（电力系统及其自动化专业论文）电磁环网解环决策的分析和评判.pdf

华北电力大学( j e 京) 硕士学术论文 摘要 电力系统在发展的过程当中出现了高低压电磁环网。电磁环网的存在给电网的 发展带来许多不确定因素，国内外与电磁环网相关的大停电事故屡见不鲜。解开电 磁环网运行将是必然的选择，但是在最初的解环方案确定以后，如何对众多可行的 解环方案进行评价，并从中选择出最优的解环方案是重点也是难点。针对这一点， 本文构造了评判电磁环网解环方案优劣的指标，提出了一种利用层次分析法来评价 解环方案的优劣、从而确定最优解环方案的综合评判方法，开发了电磁环网解环决 策支持系统，并且以北京电网为例进行了计算分析，验证了该决策支持系统和指标 的有效性。 关键词：电磁环网，多目标决策，决策支持系统，a h p a b s t r a c t t h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to f t h ep o w e rg r i dt h e r ea p p e a r sh i g h l o we l e c t r o m a g n e t i c l o o pn e t w o r k t h eo p e r a t i o no fe l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r kr e s u l t si nm a n yu n c e r t a i n p r o b l e m sa n da c c i d e n t st h a to c c u rc o m m o n l yi ne i t h e rf o r e i g n o rd o m e s t i cc o u n t r i e s i ti s i n e v i t a b l et ob r e a ko u t e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k t h ed i f f i c u l t ya n de m p h a s i sl i e s t h a tt h eo p t i m u md e c o u p l i n gs c h e m es h o u l d b ec o n f i r m e do u to fa l lt h ed e c o u p l i n g s c h e m e sa tf i r s t j u s ta i m i n ga ts e t t l i n gt h i sp r o b l e m ，i nt h i sp a p e r ，t h ej u d g m e n ti n d e x e s a n das u p p o r t i n gs y s t e mf o r d e c o u p l i n g d e c i s i o no ft h ee l e c t r o m a g n e t i cl o o pa r e d e s i g n e d ；ac o m p r e h e n s i v ej u d g m e n tm e t h o db a s e do na h p i sp u tf o r w a r d t h ei n s t a n c e o fa p p l y i n gt h es u p p o r t i n gs y s t e mt ot h ed e c o u p l i n gd e c i s i o no fb e i j i n g5 0 0 k v 2 2 0 k v e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r ki n d i c a t e st h a tt h es u p p o r t i n gs y s t e ma n dt h ei n d e x e si nt h i s p a p e ra r ee f f i c a c i o u s d u a nm a n y i n ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n h u a k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r ld e c i s i o n - m a k i n gs y s t e m ，s u p p o r t i n g s y s t e m ，a h p 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电磁环网解环决策的分析和 评判，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学或其他教 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：筮逝醯 e t 期：礁61i ：! 生 2 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：煎邈亟导师签名 枷j 、l 牛 缮型 乩s 他 华北电力大学( 北京) 硕十学术论文 1 1 课题的提出 第一章绪论 随着国民经济的发展，电力系统的容量不断增大。