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1、第9章配电网高级应用软件 9 1配电网高级应用软件简介9 2配电网网络拓扑分析9 2 1概述9 2 2配电网拓扑结构9 2 3配电网拓扑描述9 2 4配电网拓扑分析算法9 3配电网线损计算9 3 1线损的基本概念9 3 2配电网理论线损计算方法9 3 3配电网线损三相潮流法计算 第9章配电网高级应用软件 简介 配电网高级应用软件是建立在一定的数据源基础之上的 1 由SCADA采集来的测量数据 即系统运行的实时数据和历史数据 2 由人工输入的系统静态数据 如系统的线路参数 变压器参数等 3 计划参数 主要是未来时刻的计划运行参数 如预测的负荷及检修停电安排等 有了以上的数据源 高级应用软件就可以
2、辅助配网运行人员对系统进行各种分析 配电网高级应用软件包含的内容有 网络建模 网络接线分析 动态网络着色 配电网潮流计算 短路电流计算 网络重构 负荷预测等 1 网络建模 网络建模用于建立和维护配电网数据库 通过在数据库中定义配电网设备铭牌参数及其各设备之间的连接关系 建立整个配电网的设备连接关系及各设备的数学模型 配电网的拓扑模型可以分为静态拓扑模型和动态拓扑模型 网络建模的主要功能有 1 定义配电网中的各种元件 如母线 馈线段 分支线 变压器 电容器 负荷等 2 定义各元件间的连接关系 以提供网络分析功能所需的基本拓扑信息 3 根据定义的元件自动生成相应元件参数表 以便参数录入 4 网络建
3、模提供静态分析和动态分析的全套元件参数 5 从实时库中获取数据 6 维护数据库间的关系和自动校核输入的数据 7 根据数据库和开关的实时状态建立母线模型 8 支持各种电压等级的模型 2 状态估计 在实时情况下 不可能对网络的所有运行状态量进行监测 此外 获取的测量数据也不可避免地存在测量误差 状态估计基于网络的拓扑模型 利用SCADA采集的实时信息 确定配电网的接线方式和运行状态 估计出各母线的电压幅值和相角及元件的功率 检测 辨识不良数据 补充不足测点 3 配电网重构 配电网重构的目标是在满足网络约束和辐射状网络结构的前提下 通过开关操作改变负荷的供电路径 以便使网损最小 或解除支路过载和电压
4、越限 或平衡馈线负荷 配电网重构的用途有以下几个方面 1 用于配电网规划和配电网改造 2 正常运行状态下的网络重构可以降低网损 平衡负荷 提高系统运行的经济性与供电可靠性 3 故障情况下的网络重构可用于配电网事故后的供电恢复 4 配电网线损计算与分析 1 输入功能 包括图形输入 数据输入 网络拓扑分析和自动生成数据库 自动检错 与GIS接口等 2 计算功能 包括采用前推回代法计算配电网潮流 用不同方式采集运行数据以提高计算正确性 自动适应运行方式的变化等 3 输出功能 计算结果以表格 分层图形 棒图 曲线等方式输出 4 分析功能 通过多种分析确认计算结果的真实性和可靠性 5 负荷预测 负荷预测
5、功能一般针对全网或某个区域内的总负荷进行 应考虑带气象修正功能的负荷预测模型 负荷预测可以预测未来1天 1周的每小时 每15min的系统负荷值 然后利用可自动校正的负荷分配系数把该预测值分配到各变电站 馈线及负荷点 配电负荷预测可能要考虑分类预测 负荷分类指负荷中可分离出来的最小可统计用电负荷类别 典型的负荷分类比如电冰箱 烹饪 荧光灯 电热器 电弧 泵等 9 2配电网网络拓扑分析 配电网拓扑分析 又称配电网接线分析或配电网拓扑辨识 是指运用图论等方面的知识对配电网的几何结构和性质进行分析和研究 以反映配电网上各元件 包括节点 线路 负荷等 的连接情况和带电状态 最终根据各个元件之间的连接关系
