本發明涉及電網領域，具體而言，涉及一種建立配電網的合環模型的方法和裝置。

背景技術：

在本領域，在對配電網設備進行檢修過程中，大多采用“先斷后通”的方式來操作，即，停電檢修。由于配電網設備檢修、事故處理、負荷轉移等涉及配電線路運行方式變化的操作相當頻繁，這種方案會給用戶的部分負荷造成短時停電，對于一些重要用戶和對于供電中斷比較敏感的用戶會造成不良影響。

為了避免對用戶造成的短時停電波動，可以采用開環運行線路合環操作，以保證供電連續性，減少停電時間，提高供電可靠性。隨著電網架構的快速發展，10kV配電網中多聯絡比例逐步提高，基本實現“閉環接線，開環運行”供電模式，電網供電可靠性能力得到不斷提升。但是，在合環操作過程中，由于斷路器閉合前合環點兩側電壓差、系統阻抗差或負荷差較大，導致穩態電流和沖擊電流過大而引起繼電保護裝置保護誤動作的事故也逐步增多，直接影響電網安全穩定運行。

目前，國內外研究學者對配電網合環操作進行了大量研究，但是主要集中在基于仿真和理論計算的研究方面。傳統合環電流理論計算方法較為復雜，對模型參數的準確性要求較高，同時受上級電網結構、運行方式和設備等實時運行工況影響，合環電流理論計算也會產生誤差，難以直接在工程實際中應用。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種建立配電網的合環模型的方法和裝置，以至少解決現有的配電網合環操作沒有合理的合環模型造成電網運行風險較大的技術問題。

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種建立配電網的合環模型的方法，包括：接收至少一個合環參數；根據至少一個合環參數，計算合環操作后產生的穩態系統潮流流向和量值，得到計算結果；將計算結果分別與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，得到合環操作的邊界條件，其中，邊界條件用于確定是否允許執行合環操作。

根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種建立配電網的合環模型的裝置，包括：接收模塊，用于接收至少一個合環參數；計算模塊，用于根據至少一個合環參數，計算合環操作后產生的穩態系統潮流流向和量值，得到計算結果；比對模塊，用于將計算結果分別與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，得到合環操作的邊界條件，其中，邊界條件用于確定是否允許執行合環操作。

在本發明實施例中，通過接收至少一個合環參數；根據至少一個合環參數，計算合環操作后產生的穩態系統潮流流向和量值，得到計算結果；將計算結果分別與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，得到合環操作的邊界條件，其中，邊界條件用于確定是否允許執行合環操作，達到了創建配電網中合環操作的合環模型的目的，從而實現了配電網中根據合環模型來執行合環操作的技術效果，進而解決了現有的配電網合環操作沒有合理的合環模型造成電網運行風險較大的技術問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本發明實施例的一種建立配電網的合環模型的方法流程圖；

圖2是根據本發明實施例的一種可選的建立配電網的合環模型的方法流程圖；以及

圖3是根據本發明實施例的一種建立配電網的合環模型的裝置示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

實施例1

根據本發明實施例，提供了一種建立配電網的合環模型的方法實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。

圖1是根據本發明實施例的一種建立配電網的合環模型的方法流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，接收至少一個合環參數。

具體地，在上述步驟中，上述合環參數可以為在配電網進行合環操作過程中會造成穩態電流和沖擊電流增大的參數，該合環參數可以包括：變電站的主變阻抗、變電站的負荷和輸電線路的短路阻抗等，在建立配電網的合環模型之前，首先錄入配電網中影響合環操作的至少一個合環參數。

一種可選的實施例中，上述合環參數可以包括：220kV變電站主變阻抗及負荷、110kV輸電線路短路阻抗、110kV變電站主變阻抗及負荷等參數。

此處需要說明的是，一般情況下，合環操作后最大有效值電流(即沖擊電流)會出現在合環后的半個周期(例如，0.01s)，時間很短，保護裝置靈敏度捕捉不到沖擊電流即開始大幅衰減，因此，本申請實施例以ETAP仿真軟件的穩態潮流計算功能對配電網合環操作的合環模型進行系統建模。

