（电力系统及其自动化专业论文）大规模配电网快速nx校验方法研究.pdf

a b s t r a c t p o w e rs u p p l ys e c u r i t yi sam a i ni n d e xi nn e t w o r k p l a n n i n g ，t h u s ，t h eq u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o ni sn e e d e da f t e rt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k e x p e c t e df a u l ta n dt ow h a te x t e n ti t c a nm a i n t a i nc o n t i n u o u ss u p p l yo fp o w e r s of r o mt h ev i e wo fu r b a nd i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n g ：。t h e f a s tn xv e r i f i c a t i o nm e t h o di sp r o p o s e di nt h i sp a p e r b a s e d o nh e u r i s t i cr u l e s ，t h i sm e t h o dc a no b t a i nr e s t o r a t i o ns c h e m ev e r yf a s t a n di m p r o v e e f f i c i e n c yo fn xv e r i f i c a t i o n i tc a nb ea p p l i e di nl a r g e s c a l ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko n s e c u r i t yv e r i f i c a t i o n f i r s t l y , a f t e rt o p o l o g ya n a l y s i sa n dc o n n e c t i o nm o d ei d e n t i f i c a t i o n , e s t a b l i s h c o n n e c t i o nm o d er u l e sd a t a b a s ef o rp o s tn xr e s t o r a t i o nw i t hh e u r i s t i cm e t h o d b a s e d o nh e u r i s t i cr u l e s ，i to b t a i n sr e s t o r a t i o nw i t h o u t t o p o l o g ys e a r c h s e c o n d l y , c h e c kr e s t o r a t i o n s ，a c c o r d i n gt ov e r i f i c a t i o ni n d i c e s i t s v e r i f i c a t i o n c o n t e n t si n c l u d eq u a l i f i c a t i o n , l o s s ，o v e r l o a da n do u to f v o l t a g el i m i t t h ed e v e l o p e d p r o g r a mc a na u t o m a t i c a l l ya c c o m p l i s hd i s t r i b u t i o nn e t w o r k sl i n en - lv e r i f i c a t i o n t r a n s f o r m e rr e p a i rn - lv e r i f i c a t i o n , t r a n s f o f i n e rf a u l tn 1v e r i f i c a t i o na n ds u b s t a t i o n o u t r a g ev e r i f i c a t i o n f i n a l l y , m a k es e c u r i t ye v a l u a t i o no fl o a ds t a t i o n t h r o u g hc h e c k i n gt h er e s u l t so f d i s t r i b u t i o nn e t w o r kn - xv e r i f i c a t i o n , i tc o m p i l es t a t i s t i c s o fl o a ds t a t i o nn x v e r i f i c a t i o nr e s u l t s ，a n dc a l c u l a t e si m