（电力系统及其自动化专业论文）配电网合环操作的分析及实时系统的实现.pdf

东南大掌司【士掌位谴文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mi n d u s t r y , m o r ee m p h a s i si sl a i do nt h er e l i a b i l i t yo f p o w e rs u p p l y m o r es c i e n t i f i c ，r e l i a b l ea n de f f i c i e n tm e a s u r e sa r en e e d e d i np o w e r s y s t e m s i n t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t os u p p l yp o w e rw i t hm u l t i - s o u r c ei sa ne f f e c t i v em e a n st oi m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo fp o w e r s u p p l y i ns u c hm o d e l ，w h e n i tc o m e st oo v e r h a u l ，e m e r g e n c eo rl o a d s h i f t ，b yu s i n gc l o s e d l o o po p e r a t i o n ，l o a dc a nm a i n t a i np o w e rs u p p l y , t h u se c o n o m i ca n d s o c i a lb e n e f i tc a nb eg r e a t l y g a i n e d b u ts t r o n gl o o pc u r r e n tm a y h a p p e ni nc l o s e d l o o po p e r a t i o n ，w h i c hc a nj e o p a r d i z et h e s e c u r i t yo fp o w e rs y s t e m s o p e r a t o r so f t e nd e c i d ew h e t h e rt oo p e r a t eb ye x p e r i e n c e 。b e i n g a f r a i dt oe n d a n g e rw h o l en e t w o r ko fp o w e rs y s t e m s ，t h e ya l w a y sa p p l yc l o s e d l o o po p e r a t i o n c o n s e r v a t i v e l ya tt h ep r i c eo fp o w e r f a i l u r e i ns u c hb a c k g r o u n d ，t h i sp a p e r , w h i c hc e n t e r e d o nc l o s e d l o o po p e r a t i o n ，b r o a c has e r i e so ft h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls t r a t e g i e s ，w h i c hh a v e p r a g m a t i c v a l u e s t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p ta n dc a t e g o r yo fc l o s e d l o o p o p e r a t i o n a n d a n a l y z e st h ec o m m o n m o d e lw h i c hi n c l u d e s1 1 0 k vb u sa n dm a i nt r a n s f o r m e r a f t e rc a r e f u l d e d u c t i o n ，t h r e ef a c t o r st oa f f e c tt h el o o pc u r r e n ta r ef o u n d ，w h i c hc a na c ta sn e wr u l e so f j u d g m e n t ， s e c o n d l y , a st h ed o u b l e - s o u r c ep o w e rs u p p l ym o d e ls p f i n g s ，m u l t i s o u r c ep o w e rs u p p l y m o d e l ( a tl e a s tt h r e eb u s e sc a ns u p p l yp o w e r t ol o a d ) c o m e si n t ob e i