10 kV配網環網電流控制策略研究

劉 聰，于天蛟，馬文遠，譚文剛，楊 樂

(1.國網四平供電公司，吉林 四平 136000； 2.國網吉林省電力有限公司，吉林 長春 130000)

目前，城市配電網經過改造后，拉手率逐年提高，基本達到了“閉環結線，開環運行”的供電方式。隨著社會快速發展，用戶對電能質量和供電可靠性的要求越來越高。為了保證對用戶的供電不停止，目前常采用合環操作將事故或檢修時可能要停電的負荷轉移到其他正常供電電源上，實現負荷的不停電轉移，這樣既保證了對用戶供電的可靠性，又能夠提高電力企業的經濟收益。但是并不是所有情況都能實現上述合環倒電源的操作，當合環電流較大且線路本身負荷較大時，會出現線路及設備過載的情況，給配電網的運行帶來很大影響，對其安全穩定運行造成很大威脅。

針對此問題，國內研究主要集中在通過潮流計算模型研究、合環電流暫穩態分析以及仿真軟件模型搭建方面，研究結果主要用來判斷合環點兩側的電壓幅值和相角相差是否過大，進而判斷該運行條件下能否合環[1-8]。但關于配電網合環電流控制策略的研究卻很少，而且只是簡單通過調整主變分接頭和投切無功補償裝置減小合環點兩側電壓幅值差減小合環電流，并無根據合環點兩側電壓幅值差、相角差及系統運行情況等全面系統性的控制策略研究。本文通過PSASP軟件對10 kV配網合環點進行合環仿真，結合合環電流越限的實例，從理論上分析出了合環潮流中有功分量和無功分量的決定因素，并結合現場實際工作經驗和10 kV配網合環仿真案例，提出了通過調整主變分接頭、投切電容器和調整系統運行方式相結合的系統性配網合環電流控制策略。指導配網調度運行人員合理控制合環電流大小，避免因環網電流過大對配網安全穩定運行造成的威脅。

1 PSASP系統仿真計算分析

首先利用PSASP軟件，在66 kV及以上仿真系統的基礎上，根據電網最大運行方式搭建10 kV系統仿真模型。對10 kV環網點進行合環仿真計算。下面對2個合環電流越限案例進行具體分析(1、表2)。

表1 A、B線合環電流分析(10 kV)Tab.1 A and B line loop current analysis(10 kV)

表2 C、D線合環電流分析(10 kV)Tab.2 C and D line loop current analysis(10 kV)

2 10 kV配網環網電流越限原因分析

10 kV配網合環操作接線如圖1所示。L1和L2為2條10 kV聯絡線路，正常情況下10 kV線路L1和L2處于開環運行狀態，當進行合環倒電源時，則會產生合環電流ΔI。

圖1 合環操作接線Fig.1 Closing operation wiring

根據10 kV配網合環操作接線圖，將合環點兩側端口10 kV母線以上系統進行戴維南等效，等效阻抗R0+jX0，10 kV聯絡線L1和L2阻抗分別為R1+jX1和R2+jX2，等值電路如圖2所示。

圖2 合環操作等值回路Fig.2 Closed loop operation equivalent loop

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得：

(3)

(4)

通常情況下，|δ|≤15°，R?X，因此，cosδ≈1，Rsinδ≈0，Xsinδ≈Xδ，對式(3)、式(4)求導后得：

(5)

(6)

由式(5)、式(6)可知，合環有功潮流主要受合環點相角差的影響，而合環無功潮流主要受電壓幅值差的影響。

3 配網環網電流控制策略研究

3.1 環網電流控制策略

由以上分析可知，10 kV配網合環時，無功潮流是合環點兩側電壓幅值差決定的，而有功潮流是由合環兩側電壓相角差決定的。針對不同合環潮流情況應采取不同的控制策略。①針對合環無功潮流大調整策略：調整合環點兩側變電站主變分接頭和投入無功補償裝置以有效降低合環點兩側電壓幅值差。②針對合環有功潮流大調整策略：調整上級電網運行方式以有效降低合環點兩側相角差。電網運行方式調整具體策略如下。

(1)將原本受不同220 kV變電站電源的66 kV變電站通過運行方式調整到受220 kV變電站電源，運行方式調整1如圖3所示。

圖3 運行方式調整1Fig.3 Operation mode adjustment 1

(2)受不同220 kV變電站電源的66 kV變電站無法通過運行方式調整到受220 kV變電站電源的情況，將2個220 kV變電站通過66 kV聯絡線將66 kV系統進行環網。運行方式調整2如圖4所示。

圖4 運行方式調整2Fig.4 Operation mode adjustment 2

(3)將原本受不同條線路電源的66 kV變電站通過方式調整到受同一線路電源。運行方式調整3如圖5所示。在以上分析的基礎上，制定合環電流控制策略流程，如圖6所示。

圖5 運行方式調整3Fig.5 Operation mode adjustment 3

圖6 合環電流控制策略流程Fig.6 Closed loop current control strategy process

3.2 配網環網電流控制策略驗證

通過采用以上策略后，重新對上文10 kV A、B線和10 kV C、D線進行合環仿真分析，仿真結果見表3、表4。

表3 采用控制策略后10 kV A、B線合環電流分析Tab.3 Analysis of 10 kV A and B line closing loop current after adopting control strategy

表4 采用控制策略后10 kV C、D線合環電流分析Tab.4 Analysis of 10 kV C and D line closing loop current after adopting control strategy

通過本文提出的10 kV配網環網電流控制策略，成功解決了以上2例10 kV配網環網電流越限的問題。

3.3 應用效果

近2年來，應用10 kV配網環網電流控制策略，全地區進行了10 kV合環倒負荷操作，均未出現過載情況，保證了系統安全穩定運。采用控制策略后10 kV A、B線合環的保護動作分析(表5)及10 kV C、D線合環的保護動作分析(表6)。

表5 采用控制策略后10 kV A、B線合環的保護動作分析Tab.5 Analysis of the protection action of 10 kV A and B line loop closure after adopting the control strategy

由表5、表6可看出，通過10 kV配網環網電流控制策略，合環后并未引起線路保護裝置的誤動作，降低了合環運行的風險。從全年運行效果來看，年均減少停電50余次，大大提高了供電可靠性。有/無合環運行的電費對比如圖7所示。

表6 采用控制策略后10 kV C、D線合環的保護動作分析Tab.6 Analysis of the protection action of 10 kV C and D line loop closure after adopting the control strategy

圖7 有/無合環運行的電費對比Fig.7 Comparison of electricity costs with/without closed loop operation

通過圖7可知，通過本文提出的10 kV配網環網電流控制策略實現了合環運行，可減少線路停電次數，增收電費6萬余元，同時也提高了用戶用電滿意度。

4 結論

通過10 kV配網環網電流越限的仿真實例，從理論上找出了合環潮流中有功分量和無功分量的決定因素，并結合現場實際工作經驗，提出了通過調整主變分接頭、投切電容器和調整系統運行方式相結合的系統性配網合環電流控制策略。仿真結果驗證，此控制策略可以有效控制合環電流，解決10 kV配網合環電流越限問題，保證10 kV配網合環操作安全進行，并取得了良好效果，在提高企業經濟效益的同時，提高了用戶用電滿意度。

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