基于分布系數法的環網潮流計算在油田電網中的應用

趙利輝

(黑龍江省大慶市電力集團電力調度中心, 黑龍江 大慶 163453)

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基于分布系數法的環網潮流計算在油田電網中的應用

趙利輝

(黑龍江省大慶市電力集團電力調度中心, 黑龍江 大慶 163453)

摘要電網合解環操作是調度運行管理的一個重要環節，在實際運行中，需重點分析與調控。為解決同一系統短時環網存在的合環開關處無電流、合環開關處電流小于10A及環網內其他開關電流無明顯變化的問題，研究了基于分布系數法的環網潮流計算，通過對不同變電所投停電容器改變無功潮流分布，將不同方式下節點負荷乘以分布系數后疊加作為電源支路的潮流，然后求出其他支路的潮流，最終確定環網內合環電流變化明顯的調控措施，以方曉一次變系統35kV西一二線合環構成的短時環網為例，對各種方式進行了對比計算。結果表明： 在西一變停用電容器后，合環開關處有明顯電流，能夠進行成功的合解環操作，并對類似接線結構的變電所進行了計算，為調度員指揮操作提供理論依據，確保了油田電網安全可靠運行。

關鍵詞分布系數; 油田電網; 調度; 合環操作

Application of Ring Network Power Flow Calculation in Oil Field Power Grid with Distribution Coefficient Method

ZHAOLihui

(The Daqing City of Heilongjiang Province Electric Power Dispatching Center of Electric Power Group, Daqing 163453, Heilongjiang, China)

AbstractThe closed loop in a power network is important in the operation and management of a dispatching agency, which should be analyzed and controlled in the practical operation. In an electric power system, the switch has no current, or the co-current is less than 10A. To solve the problem, power flow calculation using a distribution coefficient method is studied. The reactive power flow distribution changes with input or stop of different substation capacitors. The node load is used under different operating modes multiplied by the distribution coefficient. The results are superimposed to give the trend of power supply branch. Finally, the trend of other branches is found. Using this method, control measures are taken to ensure that the loop current is changed obviously. As an example, the closed loop current on the 35kV line at Fang Xiao substation is calculated under various operation modes. The results show that, after discontinuation of the west substation capacitor, the loop closing switch has a significant current. It can then solve the loop operation and calculate the similar connection structure of substations, providing a theoretical basis for operations of the dispatcher command. It ensures safe and reliable operation of the oilfield power grid.

Keywordsdistribution coefficient; oil field power grid; scheduling; closed loop operation

油田電網是環網設計，開網運行，在電網設備檢修、事故異常處理和最大需量調控等情況下，改變系統運行方式，需要合環轉移負荷，電網短時變成了環網運行。在調度指揮操作時，必須要確保合環成功，但是對于同一座110kV變電所的35kV母線分別接帶35kV變電所的接線方式，當對合環開關進行操作后，經常遇到合環開關處無電流、合環開關處電流小于10A、環網內其他開關電流無明顯變化的情況，給調度員判斷是否合環成功帶來了困難。調度員針對這種情況，常采用投停35kV變電所的電容器來改變環網的潮流分布，但是投停哪座35kV變電所的電容器能使合環開關處電流較為明顯，只能通過嘗試操作。油田電網中屬于此類接線結構的變電所共涉及1座220kV變電所、12座110kV變電所、25座35kV變電所[1-3]。

本文介紹了基于分布系數法的環網潮流計算，研究了不同變電所投停電容器時的環網功率分布，確定環網內合環電流變化明顯的最佳調控措施，解決短時環網存在的合環開關處無電流、合環開關處電流小于10A及環網內其他開關電流無明顯變化的問題，從而確定是否可以合解環操作，對調度人員指揮操作具有較大的實用價值。

1分布系數潮流法

利用分布系數和重疊原理來求環網中功率分布的方法，叫做分布系數潮流法。雖然計算分布系數的工作量很大，但是當分布系數計算出來以后，在電網接線方式不變的情況下，只改變節點的電源或負荷，功率分布的計算將可以大大簡化。正是由于利用分布系數能夠很快地計算出負荷改變后的功率分布，對同一系統合環電流小、電流無明顯變化等情況，調度員可提前進行計算各種負荷變化下的潮流分布。根據計算結果，按照最佳的調控措施進行操作，并與實際操作時的數據進行對比，為調度員提供理論依據。雖然采用分布系數潮流法所得的結果是近似的，誤差很小，在實際調度運行中加以利用是完全可行的[4-6]。