p a c to f1 0 a ds t a t i o ni na l ln xs t y l eo fc u n e n t n e t w o r k i t s r e s u l t sn o to n l yi d e n t i f yw e a kl i n k si nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , b u ta l s o e v a l u a t es e c u r i t yo fh o tr e g i o n i nt h i sp a p e r , t h ea l g o r i t h mf u n c t i o nc o m p o n e n t sh a v eb e e np r e l i m i n a r i l ya p p l i e d i n “c o m p u t e r - a i d e sd e c i s i o n m a k i n gs y s t e mf o ru r b a np o w e rn e t w o r k ”i th a sb e e n v e r i f i e db yc a l c u l a t i o ns a m p l e sa n da c t u a ld a t a k e yw o r d s - d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ，c o n n e c t i o nm o d er u l e s ，n x s e c u r i t yv e r i f i c a t i o n ，h e u r i s t i cr u l e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王j 茸签字日期：劢d ( 7 年6 月斗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 釜字日期：砂口c i 年6 月j 7 l 日 导师繇嗡卢2 ， 签字日期： 叫年6 月斗日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 电力工业是国民经济中一个重要部门，它的发展水平不仅对其它行业部分产 生巨大影响，而且还要涉及到大量一次能源消耗和巨大的经济投资。随着现代工 业和农业的不断发展和人民生活水平的日益提高，特别是近些年来，我国国民经 济持续健康的发展，整个社会对电能的需求也越来越大。为了满足广大电力用户 对电能的需求，电力系统的规模必须不断扩大。因此电力系统面临着日益繁重的 规划任务。对电力系统进行合理规划不仅可以获得巨大的经济效益，而且也可以 获得巨大的社会效益；否则，电力系统规划的失误，会给国家带来不可弥补的损 失。因此电力系统规划工作在国内外越来越受到重视。 城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，是电力系统的主 要负荷中心，又是城市现代化建设的重要基础设施之一。尤其是这些年来我国城 市建设的步伐加快，城市的用电量增长极快。但是长期以来，我国许多城市的电 网存在着供电能力不足、网络转移能力不确定、电网设备利用率不高、负载不均 衡、损耗大等诸多问题。随着电力需求的不断增加，电网也需要不断的扩展。为 了适应经济的快速发展和用电负荷的不断攀升，使配网建设与主网发展相适应， 避免重复建设和投资，需要根据负荷特性及其增长规律，做好配电系统的优化规 划工作，以消除安全隐患，改善运行效率，提高配电系统的供电能力，在保证电 网安全、可靠运行的前提下满足用户需求，为国家安全、经济发展与社会稳定提 供可靠保障。 因为城市电网规划质量直接影响到整个电力部门的经济效益和广大电力用 户的电能质量【l 】，所以城市电网规划一方面是城市总体发展规划的重要组成部 分，另一方面也是城市电网全面更新改造和跨越发展的重要依据。因此城市电网 规划的主要任务是确定规划区内何时何地新建或改建何种电力设施及其运行方 式，使得满足未来负荷发展、电网技术等要求，并在上述约束的基础之上，追求 最大的经济和社会效益。 城市电网规划安全性校验可以合理改善城市电网网架结构，并合理配置电 源，将电能安全、稳定和经济的输送到用户手中。在电力系统中，电能质量和供 电安全是电力系统工作人员首先考虑的问题，在电网规划中，电网运行方式必须 天津大学硕士学位论文 第章绪论 严格执行n 1 安全准则，并依此为依据合理安排电网运行方式，来保证电力供应 的可靠性和电能质量。城市电网规划安全性校验的主要目的就是将n 1 安全准则 应用于城市电网规划工作中，并减轻电力系统规划人员的工作强度。 电网供电安全是电网规划中的一个主要指标，主要包括电网不发生大面积停 电的能力和发生停电后能够解决的能力。它涉及到电网当前和发生预想事故两种 状态2 1 。因此需要对配电网发生预想事故后能否保持以及在多大程度上持续供电 的能力进行量化评估即n x 校验1 3 】。通过n x 校验结果，可以分析电网抗大面 积停电能力强弱。