文档介绍：基于混合仿真的合环电流仿真计算软件
第1章绪论

国内地区电网通常呈辐射状分布,一般采用环网设计、开环运行的电网供电方式[1-3]。当进行网内负荷转移、故障处理和设备检修时,可以通过进行断路器合环操作,以减少停电次数和时间[4-6],但在合环操作瞬间,电网在合环点处会出现瞬时冲击电流,电网稳定后形成的新环网中还可能产生较大的循环电流,可能造成某些电气设备超负荷或者某条线路过载,继电保护装置动作跳闸等情况的发生,从而严重影响整个电网的安全稳定运行[7]。一般运行人员只能够凭借日常运行经验来决定是否进行地区电网的合环操作,在某些情况下会避免一些合环操作的实施,这样会增加电网的停电次数,降低地区电网的供电经济性和可靠性[8-10]。此外,由于合环开关闭合操作前合环点位置两侧的电压差可能不为零,当开关闭合的同时,要经历一个暂态过程才能使合环点两侧电压趋于相等,会造成新形成地区环网内的节点电压相角和幅值以及发电机电势和角度变化。由于发电机要达到一个新的稳定状态需要经过震荡摇摆的过程,因此在合环操作进行的同时会出现瞬间的冲击电流。
综合以上分析,进行地区电网合环操作时可能会产生合环点处瞬间冲击电流和合环操作后新形成环网的稳态循环电流。合环电流仿真系统能得到合环操作可能产生的瞬间冲击电流和环网稳态循环电流,在合环操作前,通过合环电流仿真系统对合环操作可能产生的电流进行计算和分析,校验合环操作后的稳态循环电流是否满足设备的要求,分析合环瞬间冲击电流对于整个网络产生的波动和影响,可以为电网的运行可靠性评估提供理论依据,并能帮助运行人员进行正确的决策,以避免操作引起设备过载和保护跳闸,提高供电的安全性和可靠性[11-15]。
合环电流仿真计算系统的建立,能够验证实际电网的合环操作方案的可行性,优化操作方案,可以为电网母线检修以及母线故障时负荷转移的合环操作提供计算依据,保障负荷转移的成功率,进而保障用户供电的可靠性,合环电流计算系统可以通过丰富的报表、曲线方式展示分析数据,并且提供报表的浏览,可以通过该系统生成的数据和分析报表,实现对合环电流情况的预期判断,该系统的应用将会很大程度上提高地区电网运行的可靠性,为地区电网进行合环操作时提供技术支持。
国内外研究现状及发展趋势
合环电流的计算方法
电力系统需要建设更高电压等级的电网结构来满足电源送电和负荷用电的需求,这可能会伴随着产生高低压电磁环网的问题。高低压电磁环网是指不同电压等级的两组输电线路,通过两侧变压器的磁耦合回路连接所构成的环形电网,是主干电网由低级向高级发展过程中的产物[16]。随着高电压等级网架结构的加强,部分高低压电磁环网要求开环运行,这也伴随着产生了低电压等级地区电网的环网问题。经过研究认为可以将环网运行分析分为两大类。第一类以高低压电磁环网分析为核心,包括电磁环网解环的分析方法、评价指标以及无功环流的控制;第二类以同电压等级的非电磁环网分析为核心,包括地区电网的合环潮流、合环稳态电流、合环冲击电流的相应计算分析方法。
本课题所研究的地区电网潮流计算是地区电网合环问题分析的基础,应对合环后的潮流变化做出预测分析,并在操作中避免设备过载和保护跳闸。目前针对地区电网潮流计算方法大致可分为两类,其中母线类算法有Zbus法和Ybus法[17,18];支路类算法包括面向回路的回路法
[19]和面向支路前推回代法[20],这类算法的潮流方程主要采用的是支路上数据来列出的。合环稳态电流的计算方法包括前推回带法[21]、牛顿-拉夫逊法[22]、叠加法[23]等。合环冲击电流可以通过简化网络的方法进行计算[24]。有些地区电网根据叠加定理和分布系数法来计算电网进行合环操作时潮流的具体分布情况[25],首先采用分布系数法求解电网的自然功率分布关系,然后计算均衡功率时只考虑变压器变比的不同,最后将这些计算结果叠加起来,得到电网合环操作时的实际潮流分布[26],这种方法一般采用手动计算,适用于简单网络的计算。另外,还有地区电网合环后潮流计算方法采用简化的合环网络,具体步骤如下:首先给出合环前简化网络的潮流分布;然后计算出循环电流的大小即合环点两侧的电压差和环网总阻抗的比值;最后采用叠加原理计算出合环后的潮流。在此方法的研究基础上发展出一种两阶段算法,该算法基于叠加原理和前推回代法并以支路功率为变量,用于计算合环后地区电网的潮流分布,具体步骤为:对合环后的网络在合环点处解环,形成两个子网络包括开环运行网络和一个环状网络;通过两阶段的迭代过程来求解潮流分布,第一阶段迭代过程计算开环运行网络的潮流,得到合环开关两侧电压差值,而第二阶段迭代
过程主要修正合环开关两侧负荷功率值的大小,满足整体收敛要求从而得出电网合环潮流分布[27]。
上述传统的