n g s ow h e ni ti sl o a d s h i f to rp o w e rf a i l u r e ，d e c i s i o nh a st ob em a d ew h i c hp o w e r s u p p l yp a t hi ts h o u l dt a k e t h i s p a p e rp u t sf o r w a r dan e wa l g o r i t h mb a s e do n s h o r t e s tp a t ht h e o r y i ta t t r i b u t e st h el o s so f c l o s eo p e r a t i o no fb r e a k e ri n t on o r m a ll o a dl o s s ，f i n d so u tt h es h o r t e s tl o s sp a t ha n da r r a n g e s t h eb u sa c c o r d i n gt ol o a dl o s sw h i c hc o u l dg u i d et h eo p e r a t o r s p r a c t i c a l l y , t h i sp a p e r i n t r o d u c e sas e to f r e a l - t i m ec l o s e - l o o po p e r a t i o np a c k e tw h i c hi s d e v e l o p e db y l t s u a lc + + t h i ss o f t w a r ec a nc a l c u l a t e l o o p c u r r e n to ft h e c l o s e d l o o p o p e r a t i o na n dl o a df l o wo ft h ep o w e rs y s t e m sb yp o w e rf l o w i n t h ee n d ，i nt h ev i e wo f p r o g r a m m i n g ，t h i sp a p e rl a b o r so no b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g , a n a l y s i so ft o p o l o g y a n d n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n k e y w o r d s ：c l o s e d - l o o po p e r a t i o n ，m u l t i s o u r c e p o w e rs u p p l y , s h o r t e s tp a t ht h e o r y , p o w e r f l o w , t o p o l o g ya n a l y s i s ，n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n - 扼一 学位论文独创陡声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人巍导师指导下进行的研究工 作及取褥鲶研究残果。尽我所翔，除了文中游裁藤竣标注翻致谢蓖遗 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰葛过的研究成果。也不包含 为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一冠王穆静弱志对本骚究赝鼓的在鹰贡献均已在渣文中臻了鹗确嚣 说明并液示了谢意。 签名：监圈期：丝蛩器 关于学位论文使用授权的说明 东蕊大学、孛萤麓学技术信患瑟变爨、嚣家鹜书馆有权绦鍪本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容栩一致。除 在僳密期内豹保密论文钤，允许论文被查湖稻借翔，可以公礤( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公稚( 包括刊登 授投东南大 学研究生院办理。 签名：盟聊签名：2 呈里日 东南大掌硬士掌位论文 第一章、绪论 第一章、绪论 电力企业的首要任务是保证安全可靠的供电。随着改革开放的深入以及国民经济的持续、稳定、 健康发展，公众对电力的需求日益增长，同时对电能质量和供电可靠性也提出了更高的要求。而长 期以来电力系统发电、输电、配电领域的发展严重不均衡。发、输电领域投资比重较大，发展相对 迅速；配电则一直未受到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后。事故的发生也较频繁。 已经直接影响到供电的质量和可靠性，影响了人民生活和经济建设的发展。因此，如何减少配电网 中由于事故或者检修而造成的停电的范围和持续时间，提高供电可靠性，成为一个迫切需要解决的 课题。 