 对北京电网城区所有典型的双区供电 变 电 站进行了l o k v合环仿真计算分析。并与试验结果进行对比分析。 6 进行北京电网合环计算分析软件总体设计，并己经完成了 其中的计算模块。 7 .通过对北京电网沙窝站和城区各变电 站的合环计算分析，得到了一般性结论。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章 合环算法 本章介绍了 合环电 流计算的基本内容。 主要包含三部分: 网络等值、 基于叠加法的 合环后稳态电流计算、合环冲击电流计算。 2 . 1 总体思路 北京电网厂站较多， 网络结构复杂， 负荷密度大， 如果简单的在主网系统上加上配 电网 进行计算， 常规的潮流计算方法难以 胜任， 而改进后的发输配全局潮流计算方法 12 1 由于所需输入的数据量庞大， 调试计算复杂， 无法满足配电网 合环潮流简单、 灵活、 快 速的计算要求。 通过合理的网 络等值， 利用叠加原理， 把配网 潮流的 合环计算与城网e m s 系统、 s c a d a系统有机的结合起来，可以 有效的 减化配电网 合环潮流计算， 并计 及合环的暂 态冲击，为合环操作提供辅助决策p 3 1 。利用现有城网e m s 系统的实时潮流计算功能与 s c a d a系统采集的数据，用网孔法对配电网根节点变压器的高压侧母线以外的系统进 行网络等值，最后利用叠加法计算得出 合环暂态冲击电流和合环稳态电流。 北京电网e ms 与s c a d a系统的数据采集和实时潮流计算功能正在完善，尚 无法 完全利用，所以 前期的计算分析如主网潮流计算等是在b p a平台上完成的。 本章主要介绍了 几种常用的 稳态合环电流算法和网络等值方法， 通过对这些方法的 分析， 推导出 合理的稳态合环电流的计算方法。 在本章的最后介绍了b p a的特点和主 要功能。 2 . 2 常用的网 络等值方法1 1 4 1 随着电 力建设事业发展， 电网 逐步形成了巨大的互联系统， 以 求提高电能质量和获 得较高的供电可靠性。 但是互联电力系统的形成， 却使电 力系统规划设计计算和运行方 式计算大为复杂， 不同 运行方式下的众多计算分析往往在计算时间和计算精度上得不到 保证。 不得不求助于等值方法来取代系统中某些不拟了 解其运行细节的部分， 以 缩小系 统的规模。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第二章 合环算法 本章介绍了 合环电 流计算的基本内容。 主要包含三部分: 网络等值、 基于叠加法的 合环后稳态电流计算、合环冲击电流计算。 2 . 1 总体思路 北京电网厂站较多， 网络结构复杂， 负荷密度大， 如果简单的在主网系统上加上配 电网 进行计算， 常规的潮流计算方法难以 胜任， 而改进后的发输配全局潮流计算方法 12 1 由于所需输入的数据量庞大， 调试计算复杂， 无法满足配电网 合环潮流简单、 灵活、 快 速的计算要求。 通过合理的网 络等值， 利用叠加原理， 把配网 潮流的 合环计算与城网e m s 系统、 s c a d a系统有机的结合起来，可以 有效的 减化配电网 合环潮流计算， 并计 及合环的暂 态冲击，为合环操作提供辅助决策p 3 1 。利用现有城网e m s 系统的实时潮流计算功能与 s c a d a系统采集的数据，用网孔法对配电网根节点变压器的高压侧母线以外的系统进 行网络等值，最后利用叠加法计算得出 合环暂态冲击电流和合环稳态电流。 北京电网e ms 与s c a d a系统的数据采集和实时潮流计算功能正在完善，尚 无法 完全利用，所以 前期的计算分析如主网潮流计算等是在b p a平台上完成的。 本章主要介绍了 几种常用的 稳态合环电流算法和网络等值方法， 通过对这些方法的 分析， 推导出 合理的稳态合环电流的计算方法。 在本章的最后介绍了b p a的特点和主 要功能。 2 . 2 常用的网 络等值方法1 1 4 1 随着电 力建设事业发展， 电网 逐步形成了巨大的互联系统， 以 求提高电能质量和获 得较高的供电可靠性。 但是互联电力系统的形成， 却使电 力系统规划设计计算和运行方 式计算大为复杂， 不同 运行方式下的众多计算分析往往在计算时间和计算精度上得不到 保证。 