因此电网供电安全包括两层含义：( 1 ) 保证电网稳定；( 2 ) 保证用 户得到符合质量要求的持续供电。 “， n x 校验是电网规划过程中不可忽视的重要组成部分，随着电网的发展，电 力用户对电能质量的要求越来越高，所以n x 校验也越来越重要。根据城市 电力网规划设计导则要求，城市配电网的供电安全必须满足n x 校验。n 1 准则为正常运行方式下的电力系统中任一元件( 如线路、发电机、变压器等) 无 故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷， 电压和频率均在允许的范围内【4 】。 因此本文立足于大规模配电网n x 安全性校验功能的开发，并结合拓扑、 潮流计算和接线模式分析与识别，采用基于接线模式规则的配电网快速n - x 校 验方法，并进行软件实现。 1 2 课题研究现状 配电网的电压等级较低，负荷较轻，且动态元件少，因此在过去相当长的时 间里，许多电力系统专家和学者把精力集中于输电网的安全性分析上，提出了输 电网n 1 安全性分析准则5 1 。但是对于配电网的n 一1 安全性分析却没有统一完整 的评价体系。由于配电网是从输电网接收电能，向负荷中心直接放射供电或经降 压配电，所以配电网供电安全性好坏直接影响着电能质量能否满足电力用户需 求。 近些年来，配电网管理系统( d m s ) 的蓬勃发展和城市配电网规划可以合 理改善城市电网网架结构，配电网安全性分析受到了广泛的重视。同时，配电网 通常具有闭环设计、开环运行和鲜明的网架结构可改变性的特点【6 】，所以配电网 供电安全着重强调的是连续供电和保证电能质量的问题，保证尽量不失负荷，以 及配网发生预想事故之后，一般部分或全部的非故障区域负荷可以通过开关操作 恢复供电【7 】。 因此对于配电网进行n x 校验，很重要的一个任务是在预想事故元件发生 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 故障后，是否能够通过网络改变转供负荷，转供后是否产生过载线路或者电压越 限，并给出转供路径等。而目前配网n x 校验常用的方法主要有：( 1 ) 通过支路 模拟开断后，电力系统规划人员手动确定电网故障后的运行方式，调用潮流程序 进行潮流计算，根据潮流结果校核是否通过n 1 校验，但是该方法只能对关键元 件进行n 1 校验，若对全网进行n x 校验时工作量非常巨大；( 2 ) 电力系统预想 事故元件故障后，对停电区域采用拓扑搜索方法寻找新的供电通路，并检验这些 恢复供电通路的备用容量是否能够满足当前负荷。若满足时，则通过n - 1 校验， 然而这种方法找到所有的恢复供电路径中，有可能出现一些不可行的方案，需要 根据调度运行规则进行剔除；( 3 ) 对需要校验馈线相联络的馈线容量做代数计算， 若备用容量大于需转供容量时，则n 1 校验通过。这种方法虽然计算速度快，但 是由于没有考虑转供后是否符合线路过载和电压越限要求。( 4 ) 灵敏度分析方法， 该方法通过灵敏度分析选择最有效的线路来扩展网络，来消除电网中的过负荷。 但由于不同的电力系统规划人员对“有效可能有不同理解，因此也就出现了不 同的衡量标准 8 - 1 1 ，并且这种方法计算精度较低。 在大规模配电网规划中，配电网安全性校验时不仅要考虑算法校验精度，更 要考虑算法执行的效率。因此本文提出一套大规模配电网快速n x 校验方法并 程序实现，是十分有意义的。 1 3 本文主要工作与论文结构 本文基于城市配电网规划发展的实际需要，和在满足城市电力网规划设计导 则的基础上提出了基于接线模式规则的配电网规划快速n - x 校验方法。配电网 的接线模式是网架结构的基本反映，它不仅牵涉电网建设的经济性和可靠性 1 2 - 1 3 ，而且对于整个电力工业的发展都具有重要意义。由于配网的接线模式与 n x 后开关操作有密切联系，若已知接线模式分析结果能大大提高n - x 分析效 率，并有效剔除不可行方案。因此该方法是在最近几年出现的配网接线模式自动 识别与分析技术 1 4 - 1 5 1 的基础上提出的。该方法不仅可以对配电网进行快速n - x 校验，也可以进行变电站n x 安全性综合评价。所以本文主要工作如下： 1 ) 详细阐述城市配电网n x 校验的方法与应用，针对高中压配网和不同类 型元件给出具体校验方法。 2 ) 结合电网拓扑分析、潮流计算、和接线模式自动识别等相关内容，应用 本文提出方法进行自动n x 安全性校验。 3 ) 借助城市电网规划计算机辅助决策系统( 以下简称c n p 4 o ) 这个平 台，开发相应的算法功能组件包。并设计及实现了可视化程序界面、功能菜单、 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 人机对话界面和规划报表的自动生成等功能。 按照以上研究思路，论文结构安排如下： 第一章是全文的绪论部分； 第二章研究了配电网n 1 校验准则及应用，系统的阐述了配电网供电安全方 面的概念。并在结合配网规划实际需要，以及在时效性和设备类型两大方面的基 础上给出了配电网n x 校验类型。 第三章研究了基于规则的快速配电网规划n x 校验方法。该方法是应用启 发式方法可以快速的确定预想事故元件故障后的恢复供电方案。 