主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成

栗子豪, 朱齊, 王沁, 張麟, 沈健, 陳志樑

(國網上海市電力公司浦東供電公司,上海 200120)

0 引 言

變電站是智能電網中的重要節點,在電壓、電流轉換以及電能分配中發揮著重要作用[1]。其中,主變壓器低壓側母線失電事故危害較大,一旦發生此類事故,將使城市電力安全面臨不同程度地威脅,甚至造成嚴重損失[2]。因此,需要快速生成失電事故預案。

孫守晶等[3]在采集電網拓撲、電氣量數據后,通過逐步戴維南等值計算獲得可滿足智能開關控制的電氣量限制條件,通過智能開關的控制實現電力恢復,但該方法電力恢復時間長,且存在重要負荷切除問題。謝云云等[4]為使停電影響區域最小化,提出了微網供電的應急處理預案,通過構建控制期多時間步最小費用為目標函數的優化決策模型,實現故障區域負荷的恢復供電,但該方法預案生成時間略久,且有負荷切除量過大的問題。鑒于以上方法存在的不足,研究了主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成方法,以實現失電事故影響區域的電力恢復,降低失電損失。

1 主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成

1.1 主變壓器低壓側母線失電事故預案生成流程

主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成流程如圖1所示。

圖1 主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成流程

1.2 基于變量代換的配電網潮流計算

發生主變壓器低壓側母線失電事故的配電網節點總量為N個,設定第一個節點為電源節點,并將其視為平衡節點,其編號為“0”,該配電網所含獨立節點總數表示為n=N-1,線路數量表示為b=n。在直角坐標系下描述節點電壓時,潮流運算方程[5]可通過式(1)、式(2)描述。

(1)

(2)

式中:Pi為節點i的有功功率;Qi為無功功率;ei為電壓實部;fi為虛部;ej、fj為節點j的電壓實、虛部;Zii、Zij、Bii、Bij為兩節點的導納矩陣元素的實、虛部。

(3)

(4)

式中:Vi為節點i的電壓的模;Kij為節點i和節點j的電流功率;Lij為節點i和節點j的復功率。

式(5)等式恒成立。

(5)

式中:Vj為節點j的電壓的模。

P、Q已知的PQ節點i,若其輸入有功功率為Pis、無功功率為Qis,則其功率不平衡量方程可通過式(6)、式(7)進行描述。

(6)

(7)

式中:Pi為節點i的功率。

P、U值均已知的PV節點i,當其輸入有功功率、電壓分別為Pis、Uis時,其不平衡量方程可通過式(8)、式(9)進行描述。

(8)

(9)

聯立式(5)～式(9)后,可完成潮流方程組的確定,即F(X)=0。配網中所有節點電壓的計算方法為設定配網第一個節點為平衡節點,用“0”對其進行標記,得出e0=1,f0=0,結合Lij=eiej+fifj、Kij=eifj-ejfi即可實現其余節點電壓實、虛部的確定。

由此可確定主變壓器低壓側母線失電事故發生前所有節點的有功功率,將其作為依據,可實現饋線負荷轉供的優化設計。

1.3 約束條件

通過下式描述樹狀拓撲約束條件:

(10)

采用改進的非支配遺傳算法(non-dominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ)對負荷轉供優化模型進行求解,實現最優負荷轉供方案的確定,進而獲取失電負荷功率值等信息,并確定負荷轉供路徑。

1.4 負荷節點恢復電力供應的開關操作順序生成

在完成負荷轉供路徑選擇后,按照設計的聯絡元件開關操作順序完成負荷節點電力的恢復[6-7]。開關操作順序生成具體流程如下。

(1) 在處理主變壓器低壓側有失電事故的負荷時,需要使用FB隊列和FA隊列來確定新增和切除的負荷,并將它們添加到Fin和Fout隊列中。

(2) 將鄰接關系作為分組依據,按照失電損失由高到低順序排列隊列Fin1、Fin2中的各個負荷,以失電損失由低到高順序排列Fout1、Fout2內的負荷。

(3)Fout1隊列中的切負荷處理過程為:獲取同時滿足與此負荷和FB均具有鄰接關系條件的負荷節點編號后,將之歸入到斷開操作隊列K內。

(4) 循環執行步驟(3),當Fout1隊列無待處理負荷后停止。

(5) 按照步驟(3)中的方法處理Fout2內負荷。

(6) 循環執行步驟(5),當Fout2隊列無待處理負荷后停止。

(7) 根據步驟(3)～(6)的處理方法對排序后的Fin1、Fin2負荷進行處理,獲取準備閉合的開關編號后,歸入到H隊列內,與該負荷對應的其余閉合開關編號歸并至隊列K中。

按照以上聯絡元件開關操作順序即可完成主變壓器低壓側母線失電事故預案負荷節點電力的恢復。

2 試驗分析

設定各支路沿線負荷的功率因數均相同,且不考慮電壓波動問題,當3號主變壓器低壓側母線發生失電事故,編號為7、18、26的聯絡開關將處于斷開狀態,達到失電事故母線隔離作用。將本文方法應用于主變壓器低壓側母線失電事故預案快速生成中,分析本文方法的有效性,配電網拓撲結構圖如圖2所示。

圖2 配電網拓撲結構圖

將本文方法應用于各負荷節點的負荷轉供優化中,主變壓器低壓側母線失電事故負荷轉供方案結果如表1、表2所示。

表1 負荷轉供前后聯絡開關的負荷加載情況

表2生成的聯絡開關處理方案

分析表1、表2可知,經過對各負荷節點進行負荷轉供優化,將主變壓器低壓側母線失電事故影響區域的負荷轉供到B變電站的1、2號變電器上,依照負荷的重要程度優先接入編號為4、5、11、12、19節點的負荷,而對編號為10的三級負荷節點采取切負荷措施,以便確保線路在允許最大負載下正常運行。

通過分析三種方法的停電損失和預案生成時間等指標的差異,驗證本文方法生成的失電事故預案的有效性,試驗結果如表3所示。

表3 三種方法有效性分析

分析表3可知:通過本文方法獲取的失電事故預案生成時間最短,造成的失電損失最低,并且僅切除部分重要度較低的第三類負荷;文獻[3]方法生成的失電事故預案所需時間最長,由于該方法未考慮負荷的重要程度,可能會出現第一類負荷切除風險;文獻[4]方法的預案生成時間不僅短于文獻[3]方法,也可確保第一類負荷的穩定供電。試驗結果表明,通過本文方法生成的主變壓器低壓側母線失電事故預案更具有效性。

3 結束語

為研究本文方法的有效性,分別對配電網潮流運算結果、轉供負荷加載情況、聯絡開關的處理順序進行分析,并與文獻[3]、文獻[4]方法的預案生成結果進行對比。試驗結果表明:本文方法能夠根據配電網中各節點的輸入有功功率,實現轉供負荷的優化處理,確定負荷轉供路徑和聯絡開關處理順序,并且只需切除部分三類負荷即可恢復失電事故影響區域的電力供應,預案生成時間短、失電損失低。