1 1 配电网合环操作的背景 伴随着电力市场的发展，用户的满意度在电力市场的竞争机制中将起决定性作用，研究表明， 客户的满意程度直接与停电的频度和持续时间有关。有效的配网合环操作可以大大缩短故障的持续 时间，从而减小用户的损失和不便，并保证对医院、消防等重要用户的可靠供电。因此各电力企业 都将提高供电可靠性作为自己工作的重点，而配网台环操作也是其中的一种重要的手段。 城市中压配电网是覆盖城市每条街道，再通过城市中、低压配电网延伸至每个用电客户，承担 着向城市中、小用电客户的供电功能。据国电公司用电户数调查结果表明，接入城市中、低压配电 网的用电户数占整个城市客户数的9 9 9 7 “1 ，通过中、低压配电网销售的电量约占城市售电量的7 5 ， 城市中、低压配电网在城市电力销售市场中占据了大半壁山河。但这样重要的电网，在其发展过程 中长期得不到应有重视，以致发展滞后，不能适应城市需求的问题相当突出，是城市客户抱怨最多 的电网，客户抱怨最多的问题：一是电网停电次数太多。据2 0 0 0 年可靠性统计反映，城市中压电网 全年共停电1 4 7 1 8 次，中压户年平均停电2 4 7 7 次，其中因电网故障户均年停电0 ，8 6 次。二是抱怨 每次停电时间长。据统计，2 0 0 0 年故障停电平均每次持续时间为2 5 8 5 h 。其中个别供电企业故障停 电平均每次长达4 4 2 h ；计划中的预安排停电时间平均每次持续停电为4 6 2 4 h ，其中个别供电企业 平均每次停电时间长达2 5 8 h ；虽然，近几年城市电网进行了大规模改造，客户抱怨声有所减少， 但停电次数多，停电时间长的问题并未根本好转。这些年所进行的的城网改造工作，虽对配电网进 行了改造建设，但未能从根本上解决问题。综上所述，城市中、低压配电网既是一个很大的电力市 场，又是一个极其重要的服务手段，同时也是控制电力运营成本的重要环节。因此，在市场经济条 件下，发展建设好城市中、低压配电网是电力企业面临的一个紧迫任务。 目前规模2 0 0 0 年，据对2 8 6 个城市的统计，目前城市中压配电网已建成运行的架空线路总长 1 6 2 6 万k m ，地下电缆线路总长3 1 4 万k m ：接入中压配电网的变压器共有6 8 9 万台，其中属供电 企业资产的公用变压器共有2 1 5 7 万台；配电变压器的总容量达到2 1 7 亿k v a ，其中公用变压器容 量为0 6 4 6 亿k v a ；线路的断路器共3 3 2 9 万台：建有l o k v 开闭所1 6 7 9 1 座。如果把用电客户独资 集资建设的具有公用性质的网络资产包括在内，实际城市中压配电网规模远大于以上所述。 城市中、低压配电网的最大特点：( 1 ) 网络分布范围广，几乎覆盖了城市的每个角落。目前这个 网络覆盖面比有线通信网还大，是一个具有典型分布特性的网络：( 2 ) 网络以架空线路为主，架空线 氏度占了城市中压配电网总长的8 4 ：( 3 ) 网络拥有的装备数量多，就其线路长度而论，大约是城市 3 5 k v 及以上线路长度的8 倍以上，其开关和变压器拥有量倍数更大。 由于城市中、低压配电网长期投入不足，发展建设又缺少科学规划指导，因此存在的问题较多。 最突出的问题是：供电可靠性低。供电可靠性是指对用户连续供电的可靠程度。”。在城网规划中， 应从满足电网供电安全准则和满足用户用电要求两方面来考核。 ( i ) 我国规定城市配电网必须满足“n 一1 ”准则，具体是指”： 1 ) 高压变电所中失去任一进线或一组降压变压器时必须保证向下一级配电网供电； 2 ) 高压配电网中一条架空线或一条电缆，变电所中一组降压变压器发生故障停运时在 正常情况下，除故障外不停电，不得发生电压过低，不允许设备过负荷，在计划停屯 情况下，又发生故障停运时，允许部分停电，但应在规定的时间内恢复供电： 3 ) 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，但应当尽快将完好的区 段在规定时间内切换至邻近电网恢复供屯。 ，fi 页 耒龠大掌删搬攀位论文 第一章、鳢 2 ) 对溃是羽户琢毫程度费援悫憝“3 ： 1 ) 两嗣路供电弱用户，失去謇路嚣，痤不襻藏； 2 ) 兰回路供电的用户。失去一回路后，应不停电，荐失去一匮路詹，成满足5 0 7 0 9 ( , 用电； 3 ) 一回路和多回路供电的用户电源全停电时，恢复供电的目标时间为一回路故障处理时 间： 4 ) 拜环网络中的用户，环网故障时需通过电网操作恢复供电的，其翻标时间为操作所需 时间，确定具体目标时间的原则是：负荷愈大的用户，目标时间应愈短。 据2 0 0 0 霉蹲2 8 6 痉城市统诗，书匿配电两的平均擞电霹靠蛙为9 9 。8 8 7 。程t 9 9 8 年，英国的 餐宅可靠瞧毫这9 9 。9 8 8 , ，美藿这9 9 9 8 4 ，法国这9 9 。9 9 1 ，基本袤豪毫力公蠲这9 9 9 9 9 8 。螽 图1 - 1 所示。与国井的供电可靠性相眈，差距甚远。 1 0 0 。2 l 9 鼠9 8 9 吼瓣 9 9 , 舢 删 主 蚺9 9 垒辅 9 乳8 6 姒8 4 9 9 , 8 2 各国中压配电网供电i 燃性 世再备疆 弱1 - 1 毽要国餐逸霹嚣往对浇鹜 配网摄大的特点就是闭环结构、开环运行。配电网分带于城市中的各个角落，缝成了一个挂满 负荷的网络，这个网络中的每一个负荷都是由单一的母线供电。