不得不求助于等值方法来取代系统中某些不拟了 解其运行细节的部分， 以 缩小系 统的规模。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 在配电网合环计算时， 获得整个电网系统完整而准确的实时信息比较困难， 而系统 数学模型的规模却显然又应与所能得到的实时信息量相匹配， 以 致也不得不把对合环电 流影响 较小的系统部分， 作为外部等值来处理。 而对配电网 合环的 研究， 属于研究系统 的静态行为，所以 应该采用静态等值的方法。 一般来说，一个互联的电 力系统可以 划分为研究系统 ( 简称 s t ) 和外部系统 ( 简 称e ) 两部分。 所谓研究系统是指感兴趣区， 就是拟详细研究的电网部分;而外部系统 则是指拟采用某种等值方法来取代的电网部分。 任何一种将外部系统e 简化成外部等值的方法，都应满足下列各项要求: 。由 边界节点望去的外部等值， 必须相当准确而可靠的表示拟等值系统的物理特 征; 0等值应足够灵活的处理系统现状的改变; o化简等值成的计算方法应与后继问题的计算方法相协调; 0尽可能的减少计算量; 0在数学上有良 好的 计算性能; 0要求有限数量的外部信息。 在迄今发表的各种计算外部等值的算法中，大体分为两大类:拓扑法和非拓扑法。 非拓扑法又称识别法， 它只要求内部系统的实时测量数据， 就能估计出外部等值， 但是 这种方法要求在识别周期中， 假定外部系统处于静止状态， 如果发生较显著的负荷变化 或线路启闭， 原则上要求重新处理， 从而限制了它的应用。 所以，目 前的趋向大多数致 力于拓扑法的发展， 拓扑法可以分为两大类: ow a r d 型等值法t 1 5 1 o r d等值法 1 6 前一类实际上都是基于n o r t o n 定理， 它还包含了网 孔等值法，高斯消去法等; 后 一类则引用了节点分析的概念。 2 .2 1 常规的w a r d等值法 对于线性系统来说， w a r d 法是一种严格的等值方法。 w a r d 法最初于1 9 4 8 年提出。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 在配电网合环计算时， 获得整个电网系统完整而准确的实时信息比较困难， 而系统 数学模型的规模却显然又应与所能得到的实时信息量相匹配， 以 致也不得不把对合环电 流影响 较小的系统部分， 作为外部等值来处理。 而对配电网 合环的 研究， 属于研究系统 的静态行为，所以 应该采用静态等值的方法。 一般来说，一个互联的电 力系统可以 划分为研究系统 ( 简称 s t ) 和外部系统 ( 简 称e ) 两部分。 所谓研究系统是指感兴趣区， 就是拟详细研究的电网部分;而外部系统 则是指拟采用某种等值方法来取代的电网部分。 任何一种将外部系统e 简化成外部等值的方法，都应满足下列各项要求: 。由 边界节点望去的外部等值， 必须相当准确而可靠的表示拟等值系统的物理特 征; 0等值应足够灵活的处理系统现状的改变; o化简等值成的计算方法应与后继问题的计算方法相协调; 0尽可能的减少计算量; 0在数学上有良 好的 计算性能; 0要求有限数量的外部信息。 在迄今发表的各种计算外部等值的算法中，大体分为两大类:拓扑法和非拓扑法。 非拓扑法又称识别法， 它只要求内部系统的实时测量数据， 就能估计出外部等值， 但是 这种方法要求在识别周期中， 假定外部系统处于静止状态， 如果发生较显著的负荷变化 或线路启闭， 原则上要求重新处理， 从而限制了它的应用。 所以，目 前的趋向大多数致 力于拓扑法的发展， 拓扑法可以分为两大类: ow a r d 型等值法t 1 5 1 o r d等值法 1 6 前一类实际上都是基于n o r t o n 定理， 它还包含了网 孔等值法，高斯消去法等; 后 一类则引用了节点分析的概念。 2 .2 1 常规的w a r d等值法 对于线性系统来说， w a r d 法是一种严格的等值方法。 w a r d 法最初于1 9 4 8 年提出。