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中压馈线分段策略的实用优化模型和方法

发布时间:2021-12-02 16:31所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:对馈线进行合理分段是提高馈线供电可靠性的简单有效的重要措施,涉及分段策略(含分段数及其开关或终端类型选择)的优化。本文基于用户均匀分布假设,推导了断路器与负荷开关混合配置下的馈线AIDI估算公式,完善了架空馈线AIDI与分段数的通用简化公式;基于涉及可靠

  摘要:对馈线进行合理分段是提高馈线供电可靠性的简单有效的重要措施,涉及分段策略(含分段数及其开关或终端类型选择)的优化。本文基于用户均匀分布假设,推导了断路器与负荷开关混合配置下的馈线AIDI估算公式,完善了架空馈线AIDI与分段数的通用简化公式;基于涉及可靠性和经济性的目标和约束给出了两种馈线分段策略的实用优化模型,并针对架空馈线和电缆馈线的不同特点提出了相应的简化求解方法;最后通过典型算例计算得到了不同供电区域、不同线路长度的分段优化策略,表明了本文模型方法的有效和实用。

  关键词:馈线分段策略,通用简化公式,实用模型方法

电力电网论文

  0引言

  据统计,电力系统超过的故障是配电网尤其是中压配电网故障引起的[1,增加馈线分段数可以有效隔离故障,使非故障区域用户可以尽快恢复供电,从而极大提升中压配电网可靠性。但馈线分段数过多又会导致开关投资过高并增加设备事故率,而且开关或终端类型选择也涉及技术经济优化问题。因此馈线的分段优化策略在配电网规划建设阶段具有重要意义。

  线路的分段策略即在规划阶段对线路分段数进行大致估算以及对分段开关或终端类型进行优选。其中架空线路的开关接入灵活,可以较为方便地对架空馈线的分段数和开关类型进行优化决策,但电缆馈线是通过环网柜分段,而环网柜位置和数量主要由供电区域负荷密度和用户分布决定2],因此电缆馈线分段优化一般仅考虑固定分段数的不同开关类型的配合问题。线路分段策略优化需要考虑开关类型和馈线自动化的影响,在数学上属于非线性整数规划问题。

  电力论文范例:大数据平台系统在电力调试项目管理中的应用

  目前对开关的配置研究较为多6],其中文献2]以馈线可靠性随分段数增加的变化趋势为基础提出架空馈线的最大有效分段数的概念,并使用启发式迭代算法计算线路的分段数,方法简单实用但计算量较大。文献[3]提出了“小分段”的接线模式,对于3~15km的10kV架空馈线,推荐最优分段数为4~18。文献[4使用解析法通过求导得到了馈线的最大可靠性分段数和最优经济分段数,求解过程简单但没有考虑可能存在的约束条件,导致某些场景下(如分段开关配置全三遥终端)优化分段数过大,同时该文献仅给出了有限的种接线模式的馈线AIDI估算公式而且没有考虑预安排停电以及电缆支线故障情况,实用性不高。

  此外,上述文献特别是文献2,4]仅考虑了单一开关类型的分段措施,没有考虑实际应用中较为广泛的多类型开关的配置方案,尽管文献3]使用断路器开关进行主分段且采用负荷开关进行小分段,但仅做了有限场景的公式推导和计算,缺乏一般性。考虑馈线自动化对线路分段的影响可首先采用最小路法、等值分析法以及故障模式后果分析法等方法进行计及馈线自动化的可靠性评估8],然后结合馈线自动化的投资效益建立分段优化模型并求解11]。

  2014年国家电网公司出台了配电自动化规划设计导则用于指导馈线的分段12,并结合文献9]提出了自动化开关配置下馈线分段方法,该方法基于投入产出比和要求达到的供电可靠性指标,讨论了馈线“三遥”、“二遥”终端的数量配置问题,但主要存在以下问题:①模型较为粗糙,没有细分不同元件(如线路、开关以及电缆支线等)和不同停电方式(即故障停电和预安排停电)的不同影响;②没有考虑分段数过多会导致馈线可靠性因开关停电的增加而降低,容易造成分段越多可靠性越高的误导;③没有对三遥分段加以限制,当三遥分段数过多可能会导致开关动作逻辑复杂,实用性不高。

