基于PSCAD的配網(wǎng)合環(huán)電流分析

謝佳偉

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650200）

0 引言

在電力事業(yè)不斷發(fā)展背景下，對(duì)配網(wǎng)供電可靠性也提出更高要求，而我國(guó)配電網(wǎng)供電方式多采用“閉環(huán)設(shè)計(jì)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行”，為保證配網(wǎng)的輻射狀運(yùn)行結(jié)構(gòu)，通常情況下合環(huán)開(kāi)關(guān)是處于關(guān)閉狀態(tài)，只有在開(kāi)展線路設(shè)備檢修、開(kāi)關(guān)發(fā)生故障等情況時(shí)，才會(huì)通過(guò)閉合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以達(dá)到減少停電時(shí)間和保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行目的[1]。

1 配網(wǎng)合環(huán)概述

根據(jù)配網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)可知，在實(shí)施10KV母線停電檢修工作,或者當(dāng)饋線發(fā)生故障問(wèn)題以后,需要即時(shí)針對(duì)相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)實(shí)施閉合操作,同時(shí)將產(chǎn)生故障的一側(cè)，所存在的負(fù)荷及時(shí)轉(zhuǎn)移至別處。以防止出現(xiàn)大面積停電情況，這也是對(duì)合環(huán)操作的一種簡(jiǎn)單概括。比較經(jīng)典的合環(huán)操作：第一種，雖然處于同一變電站，但是10kV饋線合環(huán)來(lái)自區(qū)域具有較大差異；第二種，上級(jí)110kV電源盡管相同，但是所經(jīng)過(guò)的10kV饋線合環(huán)不盡相同，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障問(wèn)題，就可以以這樣的方式及時(shí)通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)實(shí)施合環(huán)操作，這樣不僅可以有效減少因操作產(chǎn)生的沖擊還能夠保障安全性；第三種，相同電壓等級(jí)但變電站不同的10kV饋線合環(huán)，受變電站不同和負(fù)荷差異影響，使得合環(huán)操作會(huì)產(chǎn)生較大沖擊，并對(duì)環(huán)網(wǎng)安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如合環(huán)操作[2]。

2 配網(wǎng)合環(huán)電流的數(shù)學(xué)模型分析

2.1 合環(huán)電流產(chǎn)生原因

對(duì)引發(fā)合環(huán)電流的原因進(jìn)行分析和總結(jié)，主要包括以下內(nèi)容：①當(dāng)合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)a、b處于不同變電站情況時(shí)候，所存在的主變?nèi)萘繒?huì)出現(xiàn)較大差異，實(shí)際運(yùn)行就很容易受到所帶負(fù)荷不同影響，使兩端母線相角以及兩端所產(chǎn)生的電壓幅值均存在一定程度的偏差這時(shí)候進(jìn)行合環(huán)操作，在合環(huán)瞬間就會(huì)引發(fā)較大沖擊電流，并且達(dá)到峰值狀態(tài)；②聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩側(cè)10千伏母線的短路過(guò)程中所產(chǎn)生的阻抗不同，在此過(guò)程中出現(xiàn)環(huán)流的幾率也會(huì)隨之急速升高，并對(duì)線路可靠穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重破壞[3]。

2.2 合環(huán)電流計(jì)算模型

結(jié)合荷花瞬間產(chǎn)生的沖擊電流以及循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的電流，可以針對(duì)配網(wǎng)和環(huán)電流實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算，以這樣的方式可以在防止電流越線方面發(fā)揮良好的效果[4]。大面積停電情況也能減少發(fā)生。具體操作步驟為：①循環(huán)電流計(jì)算模型，對(duì)該模型進(jìn)行構(gòu)建，需要對(duì)疊加定理進(jìn)行應(yīng)用，并使用i'=i+ic公式，對(duì)饋線穩(wěn)態(tài)電流由首端電流和環(huán)流相疊加加以表示，其中i為表合環(huán)前，i'為合環(huán)后首端電流，ic則表示聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓差引發(fā)的穩(wěn)態(tài)環(huán)流。由于對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行合理的調(diào)度，這樣就可以獲得合環(huán)前饋線電流i，而循環(huán)電流ic的具體數(shù)值也可以通過(guò)兩側(cè)電壓矢量差出去回路總阻抗得到，為此可以使用公式：