6、以及各个开关的实时开合状态 动态生成能够正确描述网络结构并可为计算机分析所利用的数学模型 配电系统拓扑分析以从同一变电站引出的所有馈线作为一个完整的分析对象 而以馈线作为基本的分析单元 对辐射状结构方式可以用一个树结构来表示 对于环网设计而开环运行的结构方式 在正常运行时也可视为一个树结构 只是在开关倒换操作的短时间内变成一个弱环网络 1 配电弱环网的拓扑描述 在配电网拓扑分析时 通常将配电系统的各种设备抽象为节点或支路 整个配电网由节点和支路组成 这样 以节点作为图的顶点 支路作为图的边 就构成了一个称之为图的数据结构 配电系统中的任何设备都可以抽象成一个多端口电路 端子之间的连接描述了设备
7、之间的拓扑关系 1 配电弱环网的拓扑描述 邻接矩阵 邻接矩阵是用一个二维数组来存放图的顶点间关系的数据 但一般的图并非任意两个顶点都相邻接 因此邻接矩阵中会有许多零元素 1 配电弱环网的拓扑描述 邻接表矩阵 对图的每个顶点建立一个单链表 n个顶点建立n个单链表 第i个单链表中的节点包含顶点及其所有邻接顶点 它相比于邻接矩阵而言只考虑了非零元素 1 配电弱环网的拓扑描述 节点 支路关联矩阵 1 节点i与支路j相连 且该支路方向离开该节点时 aij 1 2 节点i与支路j相连 且该支路方向指向该节点时 aij 13 节点i与支路j不直接相连时 aij 0 2 配电辐射网的拓扑描述 节点 支路关联矩
8、阵 不计接地支路时 辐射网 又称树状网 的节点数等于其支路数加1 其节点 支路关联矩阵为一个长方阵 使用不便 为此 在根节点前增加一个零阻抗的虚拟支路 且此支路不设始端节点 这样 网络中的节点数即等于支路数 就可以按一定规律形成易于处理的节点 支路关联方阵 2 配电辐射网的拓扑描述 节点 支路关联矩阵 树状网新增支路时 所增支路必须是由已编号节点发出的 可直接将它编为最后一个支路 其末端节点编为最后一个节点 若要删除一个支路 则将它所在行和列消去即可 2 配电辐射网的拓扑描述 树存储结构 树的双亲 父节点及子节点 表示 要特别考虑根节点的存储 2 配电辐射网的拓扑描述 树存储结构 树的孩子表示
9、 2 配电辐射网的拓扑描述 树存储结构 孩子兄弟表示法又称二叉树表示法 链表中节点的两个链表域分别指向其孩子节点和兄弟节点 配电网拓扑分析算法 为了获得配电系统的各节点和支路的连接信息 需要对配电网进行遍历 即要求能够从源节点开始到末端节点或从末端节点开始到源节点搜索所有的节点 支路或分支线 遍历的目的主要是为了检测孤立子网络的存在 同时对节点和支路进行编号 最终建立反映配电系统元件连接关系的数据结构 以存储系统的连接和编号信息 图和树的遍历搜索的方法可以分为广度优先搜索算法和深度优先搜索算法 树的深度优先搜索算法 树的广度优先搜索算法 节点 支路 分层法 按照节点 或支路 距离根节点的远近
10、对节点 或支路 进行分层 即按照从节点 或支路 到根节点的路径上所经历的节点 或支路 数目对节点 或支路 进行分层 一般在定义节点的层次为从该节点到根节点的路径上所经过的节点数目后 可以将支路的层次直接定义为该支路的出端节点所在的层次 树的广度优先搜索算法 分支线分层法 按照分支线距离根节点的远近 对分支线进行分层 即按照从分支线的末端到源节点所经历的分支数目对分支线进行分层 9 3配电网线损计算 基本概念 给定时间段内 电网中所有元件产生的电能损耗称为线损电量 简称线损 线损按其特点可分为三大类 1 可变损耗1 与电网中的负荷电流有关且随其大小而变化的损耗 2 包括导线损耗 变压器绕组的铜损
11、 电流表和电能表电流线圈的损耗等 9 3配电网线损计算 基本概念 2 固定损耗1 所谓固定损耗是指与电网中的负荷电流无关且不随其变化的一种损耗 2 包括变压器的铁损 电容器的介质损耗 电压表和电能表电压线圈中的损耗 电晕损耗等 9 3配电网线损计算 基本概念 3 不明损耗1 所谓不明损耗是指实际线损与理论线损之差的一种损耗 2 该种损耗变化不定 数量不明 难以用仪表和计算方法确定 只能由月末的电量统计确定 其中包括用户违章用电和窃电的损失 漏电损失 抄表以及电费核收中差错所造成的损失 计量表计误差所形成的损失等 9 3配电网线损计算 基本概念 在线损电量管理工作中 线损又可分为技术线损电量 管
