智能化环境下的配电网一次和二次系统协同规划

引言

信息通信技术的迅猛发展,智能化电网概念的提出,进一步推动了传统电网向智能化电网发展的脚步。智能化配电网作为智能电网中重要的发展方向,是影响智能电网发展以及提升配电网自身供电能力和供电可靠性的主要依据。一次和二次系统作为支撑配电网工作运行的基础,其协同规划设计的提出和研究是推行配电网智能化发展的主要动力。

当前,社会发展速度快,对于电能质量和可靠性的要求越来越高,传统配电网一次和二次系统的规划设计已不能满足社会需求。在智能化环境下,除了优化的新增一次系统和二次系统设备本身的功能和特性,还应将二者的规划设计进行融合和协同。这样可以使一次和二次系统联系更紧密,在一定程度上减少由于设备孤立而产生的响应速度慢、处理故障能力差等问题,进而提高供电可靠性和供电电能质量。

目前,对智能配电网协同规划的研究相对较少。文献总结了智能配电网需要达到的期望与供电目的;文献提出了一种配电网一次网架结构与信息系统协同规划的思路框架,并提出了一种通信信息的运算模型;文献分析了电网运行安全性、经济性、可靠性评估等方面的问题;文献[7]对配电网负荷转供策略进行了研究,并提出了负荷转供策略分析模型图,给出了一个线路故障发生时对线路转供能力进行判断分析的计算公式;文献分别从模糊运算、评分指标、正负理想值的角度对配电网规划投资效益程度进行研究。

本文的主要研究思路是:首先分析协同规划的基本原理,在智能化环境下配电通信网的建立促使配电网联络性大大提高的前提下,提出一种将配电线路的转供能力应用于削峰填谷策略中的平行负荷转供协同规划策略;其次通过选定正、负指标理想值计算方法,对平行负荷转供协同规划方案进行投资效益分析;最后通过实例对平行负荷转供协同规划方案进行研究,分析其可行性。

1协同规划的基本原理

基于配电网智能化的前提,提出了一次和二次系统协同规划的思路。传统规划模式分别考虑设计区域一次网架结构和二次系统设备的布点、安装,协同规划是指在配电网规划设计之初,要将设计区域的一次网架结构和二次配电自动化系统共同考虑,在规划时考虑二者之间是否存在联系,通过建立联系,达到提高规划区域配电网各项供电参数的目的。

智能配电网的理念是将先进的通信设备和系统融入到配电网的工作运行中,协同规划的思路满足智能配电网建设配电通信网络的要求。所以,一次、二次协同规划可以概括为在完整的一次网架结构的基础上,通过建设先进的配电通信网络,增强二次配电自动化设备之间的联系,进而提高区域内配电网供电可靠性、故障响应效率等的配电网设计规划方案。

传统的转供通常指系统内设备或线路故障时,通过打开线路中各处转供开关将故障线路上的负荷转移至其他正常运行的线路上去,再将故障线路上的开关关闭,切断其与其他正常线路的联络,完成故障线路的负荷转供运行。

协同规划对"转供"赋予了两种新的工作方式。第一,由于极高的设备联络率,可以增加转供能力的适用范围,将转供能力应用于负荷的削峰填谷;第二,提高故障转供效率,在故障发生时能够优先将故障信息在同级设备间交互,并直接作出负荷转移和切断故障线路的操作,省去了优先上传故障信息至主站再等待主站分析处理后的故障处理指令。

负荷转供策略分析模型如图1所示。

从以上协同规划的概念和原理可以看出:该规划方式能够极大地改善配电网线路负荷曲线峰值过高的情况,降低线路负荷过高的危险,减少为削峰填谷建立的蓄能设备数量,提高经济性;降低故障分析处理时间,减少平均故障停电时间,提高配电区域的供电可靠性,降低停电造成的损失。

2平行负荷转供协同规划

2.1平行负荷转供的原理

基于智能配电网和协同规划原理,在一次网架结构、二次配电自动化设备间构建配电通信网络。利用极高的设备间联络率,在负荷高峰期,将各条供电线路的负荷情况进行汇总,使数条负载率偏低的供电线路能够为某条已经接近负荷承载率上限的线路承担部分负荷,即将高负荷线路中部分负荷转移至其他负荷率低的线路中,达到平行转供、共同承担负荷、优化负荷曲线的目的。

2.2平行负荷转供的模型

传统负荷转供策略主要针对配电区域内发生事故或停电检修时,分析其负荷影响程度并给出转供路径选取、评估转供线路容量的方法。

选取常规故障发生情况下转供计算公式作为基础参考公式:

式中,RsoURCE-L为转供线路的负载率:ptrans表示所转移负荷一周内的负荷最大值:PsoURCE-L表示转供线路一周内日负荷最大值:PsoURCE-Lmax表示转供线路的线路限额。