一般负荷中心都远离电源， 需要远距离输送电能。而对远距离大容量输电问题，传统的解决方法是随着系统容 量的增加而提高系统电压，即采用更高一级电压等级来解决上述由于电网发展而出 现的问题。 电力系统在一个新的更高的电压等级问世的早期，网络在结构上不可能做到非 常坚强，而是一步步完善、加强并日臻合理的。在这个完善、强化的过程中，为了 获取大的网络传输功率，以合理利用廉价资源，满足用户对用电的要求，电力系统 大多出现一个或多个电磁环网运行。高低压电磁环网，是指两组不同电压等级运行 的线路，通过两端变压器磁回路的联系而并联运行。纵观国内外情况，造成电磁环 网的原因各不相同。有的源于规划，有的是由于管理体制，有的只是在新旧交替的 初期出现，有的则是习惯如此【1 l 。 电磁环网的存在给现代电网的运行管理带来麻烦，也给电网的发展带来不确定 因素【。据统计，我国1 9 7 0 1 9 9 0 年共发生与电网结构相关的功角和电压稳定破坏 事故1 8 7 次，其中与高低压网络结构有关的事故达5 5 次，占2 0 2 。国外与电磁环 网相关的大停电事故也屡见不鲜，如1 9 9 6 年7 月2 日美国西部电力系统w s c c 大 停电事故，当p a c i ( 三回5 0 0 k v 交流) 断开后，大量潮流涌向东部3 4 5 2 3 0 k v 网 络，导致电压稳定破坏，w s c c 解列为5 个孤岛，2 0 0 多万个用户停电，损失负荷 1 0 5 7 6 m w ，最长停电时间达6 4 小时。同年8 月1 0 日，该电力系统同类事故再度 发生，停电用户、损失负荷、停电时间都远远超过7 月2 日事故。同时在电磁环网 中，由于高一级电压线路断开造成负荷转移，在国内外电力系统中，已经多次重复 地造成了事故扩大，即使很强的电磁环网( 例如华北电网1 9 9 6 年“5 2 8 ”事故，5 0 0 k v 线路“n 2 ”校核也没问题) 也不可避免地出现稳定问题，因此，人们往往“谈 环色变”，只要可能，电磁环网均采取开环方式运行。 而开环运行有很多可取之处：a 稳定易于控制。在开环网络中发生干扰，往往 切除故障元件，再辅以有效的事故处理手段，即可平息事态发展。在环网中如果发 生故障，不少情况下切除故障元件后，将引起功率转移，使非故障元件功率越限而 导致稳定破坏。b 潮流控制方便。开环运行时，调整送端电源的有功( 或功角) 和无功 f 或电压) 即能达到调整潮流的目的。合环时，潮流在环网内自然分布，控制困难， l 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 往往发生环网元件通过功率有的满载甚至过载，有的闲置。c 限制短路容量。环网 开环运行，是限制短路容量的重要手段。合环运行，因综合阻抗往往较小，短路容 量比较大。短路容量大的母线，是那些出线较多，并且电源出线集中的母线。这些 母线发生故障，往往是触发电力系统大事故的元凶。d 简化继电保护和安全自动装 置。环网的继电保护和稳定措施配置比非环网要复杂得多，配合的难度较大。保护 和安全自动装置的复杂化和不配合，一般是事故直接或扩大的原因。e 在某些环网 中，因为开环运行不存在环流问题，可能输电损失比合环运行时要小，从而可提高 输电效率p j 。 我国的电力系统稳定导则明确规定：应避免和消除严重影响电网安全稳定 的不同电压等级的电磁环网。导则还指出应按照电网电压等级和供电区域，合 理分层分区供电，消除电磁环网。合理分层，是将不同规模的发电厂和负荷接到相 应的电压网络上；合理分区，指的是以受端系统为核心，将外部电源连接到受端系 统，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻区域相连。导则明确指 出，在我国，电磁环网不是一种被鼓励的供电方式【。 综上所述，在我国，随着5 0 0 k v 电网逐步完善，应考虑逐步打开5 0 0 k v ，2 2 0 k v 电磁环网中的2 2 0 k v 电网，以充分发挥高一级电压电网输送容量大的优势，避免高 压线路故障后大功率转移，引发大规模停电事故【5 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外评判指标综述 国内外研究和实践表明，高低压电磁环网运行的缺点在于高电压等级网络发生 故障，潮流难以控制，大量的输送功率转移至低电压等级网络后，很容易造成输送 功率超过稳定极限进而引起稳定破坏事故【6 】【7 】。 高低压电磁环网运行带来的另一个严重问题是：高低压电磁环网合环运行造成 地区电网短路容量目趋增大，开关设备遮断容量不够而需更换1 6 卜u 。电磁环网一旦 形成，一般都会面临局部短路容量增加的问题，而这个问题确实比较重要，是必须 要解决的问题，否则将会危及电网中的设备进而影响整个电网。如果此时电磁环网 开环条件尚不具备，则可以采取其它手段限制短路电流。例如，增加限流电抗器、 2 2 0 k v 母线分母线运行、采用高阻抗变压器和使用背靠背换流站割裂网络等措施， 但这些措施一般会对系统的正常稳定运行造成影响或者会增加比较大的投资，例如 高阻抗变压器会恶化电压无功运行，使得系统的电压稳定极限下降，无功损耗增加。 