步驟S104，根據至少一個合環參數，計算合環操作后產生的穩態系統潮流流向和量值，得到計算結果。

具體地，在上述步驟中，在錄入配電網中影響合環操作的至少一個合環參數之后，根據錄入的變電站的主變阻抗、變電站的負荷和輸電線路的短路阻抗等合環參數，合環操作穩態系統潮流流向及量值進行計算，得到計算結果。

步驟S106，將計算結果分別與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，得到合環操作的邊界條件，其中，邊界條件用于確定是否允許配電網執行合環操作。

具體地，在上述步驟中，在得到合環操作穩態系統潮流流向及量值之后，將得到的合環操作穩態電流與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，從而得出合環操作的邊界條件，作為合環操作可行性判斷依據。

此處需要說明的是，中低壓合環電流傳統計算方法計算較為復雜，且依賴于模型參數的準確性，由于配電網10kV以下設備參數龐雜且基礎數據缺失，合環電流計算時如考慮10kV以下設備阻抗時，系統阻抗增大而合環電流會更小，計算誤差加大。因此本申請實施例中忽略10kV以下設備阻抗對合環電流影響，得出最大范圍下的合環電流邊界條件，從而簡化合環模型，是一種適用于工程實際的合環電流計算方法。

由上可知，在本申請上述實施例中，通過錄入至少一個影響合環操作穩態電流的至少一個合環參數，并根據這些合環參數計算合環操作后產生的穩態電流的大小和方向，并將得到的穩態電流與預設的保護定值和最小載流元件的額定電流比較，得到合環操作的邊界條件，該邊界條件可以用于確定是否允許執行合環操作，達到了創建配電網中合環操作的合環模型的目的，從而實現了配電網中根據合環模型來執行合環操作的技術效果，進而解決了現有的配電網合環操作沒有合理的合環模型造成電網運行風險較大的技術問題。

在一種可選的實施例中，上述合環參數可以包括：不同類型的變電站的主變阻抗、變電站的負荷和輸電線路的短路阻抗。

在一種可選的實施例中，上述合環操作包括如下三種合環模式：合環點的上游電源進行分列運行的饋線合環、并列運行的饋線合環和同一條母線出線之間合環。

具體地，在上述實施例中，采用第一種合環模式(合環點的上游電源進行分列運行的饋線合環)的情況下，合環兩端電壓差、相角差、負荷差以及合環線路阻抗差較大，產生合環電流過大引起繼電保護裝置誤動的危險性最大；采用第二種合環模式(合環點的上游電源進行并列運行的饋線合環)的情況下，由于其220kV電源為并列運行，其合環點電壓差相對較小，合環電流受合環環路線路阻抗差影響較大，如在線路兩側負荷較重或差距較大時合環，負荷潮流將重新分布，也可能造成環流過大，因此可以通過在合環線路兩側負荷最小且差距不大時安排合環操作來降低保護誤動風險；采用第三種合環模式(合環點的上游電源進行同一條母線出線之間合環)的情況下，電壓差、相角差最小，合環環路線路阻抗對稱，相同條件下合環電流也最小。

通過上述實施例，通過評估配電網低電壓等級合環操作風險，對風險評估結果采取安全性技術控制措施，有效提高配電網合環操作成功率的應用系統。

在一種可選的實施例中，上述合環點的上游電源來自同一臺220kv主變壓器或同一條10kv母線出線之間，允許進行10kv層面合環操作；和/或，合環操作中的上游電源均來自同一系統分區的饋線合環。

具體地，在上述實施例中，通過上述合環操作的三種合環模式即可初步進行合環操作風險大小判斷，合環點上級電源來自同一臺220kV主變壓器或同一條10kV母線出線間可直接進行10kV層面合環操作；電源追溯均來自同一系統分區的饋線合環操作成功率較高，采用相應的合環控制措施可大幅提高合環操作成功率；上級來自不同系統分區的環網合環，由于兩個分區相角差系統阻抗差大、兩系統負荷不平衡，合環掉閘風險很大，合環操作前必須采取相應合環控制措施才能降低合環風險。