第四章依据本文提出的方法进行了软件实现。 第五章借助c n p 4 0 这个平台，通过对简单算例和实际电网进行算例分析来 验证本文提出方法的正确性。 第六章为全文的总体结论和研究成果展望。 天津大学硕士学位论文第二章配电网n - 1 校验准则及应用 第二章配电网n _ 1 校验准则及应用 n 1 安全准则不仅可以在给定的预想事故条件下，对城市电网安全性进行评 价，而且也可以对电网中发生突发、后果严重的小概率事件( 如杆塔断落) 及输 变电工程改造时引起的电网元件停运等情况的安全性作出评价，从而合理的安排 电网运行方式。 2 1n 一1 校验准则 配电网规划n 1 准则的应用与输电网有所不同，它是属于配电网安全性分析 的一部分，主要是面向用户，校验发生故障后，能否保持持续供电和良好的供电 能力。配电网的供电安全性是指在供电的任意一个时间断面，针对一组预想故障， 电网能够保持对负荷持续正常的供电能力，及电网有能力避免较大面积的停电， 并保持线路等设备不过负荷及电压幅值在允许的范围之内。因此为防止出现大面 积的停电事故，确保电网安全、可靠的向用户供电，促进电网健康有序的发展。 电网的供电安全准则应满足【16 】： 高压变电所中失去任何一回进线或一组降压变压器时，必须保证向下一级 配电网供电。 配电网中一条架空线，或一条电缆，或变电所中一组降压变压器发生故障 时； a 在正常情况下，除故障段外不停电，并不得发生电压过低和设备不允许的 过负荷； b 在计划停运的情况下，又发生故障停运后，允许部分停电，但应在规定时 间内恢复供电。 c 在低压电网中，当一台变压器或电网发生故障时，允许部分停电，并尽快 将完好的区域在规定的时间内切换至邻近电网恢复供电。 n 1 准则用于单一元件无故障断开条件下电力系统静态安全性分析，或单一 元件故障断开后的电力系统稳定性分析即动态分析。由于在规划中一般只需考虑 全年最大负荷时的供电安全性，因此n 1 校验一般是以全年最大负荷为校验条件 的。配电网n 1 安全准则是在评价配电网安全性时广泛采用的准则，也是保证电 网安全可靠的管理理念。电力系统实际运行的经验已经表明n 1 安全准则可以对 天津大学硕士学位论文第二章配电网n - 1 校验准则及应用 电网的安全运行和经济建设进行优化，带来巨大的社会影响和非常好的经济效 益。n 1 安全准则同时也可以在电网发展过程中，提高电网在正常或检修方式下 的抗干扰能力，以保证安全，优质和经济地向用户输送电能。 2 2 配网n 1 校验类型 配电网n 1 校验有很多类型，本文按照设备类型和时效性1 7 1 两个大方面给 出分类。 2 2 1 配网n 1 校验按设备类型分类 配网n 1 校验从设备类型上可以分为线路n 1 校验、主变n 1 校验和变电 站全停n 1 校验。 a 线路n 1 校验 配电网网中的输电线路包括电缆，是电力传输的通道，是构成配电网最重要 的单元。从配电网线路设备自身来看，其特点是：灵活性、主动性大，有自己 的地域特点，改造完善相对比较方便：受外界影响大；线路设备发生故障时， 比较直观；线路设备可以在检修时带电作业。 根据线路设备上述特点，对其进行线路n 1 时，要分情况进行：线路瞬时 故障，输电线路多数故障属于瞬时故障，其中以雷击最多，但一般来说对系统稳 定和用户供电的影响不太明显，因为自动重合闸操作成功；线路永久性故障， 由污闪、外力破坏等引起，造成自动重合闸操作不成功，对系统稳定和用户供电 产生很大影响；倒杆断线故障，此类故障为线路设备故障中最严重的情况，并 对系统稳定和用户供电产生非常明显的影响。 由于配电网设备中发生n 1 元件最多的就是输电线路，所以各个电网运行单 位基本上都是以输电线路故障作为考核电网稳定的出发点。因此配电网线路n 1 校验时主要是针对永久性故障和倒杆断线故障来进行的。 b 主变n 1 校验 因为配电设备中的配电变压器位于电网末端，发生n 1 情况时，不会对电网 稳定产生影响，所以配电网主变n 1 校验主要是针对输电变压器进行的。从其自 身来看，特点有：设备“既成性 强，由专业制造厂生成制造，电网运行单位 难以完全掌握全部细节：检修工艺要求高，特别对检修现场来说；设备内部 情况不直观，很难掌握设备状态；受空间限制，难以开展带电作业；设备故 障时，恢复周期较长；检修或故障后直接影响本区域的正常供电。 由于变压器设备是电网计划及非计划停运的主要部分，并且故障后停运时间 天津大学硕士学位论文 第二章配电网n l 校验准则及应用 长，所以考虑主变n 1 时，应按变压器所在变电站地位、供电可靠性及设备制造 水平综合考虑。其中主变n 1 校验分为主变检修n 1 校验和主变故障n 1 校验。 主变检修n 1 校验是指发生在主变检修期间，主变上的所有负荷可以通过站 内其他主变转带或站外联络馈线和站内其他主变同时转供，但站内其他主变最高 负载率不能超过1 0 0 。 主变故障n 1 校验是指发生在主变故障期间，主变故障n 1 校验时，故障主 变所带负荷由站内其他主变进行转供，允许变压器短时过载，但最高负载率不超 过1 3 0 ；若站内不能满足时，也可以通过站外联络馈线和站内其他主变同时转 供，但站内其他主变最高负载率不超过1 3 0 。 