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 这些手段的采用不能根本上解除电磁环网带来的隐患，只是在某些时期所采用的折 巾手段。而打开电磁环网运行对降低短路电流水平极其有效，是降低系统总体短路 电流水平的有效措施【1 1 】。 同时，电磁环网运行还造成许多其他问题，如：潮流控制困难，线路迂回供电 有窝电现象，增大网损，无功难以分层分区平衡，各地区电网接线不清晰，调度运 行、事故处理及继电保护配合整定困难，关口复杂，不利于当前商业化运营的需要 【1 2 h i3 1 。 目前，国内外选取解环点和评价解环方案优劣的指标主要有短路容量，潮流， n - 1 和暂态稳定。如：文献【8 】考虑了短路容量指标、潮流指标和暂态稳定指标； 文献1 1 4 】考虑了n 一1 指标和暂态稳定指标；文献【1 5 】考虑了考虑了潮流、n 一1 指标 和暂态稳定；文献【1 6 】主要考虑了联络线上的潮流；文献【1 7 】主要考虑了潮流和稳定 性指标。 1 2 2 现阶段电磁环网开环运行的实践 在我国，广西、湖北、湖南、上海、江苏、浙江、福建等许多省份在电网发展 过程中都面临着从电磁环网方式到分层分区方式的过渡，并且纷纷进行了实践。以 下给出两个解环实例，是基于实际工程的前期分析数据。这些分析都是研究的实际 工程，为将来的实践提供理论依据。 1 2 ，2 1 上海电网分层分区的分析” 由于短路容量迅速增长，古北、沪定2 2 0k v 的分母将上海电网分为南网和北网 两大电网，亦不能解决最终短路容量超载，必须采用分层分区的措施来限制系统短 路容量。为此，在几年当中做了大量的准备工作，重大的有南网改造工程、杨行工 程、泅径工程等，还有诸多的线路扩容改造，确定了各分区电网的主网架结构和备 用联络通道，为2 2 0 k v 电网分层分区运行提供了坚实的物质基础。 上海电网现在分为5 个分区电网，以5 0 0 k v 变电站为中心，分别为杨行、黄渡、 _ w 径、南桥以及杨高分区。正常方式下除南桥分区与杨高分区并列运行外，分区之 间不再联络运行，在事故或检修方式将启用备用通道互相支援，特别是在联变检修 或机组停役时，在短路容量允许的情况下，分区与分区之间并列运行。图1 - 1 是卜 海电网分层分区后结构示意图。 上海电网分层分区后，除几个主要节点的短路容量仍在4 0 k a 咀上，普遍降低 了2 2 0 k v 系统的短路容量，因而有效地控制了系统内故障点的短路电流，达到了限 制短路容量的目的。 3 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 图1 1 上海电网分层分区后结构示意图 1 2 2 2 福建电网电磁环网解环可行性分析。” 从图1 - 1 可以看出，2 0 0 3 年福建沿海形成了2 3 回5 0 0 k v 骨干电网，5 0 0 k v 变 电所共4 座，其中泉卅l 变、厦门变主变均将达到2 组。5 0 0 k v 电网将与2 2 0 k v 电网 形成多处电磁环网，包括：莆h j 、福州电磁环网，泉州、莆田电磁环网，厦门、泉 州电磁环网，厦门至福卅i 间的东部沿海5 0 0 k v 电网与西部2 2 0 k v 线路形成的电磁环 网。 上述电磁环网的解环点可以考虑在福建5 0 0 k v 2 2 0 k v 电磁环网的2 2 0 k v 线路 上。其中：莆田、福州电磁环网的解环断面应为林中一涵江、水口一莆田2 2 0 k v 线路；泉州、莆田电磁环网为惠安一井山、惠安一官桥2 2 0 k v 线路；厦门、泉 州电磁环网为泉州一厦门的2 2 0 k v 线路；对于西部电网与沿海5 0 0 k v 电网形成的 大电磁环网，永安一漳平、漳平一黄历作解环断面较为合适。 4 华北电力人学( 北京) 硕士学术论文 图1 22 0 0 3 年福建电网接线示意图 按照上述不同的解环方案，将福建电网分成若干分区。根据电磁环网解环的基 本条件，以2 0 0 3 年电网为基础进行分析，初步确定福建电网分区运行的可能性。 结果表明：莆田电网近期不宜成为独立分区。理由是分区运行后，莆田电网与省 电网的联系主要靠莆田变1 台5 0 0 k v 主变，比较薄弱，不能满足n 1 标准。因此， 涵江林中、水口一莆田和惠安一井山、惠安一官桥的2 2 0 k v 线路，在近期不宜同时 开断。莆田电网成为独立分区，至少莆田5 0 0 k v 变电所主变需要满足n 一1 准则及增 加主变配置。泉州电网近期不宜成为独立分区。由于泉州电网负荷和电源严重不 平衡，在5 0 0 k v 电网严重故障情况下，有司能失去泉州地区全部负荷，造成大面积 停电。因此，不宜同时开断惠安一井山、惠安一官桥和厦门一泉州的2 2 0 k v 线路。 需要在泉州地区建设一定规模的主力电源后，该电网才能实现分区运行。由于北 网f 福州、宁德、南平、三明1 冬季某些方式缺电近6 0 0 m w ，因此，从5 0 0 k v 变电容 量来看，近期不具备南北部解环的条件。从福州、宁德两个区域来看，近期电网 也不具备解环条件。因此涵江一林中2 2 0 k v 线路及水口一莆田2 2 0 k v 线路暂时不宣 开环运行。 经过正常方式下的潮流计算和n 1 潮流校核，确定了三种开环方案，经过了稳 定计算之后，最终确认了两种方案。