基于PSCAD的配網合環電流分析

謝佳偉

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650200）

0 引言

在電力事業不斷發展背景下，對配網供電可靠性也提出更高要求，而我國配電網供電方式多采用“閉環設計、開環運行”，為保證配網的輻射狀運行結構，通常情況下合環開關是處于關閉狀態，只有在開展線路設備檢修、開關發生故障等情況時，才會通過閉合聯絡開關對負荷進行轉移，以達到減少停電時間和保障電網穩定運行目的[1]。

1 配網合環概述

根據配網典型結構可知，在實施10KV母線停電檢修工作,或者當饋線發生故障問題以后,需要即時針對相應的聯絡開關實施閉合操作,同時將產生故障的一側，所存在的負荷及時轉移至別處。以防止出現大面積停電情況，這也是對合環操作的一種簡單概括。比較經典的合環操作：第一種，雖然處于同一變電站，但是10kV饋線合環來自區域具有較大差異；第二種，上級110kV電源盡管相同，但是所經過的10kV饋線合環不盡相同，一旦電網發生故障問題，就可以以這樣的方式及時通過母線聯絡開關會產生故障的環節實施合環操作，這樣不僅可以有效減少因操作產生的沖擊還能夠保障安全性；第三種，相同電壓等級但變電站不同的10kV饋線合環，受變電站不同和負荷差異影響，使得合環操作會產生較大沖擊，并對環網安全性構成嚴重威脅，如合環操作[2]。

2 配網合環電流的數學模型分析

2.1 合環電流產生原因

對引發合環電流的原因進行分析和總結，主要包括以下內容：①當合環點兩側a、b處于不同變電站情況時候，所存在的主變容量會出現較大差異，實際運行就很容易受到所帶負荷不同影響，使兩端母線相角以及兩端所產生的電壓幅值均存在一定程度的偏差這時候進行合環操作，在合環瞬間就會引發較大沖擊電流，并且達到峰值狀態；②聯絡開關兩側10千伏母線的短路過程中所產生的阻抗不同，在此過程中出現環流的幾率也會隨之急速升高，并對線路可靠穩定性產生嚴重破壞[3]。

2.2 合環電流計算模型

結合荷花瞬間產生的沖擊電流以及循環過程中產生的電流，可以針對配網和環電流實時準確計算，以這樣的方式可以在防止電流越線方面發揮良好的效果[4]。大面積停電情況也能減少發生。具體操作步驟為：①循環電流計算模型，對該模型進行構建，需要對疊加定理進行應用，并使用i'=i+ic公式，對饋線穩態電流由首端電流和環流相疊加加以表示，其中i為表合環前，i'為合環后首端電流，ic則表示聯絡開關兩側電壓差引發的穩態環流。由于對SCADA系統進行合理的調度，這樣就可以獲得合環前饋線電流i，而循環電流ic的具體數值也可以通過兩側電壓矢量差出去回路總阻抗得到，為此可以使用公式：

3 配網合環仿真建模研究

3.1 仿真建模

圖1 合環仿真模型圖

如圖1所示，利用合環模式1進行仿真建模，并在這過程中對合環電流暫態過程進行深入剖析，假設220kV母線是該系統的等效電源點，并設置相角為0。

表1 典型環路線路相關參數

3.2 結果討論

假設合環時刻t=0.2s，進行仿真就要可以將t設置為0.5s，由于i1、i2、i3分別代表饋線首端電流和聯絡開關電流，操作中就可以對i1、i2、i3合環前后電流進行觀察和提取，并以曲線方式呈現電流實際變化，詳見圖2。根據合環前后i3電流曲線可以發現，前0.2網絡開關處于斷開狀態時，線路中電流的數值為0，當閉合開關線路中的電流數值產生急劇變化，并且電流的峰值出現在0.21s附件，為了能夠獲得更為有力地合環條件，對所產生的三種合環模式都要進行詳細的仿真分析，所獲得的數值具體結果如表2所示。

圖2 合環前后i1、i2 和i3 電流曲線圖

表2 三種模式下合環因素比較

根據三種模式下合環ΔU、Δδ、iM、I'、IM等因素比較，我們可以知道無論是沖擊電流，還是合環穩態環流，都與電壓幅值差、合環點相角差密切相關，實際合環操作中對模式2進行運用，不僅對線路產生的沖擊最小，還能夠確保合環成功率，究其原因在于擁有的電壓幅值差和相角差與模式1和3相比較都更小，因此可以取得理想合環效果[6]。然而實際應用時還需要考慮到不同負荷所帶來的影響，實踐中還要聯系實際，將合環點左側負荷分成三條不同饋線負荷，在經過仿真分析后得到最優合環路徑，涉及到的對比結果詳見表3。

表3 合環模式2 下各負荷合環參數比較

從表3的數據中，我們可以詳細的了解到，S左2、S左3、S右2三組數據之間所產生的相角差和電壓差都是最小的，在此基礎上都可以實時合環操作，并且在實施合環操作時S左2對合環線路所造成的沖擊程度是最小的，實踐中可以將之視為最佳線路，開展合環操作也能防止兩端負荷相差較大情況發生，并且在操作時極盡可能的選擇兩段負荷相近線路進行合環，可以進一步提高合環成功率[7]。

4 結語

本文是基于對PSCAD配網合環電流的分析，通過配網合環數學模型和PSCAD軟件，充分驗證了合環電流、總阻抗、合環點電壓差三者之間關系，并根據所得到的沖擊電流和合環穩態近似結果，找尋到最佳的合環路徑，進而為配網安全、穩定和可靠運行提供有力操作依據。