不同母线所带的负荷区域用联络开 关隔离，形成供电负荷岛。正常情况下，联络开关都是开断运行，以保证配电网的辐射状运行结构。 随着配网的发展和社会对供电可擞性要求的提高，配网中l b 现了双电源供电甚麓多电源供电配网结 掏，以傈谜爨簧用户静不问断供黾。当菜个母线、开关戚馈线嚣要检修或者发生故簿时，该母线、 开关或镶线上缝多电源供电戆受饕藏霹教遘每受蔫转移，遴过合骂操律，转移劐之稳连夔箕毽母 线或镶线上。含邵操作鲢最大瓣蹙藏藏是可 三l 减少用毫的俸电，丈丈懿提高了供电的霹靠性，两这 个正是公众对电力满意度的一个黧骤指标。 出于对电网系统安全的考虑，1 j 己网合环操作时，两端的电压差不能太大，否则会出现很大的合 环电流，搏致相连的两条母线成馈线上的保护跳闸，反而导致供电事故。根搬现场的了解，现在城 市配网中这种台环操作很普遍，但是却缺少有力的理论和分析软件来指导这种操作，现场都是依靠 运行人员的经验来判断是否进行仑环，这样，不仅报容易如现判断偏差，而嶷，对可能出现豹合环 电流缺少爨纯的分辑，实际操 磬鹣缝条具有攫太匏戆撬瞧。因筵，本文不霞扶蘧论上对配稠台环的 蠡锌送嚣了努褥，固眩瞧秀发了一套嚣溺舍嚣努辑软昝，辩等蒜毫公霉舞s c a d a 系统实嚣黠接t 采 集实时数据，进行合环积合环屠瀚流的比较，褥出是否能够进行台环搽作，从蕊对现场的台环操作 提供有力的参考。 第2 页 东南大掌硕士掌位论支第一章算论 1 2 本论文的主要工作 1 配网的发展情况介绍及配网台环操作的重要性。 2 配网中台环操作的理论分析，分析影响配网合环电流大小的因素。 3 参与并完成了昆山市实时合环分析软件系统项目的开发和研制，在此介绍本系统，并从软 件开发的角度，对电力设备模型的建立，类的实现，潮流计算拓朴分析以及操作界面的进行了 介绍。 4 负责完成了本系统和s c a d a 之间的数据通信，并完成了和系统的对接，成功实现了实时版本。 5 理论分析了多电源( 大于2 个母线同时供电) 供电情况下，单电源负荷转移时，合环路径的选 择，提出了基于最短路径的算法，并用算法进行了验证。 第3 页 东南大掌硕士掌位论文第= 章、j e 电网合环攥作的理论分析 第二章、配电网合环操作的理论分析 配网的合环操作是现代配电网中经常进行的一种操作。目的就是不问断供电提高供电的可靠 性，为重要的负荷提供安全、稳定的电源保证。我们这里所指的配网合环是指在中压配网的合环操 作，也就是l o k v ，2 0 k v 的合环操作。虽然l l o k v 的母线有合环操作的问题，但是不在本论文的讨论 范围之内。 2 1 城市电网网络规划的基本要求。1 ( 1 )城网要满足电源送出要求和稳定可靠的供电能力，以适应电力市场流通及消费的需要。城市 电网覆盖面大，全国发电量极大部分都是通过它被吸收的，它直接联系着广大用户，要有充 足的供电能力来满足不断增长的要求，尤其是经济和社会发展迅速的城市对于这点要予以特 别的重视。城市电网本身电源有限，所以要求城网具有快速从上级或区外电网获得最大补充 电源的能力。 ( 2 )电网要有定的裕度和应变能力。这个观念在城网规划设计中十分重要，因为经济发展是一 个系统工程，是一个动态过程，其中包含许多相互制约而不确定的因素，一个远景发展目标 不可能预先在一张蓝图上完全确定下来。因此，要求城网结构具有足够的“弹性”，包括有 足够的设备容量和检验各种可能出现运行方式时的应变能力，对前后阶段网架要考虑相关性 并作合理协调。 ( 3 )电网运行要灵活、经济，线损及成本应相对较低。在电网建设中始终十分重视这个问题，但 因评判标准的不同，往往结论也不同。更多的人认为，不应该从建设的初始投资作为唯一考 核指标，应从电网的运行损耗和初期投资的整体效益来考察。有人提出应把用电损失计入经 济性，而把可靠性作为优化计算的目标函数之一，换句话说，即要充分发挥供电和用电两方 面的积极性，统一协调，达到总的最佳。随着国家改革的深入及电力技术发展和电力市场的 形成，对这个问题一定会取得共识。 ( 4 )电网接线简明，层次清晰。长期以来认为简单主接线形式只适用于某些三类用户，而当今的 发展趋势却要求城市电网尽可能的采用简单接线形式。运行经验表明，复杂接线形式在一定 条件下不仅不能提高而且反而降低了可靠性。因为电力技术的发展和进步，电器设备可靠性 提高为简化接线及变电所小型化、标准化创造了条件。后者在技术和经济性上都处于优势， 但观念的转变需要时间和实践。 ( 5 )潮流流向应当合理，避免网内环流。城市是当地的政治、经济和文化中心，也是电力负荷中 心，我国城市化发展很快，大中城市规模越来越大，因此单凭经验的城网规划方法已不能适 应当前对城网规划的要求。 2 2 配电网的接线方式 随着国民经济的高速发展以及人民生活水平的不断提高，用户对配电网的供电可靠性要求越来 越高；电力市场的逐步形成以及电价机制的完善也对供电可靠性提出了新的要求。目前我国正在 进行城市配电网的建设与改造，其中选择何种形式的电网接线是一个重要方面，因为它不仅牵涉到 电网建设的经济性，而且也关系到供电的可靠性。