这两种方案是：1 ) 打丌永漳线和漳黄线断面， 同时打开惠井线和惠官线断面，其它电磁环网均不应断开。2 ) 只打开惠井线和惠 官线断面，其它电磁环网均不应断开。 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 综观以往对电磁环网进行分析和评判以及实际应用的情况，现阶段存在的主要 问题有以下几点： 1 、所有的文献所提出来的衡量指标只有短路容量，潮流，n 1 和暂念稳定这四 个指标，而根据电力系统稳定导则的要求，这是不够的，而且不够细化。在电 磁环网解环的过程中，需要提出一套更加完全和充分的指标，这套指标应该满足电 力系统稳定导则规定的保证电力系统安全稳定运行的基本要求，并且能够综合评 判运行方案的优劣，做出解环决策。 2 、在以前的实践中，只是孤立的计算短路容量，潮流，n 1 和暂态稳定这四个 指标中的几个或全部，却没有将这些指标综合起来，形成一个综合的评价指标，来 直接指示出各个解环方案的优劣顺序。 3 、缺少电磁环网解环决策支持系统，所有的计算都必须依靠手工运用稳定分 析程序得出需要的指标，没有专门为电磁环网解环决策服务的软件。 1 ，3 本论文的工作 分 针对现阶段对电磁环网研究所存在的问题，本论文所做的工作分以下四个部 1 3 1 提出评判电磁环网合解环运行方案优劣的指标 由于电网发展的复杂性和多样性，从电磁环网方式到分层分区方式的转变过程 中，不同电磁电网何时解环，在何处解环，如何分区等问题应该进行潮流、稳定性、 短路电流、网损等多方面的具体分析计算，综合利弊之后才能做出决策。 电力系统稳定导则规定了保证电力系统安全稳定运行的基本要求，电力系 统安全稳定标准以及系统安全稳定计算方法，是电网安全稳定运行的根本保证，所 以对电磁环网的系统是否要开环运行，要看开环运行前后电网是否符合导则的 要求。依照电力系统安全稳定导则的要求，本文提出的指标有：平均线路重载 率、平均变压器重载率、系统有功裕度、平均节点有功裕度、平均节点无功裕度、 平均单相短路电流过流率、平均三相短路电流过流率、n 1 指标、网损指标和极限 切除时问。 1 3 2 层次分析法和比较判断矩阵的应用 用如上十个指标虽然能全面评判电磁环网合解环运行方案的优劣，但是在实际 6 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 应用过程中也有问题。因为如果分别用单个指标来评判不同的各个方案，这些指标 所指示出的结果可能是互相矛盾的。即，草个指标最优的方案极有可能不是同一个 方案，那么，综合起来后，究竟哪个方案是最优的呢? 有没有一种方法能综合这些 评判指标，从而得出一个综合指标，町以方便唯一的确定出最优方案昵? 层次分析法【2 0 】( a h p , t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) 是美国运筹学家、匹兹堡 大学萨迪( t l s a a t y ) 教授于7 0 年代提出来的一种实用的多因素决策方法，该方法 可阻定性与定量地处理各种决策因素。层次分析法的思想是首先通过建立清晰的层 次结构分解复杂问题，将各个评判指标分成不同的层次；其次通过两两比较用相对 标度将人的判断标量化，逐层建立比较判断矩阵；再求比较判断矩阵的权重，最后 计算方案的综合权重并排序。各个方案对应的综合权重是唯一的，可以根据综合权 熏的排序确定出最优方案。 本论文将在第三章给出层次分析法详细的原理分析和用层次分析法解决问题 的具体步骤，并在第五章给出层次分析法和比较判断矩阵在北京电网实际运用的实 例。 1 3 3 电磁环网决策支持系统的程序实现 综上所述，电磁环网解环方案的确定需要考虑多种因素，需要各种指标来衡量， 并且需要综合这些指标来确定电磁环网解环的最优方案，如果仅凭人工来计算这些 指标、实现这些功能，工作量是相当大的。本文利用v c + + 编制了电磁环网解环决 策支持系统。该系统主要分为三个子模块。第一个模块能够自动计算显示出各个评 判指标，还可以详细的列出各指标的原始数据，以供运行人员查询方便。第二个模 块实现了多个方案下各个指标的对比显示。第三个模块实现了一种基于层次分析法 和比较判断矩阵法的电磁环网解环方案的综合评判方法，计算对比了各个方案的综 合权重，确定了最优方案。 目前使用的中国版b p a 潮流程序是在1 9 9 0 版b p a 程序的基础上经过不断的完善 和开发而形成的，其功能强大、使用方便，已经在国内生产、运行、规划、科研及 大学等单位得到广泛应用。本决策支持系统在计算指标的过程中调用了b p a 的计算 模块。 1 3 4 评判指标和决策支持系统在北京电网运用的实例分析 本论文的最后一部分是将本论文提出的评判指标和开发的决策支持系统运用 于北京电网，得出北京解环运行的最优方案。 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 1 4 说明： 1 、本文所指电磁环网均指5 0 0 k v 2 2 0 k v 等级的电磁环网。 2 、本论文不涉及初始解环方案的形成，本论文的工作在于，当运行人员制订 出初始解环方案或由其他方法确定出初始解环方案后，采用指标利用层次分析法和 比较判断矩阵法对这些初始解环方案进行综合评判，从而得出最优解环方案。 