  本文以“技术可行,经济最优”为基本原则,分析了断路器与负荷开关混合配置下的中压馈线的分段问题;基于典型场景提出了断路器和负荷开关混合配置下的馈线AIDI估算公式;以可靠性最高和净收益最大为目标分别给出了馈线的开关配置优化模型,分别包含了投资成本约束和可靠性约束;最后通过算例对馈线在典型接线方式下的分段策略进行优化,涉及架空馈线分段数量和自动化开关类型的优化,以及固定分段的电缆馈线自动化开关类型优化。

  1馈线可靠性估算公式

  为了兼顾计算结果的准确度和实用性,本节基于现有的单一类型开关馈线可靠性估算公式,提出了基于两种不同类型开关馈线的可靠性估算新方法,并推导了不同场景(线路类型、有无联络以及有无隔离开关)下的可靠性估算公式。

  1.1简化条件

  本文为获得较为一般性的结论,并结合实际情况,给出如下简化条件:①分段开关或环网柜沿线路均匀布置;同时用户沿线路均匀分布;②混合开关分段场景中,假设负荷开关均匀穿插安置在由断路器分割出的各个区域内;假设“二遥”开关均匀穿插安置在由“三遥”开关分割出的各个区域内;③负荷通过倒闸切换恢复供电时,部分负荷优先通过三遥开关恢复供电,剩余可转供负荷通过二遥开关恢复供电;④环网柜的支线出线开关为断路器,支线故障影响不向主干传播;⑤联络开关默认为三遥开关;⑥不考虑容量及电压约束,即联络线可以正常转供受影响用户。⑦断路器可以切断故障电流和正常电流,负荷开关只能断开正常电流。

  因此不同开关对于故障停电与预安排停电的隔离方式有所不同:当发生元件故障停电时,故障位置上游最近的断路器会快速跳闸,而负荷开关只能在出线断路器(或上游断路器)跳开以后进行二次隔离操作;对于预安排停电事件,停电位置上游的负荷开关与断路器均可快速隔离停电用户。

  1.2单一类型开关分段

  中压馈线的接线模式多种多样,本文考虑采用文献[13]中的典型接线模式,该接线模式假设用户均匀分布,并采用单一类型的开关(全断路器或全负荷开关)对线路进行均匀分段。文献[13]第章考虑了分段开关类型的不同以及是否在开关两端安装隔离开关将馈线典型接线模式分为种具体的接线形式。并使用故障模式后果分析法建立了各典型接线模式馈线计及故障和预安排停运的系统平均停电持续时间(AIDI)的基本估算模型。

  1.3两种类型开关分段

  本节基于单一类型开关分段的馈线可靠性估算公式,推导出了一套考虑两种类型开关分段(断路器与负荷开关混合配置)及两种停电方式(涉及故障停电与预安排停电)的架空馈线和电缆馈线AIDI估算公式。其中,断路器和负荷开关混合配置方法为先采用断路器将线路均匀分为个zd,i个主分段,再通过负荷开关将各主分段进一步均匀分为xd,i个小分段。故障处理模式为:故障时首先由上游邻近的断路器动作进行故障隔离,之后再动作上游邻近负荷开关与下游邻近负荷开关或断路器进一步缩小故障检修的停电范围。

  1.3.1架空馈线

  计算思路如下:若分段开关紧邻两侧有隔离刀闸,可先计算不计小分段只考虑主分段的系统平均停电持续时间,接着扣除故障主分段进一步分段前对其直接相连用户的影响,然后计算故障主分段进一步分段后的系统平均停电持续时间,最后再考虑各小分段开关故障对其下游各主分段用户的影响,并扣除重复计算的配变停电时间。

  1.3.2电缆馈线

  基于假设条件④(即环网柜配支线出线采用断路器),环网柜环进和环出线采用断路器或负荷开关分段。若断路器紧邻两侧有隔离刀闸,可先分别计算主分段和小分段用户的系统平均停电持续时间,然后再基于主分段和小分段的环网柜数进行加权计算整条馈线的系统平均停电持续时间。