c 变电站全停校验 配电网中的变电站设备全停校验时，意味着整个机组系统完全丧失供电的能 力，由于电网布局和电源点的原因，可能造成局部电网稳定问题。因此变电站全 停校验的影响是全网性的，与电网发电总容量、机组容量有密切关系。因此为避 免电网稳定恶化或出力限制，不宜配置单机容量过大的变电站。 2 2 2 配网n 一1 校验按时效性分类 1 ) 故障停运；以断路器分段为特征的瞬间过程。因此在正常方式下，由于 对机组出力，电网潮流、电压等采取了措施，所以通常情况下，瞬间故障不会对 电网稳定造成严重影响。若单一元件永久故障后可能会对电网局部供电产生严重 影响，但不会对整个电网造成严重影响。由于故障停运时间差异较大，所以分为 瞬时故障和永久故障两大类。这类故障只会对电网局部供电产生影响，并且此类 停运占电网设备累计停运时间的1 一3 。对于瞬时故障而言，由于可能自动重 合闸成功，不会对电网造成太大影响，因此配网n 1 校验把永久故障作为分析重 点。 2 ) 计划性停运；如电网设备的预防性试验、计划性检修、季节性维护等。 其特点是与设备类型关系不是很大，预先可以针对停运设备及相关元件、负荷状 况、电网运行方式和环境因数等采取措施，一般不会对电网稳定产生影响。即使 造成局部区域停电或负荷中断，但是其影响范围也是有限的，并影响时间是可知 的。计划性停运一般为数小时到数天，一般不会太长，但特殊性设备如发电机组 会达到数十天。对于这种停运占电网设备累计停运时间的9 0 以上，我们在配电 网n 1 校验中考虑的是主变检修n 1 校验的问题。 3 ) 非计划性停运；因设备运行过程中发生缺陷或局部故障而造成设备必须 临时停运处理。其特点是与设备类型相关，如变电设备的断路器、隔离开关的导 电部分等。由于这类停运随机性较大，是电网运行管理中应重点解决的问题。非 天津大学硕士学位论文 第二章配电网n - 1 校验准则及应用 计划停运时间一般为数小时到数天，这类停运占电网设备累计停运的3 8 。 2 3 配电网供电安全性概念 配电网供电安全性是指电力用户能以多大的可靠程度得到电力系统供给电 能的问题。从电力用户角度出发，用户当然希望电力系统能够长期充裕地、连续 地供给质量合格的电能。 配电网的供电安全性是指针对一组预想故障，电网能够对负荷正常持续供 电，即电网有能力避免较大面积的供电中断，并保持元件( 如线路) 等设备的负 载和电压幅值在允许的范围之内。配电网供电安全涉及到电网当前和发生故障后 的两种状态【4 】。 ( 1 ) 部分设备停运时，电网能否通过开关操作尽量减少负荷停电； ( 2 ) 电网本身能够在多大程度上抵抗大面积停电事故。 由于配电网大多闭环设计、开环运行，且存在大量的分段开关和联络开关， 使网络具有明显的变结构特性。因此配电网发生事故之后，一般部分或全部的非 故障区域负荷可以通过开关操作恢复供电【l8 1 。该结构特性对于提高配网的供电 安全水平具有重要作用。 2 4 面向电网规划的配网n 一1 校验的特点 电网中的静态安全分析一般是基于n 1 安全准则对配网网络元件进行故障 扫描和预处理，形成元件的故障集合，按照故障集合分别开断配网中相关元件， 对开断后的配网网络进行潮流计算，获得配网系统各元件( 如节点、支路等) 的 运行指标，根据这些运行指标的越限情况来校验配网是否会在预想事故元件的情 况下发生线路过载或电压越限等不正常情况。并依此来判断配电网在发生故障之 后能否保持安全供电的能力。一般来说，电网的静态安全分析应满足n 1 准则， 即在n 条支路的电网中，任意一条支路发生故障后，或变电站中某台变压器退 出运行后，系统仍能保持安全供电，不会出现线路过载或电压越限等现象【1 9 捌。 由于电网规划的期限分为近期1 5 年( 分年) 、中期5 1 0 年、远期1 5 2 0 年 2 3 - 2 5 和电网规划涉及问题很广，很难建立一个统一的、无所不包的数学模型。此外， 一些政治、社会因素也很难用数学模型表达式归纳到其模型中去【2 7 1 。因此与 传统的电网静态安全分析相比，面向电网规划的静态安全分析即配网n 一1 校验有 其自身的特点。 天津大学硕士学位论文第二章配电网n - 1 校验准则及应用 2 4 1 设备运行指标的可比性 在历史不同的系统负荷水平下，电网内各设备元件的运行指标情况( 负载率、 电压水平等) 具有自身的变化趋势，为便于发现设备元件潜在的问题，势必要对 设备的运行指标做出分析。 2 4 2 网架结构的可改变性 配电网闭环设计、开环运行，存在着大量的分段开关和联络开关，这样就使 得配电网网络具有可改变性的特点。对配电网进行n 1 安全性校验时，应充分考 虑配电网的变结构特性，即在元件( 如线路) 发生故障切除后，需要先闭合联络 开关以对非故障区域负荷恢复供电，即“断一合一 操作【2 朝。配电网的网架结 构可改变性的特点使得满足电气和拓扑约束条件的恢复供电方案并不唯一，有很 多种。 电网规划的任务是以未来电力负荷预测和电源规划为依据，在现有的配电网 网架结构和给定的待选线路的基础上，确定既能满足正常运行技术条件，同时又 能满足安全分析要求的网络规划方案【2 9 】。在未来负荷预测的水平下，对配电网 网络进行静态安全分析时，对于存在设备运行指标越界的情况，有必要对网架进 行调整( 如新增加一条线路或新增一台主变等) ，然后在新的网架结构的基础上， 对其再次进行安全性分析，基于配电网网架结构的可改变性，电力系统规划人员 能尝试不同的规划方案，提供多种选择供电网技术专家挑选，并辅助做出正确的 规划方案。 