3 配網(wǎng)合環(huán)仿真建模研究

3.1 仿真建模

圖1 合環(huán)仿真模型圖

如圖1所示，利用合環(huán)模式1進(jìn)行仿真建模，并在這過(guò)程中對(duì)合環(huán)電流暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行深入剖析，假設(shè)220kV母線是該系統(tǒng)的等效電源點(diǎn)，并設(shè)置相角為0。

表1 典型環(huán)路線路相關(guān)參數(shù)

3.2 結(jié)果討論

假設(shè)合環(huán)時(shí)刻t=0.2s，進(jìn)行仿真就要可以將t設(shè)置為0.5s，由于i1、i2、i3分別代表饋線首端電流和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)電流，操作中就可以對(duì)i1、i2、i3合環(huán)前后電流進(jìn)行觀察和提取，并以曲線方式呈現(xiàn)電流實(shí)際變化，詳見(jiàn)圖2。根據(jù)合環(huán)前后i3電流曲線可以發(fā)現(xiàn)，前0.2網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，線路中電流的數(shù)值為0，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)線路中的電流數(shù)值產(chǎn)生急劇變化，并且電流的峰值出現(xiàn)在0.21s附件，為了能夠獲得更為有力地合環(huán)條件，對(duì)所產(chǎn)生的三種合環(huán)模式都要進(jìn)行詳細(xì)的仿真分析，所獲得的數(shù)值具體結(jié)果如表2所示。

圖2 合環(huán)前后i1、i2 和i3 電流曲線圖

表2 三種模式下合環(huán)因素比較

根據(jù)三種模式下合環(huán)ΔU、Δδ、iM、I'、IM等因素比較，我們可以知道無(wú)論是沖擊電流，還是合環(huán)穩(wěn)態(tài)環(huán)流，都與電壓幅值差、合環(huán)點(diǎn)相角差密切相關(guān)，實(shí)際合環(huán)操作中對(duì)模式2進(jìn)行運(yùn)用，不僅對(duì)線路產(chǎn)生的沖擊最小，還能夠確保合環(huán)成功率，究其原因在于擁有的電壓幅值差和相角差與模式1和3相比較都更小，因此可以取得理想合環(huán)效果[6]。然而實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要考慮到不同負(fù)荷所帶來(lái)的影響，實(shí)踐中還要聯(lián)系實(shí)際，將合環(huán)點(diǎn)左側(cè)負(fù)荷分成三條不同饋線負(fù)荷，在經(jīng)過(guò)仿真分析后得到最優(yōu)合環(huán)路徑，涉及到的對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 合環(huán)模式2 下各負(fù)荷合環(huán)參數(shù)比較

從表3的數(shù)據(jù)中，我們可以詳細(xì)的了解到，S左2、S左3、S右2三組數(shù)據(jù)之間所產(chǎn)生的相角差和電壓差都是最小的，在此基礎(chǔ)上都可以實(shí)時(shí)合環(huán)操作，并且在實(shí)施合環(huán)操作時(shí)S左2對(duì)合環(huán)線路所造成的沖擊程度是最小的，實(shí)踐中可以將之視為最佳線路，開(kāi)展合環(huán)操作也能防止兩端負(fù)荷相差較大情況發(fā)生，并且在操作時(shí)極盡可能的選擇兩段負(fù)荷相近線路進(jìn)行合環(huán)，可以進(jìn)一步提高合環(huán)成功率[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是基于對(duì)PSCAD配網(wǎng)合環(huán)電流的分析，通過(guò)配網(wǎng)合環(huán)數(shù)學(xué)模型和PSCAD軟件，充分驗(yàn)證了合環(huán)電流、總阻抗、合環(huán)點(diǎn)電壓差三者之間關(guān)系，并根據(jù)所得到的沖擊電流和合環(huán)穩(wěn)態(tài)近似結(jié)果，找尋到最佳的合環(huán)路徑，進(jìn)而為配網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行提供有力操作依據(jù)。