这里介绍一下当今国内外一些较流行的城市高压 配电网( 110k v 和35 k v ) 和中压配电网( 1 0 k v ) 的一些接线方式a 第4 页 东南大掌硕士掌位论文第= l 、配电网合环朔 作的理论分析 2 2 1 城市高压配电网的接线方式“ 图2 - l 具有中介点的放射状接线 图2 - 3 双侧电源单断路器手拉手接线 幽2 - 5 “4 6 ”接线 图2 - 2 全放射状接线 图2 - 4 双侧龟源双断路器手拉手接线 幽2 - 6 环形接线 第5 页 东南大掌硕士掌位论文第= 章、配电网合环操作的理论分析 2 2 2 城市中压配电网的接线方式。1 常用的配电网有备用与无备用接线模式：完全放射状、中介点放射状、树状、普通环式、手拉 手环式、t 接线、双( 三) t 接线、两端供电网、多网孔复杂网等。选择配电网接线方式时须考虑 供电可靠、操作安全、有利于自动化、运行灵活、基建投资省、运行费用低、留有发展余地等基本 要求。配电网网架结构的确定作为配电网规划的设计主体，应根据规划地区的经济状况和负荷情况 合理选择并具体确定电压等级、供电可靠性、容载比、接线方式、点线配置等技术原则。此外，还 需对其可靠性和经济性进行指标评估。 ( 1 ) 完全放射状接线 该接线比较适合当负荷集中在电源附近的情况，其特点是接线简单，只要采取适当的措施( 比如变 压器采用低负荷率，和t 形接线模式相结合等) ，可靠性即可达到要求。当电源站的仓位允许时， 由于电源和负荷之间采用直线连接，其投资也是较省的。但同时，由于负荷直接接在电源站出口， 可能会造成其出口仓位紧张，投资也会相应增加。 ( 2 )经中介点的放射状接线 这种接线是完全放射状接线模式的变形形式，适用于负荷分块集中情况。如果网络中使用的线路载 流量较大，比如一条线路可带2 台或2 台以上变压器时，若采用经中介点的放射状接线，则可以 在不增加电源点至中介变电站间线路回数的情况下，由距离终端变电站较近的中介站供电，以缩小 线路长度，同时又减少了电源站的出线仓位，提高了经济性。但是，和完全放射状相比，该接线方 式增加了中介站的投资。具体哪种方案的投资更省要视具体网络情况而定。 ( 3 ) 手拉手状接线 这种接线适合负荷点沿电源的某1 个或几个方向分布情况，通过几条干线向沿途负荷供电。由于采 用了双电源供电，所以供电可靠性比较高。但由于线路曲折而长度增加很多，所以在提高了可靠性 的同时投资也增大。 ( 4 ) 树枝状接线 这种接线方式适合于城市架空线，非重要用户和郊区。干线可以分段，其原则是一般主干线分为 2 3 段，负荷密度大的地区1km 分一段，以缩小事故和检修停电范围。 2 3 配网合环操作的概念 ，子耳_ 一一二l f t f l 一j 士 2 2 0 k v 了4 l2 2 0 k v 斗2 2 0 k v l 1 ： u = _ _ ：i 。l j 一 ， 上 譬 i ： _ j 配网合环点 图2 7 配电网合环示意图 第6 页 束南大掌硕士掌位论文 第= 章、配电网合环操作的理论分析 正常情况下，电力系统输电主干网( 2 2 0 k v 和5 0 0 k v ) 都是环状结构运行状态，l l o k v 及其以 下母线都是开环运行的。低压配电网也都是开环运行。如图2 7 所示，当母线a 需要检修或者是出 现故障时，就需要通过在配网合环点闭合联络开关，将a 上的部分负荷转移到b 母线上，从而保证 了不间断供电，这种对联络开关进行闭合的操作就称为合环操作 2 4 配网合环操作的优点 以往城网供电一般多采用单电源辐射线路但发生故障造成的停电的范围大，恢复供电的能力 较弱。若采用环网结构、辐射运行的方式，相当于双侧或多侧电源，只要措施得当，就可以故障时 缩小故障区段，快速恢复正常供电，隔离故障区域，便于控制。在正常情况下，也便于负荷的转移 和设备的检修和维护，美国纽约联合爱迪公司是世界首屈一指的电力公司，它主要负责纽约市区以 及其他地区的供电9 0 以上的城网采用环网系统，环网电源来自两条不同线路采用隔离器和真 空重合闸。一旦发生馈线或用户故障时则会将故障段自动隔离，而开环点断路器会自动闭合，将电 源从另一侧引入正常用户。其供电指数达9 9 9 8 3 ，系采用环网供电的结果”1 。对我们来说，应当 合理的推广各种结线形式的环网供电形式。 由此可以获知，合环操作是提高配电网供电可靠性的一个有效手段。 2 5 配网合环操作的潜在危险 任何事物的存在都有两面性。合环操作一方面可以减少用户的停电，提高网络的供电可靠性， 但是另一方面，合环操作对于电力系统来说，存在潜在的危险性。具体分析如下： 当如图2 7 中，母线a 和母线b 通过合环开关并联运行的时候，正常情况下，只要a ，b 母 线的电压羞不是很大的话，通过联络开关的电流不大，但是当系统出现故障时，比如遭到雷击或者 短路时，出现不平衡的运行状况，特别是线路1 出现跳闸，退出运行时，联络开关有可能通过高压 侧传过来的很大的潮流，必然会导致保护动作，从而造成更大面积的停电事故，造成无法弥补的社 会和经济损失。 这也是为什么电力系统除了输电主干网是闭环运行，而其他的l l o k v 及其以下的电压等级都是 辐射状运行的道理。 同时，如果运行人员由于判断的失误，当需要合环母线的电压差很大时，也错误的判断为可以 合环也会造成停电事故。 因此，对于配网台环操作，一定要谨慎的进行，这也是为什么许多的供电公司对合环操作持保 守态度的一个很大的原因。 2 6 配网合环操作的种类 从理论上说，只要是存在辐射状运行，闭环结构的网络，都存在合环操作的可能性。