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 第二章电磁环网解环分析及其评判指标 目前对采取将电磁环网打开的方式，以彻底的解决短路容量过大、改善系统稳 定等问题已经达成了共识，而且广西、湖北、湖南、上海、江苏、浙江、福建等许 多省份都在积极探讨如何解开电磁环网的问题。有些地方的电网已经采取打开电磁 环网运行的方式，在降低短路容量上起到了极大的作用。如上海电网【1 8 】年口福建电网 【1 9 】等。 但是，如第一章的分析所示，以往对电磁环网解环决策进行分析和评判的过程 中还存在诸如考虑问题不全面，评判指标不直接等缺陷，本论文在电力系统安全 稳定导则的指导下，在阅读了大量的参考文献的基础上提出了一套评判电磁环网 解环方案优劣的指标。具体分析如下： 2 1 电磁环网的缺点 电磁环网有很多缺点，具体来说，主要有以下几点： 1 、局部短路容量增大。 现在的都市电网负荷密集，输电线路距离较短，短路容量是一个突出问题。2 0 世纪8 0 年代初，上海2 2 0 k v 电网各节点的三相短路容量在8 0 0 0 m v a 左右，到9 0 年代中期，上海北网万荣2 2 0 k v 母线三相短路容量首次超过开关遮断容量，不得不 分母运行【”j 。 2 、省际边界处电厂开机方式互相影响，潮流难以控制。 由于电磁环网的相互影响，造成整个系统的运行方式众多，潮流难以控制。安 徽和山西电力公司均有因为电磁环网的问题而造成的发电厂窝电现象【“】、 2 1 1 。 3 、电网迂回受电、潮流分布不尽合理1 1 6 】。 据统计，1 9 9 7 年安徽省5 0 0 k v 线路送华东电量2 2 7 8 亿k w h ，而两条2 2 0 k v 线路受电1 0 0 3 亿k w h ，电量基本由两条5 0 0 k v 线送出，又有近一半从两条2 2 0 k v 线路转回来了，迂回受电占总送出电量的4 4 。这种潮流分布是极刁i 合理的，既挤 占受电通道，又加大了网损。 4 、继电保护和自动装置配置复杂，信道建设费用高。 环网运行的电力系统除了配置各个环网所需要的保护外，还要考虑故障引起的 两个系统互相影响的情况。有时为了满足稳定的要求，保护配置不得不复杂化，如 配置远距离切负荷装置等。如果2 2 0 k v 系统开环运行，则使用的保护配置将会大大 降低要求，可以使用距离和零序保护代替原来的高频保护配置，并且可以才i 使用丰 9 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 保护配置的双重化，还节省了纵联保护的通讯信道建设费用。 5 、调度运行人员操作电网程序复杂，易造成人为事故。 由于5 0 0 k v 与2 2 0 k v 电磁环网的存在，每种电压等级的系统在操作时必须考虑 另外一种电压系统的情况，这样，就增加了调度运行和变电站值班员的工作复杂程 度，容易造成操作事故。例如：安徽电力公司规定：华东网调进行5 0 0 k v 系统操作 对安徽2 2 0 k v 系统电压、潮流及发电厂有、无功出力有影响时，操作前后省调值班 调度员应按华东网调要求，相应地对2 2 0 k v 系统运行方式及有关运行参数作必要调 整，以保证系统安全运行和操作正常进行。安徽省调进行2 2 0 k v 系统倒闸操作影响 5 0 0 k v 系统时，省调值班调度员应向网调值班调度员汇报，并征得许可后才能进行 倒闸操作【2 2 1 。 6 、故障后2 2 0 k v 系统易造成过载事故。 在采用高低压电磁环网方式运行时，就必须保证任何事故情况下，通过低一级 电压的导线电流应低于其热稳定电流。否则，可能造成低电压等级线路因长期过电 流发热导线伸长坠地而形成短路，中断供电，扩大事故范围。同时线路可能因退火 而报废1 5 1 。 7 、降低了电力系统稳定水平【2 1 1 。 联络线的传输功率不得超过电力系统稳定所规定的允许值。在一般电网条件 下，联络线的极限传输功率容量为： p m 。= 等 式中e ，、e ：分别为两侧系统的等价电源电动势， x 为两侧电源之间所有设备 等值阻抗之和。 为满足静态稳定要求，一般线路j f 常运行时传输的功率不大于0 8 o 8 5 p m a x ， 为满足动态稳定要求，一般线路正常运行对传输的功率不大于0 7 o 7 5 p m a x 。如 果高低压电磁环网中没有较大的系统供电电源，正常的两侧系统问的联络阻抗将略 小于高压线路的阻抗。一旦高压线路故障断开，系统间的联络阻抗将突增( 突变为 两端阻抗与低压线路阻抗之和，而线路阻抗的标幺值与运行电压的平方成正比) 。 因而极易造成联络线输送功率超过稳定极限，引起两侧系统问的振荡，扩大事故影 向范围。 8 、不利于电力系统第三道防线的建设 2 2 1 。 国家电网公司多次要求加强电网第三道防线的建设，但是如果存在比较多的电 磁坏网，那么系统解列地点很难设置，没有一个明确的分层分区概念，主次不明， l o 华北电力人学( 北京) 硕士学术论文 就不能真j 下做到“保大弃小”。 2 2 电磁环网合解环的原则和分析步骤强 一般认为，电磁环网的开环运行的原则是在解决了电磁环网带来的问题的同 时，不能给系统带来新的问题，也不能使得系统的安全稳定水平下降。 高低压电磁环网的解环的决策分析步骤如下： 1 、分析电磁环网的构成情况，开环后系统结构是否合理，分析5 0 0 k v 网络是 否足够坚强和2 2 0 k v 系统不同分区之问能否互为备用。