配電網合環操作的應用研究

蔣璧玉 李紅偉 向美齡

【摘 要】文章簡要概括了在配網中采用合環運行的原因，從外網等值、饋線負荷處理及合環電流計算等方面對合環操作進行了總結，概述了現今已經提出的應對措施，指出了有待解決的問題和不足，提供了進一步的研究方向。

【關鍵詞】配電網；外網等值；合環操作；合環電流

【中圖分類號】TM73 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0057-03

隨著經濟的發展，用戶對供電要求越來越高，通過合環操作則可以提高供電可靠性。但由此帶來的合環電流給配電網的安全運行帶來危險。因此，分析和計算合環線路電流，對安全合環具有重要意義。

目前對合環操作的研究主要集中在合環潮流計算和提出解決措施等方面。本文從外網等值、饋線負荷處理及合環電流計算等方面對合環操作進行了總結，概述了研究人員已經提出的減小合環電流的措施，指出了尚且存在的問題和不足，提供了進一步的研究方向。

1 合環外部網絡等值

由于合環操作會帶來循環電流影響配電網安全運行的問題，因此操作前要考慮多方面的因素，文獻[1-2]指出了合環操作的原則及條件，但是由于有的網絡過于復雜，僅僅遵守這些條件并不能保證安全合環，所以還應當在操作前進行計算。

由于電力網絡結構和運行方式十分復雜，為簡化計算，通常會采用將合環操作中外部網絡進行等值的方法來進行計算。對于合環網絡的研究，屬于靜態行為，因此采用靜態等值的方法進行計算。

1.1 WARD等值法

WARD等值法是一種應用多年的常用電力系統等值方法，其等值思想可以概括如下：先將整個系統劃分為邊界系統、內部系統和外部系統3個部分，然后消去節點導納矩陣中的外部節點，得到僅含邊界節點的等值導納矩陣，再根據系統基態潮流解，求出邊界節點的等值注入功率。

在WARD等值法中，無功注入量可能會帶來較大的誤差。為了克服這個缺陷，許多文獻提出了多種新型的WARD等值方法，如WARD-PV等值法、解耦WARD等值法、擴展WARD等值法等[3]。

1.2 REI等值法

REI等值法的應用也十分普遍，其等值思想可概括如下：先把電網的全部節點分為保留的節點和要消去的節點，然后把所有要消去的節點中有源節點的用功率為該有源節點全部注入功率的REI節點來代替，再設計一個功率分配網絡與其相連，最后消去所有要消去的節點[4-5]。

1.3 WARD/REI等值法

在綜合以上2種等值方法的優缺點基礎上，文獻[6-7]采用了WARD等值和REI等值結合的方法來對合環外部網絡進行等值。先采用WARD等值方法對外部系統進行等值，然后再利用REI等值理論來修正邊界節點處的失配功率。

1.4 網孔等值法

文獻[8-10]均采用了網孔等值的方法來對合環外部網絡進行等值，等值后的網絡由2個節點和3個支路構成。其中，2個對地支路串接電壓源，另一條支路連接合環開關兩側節點。為了確定等值后網絡的參數，考慮從以下2種特殊運行方式著手：第一種是將網絡中電源電勢短接，將其化為無源網絡計算；第二種是將網絡空載運行計算[11]。結合這2種方式求出等值網絡。

2 饋線負荷處理

在配電網的合環潮流計算中，通常將饋線負荷簡單用集中負荷表示，但是實際網絡中的負荷并不是簡單的點負荷，其分布的疏密性會給電壓帶來一定的影響。部分文獻對討論饋線負荷的處理方法進行了研究。

2.1 負荷遞增、遞減及均勻分布模型

由于實際負荷分布具有稀疏性，因此文獻[12-13]在計算過程中將饋線負荷等值劃分為遞增、遞減以及均勻分布3種。在文獻[12]中，首先定義了負荷分支系數，再根據實際的負荷分布類型，修正等效阻抗，提高計算準確度。文獻[13]以任一饋線為例，根據負荷總的有功和無功及線路參數建立3種負荷模型，推導出饋線上任意一點的電壓。

2.2 兩端分布模型

文獻[7]和[14]中采用的是對同一系統建立多種模型，每種模型中僅負荷分布情況不一樣，將負荷分布分別歸納到饋線首末兩端，推導出最大穩態電流的情況。若在這種穩態電流最大的情況下合環都能安全進行，則其他情況下也能安全合環。

2.3 按配變容量來分配

從10 kV母線的饋線出線開始，統計每一個分支線路上的配變容量，直至合環開關側，假設線路上的功率因數相同，按照該分支線路配變容量正比的方法分配饋線出線段的功率，這種簡化方法在一定程度上有助于提高合環點的電壓計算準確性。

3 合環穩態電流計算

合環線路上合環電流由合環穩態電流和合環沖擊電流2個部分組成。穩態電流的計算方法主要有以下幾種方法。

3.1 疊加法[15]

用疊加法求得合環穩態電流的方法十分普遍，很多研究合環電流的文獻都采用疊加法來計算。它將合環后的支路潮流看成由2個部分構成：一部分是合環前支路中的潮流，另一部分是由合環點兩側的電壓差引起的環流。計算步驟如下：先計算合環前合環點兩側電壓差，然后求得環網總阻抗，再分別計算開環方式下的負荷電流和循環電流，最后將二者疊加[16]。

3.2 潮流直接算法

潮流計算法根據線路狀況和已知條件直接計算出合環后電流，再判斷是否滿足合環條件。

3.2.1 支路電流法[17]