  2分段策略优化模型方法

  一般来说供电公司经常面临两种分段策略的优选方案:一是限制开关的投资总额使线路可靠性达到最高水平;二是综合考虑开关投资、设备运行费用和停电损失费用,寻求年综合费用最小或是净收益最大的开关配置方案。

  3算例

  由于基于净收益的目标能综合体现规划项目的技术经济性,本文算例主要基于净收益目标对馈线分段策略进行优化。在大多数情况三遥开关大分段,二遥开关小分段的自动化开关类型组合策略可以达到经济上的最优或次优,且满足相关规划导则给定的可靠性目标。

  1)对于A+类的极高可靠性地区,即使全部采用三遥设备,架空馈线也难以满足该地区的可靠性需求或是分段数过多而不符合实际情况,需要改用电缆馈线。2)对于类可靠性要求较低的地区,由于停电费用较小,不适合过多的配置自动化开关设备,采用断路器加负荷开关混合分段的方式即可满足可靠性需求,且经济性较好。

  3)一般来说,架空馈线最优分段数与线路长度成正相关。当线路长度较短时,比如类地区线路长度为2km的场景,只需要台三遥分段开关,符合导则的要求,且此时供电可靠性也超过导则的规定,在经济与可靠性上达到了平衡;当线路较长时,比如类地区线路长度为公里的场景,此时的最优与次优分段数分别为分段和分段,略微超出了导则的规定,表示导则对分段数的限制在一定程度上制约了线路经济性的提升。因此在考虑实际情况下,建议适当放宽对分段数的限制。4)对于电缆而言,配置自动化开关的经济性普遍较差,这是因为电缆本身的可靠性就非常高,自动化措施对馈线可靠性的提升效果一般,同时环网柜中的环进环出开关价格较高,最终经济效果较差。

  5结论

  本文针对用户均匀分布下馈线分段策略进行了研究。

  1)综合考虑了线路(含电缆分支线)、开关、配变、配电自动化、故障和计划停电等各种停电因素,推导了断路器与负荷开关混合配置下的馈线SAIDI估算公式,完善了架空馈线SAIDI与分段数的通用简化公式。与现有相关规划导则和文献相比,本文通用简化公式的工程实用性体现在:①计及了预安排、配变故障等停电因素,涉及电缆支线影响;②限制三遥分段数(如不高于);③分段数过多会导致馈线可靠性降低;④考虑了常用的典型接线模式以及混合的开关类型配置。

  2)分别以可靠性和经济性为目标给出了馈线分段策略的实用优化模型,并针对架空馈线和电缆馈线的不同特点提出了相应的简化求解方法。对比文献4],本文添加了约束条件的优化模型更为完善和实用,可避免难于实施的分段数过多的情况;对比文献3]的枚举法,本文采用了枚举法加解析法的混合方法(即基于有限的固定主分段数而对小分段数基于求导直接计算),简化了算法求解过程。3)通过典型算例计算得到了不同供电区域、不同线路长度的分段优化策略,表明了本文模型方法的有效和实用。4)本文方法仅限于沿线路均匀分段和负荷沿线路均匀分布的情况,下一步将就线路非均匀分段且负荷沿线路非均匀分布的场景进行研究。

  参考文献

  ALLANRN,BILLINTONR,SJARIEFI,etal.Areliabilitytestsystemforeducationalpurposesbasicdistributionsystemdataandresults[J].IEEETransactionsonPowerSystems,1991,6(2):813820.

  彭卉张静吴延琳等基于可靠率指标的中压架空馈线分段优化[J].电力自动化设备2017,37(5):184190.

  engHui,ZhangJing,WuYanlin,etal.Segmentoptimizationofmediumvoltageoverheadfeederbasedonreliabilityindex[J].ElectricPowerAutomationEquipment,2017,37(5):184190(inChinese).

  冯霜王主丁周建其等基于小分段的中压架空线接线模式分析[J].电力系统自动化2013,37(04):6268.

  FengShuang,WangZhuding,ZhouJianqi,etal.Analysisofmediumvoltageoverheadlinewiringmodebasedonsmallsegmentation[J].AutomationofElectricPowerSystems,2013,37(4):6268(inChinese).

  作者:李少石1,王主丁1,3,徐巍峰2,吴俊2

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