但是我们 这里仅仅研究中压配网的合环情况，不讨论1 i o k v 的合环情况。 对于这类配网合环一般来说分为两类，如图2 - 8 所示： 第7 页 东南大掌硕士掌位论文 第三章、配电网合环搬作的理论分析 图2 - - 8 配网合环的种类 1 、不同厂站母线出线之间的合环情况 如图2 8 所示，配网合环点l 就是这种情况，母线a 属于厂站a ，而另端的母线b 属于 厂站b ，相互之问通过联络开关进行合环操作。配电网错综复杂，不同母线所带负荷区域总 是有着联络开关相连着，因此这种舍环的情况比较常见也是我们研究的重点。根据我们的 调查，苏州供电公司的这种合环情况比较多。 2 、同一厂站不同母线之问通过母联开关或者联络开关的合环情况 如图2 - - 8 所示，配网合环点2 属于这种情况母线b 和母线c 都是属于厂站b ，都是由同 一个t 1 0 k v 的母线供电，它们之间直接通过母联开关进行合环操作。这类合环操作比较简 单，而且比较安全。当高压网出现故障时，也台环母线也不会出现差错属于保守合环情 况，无锡供电局大都采用这种合环操作，而对于第一类的合环情况很多年都没有进行过。 而且这里合环情况的另一个优点时合环时所通过的电流比较小。本章后面的部分会对此进 行详细的讨论。 一般的供电公司都会同时出现这两种台环情况，都根据自身的条件选择合适的合环操作方式。 2 7 配网合环操作的理论分析“。 现在讨论最般的配网合环情况如图2 8 所示，希望推导出有益】二减少合环冲击电流的指导性 操作。因为经过我们的分析和实际校验，如果仅仅考虑1 0 k v 母线的情况，所计算出来的台环电流误 差太人，因为没育考虑主变的压辟差录fh 0 k v 电压的变化。因此这里的模型是包括高压侧和主变的 模型。 第8 贯 束南大掌司e 士掌位论文第；章、配电网合环朔作的理论分析 r万 o 1 矧1 ：k 祀，二带。 l 负荷。 联络开关 l 负荷z a p + 似q 图2 1 0 电气接线等效图 下面进行推导： l 、当未合环前 设低压侧母线的电压为v 1 和y 2 ，并假设初始值都为1 0 ，从而推出 p n + j o , 1 = 篱- 鬻 ( 2 1 ) 即j o 矿( 只峨( q l + q 1 1 m + j o 。+ 格 ( 2 _ 2 ) 碣j q 一镨 因此可以得到： ( 2 3 ) 第9 霄 东南大掌硕士掌位论文第= 章、配电网合环捌b 作的理论分析 v i ；u 1 - f 磊瓦孚 同理得到： v 2 = u 2 - 乒面瓦丐 躲她：、瓦面j a 礤i - - k i ，( 躲蜘2 1 只+ - ) t 屺1 + t ，( 叩乒磊i 丐， 合环前，低压侧两条母线的电压差为 m 1 0 ) 伽2 o ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) k 一心一r u i - u 2 j + 去艄棚z j k 2 * z 2 - m j a m - 屺小f 麓 ( 2 6 ) 将( 2 - 6 ) 式子的右边的电压差贡献分成三部分。 k 一。啊+ 嘉丢+ ) 2 刊 2 、当合环后 根据戴维南等效定理1 ，将图2 5 化简为等效电路： q 二 1 ub 盈 l 芒卜二 lr l 由图2 - i l 可以得知，台环后合环线路上的电流直接和合环时的电压差成正比。因此只要减 小两端的电压差，就能够降低合环线路上通过的电流值，下面从理论上讨论减少合环电流 的策略： ( l ) 、减少高压侧的电压差 彬一u ，一u ，也就是说当合环母线所连接的高压母线的电压差越小，产生的合环电 流越小。这也就是为什么当在同一厂站内的不同母线之间的合环，合环电流比较小的理论 依据。 第1 0 贫 东南大掌硕士掌位沧文第= 窜、0 电网合环朔 作的理论分析 ( 2 ) 、合环前合环线路负荷力矩差 定义负荷力矩为m = ( p - i - j q ) + + z ，其中女为主变变比，z 为主变阻抗，p + ，q 为母线所带的负荷。因此；m 1 一m 2 ；( 最+ ，q 2 弦2 + z 2 一( 墨+ j q l ) 七。+ z 1 ，当合 环线路负荷力矩差越小，也越小，合环电流也就越小。现场运行人员判断是否可以合环 的一个条件就是主变的负荷差，如果考虑主变阻抗和变比近似，也就是负荷力矩差的大小。 ( 3 ) 、主变变比差 主变差值越小，也越小，从而合环电压差也越小。 2 8 本章小结 本章给出了国内外配网常见的接线方式 行了分析，并用一般的模型进行了理论推导 并对实际情况中配网合环的成因，优点和潜在危险进 得出了影响合环电流的三个因素，为现场的实际操作 的提供了- 指导。 本模型主变采用的是双绕组变压器，而实际中会出现三绕组变压器，但是推导的方式是相似的。 本模型可能产生误差的地方为线路合环前的负荷为零，但是实际情况都是带有负荷的，而且负荷的 分布情况也影响到合环电流，负荷与合环开关的远近影响到误差的大小，从母线到负荷这段线路的 压降是存在误差的原因之一。本软件系统中采用的模型中负荷在母线和合环开关的中间位置，也只 能是负荷大多数的情况的一种假设。 第l l 页 东南大掌硕士掌位论支第三章、配网合环系统的软件蜜现 第三章、配网合环系统的软件实现 3 1 总体设计思路 本次分析计算的基础是潮流计算，它是电力系统应用中最为广泛、最基本和最重要的三大计算 之一，是研究电力系统稳态运行方式的基本手段。