基于配電網可開放容量評估與預警研究

徐大勇，李孟杰

（廣東電網惠州供電局，廣東 惠州 516001）

配電線路承擔著向城鎮提供可靠供電的功能，隨著社會的不斷進步，電力用戶用電需求及分類將更加細化，電網企業的配電網增量也在逐年呈幾何式增長，用戶對供電可靠性的要求越來越高。為優化配電網運行方式，提高每條饋電線路的利用率，本文探索一種基于電網實際情況的電網直供配電線路可開放容量進行評估方法，并自動實現可開放容量預警功能。

1 考慮N - 1安全準則的配電網最大供電能力評估

提出綜合考慮主變N- 1、母線N- 1 及饋線N- 1等安全約束并仿真自動裝置動作邏輯及中壓配電網轉供的配電網最大供電能力評估的優化模型及求解方法，實現了配電網可開放容量的智能評估及預警[1]。

配電網最大供電能力評估事實上為尋找滿足供、配電網各類安全性約束的最大供電負荷[2]。其基本思路為：在配電饋線上安排負荷，在上級供電變電站發生主變或母線N- 1 預想開斷或饋線出口開關預想跳閘時，在自動裝置（主要為備自投及切負荷裝置）的作用下或配電網轉供電時，配電網各饋線不過負荷，上級供電變電站的主變潮流不超過短時過載能力[3-7]。

配電網最大供電能力評估時采用有功功率作為評估量。由于饋線的最大允許載流量為電流，考慮到變電站10 kV 母線的供電電壓要求為1.0～1.07 額定電壓，實用中，根據額定電壓將最大允許電流折算為供電容量，并取一定功率因數（如0.95）將供電容量折算為最大允許有功功率。主變的最大允許供電能力為容量，可直接按一定功率因數（如0.95）來折算最大允許有功功率。

1.1 配電網約束

首先，饋線所能帶的最大負荷不能超過饋線的長期載流能力，即

式中：PLi和分別為饋線i分配的有功負荷和長期運行有功載流能力。實用中，饋線的最大允許載流能力一般為允許電流，須按下式將其歸算為允許有功上限。

式中：Pf為功率因數，實用中一般取為0.95；Vi,nom表示饋線i的額定電壓；表示饋線i的長期允許電流。

在配電饋線上安排負荷，在上級供電變電站發生主變或母線N- 1 預想開斷或饋線出口開關預想跳閘時，在自動裝置（ 主要為備自投及切負荷裝置）的作用下或配電網轉供電時，配電網各饋線不過負荷，上級供電變電站的主變潮流不超過短時過載能力。

將經開關聯絡在一起的饋線定義為一個配電子系統。顯然，各配電子系統之間僅通過供電網發生聯系。從配電網本身的角度看，各配電子系統之間是獨立的，因而在供電能力評估中可以獨立考慮。

對于單輻射結構配電網，饋線上任一位置故障均將導致其負荷側饋線區段失電，故饋線的最大供電能力為饋線自身的容量約束。

對于帶聯絡開關的多饋線配電子系統，實用中要求滿足N- 1 安全準則，即任一饋線出口開關偷跳時，饋線上的負荷能夠全部由相鄰的饋線轉供而不發生過載。以饋線i開斷為例，有：

式中：SNi為饋線i相鄰饋線的集合，即與饋線i有聯絡的饋線的集合。

1.2 供電網約束

配電網最大供電能力評估時，本文僅考慮配電網供電變電站主變的安全性約束，不考慮更高電壓等級主變及線路的安全性約束。

供電網約束包括：正常運行方式下的潮流平衡約束；正常運行方式下所有主變不過載約束；主變N- 1 預想開斷后的潮流平衡約束；主變N- 1 預想開斷后，電網各主變的供電負荷不超過短時允許供電能力約束[8]。

1.2.1 正常運行方式下的潮流平衡約束

1.2.2 正常運行方式下變電站主變長期載流能力約束

1.2.3 主變N- 1預想開斷后各節點的潮流平衡約束主變N- 1 預想開斷后，需仿真備自投等自動裝置的動作邏輯，更新預想開斷及自動裝置動作后的網絡拓撲結構，進而確定各節點的潮流平衡約束：