2 4 3 负荷的可预测性 面向规划的静态安全分析侧重于对配电网网络的未来安全性进行分析和研 究，这除了能在配电网现有网络的负荷水平上进行安全性分析之外，还必须能对 网络未来在预测负荷水平下的安全性做出分析。 2 5 配电网n x 校验 由于考核电网稳定时，都是以线路发生永久故障、主变压器发生计划及非计 划停运以及变电站全停作为考核出发点进行的。因此配电网n x 校验包括：线 路n l 校验、主变检修n 1 校验、主变故障n 1 校验和变电站全停n 1 校验。 配电网进行n x 校核后，可以得知输电线路发生永久故障时、主变压器计 划停运即检修时、主变压器非计划停运即故障时和变电站设备全停时，电网能否 天津大学硕士学位论文 第二章配电网n - 1 校验准则及应用 保持对负荷正常的供电能力。通过配电网n x 校验结果可以得知当前电网的网 架结构强弱，并找出全网中的薄弱环节。 2 6 本章小结 本章主要介绍了配电网n 一1 准则定义，和按照设备类型和时效性两个方面对 配电网n x 校验进行分类。并按照设备运行指标的对比性、配电网网架结构的 可改变性和负荷的可预测性三点介绍了面向电网规划的配网n 1 校验特点。通过 阐述配电网n x 校验含义，可以从配电网n x 校验结果中得知当前电网网架结 构强弱。n 1 安全准则是在评价电网安全性时广泛采用的准则，也是保证电网安 全可靠的管理理念。它不仅可以对电网的安全运行和经济建设进行优化，带来巨 大的社会影响和好的经济效益，也可以在电网发展过程中，提供电网在正常或检 修方式下的抗干扰能力，来保证电网安全、优质和经济的输送电能。 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 第三章基于接线模式规则的n x 校验方法 配电网接线模式与n x 后的开关操作有非常密切的联系，若已知接线模式分 析结果，就能大大提高配电网n x 校验的效率，并有效剔除不可行方案。因此 运用启发式方法可以快速确定电网元件故障后的恢复供电方案，这样就大大减轻 了电力系统规划人员的工作强度，并不会出现不切实际的恢复供电方案。 3 1 配电网接线模式识别与分析 城市配电网是指向一个城市及其郊区部分分配和供应电能，并从输电网中接 受电能，再分配给各用户的电力网。由于配电网与输电网，原则上是按照其发展 阶段的功能来划分的，因此城市配电网也包括高压配电网、中压配电网和低压配 电网。根据城市电力网规划设计导则的规定配电网的电压等级分为高压配电 电压( 3 5 、6 3 、1 1 0 l ( v ) 、中压配电电压( 1 0 、2 0 k v ) 和低压配电电压( 3 8 0 2 2 0 l ( v ) 三类。 城市配电网的主要功能有： 1 ) 从输电网接受电能，并逐级分配或就地消费，即将高压电能降低至方便 运行又适合用户需要的各种电压，组成多层次的配电网，向各种用户提供充足、 优质、可靠、廉价的电力。 2 ) 按照高压、中压、低压配电网的电压等级向各电压等级的用户供电。 3 ) 为了便于多层次配电网的安全运行和调度，必须配有必要的继电保护和 自动控制设备。 4 ) 不同电压等级的配电网络之间通过变压器连接成一个整体配电系统。当 系统中任何一个元件因检修或故障停运时，其所供负荷既可由同级电网中的其他 元件，也可由上一级或下一级电网供电。 3 1 1 配电网典型接线模式 ( 一) 高压配电网 高压配电网是指由高压配电线路和高压配电变电所组成的向中压配电网和 用户提供电能的配电网。高压配电网的主要功能是从上一级电源接受电能后，可 以直接向高压用户供电，也可以通过变压为下一级中压配电网提供电源。现对高 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 压配电网络供电接线模式中的单辐射接线、双t 接线和三t 接线总结和分析如下。 ( 1 ) 单辐射接线 这种接线模式中1 1 0 ( 3 5 ) k v 主变为两台及一下，每条高压线路接入变电站 小于两座，其可靠性及灵活性均较低，如图3 1 所示： 闩皤 图3 1 单辐射接线 ( 2 ) 同电源不同母线双辐射接线 这种接线简单实用，1 1 0 ( 3 5 ) k v 的变电站可以采用内桥接线、单母分段或 单元接线。正常运行时，变电所母线上的断路器开关断开，两条线路各自带5 0 负荷。因此当其中一条线路发生故障，退出运行时，合上断路器，由剩下一条正 常线路进行供电。如图3 - 2 所示： 轳魂萨毫 图3 - 2 同电源不同母线双辐射接线 ( 3 ) 同电源不同母线双t 接线 这种接线的突出优点是简单、有较高的可靠性和节省投资。1 1 0 ( 3 5 ) k v 变 电站可以采用内桥接线、单母分段或线变组。