常规潮流计算的任务是根据给定的网络结构及运 行条件求出整个网络的运行状态，包括系统各节点( 母线) 的电压，线路上的功率分布以及功率损 耗等。由于潮流计算的己知量与待求量之间是非线性关系，所以潮流计算问题在数学上是多元非线 性代数方程组的求解问题，一般采用迭代方法计算。 合环计算既涉及地区电网，又涉及配网，由于不易获得完整的配网结构参数与运行参数，因此计 算方法及结果如何满足工程实际的需要是本项研制工作的关键，也是一大难点。本系统所需的数据 为：整个地区电网的当时运行工况( 线路参数、负荷、变压器分抽头位置) ，合环变压器的总负荷， 合环前母线电压，合环线路参数及负荷等。通过理论分析和实际测试，合环功率和电流与下列因素有 关： ( 1 )合环变压器高压侧和低压侧的电压。 ( 2 ) 合环线路负荷。 ( 3 ) 合环变压器所带负荷。 ( 4 ) 合环变压器阻抗。 ( 5 ) 合环变压器的变比。 在实际应用中，由于多种原因将导致计算误差，误差的来源主要有几个方面： 地区电网的运行状况。当时电网运行工况断面不易获得。 由于在实际运行时，测得的大多是电流值，而不是p 、q 值，而功率因数的不准确 对合环计算的误差有较大的影响。 馈线负荷分布。 现场各种参数，比如线路长度，t 形结线的位置和变压器参数的不完整。 本次计算分析采用极坐标形式表示节点电压，能够根据电力系统实际运行状态的物理特点，对 牛顿法潮流计算的数学模型进行合理的简化。本文采用的是p - q 解耦法的模型。通过计算、分析， 并结合配网运行的实际情况，在计算模型上采取了相应的措施，从而保证了本模型既满足了工程实 际的准确度，又方便实用。本系统是用v i s u a lc + + m f c 开发，数据库采用a c c e s s t 与r d 8 0 0 ( s c a d a 系统) 的通信采用u d p 数据报格式。本系统分为两个部分： 台环潮流升忻软件 潮流计算于系缝 圈3 - 1 合环分析系统的组成 第1 2 页 东南大掌硕士掌位论文第三章、配瑚音环系统的软件蜜现 3 2 电力设备的对象模型 3 2 1面向对象编程技术( o o p ) ” 9 0 年代初期蓬勃兴起的面向对象的方法学( o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 从根本上改 变了半个世纪来的编程模式，被誉为“研究高技术的好方法”。可以这样说，在计算机科学领域 内，9 0 年代是面向对象技术大发展的年代。 用计算机程序来反映或解决现实世界中的各种现象或问题时，不论其规模大小如何都离 不开包括状态在内的数据( d a t a ) 和方法( m e t h o d ) 两个方面。利用某种程序设计方法( 如f o r t r a n 语言) ，将这些“数据”和“方法”用语句形式转化为计算机可能执行的简单操作过程，这叫做 “程序设计”。 近2 0 年来，程序设计方法及其相应的编程工具已从机器代码的个体手工编程方式发展到结 构化、模块化的程序设计和各式各类的高级编程语言大大提高了程序开放的效率。结构化程 序的程序设计方法，将机器代码程序抽象为顺序、选择和循环三种基本结构。结构化程序设计 限制只在一个结构内使用“跳转”语句，每个结构只有一个入口和一个出口，大大改善了程序 的清晰度和可读性。此外，结构化程序设计还提出了自顶向下、逐步细化的过程符合人们解 决复杂问题的普遍规律，显著提高了程序设计的效率。设计出来的程序具有清晰的层次结构， 也易于阅读和理解。 但是，这种程序设计方法仍未摆脱数据和方法分离的基本格局，还是从语句出发，指定计 算机“怎么做”，而不是从更高的抽象层次出发命令“做什么”来开发和生产软件产品和系统。 因此，可重用性、可靠性和继承性都较差。 此外，结构化的程序设计方法还具有一些局限性，主要表现在以下几个方面： 1 )不支持并发执行的程序设计 结构化程序设计未能象在控制结构上消除跳转语句造成的危害那样，消除随机存取数 据结构可能造成数据不一致的危害。这是因为结构化程序模块中的数据仅处于实现功能 的从属地位，备模块之间的相关性很强，但各模块与数据之间的相关性比较差。这在顺序 程序设计中，问题还不大，但如果各模块并发执行，就有可能由于随机存取数据结构不规 范而导致系统的混乱。这也就是当程序达到一定规模后，为了修改一个小错误，可能引出 多个大错误的原因所在。 2 ) 程序结构与应用结构差异很大 传统的编程语言中，程序是由传送参数的程序( 方法) 和函数的集合( 数据) 组成， 每个过程处理其参数，并可能有返回值。因此传统的程序设计是面向过程的，设计者按 照过程来组织模块。指定计算机“怎么做”，而应用者关心的是叫计算机“做什么”，由于 两者抽象层次的不同，必然导致程序结构与应用结构的很大差异。 3 )不支持知识型和多媒体数据 当代计算机在科学计算、事务处理和过程控制锝方面的应用，已从传统的精确解，发展到 专家系统、模糊数学、神经网络等知识型范畴。所需处理的数据，也已从数字和字符串发 展为记录在各种介质上的文字、图形、影像、声音等多种格式的多媒体数据。数据量矛f i 数 据类型的激增，使得许多规模庞大、内容复杂的程序接近或达到了用结构化程序殴计方法 无法管理的程度。 