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 互联系统可以 用一组线性方程描述，其节点导纳方程: y ) v 二 i ( 1 ) 如果电网的节点分为三类: 0 子集 1 ) 为内 部系统的节点集合 0 子集 e ) 为外部系统的节点 集合 0 子集 b 为 边界系统的节点集合 前两 者就是拟于 保留的节点 集合， 而 后者则是 拟于消 去的 节点 集合， 于是上 ( 1 ) 式 可分割成: ( 2 ) 、t.leseseeweeseewe了 几几几 zjlesse、 i工 、lesweeseses，j 咋珠k 了j.leslesesl.、 、十1声 0珠耳 场场场 墩端。 a)b)c) 气j气、，j 了几、f 或写成其展开式: y- v e + y .1 v 8 一 【 4 y . v e + y b b y b + y i v , i =i- y b l v b + y v r = l i 消 去 外 部 系 统 的 节 点 子 集 ， 就 等 价 于 消 去 式 中 的 变 量 a 。 为 此 可 求 得 : v 6 一 y 8 e 一 ， i 8 一 y e e 一 ， y sa v b i 带入式( 2 ) ，可得: ( 4 ) ( y bb 一 y be y -. 一， y e e p v + y . v i 二 ( 1 b 一 y b e y . 一 j , ) (5 ) 最后，可合写成: y b b 一 y b b 瑞y e b y lb 一 y . , 瑞 i e ( 6 ) 一.1.esl 一- ，.leseses.j .了j 厂les.l 一- !1.j 几k r片.llesl ，.1.wej 叽几 ( 6 ) 式就是消去外部节点后， 等值模型的 节点导 纳方程式。 对于常规的w a r d 等值法来说， 有功潮流都能给出 较好的 准确度，不准确主要反映 在无功潮流方面。为了克服常规wa r d法的缺陷，近年来又提出的几种新型的w a r d等 值方法，如解祸w a r d 法、扩展w a r d 法、p v缓冲w a r d 法等。 2 .2 2 r e i 法 r e简化最初是由 罗马尼亚的d i m o 提出的。 它将电 网的节点分为两组: 应保留的 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 互联系统可以 用一组线性方程描述，其节点导纳方程: y ) v 二 i ( 1 ) 如果电网的节点分为三类: 0 子集 1 ) 为内 部系统的节点集合 0 子集 e ) 为外部系统的节点 集合 0 子集 b 为 边界系统的节点集合 前两 者就是拟于 保留的节点 集合， 而 后者则是 拟于消 去的 节点 集合， 于是上 ( 1 ) 式 可分割成: ( 2 ) 、t.leseseeweeseewe了 几几几 zjlesse、 i工 、lesweeseses，j 咋珠k 了j.leslesesl.、 、十1声 0珠耳 场场场 墩端。 a)b)c) 气j气、，j 了几、f 或写成其展开式: y- v e + y .1 v 8 一 【 4 y . v e + y b b y b + y i v , i =i- y b l v b + y v r = l i 消 去 外 部 系 统 的 节 点 子 集 ， 就 等 价 于 消 去 式 中 的 变 量 a 。 为 此 可 求 得 : v 6 一 y 8 e 一 ， i 8 一 y e e 一 ， y sa v b i 带入式( 2 ) ，可得: ( 4 ) ( y bb 一 y be y -. 一， y e e p v + y . v i 二 ( 1 b 一 y b e y . 一 j , ) (5 ) 最后，可合写成: y b b 一 y b b 瑞y e b y lb 一 y . , 瑞 i e ( 6 ) 一.1.esl 一- ，.leseses.j .了j 厂les.l 一- !1.j 几k r片.llesl ，.1.wej 叽几 ( 6 ) 式就是消去外部节点后， 等值模型的 节点导 纳方程式。 对于常规的w a r d 等值法来说， 有功潮流都能给出 较好的 准确度，不准确主要反映 在无功潮流方面。为了克服常规wa r d法的缺陷，近年来又提出的几种新型的w a r d等 值方法，如解祸w a r d 法、扩展w a r d 法、p v缓冲w a r d 法等。 