支路電流法求合環電流是通過合環后的潮流結果直接計算得到電流，非常直接直觀。

3.2.2 牛拉法

牛頓—拉夫遜法（牛拉法）是一種解非線性代數方程組的基本方法。核心是把非線性方程式線性化，其優點是具有二階收斂特性，收斂速度快。文獻[18-19]均采用了牛拉法或其改進算法對合環穩態電流進行計算，是一種有效的計算方法。

3.2.3 前推回代法

前推回代法是配電網中常用到的一種潮流計算方法，其計算由前推過程和回代過程組成：首先根據已知參數，從末節點開始，前推得到支路電流，再從首節點開始回代得到節點電壓。前推回代法最適宜于計算輻射狀網絡的潮流，算法簡單、迭代次數少。

4 合環沖擊電流計算

在研究合環操作的文獻中，沖擊電流的計算基本上采用的都是同一種方法，即將環網用戴維南定理等效為由合環點兩側電壓差等效成的電源及環網阻抗構成的簡單回路，再根據回路建立微分方程求出響應，得到沖擊電流[20-22]。從得到的沖擊電流表達式可以看出，合環瞬時沖擊電流與合環點兩側電壓差、環路總阻抗及合環時間等因素有關。

5 減小合環電流的措施

實際運行中影響合環電流的因素有很多，包括10 kV母線對系統短路阻抗、變壓器阻抗、負荷、合環點電壓差以及合環時刻等[23]。目前提出的減小合環電流的措施主要有以下幾種。

（1）調節電容器。投入電容器會改變無功，從而改變電壓，因此調節電容器可以達到調節合環點兩側電壓差的目的。

（2）調節變壓器分接頭。變壓器分接頭位置決定了變壓器阻抗，對其進行調節即可改變阻抗大小，從而減小循環功率。

（3）在負荷較小或合環母線負荷差額較小時合環[24]。

（4）投入限流電抗器[25]。接入電抗器，增大短路阻抗，限制沖擊電流。

（5）在10 kV母線或35 kV母線處先合環。當相角差較大時，前面所提到的方法并不能滿足要求，此時需要采用母線合環的方法。

在實際應用中，可以綜合應用以上幾種減小環流的措施，比僅采用單一的措施更好。

6 總結

配電網合環操作在提高配電網可靠性的同時會帶來一些新的隱患，影響電網的安全運行。本文從外網等值、饋線負荷處理、合環電流計算及減小環流措施等方面對合環操作進行了總結。目前對合環操作的研究也主要集中在這幾個方面，但是也存在很多不足，例如計算模型并不具有統一性，計算數據誤差較大，負荷處理較簡化，并且對非合環支路的電流考慮較少，還有待進一步研究完善。

參 考 文 獻

[1]龍娓莉.配電網合環操作的研究及決策軟件的開發[D].北京：華北電力大學，2005.

[2]潘浩輝.惠州10 kV配網合環轉電對繼電保護的影響研究[D].北京：華北電力大學，2010.

[3]何寧.基于Ward等值的分布式潮流和無功優化算法研究[D].重慶：重慶大學，2006.

[4]楊金剛.大規模電力系統中的等值算法研究[D].天津：天津大學，2007.

[5]段敦峰.電力網絡靜態等值研究[D].武漢：武漢大學，2004.

[6]宣科，賈云清，祝洪博.基于Ward/REI等值理論的配網合環穩態電流計算[J].東北電力大學學報，2011，31（1）.

[7]李曉明.配電網絡合環模型與算法研究[D].天津：天津大學，2007.

[8]李家睿.復雜配電網網絡等效及合解環潮流計算研究[D].上海：上海交通大學，2012.

[9]唐鶴.10 kV配電網合環轉電風險評估方法研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[10]周冠波.地區電網合環轉電風險評估與對策研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

[11]盛名良.網孔等值法在短路電流計算中的應用[J].電力系統自動化，1998，22（2）.

[12]白玉東，張躍麗，王承民，等.計及分支負荷分布的配電網合環穩態電流計算[J].現代電力，2011，28（6）.

[13]張榮安，彭顯剛，翁奕珊，等.考慮饋線負荷分布的10 kV配電線路合環電流計算[J].廣東電力，2014，27（7）.

[14]葛少云，李曉明.基于戴維南等值的配電網合環沖擊電流計算[J].電力系統及其自動化學報，2007，19（6）.

[15]汲亞飛，趙江河.輻射型配電網合環穩態電流計算方法研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（12）.

[16]謝清銳.深圳供電局10 kV配電網合環試驗分析[J].廣東電力，2010，23（3）.

[17]苑捷.配電網合環操作的研究[J].陜西電力，2007，35（4）.

[18]甘國曉，王主丁，李瑞，等.配電網合環沖擊電流計算方法及其簡化計算公式[J].電力系統自動化，2014（20）.

[19]連鴻波，顧振中，余浩斌，等.10 kV配電網合環倒負荷研究[J].華東電力，2012，40（6）.

[20]肖白，邢文洋，穆鋼，等.城市中壓配電網合環電流分析[J].東北電力大學學報，2013，33（1）.

[21]孔慶耀.10 kV配電網合環操作研究[D].廣州：華南理工大學，2013.

[22]李曉柯，李祥發.配電網合環沖擊電流的暫態過程分析與仿真[J].機電工程，2010，27（5）.

[23]劉清良，祖珍君.10 kV配電網合環操作分析[J].華中電力，2011，24（3）.

[24]汪衛華.一起10 kV配電網合環失敗原因分析與應對措施[J].供用電，2009，26（1）.

[25]張超.10 kV配電網合環倒路的研究[J].華北電力技術，2013（10）.

[責任編輯：陳澤琦]