为了克服上述的种种局限，彻底改变软件开发和生产的被动状态只有在结构化程序设计 的基础上进一步抽象，将数据( 含多媒体数据) 与对数据进行操作的方法结合起来，通过封装 ( e n c a p s u l a t i o n ) 组成“软集成块”。这种从“软件集成块”山发叫计算机去“做什么”，而不 是从条条的语句出发指定计算机“怎么做”的开发和生产软件的方法，使用的就是“面向对 第1 3 贾 末南大攀璞士掌位论文第三章、配网台球蘸麟粒鼓捧实瑰 蒙”0 0 ( o b j e c to r i e n t e d ) 的思想。各式各样的“软集成块就是一个个的对象( o b j e c t ) 而不同层次的许多对象就可组成象电力系统这样簧杂的大对象。 3 2 2 面向对象的主要特征”1 1 ) 对象积清息( 或零佟) 一封闭经 对象窝渍惠是垂鑫对擞审嚣枣最基本静撩念。对象髂褒嚣是对象敷辩耀经，游患羹l 是对象 之间相互联系静手段。 i 对象( o b j e c t ) 电力系统中的断路器是个对象，其他的诸如变压器，线路都是对象，甚至电力系 统本身也是个对象。这些大大小小，各戏备样的对象都有自身的特征。比如断路器， 首先有一个断路器编号，其次有开合状态，再者其开合状态可畿导敦电力系统网络接 线匏变纯等。电力系统本身也是这样，其鸯皂髂、状态( 逶常为正常、紧急帮恢复三 季孛凝悫) 强及不鞘状态下翡运芎亍工涎等褥瞧。因筵，哥菠这释落一个对象，无论大小 都是一个具有名称标志，著有自身状态釉岛身功能的实体。 按照对象模型根据具体实体特征所建立的“软模型”和始构化设计中的“模块” 有些类似，两者都是一个具有输入输出的处理单位。不同的是：缩构化设计中的模块 是对功能的抽象，如电力系统中的网络描朴模块、潮流计算模块蹲；而面向对象的“软 模型”包括数攥翘操俸，就象人曾j 所蔷到始实体那样，是对数攒积功裁的抽象和统一， 其获态是耱存巍哭缝蠢宅鸯己避嚣掇露怒蓬豹嚣毒存贮萃元懿谤 曩润霪。 对象虽然国予是有自身匏捷态和葫熊两独立存在，毽运整状态和功麓有薅需婺外 界为之服务，有时叉需要服务于外界。如前面所说的潮流穗殍，窀既需要稀疏矩阵、 三角分析等为之服务，又需要服务于暂悫稳定、安全分析等其他程序。因此必须建立 一个对象之间相飘联系的手段，这就魁“消息”。 i i 消息( m e s s a g e ) 或事件( e v e n t ) 消息是蟊起冀重象技术中对象之间糕蠢请求或相互诲作鳃冁途径。薤藏对象程岸 熬一个重要方嚣蕤楚确定霹蒙弑及对象之瀚超互传递兹涎惑。 基于功能抽象的攘块纯设计方法，模块弼豹连接是通过数掘进行的。数据从个 模块传递到令一个模块，每个模块据其进行定的操作，完成一定的功能。如将一个 实数传送给一个计算平方根函数的模块，计算完后返回该实数的平方根，对于一些大 型程序，还可采啊用户自定义的数据类型( 入过程、模块、包挥) 将所处理的数据作 为某一类型壹接处理，藤不必运层表示为擐基本的操作。但是，_ i 表些宣定义类型的袭 示鳃节，对， 毙全公嚣，没专佳簿绦势攮藏。用户可戳隧意修魏这些类型数据的菜一 裁势，纛蹙理该数攥静萁氇模块帮不翔麓改动，这露多入会 筝辩发软箨系统，以及簸 后的维护和改进均带来极大的不利。为了孵决这个阊题，必须甏新“模块”概念，释 求访问数据的新方法，从而导致数据抽霖程序设计的产生。 所谓数据抽象即数据类型不再单纯是组值的集合，而感一组值和一组操作的 合成。这样，通过用户自定义类型机制，便可将数据融合到模块概念中去：并在定义 新类型时，使类型袭示豹细节翮操作熙察现对羚不霹觅，敢髂之为抽象数据类型。数 器接象实瑷了“缮惠戆菠”d a t ah i d i n g ) 嚣烈，更蘩了模块獠念。箨模块手霉是一 个功箍抽象攀霞+ 两是一个数据抽象摸块。j 龟时，模块之间的器灏不再是复杂的数据 而是作用于数据之上具有形式说明的操作。外界对于模块所寇义的类型数据的访问， 必须通过这些擞作进行，从而使内部袭求得到了保护。 这里数据抽象_ 葶i l 我们所说的对象井没有本质上的区别。可见，面向对象的方法 和机制，就是在前人最新研究成果的基础上，增加一些新的联系丽形成的。对象阃的 第1 4 贾 东南大掌硕士掌位论文第三章、葺己网合环系兢的软件实现 消息联系，也就是模块间从数据联系到操作联系的进一步发展。 面向对象系统中，向一个对象发送消息，就是调用这个对象函数的一种方法。如 数“4 ”是一个对象，本身具有算数运算和大小比较的能力；接收消息“+ 3 ”后的响 应是执行加“3 ”的处理，返回结果“7 ”给另一对象。又如电力系统中的线路断路器 是一个对象，本身具有改变网络结构的能力，接受消息“开”或“合”后的响应是执 行网络拓朴分析，返回分析结果给电力系统大对象。这里需要说明的是，对于象电力 系统这样实时过程的软模型，可用“事件”取代“消息”来表示对象间的联系。此时， 消息传送则称之为“事件驱动”。 消息有两种。凡用于对象内部常用操作而不对外开发的消息，称为私有消息；可 由外界对象发送的消息，则称为公有消息。一个对象能为外界做什么。是通过“协议” ( p r o t o c 0 1 ) 来说明的，因此，即使该对象能完成某一功能，但没有将此功能放入协 议中外界对象依然不能请求它去完成这一功能。换句话说，协议是一个对象所能接