2 .2 2 r e i 法 r e简化最初是由 罗马尼亚的d i m o 提出的。 它将电 网的节点分为两组: 应保留的 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 节点与要消去的节点。 首先将要消去的节点中的有源节点按相关性质归并为若干组， 每 组用一个虚拟的等价有源节点来代替， 并通过一个无损耗的虚构网络 ( r e i 网络) 与其 相联。 虚拟有源节点上的有功、 无功注入功率是该组有源节点有功功率和无功功率的代 数和。 在接入r e i 网络与虚拟等价节点后， 原来的有源节点就变成无源节点了， 然后将 所有要消去的无源节点用常规的方法消去，等值变化的过程如图示。 r e i 网络中 各个导纳的 数值用如下方法确定: 对每个要消去的有源节点，其注入电流关系式为 i k = 凡 / 认( k = 1 ,2 , . . ,n )( 7 ) 式中，i k 为 要消 去的 有 源节点 注入电 流:s k 为 原 是网 络 有 源节点 注 入功 率的 共 扼 值;u k 为 基本 潮 流 解的 节点 复电 压 共 扼 值。 i r = i j, = s k 走 司u , ( 8 ) 式中 ，i n 为 虚 拟 有 源节 点的 注 入电 流。 在构造r e i 参数应保持原始网络各有源节点的注入功率不变， 因此 y k 式中凡为r e i 等值网 络中 ， 节点 =i ,. i ( u l一u )( k = 1 , 2 , . . . x) 几、j肠犷、产( 9 ) g与要消去节点之间的导纳。为满足无损网的条件， 则 5盈二 ( 1 0 的 -.成 u，二 5 ， /i ( 1 0 b ) y :二 i : / (u:一 u g ) ( i o c ) 式中瓦、 沙 * 分 别 为 虚 拟 有 源 节 点r的 注 入 功 率 和 复 电 压: 耳为 虚 拟 有 源 节点r 与 节 点g 之 间 的 导 纳。 式 ( 1 0 ) 中 的氏可以 是 任 意 的 ， 取氏= 0 ， 于 是r e i 网 络的 构 造 就 变成了唯一的，由此得 y k = i k / ( u . 一 u k ) 二 一 i k i u k 一s k l u k 2 ( k = 1 , 2 , . . . , n ) ( i 1 的 y r = i r i ( u 1, 一 u c ) = - i l l i ,q = 一 s r i u r 2 构造出r e i 网络后要消去那些不感兴趣的节点， 假定扩展了r e i i i n ) 网络后其网络导纳 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 矩阵 是丫以 下标e 表示要消去的 节点 集， 以 下标i 表示要保留的 节点 集， 于是y可写成: i y ir y rf i y = i i yf i y f f j ( 1 2 ) 消去节点集 e中所有的节点， 得到由节点集i 中节点所组成的简化网络加 图2 . 1 所 示。经过外部等值后的节点导纳矩阵为 y r i ， 二y u 一y r e y f f - 1 y f 1 等值电流源为 i n=j ， 一丫 ， : 丫 ; : i f 保留节点的等值导纳方程简记为 y ir u l 二; iv ( 1 3 ) ( 1 4 ) ( l 5 ) 将这一理论 应用到 短路电 流计算中 ， 我 们看到， 式( 1 3 ) 一 ( 1 5 ) 与 式 ( 1 0 a ) - ( 1 0 c ) 分别对 应一致， 不同的是接入 r e i网络与虚拟等价节点后， 原来的有源节点就变成了 无源节点， 将 虚 拟 等 价 节点r 作 为 保留 节点 ，则几 均为 零。 式 ( 1 5 ) 成为 i nr二i r ( 1 6 ) 边界点 ( 忍 ) 原胎(q 络 仆) 外部 系 统有 探节 点 归 并 后 通 过r e i 网 接 人 原 网 络 ( c ) 悄去 后豹 等 值电 路 图2 . 1 r e i 等值网络简化过程 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 2 .2 3 高斯消去法 作为基于 n o r t o n定理的严格网络等值方法，高斯消去的过程实际上就是带有节点 电 流移置的 星网变换。 