当式(1）中最终计算结果RsoURCE-L大于100%时,则转供路径不通过。

对故障发生情况下的负荷转供计算公式进行优化,依据平行负荷转供原理,能够类比推导出平行负荷转供计算公式。对目标区域内数条线路的负荷承载情况进行统计和分析,可以构建平行转供的计算公式如下:

式中,k表示总共需要的线路条数(k=imax-1,i=1,2,3,…）,i表示承担转供负荷的线路数:R表示负荷转供后每条线路的负荷承载率:P0代表峰值线路的实时运载负荷值:Pi代表预定转供线路实时运载负荷值:Pmax代表每条线路的额定负载最大值。

线路的额定负载率可以参考《配电网规划设计技术导则》中对于不同导线和接线方式的具体要求:通常同一区域内采用的导线型号和截面等参数均相同,故每条线路的Pmax相等。

通过式(2）可以计算出,当转供需求发出时,能够提供转供条件的具体线路以及需要提供转供的最小线路数。

3实例分析

某区域内线路共有4条三分段三联络接线,导线类型为LGJ-185,额定载流量为513A,由《配电网规划设计技术导则》可以得出,每条线路的最大负载率均不超过75%,每条线路的运载负荷额定值为66Mw,则可根据平行转供负荷计算公式对其进行峰值负荷的转供。

该区域内部分可转供供电线路负载数据如表1所示,建立该区域内各线路日负载曲线。

根据以上4条线路一天中整点时刻记录的负荷承载情况,可以绘制其日负荷曲线图如图2所示。

从图2可以分析得出:

(1）1号线路整体负荷较大,该线路承担负荷区域可能偏于用电用户饱和,用电用户稳定:2号、4号线路负荷程度居中,该线路程度负荷区域处于用电用户发展期,经过一段发展后,负荷曲线会增长至类似1号线路:3号线路整体负荷水平偏低,说明该线路承担负荷区域属于新开发区域,用电用户数量偏少,能够为1号线路提供一定的转移负荷承担条件。

表1某区域线路日负荷变化表单位:Mw

图2某区域内各线路日负荷曲线

(2）该区域内整体日负荷曲线变动明显,每日08:00一13:00、16:00一20:00为负荷峰值期,22:00一次日05:00为负荷低谷期,不需要全天为负荷偏大的线路提供负荷平行转供,只需在每日负荷高峰时段开启转供开关,将峰值线路部分负荷转移至相对空闲的线路中。

结合公式及表1中实时日负荷分布数据进行负荷转供运算。

12:00选取2、3、4号线路为1号线路提供负荷转供,则将数据代入公式中可得:

计算出R=52.18%,说明采用其他三条线路对1号线路进行负荷转供后,线路整体的平均负载率为52.18%,低于每条线

路的最大额定负载率,满足线路安全运行条件。

15:00选取3号线路单独为1号线路提供负荷转供,将数据代入公式中可得:

计算出R=18.9%,说明此时采用3号线路为1号线路提供负荷转供,两条线路的平均负荷承载率能降低至18.9%,极大地缓解了1号线路负荷压力过大的问题。

依照此计算方式,每日08:00一13:00、16:00一20:00由2、3、4号线路为1号线路提供负荷转供,14:00一15:00、21:00一23:00由3号线路为1号线路提供负荷转供,最终得出平行负荷转供后1号线路的日负荷曲线如图3所示。

图3平行负荷转供协同规划l号线路日负荷曲线

综上所述,平行负荷转供协同规划原则具有以下一些特点:

(1）能够为同区域或临近区域提供负荷转供功能,缓解负荷重载区域在负荷峰值期线路负载率过大的问题。

(2）能够在降低部分线路偏高负载的同时,极大地提高低负荷线路的线路利用率,省去由于部分线路负载过大而进行线路建设的投资成本。

(3）由于改善了负荷过重线路的负荷承受情况,降低了由于线路经常过载造成线路短路等故障的概率,从侧面缩短了配电线路的故障停电时间。

根据供电可靠率公式:

故障停电时间缩短,供电可靠率提高。

(4）特别适用于用电用户混合区,用电峰值不重叠的两个相邻区域,如居民生活区和写字楼办公区临近时,白天可利用居民生活区为写字楼办公区提供转供,早晚可利用写字楼办公区为居民生活区提供负荷转供服务。

(5）平行负荷转供原则适用于负荷密度分布不均匀的区域,如新城区中部分区域发展过快,老城区中商业、居民生活混合区等。

4结语

本文基于一次网架与二次配电自动化之间由配电通信网建立联系的思路,构建了用于削峰填谷的平行负荷主动转供协同规划算法模型,该算法模型能够从配电网正常运行时进行重载负荷转供的角度,降低重载线路的故障频率,同时提高区域内所有线路的整体负载率,侧面提升配电网的供电可靠率。