12、理线损电量 统计线损电量 技术线损电量又称为理论线损电量 因为这种电量损失可以通过技术措施予以降低所以称为技术线损电量 也可通过计算得出所以也称为理论线损电量 9 3配电网线损计算 基本概念 管理线损电量是与网络维护管理水平有直接关系的一种电量损失 可以通过用电管理予以降低 其中包括 1 各种计量电能表的综合误差 抄表不同期 漏抄 错抄 错算所产生的误差 2 电气设备绝缘不良所引起的漏电 无表用电和窃电所引起的损失电量 9 3配电网线损计算 基本概念 统计线损 也称实际线损 电量是指用电能表计量的总供电量和总售电量相减而得出的损失电量 线损率是指电网中的线损电量占电网供电量的百分比 线损率也有
13、实际线损率和理论线损率之分 实际线损率 实际线损电量 供电量 100 供电量 售电量 供电量 100 理论线损率 理论线损电量 供电量 100 可变损耗 固定损耗 供电量 100 9 3配电网线损计算 基本概念 配电网线损理论计算的范围主要包括以下三项内容 除公变外的配电变压器 电力电容器 配电线路和电缆 理论线损计算的条件 1 计量表计齐全 线路出口应装设多功能电能表等 每台配电变压器应装设电能总表 2 绘制网络接线图 网络接线图上应有导线型号配置 连接情况以及各台配电变压器的挂接地点 接线方式 3 线路结构参数和运行参数齐全 线路的运行参数有导线型号及长度 配电变压器型号 容量及台数 运行
14、参数有 有功供电量 无功供电量 运行时间 各台配变总表抄见电量等 配电网线损三相潮流法计算 实际运行的配电线路的三相负荷一般是不平衡的 如果输送同样功率 其线路损耗将大于三相负荷平衡情况下的线路损耗 并且可能带来一定的危害 配电系统中存在大量不对称负荷以及单相 两相和三相线路混合供电模式的采用 使得配电网的三相电压 电流不再对称 对称模型不易考虑三相变压器移相问题 若不考虑配电网不平衡运行情况 会使配电网的理论计算结果与网络实际情况不同 无法满足工程实际需要 配电网线损三相潮流法计算 充分利用FTU TTU上传的三相运行数据以及从变电站自动化系统获取的馈线出口三相电参数数据 对配电网馈线进行合
15、理的数学建模 为进行离线或者在线三相潮流实时计算提供条件 并为实现准确快速计算配网各线路以及配变的三相线损分布状况提供了可能 选取基于节点 支路 分层的广度优先搜索法 从树的第一层根节点开始 按节点的层次从小到大的顺序逐层遍历 将遍历的各个节点由小到大编号 只有当上层的所有节点都编号完毕 才对下层的节点进行编号 在同一层中 按随机顺序对节点逐个编号 支路的序号则为该支路的尾节点的序号 配电网三相网络模型 1 网络模型配电变压器低压侧的量测点位于低压并联补偿电容器和低压负荷并联节点沿潮流方向的上方 因而潮流计算不再考虑并联电容器的影响 即可把配电变压器低压侧负荷作为三相不对称的PQ节点 2 线路
16、模型r为线路单位等值电阻 km x为线路单位等值电抗 km g为线路单位等值电导 S km b为线路单位等值电纳 S km 忽略了对地导纳 只计及导线的阻抗 计算线损时可不考虑互阻抗 三相馈线的串联等值阻抗 三相线路任一支路阻抗 3 变压器模型 配电变压器大多为三相双绕组变压器 变压器在结构上是对称的 采用 型等值电路 可以用单相模型表示 采用三相潮流计算线损的方法与步骤 前推回代法分为前推和回代两个过程 1 在前推过程中 首先根据配变监测终端量测的节点各相负荷的有功 无功功率计算支路电流 1 终端如果安装在配变的高压侧 则直接利用采集上来的三相有功 无功功率计算负荷支路电流 2 终端如果安装在配变的低压侧 则还要考虑配变的接线方式 损耗及移相等对计算负荷支路电流的影响 2 从各负荷支路开始向潮流的前方直到源点根据基尔霍夫电流定律计算各支路的电流分布 最后求出源点流出的三相电流 在回代过程中 由已知电源电压和所求得的三相电流 从源点向各负荷节点根据基尔霍夫电压定律计算系统所有节点的三相电压 每次迭代须对负荷电流做修正 即按求得的各负荷节点电压修正配电变压器的损耗 由修正后的变压器损耗和