该接线模式的可靠性与同电源不同 母线双辐射接线相近，如图3 3 所示： 图3 - 3 同电源不同母线双t 接线 变电所一变电所二 ( 4 ) 不同电源双t 接线 这种接线模式可以采用内桥、线变组或单母分段的形式，所需的1 1 0 ( 3 5 ) 天津大学硕士学位论文 第三章配电网接线模式研究 k v 变电站设备投资较少，并且对实施自动化特别有利，由于进线来自不同电源， 可靠性相对要高，如图3 4 所示： a 站b 站 图3 - 4 不同电源双t 接线 ( 5 ) 同电源不同母线三t 接线 这种接线模式和同电源不同母线双t 接线类似，1 1 0 ( 3 5 ) k v 变电站的三条进 线来自同一高压变电站的三段不同母线，运行简单、可靠。由于1 1 0 ( 3 5 ) k v 变 电站高压侧通常采用线变组的形式，因此当一条线路发生故障时，该线路所带的 变压器必须停电，其所带负荷只能通过1 1 0 ( 3 5 ) k v 变电站低压侧提供备用，如 图3 - 5 所示： a 站b 站c 站 图3 - 5 同电源不同母线三t 接线 变电所一变电所二 ( 6 ) 不同电源三t 接线 这种接线模式与不同电源双t 接线类似，不同之处在于此种接线中有三台变 压器。1 1 0 ( 3 5 ) k v 变电站的三条进线分别来自不同的2 2 0 k v 变电站。同时由于1 1 0 ( 3 5 ) k v 变电站通常采用线变组的形式，因此当一条线路发生故障时，该线路所 带的变压器必须停电，其所带负荷只能通过11 0 ( 3 5 ) k v 变电站低压侧提供备用， 如图3 6 所示： 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 a 站c 站 a 站b 站c 站 丙站 a 站b 站c 站 图3 - 6 不同电源三t 接线 变电所一变电所二 ( 二) 中压配电网 中压配电网是指中压配电线路和中压配电所( 配电变压器) 组成的向低压配 电网或用户提供电能的配电网。中压配电网的功能是从输电网或高压配电网接受 电能，向中压用户供电，或向各用电小区负荷中心的配电所( 配电变压器) 供电， 并经过变压后向下一级低压配电网提供电源。现对中压配电网络供电接线模式中 的单辐射接线、手拉手接线、分段联络接线和主备接线总结和分析如下。 ( 1 ) 单辐射接线 这种接线模式比较简单、经济、配电线路和开关柜比较少及新增负荷比较方 便。由于其故障后，影响范围较大及供电可靠性较差，当电源故障时，整条馈线 都会停运。因此只适用于城市非重要负荷和郊区季节性用户。由于不存在故障后 的负荷转移方案，故该种接线可以满载运行，如图3 7 所示： 母线 图3 7 单辐射接线 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 ( 2 ) 手拉手接线 这种接线模式有两个电源( 可以取自同一变电站不同母线) ，此种接线模式 闭环设计、开环运行，最大的优点是可靠性比单辐射接线高，运行比较灵活，适 用于负荷密度较大且供电可靠性要求高的城区。正常运行时，每条线路最大负荷 只能达到允许载流量的1 2 ，所以，线路或电源故障时，可以通过开关切换进行 恢复供电，如图3 8 所示： 母 图3 8 手拉手接线 ( 3 ) 分段联络接线 这种接线模式通过在干线上加上分段开关把馈线进行分段，并且每一个分段 都有联络开关与其他馈线相连接。因此当任何一分段出现故障时，均不会影响另 一分段正常供电，这样就使得线路故障范围缩小，提高供电可靠性。此种接线模 式与手拉手接线相比，提高了架空线的利用率，但由于需要与其他线路建立联络， 增加了投资，如图3 - 9 所示： ( 4 ) 主备接线 图3 - 9 分段联络接线示意图( 两分段两联络接线) 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 这种接线模式是指n 条电缆线路连成电缆环网，其中有l 条线路作为公共 的备用线路，正常运行时空载运行，其他线路满载运行。当其中一条运行线路发 生故障时，可以通过开关切换将备用线路投入运行，其供电可靠性较高，如图 3 1 0 所示： 3 1 2 接线模式识别 图3 1 0 主备接线示意图( 三供一备) 对配电网典型接线模式进行分析，将其结构特征作为识别条件，并根据配电 网典型接线模式结构特征比较明确且易于确定的特点建立规则库m 1 ，采用特征匹 配的方法对城市配电网接线模式进行识别。配电网接线模式的特征表达式为： c h = ( s ，m ，j ，n ，z ，g ，h ，f ，e ) ( 3 1 ) 式中：s 表示待识别接线模式组内电源数：m 表示待识别接线模式组内母线 数；j 表示待识别接线模式组网架馈线接线方式情况；n 表示待识别接线模式组 网架馈线接线方式为t 接线或者7 1 接线时，t 接线或者7 1 接线的个数；z 表示待 识别接线模式组接线方式为直供的情况；g 表示待识别的接线模式组为直供接线 时，直供接线的个数；h 表示待识别接线模式组负荷站内是否有站内联络线；f 表示待识别接线模式组内是否有发电机电源；e 表示待识别接线模式组内是否 有附加电源。 3 1 3 接线模式分析 ( 一) 高压配电网接线模式分析 根据高压配电网接线模式识别结果，对每条馈线分析后可以得知其主供电 源、辅供电源及是否有备用等详细结果信息。现以高压配网三t 接线( 图3 1 1 所示) 为例进行说明。