式中：上標k為預想故障編號。

1.2.4 主變N- 1預想開斷后變電站主變短時允許供電能力約束

主變N- 1 預想開斷后，措施后各變電站主變的供電負荷不超過短時允許供電能力約束。

1.3 目標函數

目標函數取為正常運行方式下各饋線分配的負荷之和最大，即

式中：SF為所有饋線的集合。

2 可開放容量評估方案

2.1 可開放容量評估原則

本文提出一種可開放容量的發布原則：最大負載率70% 以下線路免審批；最大負載率70%～85%的線路，供電所審批；最大負載率85%～100% 的線路，運維檢修部審批。

以上述原則為基礎，可以對配網的任意一條饋線進行可開放容量進行評估，以保證各個負荷水平下配變、饋線、主變等均不越限。

2.2 可開放容量評估方法

理想情況下，配網饋電線路的可開放容量評估可從線路限流值、線路載流量歷史峰值兩個維度做二元評估，其計算公式為：

式中：Ik為線路可開放容量；Ie為線路限流值；Imax為線路載流量歷史峰值。

配網饋線延伸至站外的線路構成較為復雜，既有電纜又有架空線，線路線徑亦有所差異，為確保配網饋線各段不過載，其線路限流值應取各段限流值的最小值，上述公式應拓展為：

式中：Ik為線路可開放容量；Ie1、Ie2、Ie3、Ie4······Ien為線路中各線路段的限流值；Imax為線路載流量歷史峰值。

2.3 可開放容量的校核

由于配網線路負荷的波動性較大，可預測性較差，而且運行情況較為復雜，上述理想情況下計算的可開放容量需要進行進一步校核并修正以適配線路實際運行情況，校核可從線路負荷波動水平、線路負荷增長預測、線路電壓質量等3 個維度進行[9]。

2.3.1 線路負荷波動水平維度

理想的可開放容量評估計算公式中，將線路載流量歷史峰值做為線路當前的負荷水平的衡量標準，對于一些平時輕載但在某一時段因特殊原因導致負荷激增而產生負荷尖峰的線路而言，理想公式對于線路的負荷水平評估偏高，限制了線路的可開放容量。實際對于此類線路其開放容量可以適當提升。

2.3.2 線路負荷增長預測維度

配網的發展過程，存在例如新增用戶負荷尚未完全接入、配網負荷割接、新建小區入住率低等情況，致使配網線路的實際負荷與報裝負荷并不同步，存在負荷差值，這個時段往往實際負荷低于報裝負荷，理想公式計算得到的可開放容量偏高，因此在校核可開放容量時，應按照報裝負荷進行校正。

2.3.3 線路電壓質量維度

供電用戶對電壓質量要求較高，因此在校核可開放容量時，應將得到的電流值帶入配電網的模型進行潮流計算，計算線路電壓最低值，并保證其在規定范圍內。如果計算的最低電壓不符合要求，因當對可開放容量進行調整后再次進行潮流計算，校核最低電壓，如此循環迭代直至最低電壓滿足要求。

3 可開放容量預警與預警軟件實現

按照上述評估所得的可開放容量，雖然可以保證各個負荷水平下關鍵設備均不越限，但一旦發生預想故障后出現了負荷轉移，就有可能發生設備越限。

為了防止上述問題，須在可開放容量評估的基礎上，考慮安全性約束，進行可開放容量的預警。

對于指定饋線評估得到的可開放容量，需要掃描與該饋線可能成環的所有其他饋線；對于任一相鄰饋線，考慮嚴重故障（即饋線出口開關跳閘）后通過聯絡開關將其下帶負荷轉移到本饋線后的負載率。為了保證系統安全，預警的可開發容量需要保證該饋線在任一相鄰饋線的故障情況下均不發生越限。

4 結束語

本文通過研究配電線路可開放容量評估方法及預警功能實現策略，為電網企業能夠很好滿足用電用戶需求的同時，保證電網運行的可靠。其基本思路是通過線路限流值及多年線路最高負荷評估可開放容量，并從線路負荷情況、電能質量以及已接入容量3 個方面對可開放容量進行校核。