在一種可選的實施例中，在接收至少一個合環參數之前，如圖2所示，上述方法還可以包括：步驟S202，確定配電網中的開關環網接線模式，其中，開關環網接線模式包括：變電站之間聯絡接線、變電站與開閉站之間聯絡接線、開閉站之間聯絡接線和架混線路之間聯絡接線。

具體地，在上述實施例中，在接收至少一個合環參數之前，選取變電站之間、變電站與開閉站之間、開閉站之間、架混線路之間四種典型聯絡接線作配電網中開關環網接線模式。

通過上述實施例，可以基本涵蓋各類普通聯絡開關環網接線形式。

在一種可選的實施例中，每個變電站的變壓器接線組別相同，母線相序和相位相同；每個環路負荷潮流的變化值不超過預定的限額。

具體地，在上述實施例中，配電網進行合環操作時，要確保每個變電站的變壓器接線組別相同，母線相序和相位相同；每個環路負荷潮流的變化值不超過預定的限額，一種可選的實施方案中，預定的限額可以為根據繼電器保護、系統穩定和設備容量等設置的限額。

在一種可選的實施例中，合環互帶的兩條線路在同一變電站時，依次選擇站內高壓側和低壓側進行合環操作，并協調上級調度進行不同類型的電網短時合環。

具體地，在上述實施例中，如果合環互帶的兩條線路在同一變電站，在可能的情況下可考慮先合站內高壓側(110kV、10kV)聯絡，再在低壓側進行合環操作，一種可選的實施方案中，還可以協調上級調度配合進行220kV、110kV電網短時合環。

通過上述實施例，可以減少配電網低電壓等級合環電流掉閘風險。

在一種可選的實施例中，在允許執行所述合環操作之前，上述方法還可以包括：

如果檢測得到合環點的上游電源屬于同一個主變壓器，且合環線路兩側負荷之和不超過兩側開關的額定負荷，則允許執行合環操作；

其中，參與合環的至少兩個變電站的主變阻抗與系統阻抗之差小于等于預定值。

具體地，在上述實施例中，合環倒閘操作前，對合環點上級電源情況進行梳理核對，如屬同一個主變壓器(220kV系統)，且合環線路兩側負荷之和不超過兩側開關額定負荷，則具備合環操作基本條件，可嘗試合環操作。同時，參與合環的兩個變電站10kV母線對系統阻抗相差不宜過大，從而減少因阻抗差產生的系統環流。架混線路合環應優先選擇同一分區系統線路合環，雙環網應在規劃設計階段合理設置合環點，將合環點盡量安排在同一220kV系統，有效降低今后電網運行合環掉閘風險。如合環點上級來自不同220kV系統，應通過合環理論計算來判斷是否具備合環條件。

在一種可選的實施例中，在允許執行所述合環操作之前，上述方法還可以包括：

通過補償裝置或調節主變壓器來調整合環點兩側的電壓值之差處于預定范圍之內，并選擇第一時間段內來進行線路合環，其中，第一時間段內為電網負荷小于預定值且兩路系統負荷差距小于閾值的時間區間。

具體地，在上述實施例中，選擇合環時間可以通過以下兩種方式：一是參與合環的線路操作前考慮合環點兩側的電壓差、相角差和負荷差，盡量滿足合環點兩側電壓值相同，可通過投、退無功補償裝置或調節主變壓器分接頭等來實現。二是10kV線路合環應盡量選擇當日電網負荷較小、兩路系統負荷差距小的時間段，將合環時的系統負荷潮流轉移降到最低。

在一種可選的實施例中，在執行合環操作的過程中，上述方法還可以包括：

如果檢測到掉閘的情況下，調整合環線路的繼電保護定值至預定范圍內，該步驟包括：

通過調整過流保護的整定時間，延長非停電側或縮短停電側的繼電保護定值，并在合環操作完成之后，恢復原保護定值。

具體地，在上述實施例中，在合環操作中可能引起保護過電流動作使掉閘時，可采用臨時調整合環線路繼電保護定值的控制措施。雙環網直配電纜線路合環，可根據停電范圍現場臨時調整過流保護整定時間，延長非停電側或縮短停電側繼電保護過流定值時間以躲過合環電流，合環操作完成后再恢復原保護定值運行。架混線路可結合采取停用線路一側斷路器重合閘方式。當線路首段(末端)停電時，宜調整停用停電線路側斷路器重合閘。當線路中間段停電時，應優先考慮停用操作方便端斷路器重合閘(如有人值守或操作班駐守變電站、具備重合閘遠程投切功能的變電站)。