根据电网分层分区、方便管 理的原则初步判定应该断开的线路。 2 、比较各种工况下解环和合环两种方式下潮流分布的合理性，不应出现个别 元件的过载现象。 3 、分析开环操作对系统安全稳定性的影响。 解环后的电网应达到导则规定的要求。5 0 0 k v 电网( 包括5 0 0 k v 线路和变 电所的主变) 满足n 1 准则是实现电磁环网解环运行的基本条件之一。同时，解环 后的分区2 2 0 k v 电网也应能满足n 一1 的要求。解环后的电网应有较强的抗扰动能力， 并满足导则中规定的有关各项安全稳定标准，包括满足功角稳定和电压稳定的 要求。解环还应有利于提高电网安全稳定水平，一般不应使稳定水平下降，否则， 应慎重考虑。 4 、判断开环前后网损的变化。 解环不应引起电网损耗增加。如解环运行引起损耗增加，则解环运行需要付出 的经济代价增高。这种情况下，是否解环运行需要进行综合比较，经权衡利弊后再 作决策。 5 、判断开环前后系统短路电流水平是否接近开关设备的开断电流，比较合解 环方案降低短路容量的效果。 6 、判断开环后的分区电网能否实现供需基本平衡，这是为了防止解环后分区 电网大面积停电的需要。在严重事故时电网分区解列，如果区内功率严重缺额，必 将导致大面积停电，从而使事故扩大，解环运行所付出的代价增高。因此，一般要 求电磁环网解环后分区电网无功功率和有功功率基本平衡，这就需要在电源布局上 为电磁环网解环，从而实现电网分层分区运行创造条件。 2 3 本论文所提出的评判指标 本文提出一套综合考虑各因素的指标，全面地考虑了电磁环网开觯环运行决策 1 l 华北电力大学( 北京) 硕+ 学术论文 时的各个因素，可以方便简洁地评判电磁环网开解环运行方式的优劣，最终做出决 策。具体指标如下： 2 3 1 重载元件指标 2 31 1 线路平均重载率 设在某种解环方案下，系统中负载率超过某一域值的线路数为h ，超过浚域值 的各条线路的负载率为厶。则线路平均重载率定义为： 著上一 九 23 1 2 变压器平均重载率 同样的，设在某种解环方案下，系统中负载率某一域值的变压器个数为n ，超 过该值的各变压器的负载率分别为r ，则变压器平均负载率定义为 荟t 这两个指标中，线路负载率域值和变压器负载率域值由各个电网的实际运行情 况来确定。 2 3 2 静态电压稳定指标 2 3 2 1 系统有功裕度 从系统给定运行状态出发，按照某种模式，通过负荷或传输功率的增长逐步逼 近电压崩溃点，则系统当前运行点到电压崩溃点的距离可作为判断系统当前运行状 态稳定程度的指标，称之为裕度指标。 全系统负荷裕度是指系统从当前运行点到系统所能承受最大负荷的距离，用 k 。表示。k 。表征系统正常运行在当前负荷水平时仍然能够支撑持续增长的负 荷的能力。 托。堡喾1 0 0 其中只代表当前负荷水平，p 鹏。代表系统所能承受的最大负荷。采用的负荷增 长方式：全系统负荷节点无功负荷保持不变，有功负荷保持初始工作点时各节点的 比例不变，同步增长。 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 2 3 2 2 平均节点有功裕度 1 、意义阐述：电力系统的电压稳定性或者电压稳定程度，表现为系统承受负 荷扰动的能力。而负荷扰动直接表现在节点上。凶此节点所能承受负荷扰动的能力， 足衡量该节点电压稳定程度的标识。系统的电压稳定性就是系统各节点的综合电压 稳定性，实际上就是弱节点所表现的电压稳定性。 假定各节点的功率因数保持不变，逐渐按比例增大某节点所带负荷，当负荷增 加到一定程度时，系统不再收敛，则此时该节点所带负荷的有功增量为该节点的有 功负荷裕度。监测负荷增长过程中该节点的电压，即可得到该节点的p v 曲线。 对各节点重复以上过程，就可以分别求得各节点有功裕度及其对应的p v 曲线。 引入有功裕度指标k ，k ，的表示式如下： 世。；生生 1 最 式中，k ，表示有功裕度，只表示各节点在临界崩溃点处的有功功率值，只表 示各节点基态时的功率值。 k ，表征的即是各节点承受负荷增长或扰动的能力。k ，越小的节点则表示该节 点承受负荷增长或扰动的能力越差。在系统负荷缓慢增加时，k 。越小的节点是系统 中的薄弱节点。 2 、指标定义：单节点有功裕度定义为：k 。；墨止益。 民 对各单个节点的有功裕度按从小到大进行排序，然后根据相邻两节点有功裕度 的差值大小将这些数据分档。分档原则如下： 设每相邻两节点有功裕度的差值大小分别为g ，( j = 1 ，m - l ( m 为系统中节 点总个数) ) ，则找出g ，中的最大值g 。，则所有节点的有功裕度从g 一处分成两档。 设位于第一档的节点个数为”，且ns1 0 ，则平均节点有功裕度表达式为： 七一 k 。= l 1 。 限制ns1 0 ，是为了充分显现节点有功裕度所指示的系统的薄弱程度。因为一 种方案或运行方式的薄弱程度主要由系统薄弱节点来指示的，而非薄弱节点的节点 有功裕度在不同的运行方式下通常都比较大，如果全部考虑，则可能会淹没不同运 行方式下节点有功裕度所指示的薄弱程度的不同。若nz1 0 ，则继续在位于第一档 的节点有功裕度值中采取相同的方式分档，直到节点有功裕度值位于第一档内的节 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 点数目小于或等于1 0 。 