其每条馈线分析结果如表3 1 所示： 天津大学硕士学位论文 第三章配电网接线模式研究 丙站 a 站b 站c 站 图3 1 1 不同电源三t 接线 表3 1 三t 接线馈线分析结果 通过对a 、b 、c 变电站的负荷主变进行分析可以得知其主供电源、主供馈 线、辅供电源和辅供馈线等详细信息，其分析结果如表3 2 所示： 表3 2 负荷主变分析结果 对图3 1 1 所示接线模式中的电源站分析如表3 3 所示： 表3 3 电源站分析结果 根据表3 1 和3 2 分析结果可以得知，若对c h x l 进行n 1 校验时，c h x l 停运后受到影响的负荷主变有a 2 # 、b 2 # 和c 2 # 。而这些因c i - i x l 停运后受到影 响的负荷主变及其所带负荷由于有辅供电源和辅供馈线而不会造成甩负荷。对这 些恢复供电方案进行过负荷校验来确定是否满足c h x l 所带负荷；若满足，则 天津大学硕士学位论文 第三章配电网接线模式研究 c h x l 通过线路n 1 校验。 根据以上分析结果分析可以得知，若对电源站主变( 如乙1 j f j ) 进行主变n 。1 校验时，乙1 停运后受到影响的负荷主变有a 3 # 、b 3 # 和c 3 # 。由于电源站乙站 站内单主变，无法通过站内其他主变进行转供，只能通过站外的恢复供电方案进 行转供。对这些恢复供电方案进行过负荷校验来确定是否满足乙1 撑所带负荷； 若满足，则通过乙1 稃主变n 1 校验，同理可以进行电源站全停n 1 校验。 ( 二) 中压配电网接线模式分析 根据中压配电网接线模式自动识别结果，可以得知每种接线模式的电源点特 征、联络线特征、导线类型特征等详细结果信息。现以中压配电网“三供一备” 接线模式进行说明，该接线模式如图3 1 0 所示。 中压配电网接线模式的电源点特征是指变电站的出口节点，也就是分析出各 个接线树( 一棵或多颗馈线树组成) 包含多少个电源点、各电源点分别属于哪个 变电站以及分别属于哪个变电站和哪个母线。因此“三供一备”接线模式的电源 点特征如表3 - 4 所示 表3 - 4 电源点特征分析结果 中压配电网接线模式的联络线特征是指接线树的联络数量和各个馈线树之 间的联络关系。因此“三供一备”接线模式的联络线特征如表3 5 所示： 表3 5 联络线特征分析结果 中压配电网接线模式的导线类型特征是指分析馈线是架空线接线还是电缆 线接线。因此“三供一备”接线模式的导线类型特征如表3 - 6 所示： 表3 - 6 导线类型特征分析结果 馈线树名称导线类型 主供线路1电缆网 主供线路2电缆网 备用线路电缆网 主供线路4电缆网 天津大学硕士学位论文第三章配电网接线模式研究 根据上述分析接线模式分析结果可以得知，若对馈线树主供线路1 进行线路 n 1 校验时，由于主供线路l 、2 、4 均满载运行，只能通过线路开关切换，将备 用线路投入运行。由于备用线路空载运行，所以主供线路1 通过线路n 1 校验。 综上所述，根据接线模式自动识别和分析结果可以得知预想事故元件发生故 障后的影响范围，并为确定n x 后的恢复供电方案，提供了可行性方案和依据。 3 2 恢复供电方案的启发式规则 由于配电网接线模式与n x 后的开关操作有密切联系，运用启发式方法， 并根据接线模式分析结果，确定n x 后的恢复供电方案。因为启发式方法 3 1 - 3 6 是 以直观分析为依据的算法。这种方法可以根据经验和计算分析得出较好的方案， 但这种算法不是严格的最优方法。启发式方法直观、灵活、计算时间短，便于人 工参与决策且能给出符合工程实际的较优解。基于启发式规则确定恢复供电方案 的原理图如3 1 2 所示： 接线模式 自动识别 预想事故元件 所在的配网接 线模式 接线模式 规则库 推 理 机 恢复 供电方案 确定 图3 1 2 恢复供电方案确定的基本原理 通过接线模式分析自动识别模块对配网进行接线模式分析后，确定预想事故 元件所在的配电网接线模式。对于配网的每一种接线模式来说，其开关操作已经 确定，推理机就是根据规则库中的开关操作准则确定相应的恢复供电方案。因此， 接线模式规则库是本文方法的核心，接线模式规则库如表3 7 所示。 天津大学硕士学位论文 第三章配电网接线模式研究 表3 7 接线模式规则库 注：f d d k ：表示分段开关断开；己己昂胁表示联络开关闭合。 表3 7 中所示的规则库包含了中高压配电网几种典型的接线模式的倒闸操作 准则。因为不同城市的负荷密度、配电站保护方式等不同，所以配电网的接线模 式具有因地制宜、各自不同的特点。 开关操作与特定的接线模式密切相关，也是推理机应用启发式规则确定恢复 供电方案的依据。因此恢复供电方案集合的数学表达式为： s 2 ：。 s = 厂( ) ) c m ，f - 0 , 1 ，2 ，聆 ( 3 2 ) 式中s 代表恢复供电方案集合，s 代表一种恢复供电方案，0 。，代表一种开 关分合操作，f ( d 耐) 代表开关分合操作形成的恢复供电方案，q 代表一种接线 模式；现以表3 7 中所示的接线模式为例( 由于双t 接线与三t 接线，恢复供电 方案的原理类似，故只叙述双t 接线模式) ，恢复供电方案描述如下： a 单辐射接线 r u l el ：敬g = 单辐射接线) t h e n 肛) 含义是：当c 卅为单辐射接线时，由于这种接线模式故障后无恢复供电方案， 故恢复供电方案集合