此處需要說明的是，利用現有資源獲取合環所需各種數據，例如，合環前各電壓等級所帶負荷、電壓，合環電流實測值情況，形成自動采集相關設備電流、電壓的數據列表，并可隨時調取任意時間數據進行合環操作計算及統計分析。系統自行記錄各層級負荷水平差距最小時刻，多次數據的累積可以歸納合環操作規律，為今后合理選取合環點、選取合環時間、整定保護定值奠定實踐基礎。同時在SCADA及配電網自動化系統中將所有10kV線路聯絡斷路器進行系統分區標注，在合環操作時有效提示調度員、計劃員合環風險。同時，為減少合環時間，優先選擇可利用配電網自動化系統遠方遙控拉合的合環、解環點。

本申請上述實施例，提供了一種配電網中低壓等級合環系統，對10kV配電網合環電流影響因素進行理論分析，研究合環電流計算方法，搭建簡化網架合環計算模型，根據不同類型合環操作計算結果進行總結歸納，進而提出有效控制合環電流、提高配電網合環操作安全性的可行性技術及管理措施并付諸于實踐，形成10kV配電網合環應用系統和操作原則，突破原有配網低電壓等級環網必須停電操作的保守管理模式，為規范北京配電網不停電倒閘操作工作奠定堅實的理論與實踐基礎，對指導調度運行人員快速、準確判斷配網合環操作的可行性，降低電網運行風險，提高供電可靠性和營銷服務水平有著非常重要的實際意義。

作為一種可選的實施例，本申請各個實施例公開的方案可以用于國網北京城區供電公司的10kV配電網。由于國網北京城區供電公司地處首都政治核心區(東城、西城兩個行政區)，作為國家電網公司在京供電服務窗口單位，承擔著確保國家黨、政、軍機關和重要國務活動安全供電萬無一失的神圣職責和光榮使命。公司轄區內重要駐地數量多，政治敏感性強，對供電可靠性要求高。基于本申請上述各個方法實施例，搭建適合北京電網實際應用的簡化合環操作模型進行合環理論計算，并在合環操作實際應用中提煉總結提高配電網合環操作安全性的控制措施，對指導調度運行人員快速、準確判斷配網合環操作的可行性，降低電網運行風險，提高供電可靠性和營銷服務水平有著非常重要的實際意義。

需要說明的是，通過將本申請上述各個方法實施例應用于10kV配電網合環操作應用工程，實踐表明，已經取得以下技術效果：同一臺220kV主變壓器或同一條10kV母線出線間可直接進行10kV層面合環操作，電源追溯均來自同一系統分區的饋線合環操作成功率較高，采用調整合環點上級電源、合環時間點、保護定值等控制措施，可以有效降低合環風險、提高合環操作安全性與實用性。上級來自不同系統分區的環網合環，合環掉閘風險較大，建立模擬實際元件的仿真模型進行合環合環電流計算得出合環操作邊界條件，采取合環安全性措施同時選擇最優條件下進行合環操作。截止目前城區電網具備38對雙環網，通過本項目研究得出結論，其中10對雙環網上級電源均來自同一分區，10對雙環網合環點分別來自同一分區，具備合環操作基本條件，占整體雙環網數量的52.6％；3對雙環網可通過改造工程對調變電站間隔，實現兩個合環點分別來自同一分區，占整體雙環網數量的7.9％；11對雙環網其中一個合環點來自同一分區，可部分合環操作，占整體雙環網數量的28.9％；4對雙環網兩個合環點均在不同分區，經過簡化合環模型搭建測算，不具備直接合環操作條件，占整體雙環網數量的10.5％。通過有效的合環操作安全管控措施應用，城區電網76％的雙環網合環點可實現合環操作，突破了原有配電網10kV電壓等級環網必須停電操作的保守模式，合環操作率由原來0％上升至76％，大幅提高配電網運行可靠性，減少用戶停電時間，增加供電量，提高客戶滿意度，具有較好的經濟和社會效益。