采用的负荷增长方式：系统中某单个节点的有功、无功负荷保持初始工作点的 功率因数和各节点间的比例不变，同步增长，其余节点的有功、无功负荷均不变。 23 2 3 平均节点无功裕度 1 、意义阐述 当电网的传输功率低于电网的传输能力时，这个电网具有了可靠的安全稳定运 行基础；而当电网的任一部分( 如某条线路) 传输功率超过了该部分的传输能力时， 电网不稳定的现象就可能会发生。在这种情况下，如果系统中发生扰动，引起某些 节点的电压值下降，又没有足够的无功备用，则节点电压会持续下降，系统恶劣范 围逐步扩大，最终很可能导致系统电压崩溃。纵观国内外几次大的停电事故，一个 很重要的原因就是没有足够的紧急事故备用和无功容量。因此，监测系统中各节点 无功对电压的支撑能力有非常重要的意义。 假定某节点电压因系统发生故障或负荷突然增加而受到扰动后不断下降，当电 压下降到一定程度时，系统不再收敛，此时该节点电压值为该节点临爨电压。监测 电压下降过程中该节点的无功注入，即可得到该节点的v q 曲线。对各节点重复 以上过程，即可得到各个节点受到电压扰动后所能运行的临界电压及其对应的v q 曲线。 引入电压裕度指标& ，k ，的表达式如下： ，k 一 “”2 t 式中，k ，表示电压裕度，k ，表示各节点在临界点处的运行电压值，表示各 节点在正常运行状态下的电压值。 岛表征的即是各节点承受电压扰动的能力。巧越小的节点则表示该节点承受 电压扰动的链力越差。在系统发生事故或系统负荷突然增加导致电压下降时，k ，小 的节点可能先发生电压崩溃问题，是系统中的薄弱节点。 罗k 。 2 、指标定义：同平均节点有功裕度，平均节点无功裕度定义为：k 。：蔓一。 h 同理，节点无功裕度的分档方式与节点有功裕度相似，n 是节点无功裕度位于第一 档的节点个数，且一s1 0 。 2 3 3 平均极限切除时间 高低压电磁环网运行的主要缺点之一在于高电压等级网络发生故障，潮流难以 控制，大量的输送功率转移至低电压等级网络后，很容易造成输送功率超过稳定极 1 4 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 限进而引起稳定破坏事故。因此，衡量电磁环网解环方案优劣的时候，必须考虑当 高压等级的线路发生故障后，系统能否过渡到一个新的稳定运行状态，即电力系统 的暂态稳定性。 当前常见的衡量电力系统暂态稳定比较常用的指标是极限切除时间。对极限切 除时间的意义简单描述如下：对于简单电力系统，根据等面积定则可以简便地确定 最大摇摆角6 ，并判断系统稳定性。如果在某一切除角时，最大可能的减速面积 与加速面积大小相等，则系统将处于稳定的极限情况，大于这个角度切除故障，系 统将失去稳定。这个角度称为极限切除角6 。对于实用目的而言，必须知道转子 抵达极限切除角所用的时间，即所谓切除故障的极限允许时间z 。 设一个系统预想的故障有一个，它们分别对应的极限切除时间为i 。，则平均极 限切除时间定姚瓦：翌。 2 3 4 短路电流指标 当系统局部短路电流过大时，更换遮断容量更大的开关能解决问题，但是当整 个系统短路容量提高时，只能采取更彻底的限制短路电流的措施，考虑改善电网结 构。因此本文在构造短路电流指标时考虑了实际短路电流超过其额定电流的开关元 件的个数。 在各种类型的短路中，最常见的是单相短路，约占短路总故障的6 5 7 0 ，两相 短路约占1 0 1 5 ，两相接地短路约占1 0 2 0 ，三相短路约占5 。三相短路发生 的概率虽然较低，但它却是各种短路故障中最严重的一种，对系统的危害最大。而且， 随着中性点接地变压器的大量适用，使得单相短路容量增长迅速，有些厂站母线的 单相短路容量甚至超过三相短路容量1 6 1 。因此，本文在短路电流指标中同时考虑了 单相短路电流和三相短路电流。 过流率定义为：( 实际短路电流一额定电流) ( 额定电流) 。 23 4 1 平均单相短路电流过流率 设在某种解环方案下，系统中单相短路电流超过其额定值的母线有n 条，过流 n 罗删， 率分别为d 4 ，则平均单相短路电流过流率定义为：塑一。n 2 3 4 2 平均三相短路电流过流率 设在某种解环方案下，系统中三相短路电流超过其额定值的母线有n 条，过流 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 率分别为s a ，则平均三相短路电流过流率定义为 2 3 5 n 1 指标 荟跗z 把不能满足“n - 1 ”安全准则要求的元件总数作为n 1 指标。进行n 1 校核的元 件包括线路、变压器或一台主力发电机。 2 3 6 网损指标 电磁环网的开断引起电力系统潮流状况的改变，从而对系统网损产生影响。由 运行经验可知，人为地改变电网运行结构而合理地强迫分配正常运行潮流，有可能 带来明显的经济效益。一般来说，合理地开断电磁环网，实现电网的分层分区运行 后，系统的潮流分布会更加合理。具体到某二一个电磁环网，由于高压线路电阻远小 于低压线路，如果断开低压线路，将功率转移到高压线路，将减小线路的有功损耗。 然而，由于电网结构的复杂性，功率转移可能会与预期的不同，开坏还可能引起其 他电网运行参数的变化。因此，要针对具体的电网进行开环前后整个电力系统网损 的计算比较， 因此把整个电网的有功损耗作为网损指标。 