在电 力系统分析中， 网 络方程常采用高斯消去法求解。 对于导纳 型的节点方程，高斯消去法还具有十分准确的物理意义。 对于n 阶的网络方程 ( 1 7 ) 、1|reesesesesesesesl|j 云月几.几 /resll 一一 、.，.少 城k.气 2了leeeeweweweweesweeseses、 、lee.，尹 几几 y , 一 珠 k耳;气 2口t十!、 经过一次星网变换， 星型电路的中心节点被消去， 节点数便减少一个， 程的阶次也减 t o做完n - i 次消元后方程组的系数矩阵将变为上三角矩阵， 因此节点方 目 p 、月一11.jj r，(i，.ti-.卜 y厂尸 y ,2 y o ) “. y,; y (1)2“ y 0 - o ( 1 8 ) x眨 2矛，一.一leses、 -工 戒 湘 y 2 . 2 4 网孔等值法 1 7 1 w a r d 法和r e i 法是两种主要用于电网稳定分析的静态等值方法。与之相比，网孔 等值法有网络矩阵计算方便、 无需对网络中各个电 源进行预处理、 无需确定边界节点等 优点。 如图2 .2 所示的网络系统由a . b组成。 a是将要等值的外部系统， b是内部系统 配电网。外部系统a的等值网是一个有源网络，等值后的网络由2 个节点和三条支路 组 成， 2 个 对 地 支路串 联的 电 压 源电 势 分 别为e i . e 2 , 3 条 支 路的 阻 抗 分 别 为z io , z 2 o , z 12 ，见图2 . 3 . 为了确定等值网的参数， 我们需要考虑两种特殊的运行方式: 所有电源电动势短接， 使之成为无源网络;无外接负荷，网络为空载运行。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 2 .2 3 高斯消去法 作为基于 n o r t o n定理的严格网络等值方法，高斯消去的过程实际上就是带有节点 电 流移置的 星网变换。 在电 力系统分析中， 网 络方程常采用高斯消去法求解。 对于导纳 型的节点方程，高斯消去法还具有十分准确的物理意义。 对于n 阶的网络方程 ( 1 7 ) 、1|reesesesesesesesl|j 云月几.几 /resll 一一 、.，.少 城k.气 2了leeeeweweweweesweeseses、 、lee.，尹 几几 y , 一 珠 k耳;气 2口t十!、 经过一次星网变换， 星型电路的中心节点被消去， 节点数便减少一个， 程的阶次也减 t o做完n - i 次消元后方程组的系数矩阵将变为上三角矩阵， 因此节点方 目 p 、月一11.jj r，(i，.ti-.卜 y厂尸 y ,2 y o ) “. y,; y (1)2“ y 0 - o ( 1 8 ) x眨 2矛，一.一leses、 -工 戒 湘 y 2 . 2 4 网孔等值法 1 7 1 w a r d 法和r e i 法是两种主要用于电网稳定分析的静态等值方法。与之相比，网孔 等值法有网络矩阵计算方便、 无需对网络中各个电 源进行预处理、 无需确定边界节点等 优点。 如图2 .2 所示的网络系统由a . b组成。 a是将要等值的外部系统， b是内部系统 配电网。外部系统a的等值网是一个有源网络，等值后的网络由2 个节点和三条支路 组 成， 2 个 对 地 支路串 联的 电 压 源电 势 分 别为e i . e 2 , 3 条 支 路的 阻 抗 分 别 为z io , z 2 o , z 12 ，见图2 . 3 . 为了确定等值网的参数， 我们需要考虑两种特殊的运行方式: 所有电源电动势短接， 使之成为无源网络;无外接负荷，网络为空载运行。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 图2 .2 待等值网络示意图 o o 图2 . 3 等值支路阻抗的计算: 首先把系统a内所有电 源短接， 矩阵y : 与 节点 阻 抗 矩阵z , ， 且z , 阵 主网a网孔等值图 则a成为无源网络.由此形成的a系统节点导纳 = y 少 。由a , , a 2 的自 阻 抗 和 互阻 抗 可 得到 阻 抗 矩 z 一 陌 z