1.1平衡節點

在進行功率分布計算時，首先要知道所有節點的電源和負荷，為了進行功率平衡計算，還必須求出電網中各元件的功率損耗，若把每一元件的損耗分派到該元件的兩端，并與接在這兩端的負荷相加，便可以得到接在電網節點上的總有功功率和總無功功率。因為流入電力網的總有功功率和無功功率分別等于從電力網流出的總有功功率和總無功功率，所以電力網中將有一個節點，其負荷值必須按照整個系統功率平衡原則來決定，這個節點，就稱為平衡節點，一般用“▽”表示[7-10]。

可見，平衡節點就是能夠吸收、送出任意多少的有功功率和無功功率的點，在實際應用計算中，一般選取功率變化比較大、支路比較多的電源節點為平衡節點。在油田電網中可以選取110kV變電所的35kV母線作為平衡節點。

1.2分布系數

通過環網某一支路的功率與各節點的負荷具有一定的關系，如果電力網中各支路的平均電壓是相等的，那么這種關系就是線性的，該線性關系實質上就是節點負荷在某支路的分布系數[1，11-13]。

例如： 有一個簡單的環網，如圖1所示。設該電網有n+1個節點(負荷點)，其中A是選取的平衡節點，以▽表示，1，2，…，k，…，n為各負荷節點，當各支路電壓相等時，通過支路a的功率和各節點的負荷關系為

(1)

圖1　簡單環網圖Fig.1　A simple ring network

由于式(1)中，不包括平衡節點的有關量，故在節點n的負荷在支路a的分布系數與選取的平衡節點有關，即當平衡節點一定時，節點n的負荷在支路a的分布系數是個一定的數值，它僅與電力網的結構和參數有關，而與節點的負荷大小無關[14]。

將式(1)改寫成

(2)

將式(2)展開，則可得

β1aQ1-β2aQ2-βnaQn)-j(α1aQ1+α2aQ2+…+

αnaQn-β1aP1-β2aP2-βnaPn)

令S1=P1a-jQ1=1-j0，且其他節點不接負荷時，則上式可以化為

(3)

1.3分布系數的計算

C·1= S·1=Z2Z1+Z2S·=Z2Z1+Z2=

(4)

式中，Z1、Z2分別為支路1、2的阻抗，Ω；R1、R2分別為支路1、2的電阻，Ω；X1、X2分別為支路1、2的電抗，Ω。

圖2　兩條并聯支路的環網Fig.2　Loop network of two parallel branches

在實際潮流計算時，大多數電力網均可近似視為均一網，此時，分布系數的虛部很小，在近似計算中，對計算結果的影響可以忽略不計，分布系數只取實部，將會使分布系數的計算更進一步簡化。

式(4)可改寫為

(5)

1.4各支路潮流的計算

計算出各負荷節點的分布系數后，根據節點的負荷和環繞方向，用式(1)來進行選定支路的功率分布計算，再按照基爾霍夫第一定律，即流入節點的負荷等于流出節點的負荷，求出下一支路的潮流分布。然后根據各支路的潮流計算結果和各節點的電壓，利用

(6)

235kV西一二線合環潮流計算實例

方曉一次變35kVⅠ、Ⅱ段母線分別接帶35kV西一變和35kV西二變，由于屬同一系統，通過西二變35kV西一二線1237開關合環后，構成短時環網，根據分布系數潮流法對該環網進行計算。