1 6 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 第三章层次分析法原理介绍和比较判断矩阵的构造乜5 儿”1 用第二章提出的各种指标虽然能比较全面的对电磁环网的优劣进行评价，但是 拿这些指标来独立评价电磁环网的优劣有可能得出矛盾的结果，那么能不能提出一 个更直接、更综合的指标，使得通过该指标可以综合考虑各个指标的评价作用，从 而通过该指标即可对电磁环网的优劣进行评价? 这其实是一个多指标、琴因素的决 策问题。本论文将层次分析法应用到电磁环网决策过程中，可以解决如上问题。 3 1 层次分析法简介 3 1 1 原理 层次分析法( a h p ) 把复杂问题分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关 系分组形成递阶层次结构。通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性。 然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总排序。整个过程体现了人的 决策思维的基本特征，即分解、判断综合。层次分析法( a h p ) 又是一种定量和定 性相结合，将人的主观判断用数量形式表达和处理的方法。在大部分情况下，决策 者可直接使用层次分析法( a h p ) 进行决策，因而大大提高了决策的有效性、可靠 性和可行性。 3 1 2 层次分析法的特色 层次分析法的特色所在： 由两两比较判断的方式导出各因素相对于某一属性的排序是层次分析法( a h p ) 的特色。为此我们必须给出判断矩阵，每个判断矩阵需要做n ( n 1 ) 2 次两两比较。 然而为了得到元素的排序，事实上只要按一定的规则，只需要做。1 次比较就可以 了。但实际上，若仅用n 1 次判断决定元素的排序，那么其中任何一个判断错我必 将导致不合理的排序。而进行n ( n 一1 ) 2 次两两比较判断，则可以集中决策者提供 的更多信息，在人们通过不同角度的反复比较中，最终导出一个较合理的反映决策 者的判断的排序。同时由于人的认识是复杂的、多样的，用n ( n 1 ) 2 次判断可以 避免系统性判断错误，降低个别判断失误的影响。 1 7 华北电力大学( 北京) 硕士学术论文 3 1 3 步骤 运用a h p 进行决策时，大体可分为4 个步骤进行： 1 、分析系统中各因素之间的关系，建立系统的递阶层次结构。 2 、对同。层次的各元素关于上一层次中某准则的重要性进行两两比较，构 造两两判断矩阵。 3 、由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重。 4 、计算各层元素对系统目标的合成权重，并进行排序。 31 3 1 递阶层次结构的建立 应用层次分析法( a h p ) 分析问题，首先要把问题条理化、层次化，构造出一 个层次分析的结构模型。在这个模型下，复杂问题被分解为人们称之为元素的组成 部分。这些元素又按其属性分成若干组，形成不同层次。同一层次的元素作为准则 对下一层次的某些元素起支配作用，同时它又受上一层次元素的支配。这些层次大 体上可以分为3 类： 1 、最高层：这一层次中只有一个元素，一般它是分析问题的预定目标或理想 结果，因此也称为目标层。 2 、中间层：这一层次包括了为实现目标所涉及的中间环节，它可以由若干个 层次组成，包括所考虑的准则、子准则，因此也称为准则层。 3 、最低层：表示为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等，因此也称为 措施层或方案层。 上述各层次之间的支配关系不一定是完全的，即可以存在这样的元素，它并不 支配下一层次的所有元素而仅仅支配其中部分元素。这种自上面下的支配关系所形 成的层次结构，我们称为递阶层次结构。 递阶层次结构是a h p 中一种最简单的层次结构形式。a h p 还包括其他复杂的 结构形式，如：循环层次结构、反馈层次结构等。 3 ，1 3 2 构造两两比较比较判断矩阵 一、指标的标准化处理 多指标决策种，由于各个评价指标单位不同、量纲不同、数量级不同，因此会 影响决策的结果，甚至造成决策失误。为了统。标准，必须进行预处理，即对所有 华北电力人学( 北京) 硕士学术论文 评价指标进行标准化处理，把决策矩阵a 中的所有指标值转化成无量纲、无数量级 差别的标准分，然后再进行决策。所有的评价指标可以分为两大类，一类指标是越 大越好；另一类是越小越好。 现在假定原决策4 一 “) ，经过标准化后得到矩阵r t ( 0 ) 。则标准化处理 方法有： 1 、向量归一化 = x j i 优点：a 0 s 1 ( 1 s is m ，1e ，s 以) 。 b 对于每一个指标，矩阵r 中列向量的模为1 ；因为y ；= l 。 q 。 ( 1 j 墨 ) 。 2 、线性比例变换 ( 1 ) 对于越大越好的指标囊，取x ；2 m 。a 。x x i ，0 则定义：。；萼。 x “ 优点：a 0e 勺e 1( 1 s i 妄m , 1 s ，1 ) a b 计算方便。 c 保留了相对排序关系。 ( 2 ) 对于越小越好的指标 令一专。 ( 3 ) 如果决策矩阵a 中，同时有越大越好的指标和越小越好的指标，那么我 们不能同时应用变换方城( 1 ) 和( 2 ) ，困为这时它们的基点是不同的。对于