實施例2

根據本發明實施例，還提供了一種建立配電網的合環模型的裝置實施例。本發明實施例1中的建立配電網的合環模型的方法可以在本發明實施例2的裝置中執行。

圖3是根據本發明實施例的一種建立配電網的合環模型的裝置示意圖，如圖3所示，該裝置包括：接收模塊301、計算模塊303和比對模塊305。

其中，接收模塊301，用于接收至少一個合環參數；計算模塊303，用于根據至少一個合環參數，計算合環操作后產生的穩態系統潮流流向和量值，得到計算結果；比對模塊305，用于將計算結果分別與預設的保護定值和最小載流元件的額定載流進行比對，得到合環操作的邊界條件，其中，邊界條件用于確定是否允許執行合環操作。

由上可知，在本申請上述實施例中，接收模塊301接收至少一個影響合環操作穩態電流的至少一個合環參數，計算模塊303根據這些合環參數計算合環操作后產生的穩態電流的大小和方向，比對模塊305將得到的穩態電流與預設的保護定值和最小載流元件的額定電流比較，得到合環操作的邊界條件，該邊界條件可以用于確定是否允許執行合環操作，達到了創建配電網中合環操作的合環模型的目的，從而實現了配電網中根據合環模型來執行合環操作的技術效果，進而解決了現有的配電網合環操作沒有合理的合環模型造成電網運行風險較大的技術問題。

在一種可選的實施例中，上述合環參數可以包括：不同類型的變電站的主變阻抗、變電站的負荷和輸電線路的短路阻抗。

在一種可選的實施例中，合環操作包括如下三種合環模式：合環點的上游電源進行分列運行的饋線合環、并列運行的饋線合環和同一條母線出線之間合環。

在一種可選的實施例中，合環點的上游電源來自同一臺220kv主變壓器或同一條10kv母線出線之間，允許進行10kv層面合環操作；和/或，合環操作中的上游電源均來自同一系統分區的饋線合環。

在一種可選的實施例中，上述裝置還包括：確定模塊，用于確定配電網中的開關環網接線模式，其中，開關環網接線模式包括：變電站之間聯絡接線、變電站與開閉站之間聯絡接線、開閉站之間聯絡接線和架混線路之間聯絡接線。

在一種可選的實施例中，每個變電站的變壓器接線組別相同，母線相序和相位相同；每個環路負荷潮流的變化值不超過預定的限額。

在一種可選的實施例中，合環互帶的兩條線路在同一變電站時，依次選擇站內高壓側和低壓側進行合環操作，并協調上級調度進行不同類型的電網短時合環。

在一種可選的實施例中，上述裝置還可以包括：檢測模塊，用于如果檢測得到合環點的上游電源是否屬于同一個主變壓器，且合環線路兩側負荷之和不超過兩側開關的額定負荷，則允許執行合環操作；其中，參與合環的至少兩個變電站的主變阻抗與系統阻抗之差小于等于預定值。

在一種可選的實施例中，上述裝置還可以包括：第一處理模塊，用于通過補償裝置或調節主變壓器來調整合環點兩側的電壓值之差處于預定范圍之內，并選擇第一時間段內來進行線路合環，其中，第一時間段內為電網負荷小于預定值且兩路系統負荷差距小于閾值的時間區間。

在一種可選的實施例中，上述裝置還包括：調整模塊，用于如果檢測到掉閘的情況下，調整合環線路的繼電保護定值至預定范圍內，該調整模塊包括：第二處理模塊，用于通過調整過流保護的整定時間，延長非停電側或縮短停電側的繼電保護定值，并在合環操作完成之后，恢復原保護定值。

上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。

在本發明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能單元的形式實現。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、服務器或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。