選取方曉一次變35kV母線作為平衡節點，環繞方向為逆時針方向，負荷、線路阻抗已標注在圖3中。

圖3　系統示意圖Fig.3　Schematic diagram of the system

2.1計算35kV西一注線支路的分布系數

分別計算西一、西二變負荷節點在 35kV 西一注線支路的分布系數，虛部忽略不計，根據式(5)進行計算。

(1) 西一變負荷S1在35kV西一注線支路的分布系數

(2) 西二變負荷S2在35kV西一注支路的分布系數

2.2計算初始合環時環網內各支路的潮流

利用式(1)計算35kV西一注線支路的潮流分布，然后根據基爾霍夫第一定律計算其他支路的潮流分布，再利用式(6)計算環網內各處電流。

(1) 35kV西一注線支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j0.5)+

0.32×(4+j0.4)=3.54-j0.14MW

(2) 35kV西一二線支路的潮流

S·12= (3.54-j0.15)-(4.1-j0.5)=

-0.56+j0.36MW

(3) 35kV西二注線支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56+j0.35)=

4.56+j0.04MW

2.3計算西一變停用一組電容器時環網內各支路的潮流

西一變電容器容量2.3Mvar，停掉電容器后負荷變為4.1-j2.8MW。

(1) 35kV西一注線支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j2.8)+

0.32×(4+j0.4)=3.54-j1.41MW

(2) 35kV西一二線支路的潮流

S·12= (3.54-j1.41)-(4.1-j2.8)=

-0.56+j1.39MW

(3) 35kV西二注線支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56+j1.39)=

4.56-j0.99MW

2.4計算西二變停用一組電容器時環網內各支路的潮流

西二變電容器容量2.3Mvar，停掉電容器后負荷變為4.1-j1.9MW。

(1) 35kV西一注支路的潮流

S·01= C1S·1+C2S·2=0.55×(4.1-j0.5)+

0.32×(4-j1.9)=3.54-j0.89MW

(2) 35kV西一二線支路的潮流

S·12= (3.54-j0.89)-(4.1-j1.9)=

-0.56-j0.39MW

(3) 35kV西二注線支路的潮流

S·20= (4+j0.4)-(-0.56-j0.39)=

4.56-j1.51MW

2.5幾種方式下的數據對比

經過以上計算，匯總結果見表1。從表1中的35kV西一二線合環構成的環網潮流計算結果可以看出，初始合環下合環開關處電流10.1A，在西一變停電容器后電流22.9A，在西二變停電容器后電流10.4A，每種情況下合環開關處電流都不一樣的，但是，在西一變停電容器時合環開關處電流最為明顯。2014年7月3日西一變35kVⅠ段母線、1#主變檢修時，在西一變停用1組電容器后，35kV西一二線實際合環電流20A與計算值22.9A基本相符，為調度員提供了理論依據。

表1　潮流計算結果

3油田電網同一系統短時環網的潮流快速計算

類似方曉一次變系統35kV西一二線合環電流小于10A的相關變電所，還有高家一次變系統接帶的喇十四變和喇三變、杏北一次變系統接帶的杏十九變和杏二十五變等25座變電所，共計13個合環點，統計結果如表2所示。

表2　同一系統合環統計表

由于網絡接線已經固定，分布系數不會改變，當分布系數計算完成以后，只要知道各變電所節點的負荷，就可以快速計算出投停電容器后的環網潮流分布和環網內各開關處的電流，根據計算的結果，確定最佳的方案，指導調度員的合解環操作。為此，根據分布系數潮流法的計算公式，利用EXCEL辦公軟件開發了同一系統短時環網潮流計算工具，包括分布系數計算模塊、潮流計算模塊[8]。

3.1計算同一系統各變電所節點的分布系數

利用分布系數計算模塊，將13個短時環網涉及的39條35kV線路參數進行輸入，根據計算公式分別計算出喇十四變等變電所結點的分布系數共計26個(見圖4)。

圖4　分布系數計算模塊Fig.4　Calculation module for distribution coefficient

3.2計算同一系統環網潮流分布

根據已經計算的各變電所的分布系數，利用潮流計算模塊，如圖5所示。選擇合環的變電所、合環的線路，輸入各變電所的有功負荷、無功負荷、母線電壓，即可計算出環網內各開關處的電流和功率。如果合環開關處電流小于10A時，可以輸入各變電所投停電容器前后的有功、無功數據，重新計算，以便確定在哪座變電所停用電容器效果最為顯著。

圖5　潮流分布計算模塊Fig.5　Calculation module for power flow distribution

4結語

在電網結構及參數一定的條件下，合環后各支路的潮流僅與節點的負荷有關，合環前利用分布系數法，計算初始合環及投停電容器后的幾種負荷變化下的功率分布、電流，從而確定最佳的調控措施，并可作為調度員指揮操作的參考。通過實例，證明了電網潮流計算不是可有可無，特別是同一系統的環網潮流計算，利用分布系數法對改變后的系統的潮流進行估算，是完全可行的，分布系數法的運用就更顯示出它的快捷性[15]。

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文獻標識碼A

中圖分類號TM 744

文章編號2095 - 0020(2016)01 -0043 - 07

作者簡介：趙利輝(1973-)，男，工程師，主要研究方向為電網調度管理，E-mail： zhaolhui@cnpc.com.cn

收稿日期：2015 - 12 - 03