基于潮流分析“自转供”功能的有源配电网运行方式调整研究与实践

Research and Practice

基于潮流分析“自转供”功能的

有源配电网运行方式调整

研究与实践

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分布式光伏为主的新能源是新型配电网重要参与对象，局部高比例分布式光伏接入，致使电网下网潮流变轻甚至倒送，线路运行存在反向越限及跳闸风险。在现有配电自动化基础建设中，已基本实现光伏接入线路的全状态感知及分段开关的三遥接入。如何应用配电自动化实现有源配电网线路运行方式快速准确调整，是当下配网线路调度需要攻克的一大课题。

台州路桥金属再生园区地处浙江省重要产业集聚区之一的台州湾循环经济产业集聚区内，总面积约5.02 平方公里，是国家商务部、省政府确定的区域性大型再生资源回收利用示范基地以及屋顶光伏重要试点区域。园区配网用户以能源密集型企业为主，且存在规模化分布式光伏，在荷侧具有良好的用户基础和互动资源。园区内共有10kV线路8回，4回专线、4回公用线路，并两两形成联络，总体用户报装容量达到103MW；厂区屋顶接入15个大型光伏项目，总装机容量达到65MW，年发电量超过5300万千瓦时，占全县光伏60%的装机容量，其中中礁、海景线均接入6座光伏。园区工业负荷较重，光伏接入情况复杂，这给金属园区配网线路经济稳定运行带来以下两点难题：

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针对金属园区新能源重点接入线路两大问题，公司研发“潮流分析自转供”功能，以自动化全覆盖为基础建设，通过数据服务汇集用户数据、运行数据及预测数据，支撑计算服务完成潮流计算以及拓扑分析。功能设计实现以下三大应用：

通过实时负载监视、日前负载预测和智能转供策略三大应用的实现，提升线路感知分析能力及方式调节能力，解决特征区域光伏倒送导致的越限、跳闸等问题，实现有源配电网的经济稳定运行。

整体功能架构设计思路如图1所示,以自动化设备采集基础数据进行数据处理，处理结果一方面以事件形式形成告警，支撑告警应用户；另一方面以数据计算结果形式支撑潮流计算及拓扑分析服务，出具可执行的运行方式调整策略，支撑后续方式快速调整。功能根据实时数据及预测数据分为日前及日内两大场景：日前场景依托预测数据进行分析，并出具短期方式调整策略；日内场景依托实时断面，以馈线为分析对象进行负载率计算，扫描所有线路的负载率，统计正常运行、倒送的线路，对线路进行运行状态分析并根据策略自动完成运行方式调整。

目前园区建设有6台三遥DTU、8台三遥智能开关、直采3座变电站数据、通过直采及转发的方式实现 15座光伏全感知。整体数据汇集在现有电网模型包括变电站、10kV线路基础上，扩展10kV和380/220V并网的分布式电站模型及三遥智能开关模型，并实现图模一体管理。系统提供基于CIM的分布式电源图模库，在绘制厂站单线图的同时，可以在图形上录入模型属性，使作图和入库一次完成，自动建立包括拓扑关系的分布式电源模型和系统图、生成数据库。

分布式光伏控制平台获取实时处理计算的模型，并完成从地区调控自动化系统、用采系统、4G 数据网接入运行实时信息并下发控制指令；具备新能源预测能力的新能源厂站可结合功率预测、气象等数据上送，进行数据清洗后，提供数理统计及大数据分析算法组件，实现分布式光伏数据的灵活服务。

2.2.1 馈线负载潮流计算设计

针对全网下的配网馈线设备，搜索其对应的负荷表信息，实时监视负载信息并计算负载率，将对应监视计算结果写入指定的配网馈线负载监视表中。

（1） 计算对象：配网馈线下所有负荷及电源点；

（2） 计算周期：默认60s（可手动配置）；

（3） 配网馈线表—负荷表关联方式：

根据馈线下根馈线段节点号找到相一致节点号的负荷表关联；

（4） 负载率计算公式：

● 有功负载率loadratio_p：

● 电流负载率loadratio_i:

其中，i—电流负载（具体获取来源视配置文件配置而定）

amprating—电流上限（负荷表）

日前分析模式下，通过请求目标设备的超短期、短期预测数据（具体预测数据类型取决于潮流类型），对24h内的最高、最低负载进行搜索，结合负载率阈值确定发生潮流越限的时间点并计算最大越限值（最大超载、倒送量，如果发生对应的越限情况）。

日内分析模式下，主变设备查询主网变压器负载监视表信息内容、馈线设备查询配网馈线负载监视表信息内容，实时计算设备越限量并定时刷新。

其中，潮流越限量按如下公式进行计算：

潮流越限量（超载）=（目标设备负载率-负载率阈值上限）*目标设备额定负载

潮流越限量（倒送）=（目标设备负载率-负载率阈值下限）*目标设备额定负载。

2.2.2 转供策略拓扑分析设计

转供策略生成时计算所有馈线的负载率，统计出越限的馈线线路，对越限的线路进行策略分析。首先对线路上的分布式光伏最大出力进行分析，完成分布式电源的潮流计算，基于启发式规则搜索的支路交换法进行主干线路的支路交换，每交换一次进行局部拓扑分析和潮流计算，即一次迭代计算完成，分析线路负载率的变化，如果满足节点电压约束，影响的相关主变的容载比约束条件下，线路的负载率降至允许的水平，则给出负荷转移方案完成迭代计算。

策略生成优先级如下：（1）优先保证光伏的全消纳，通过运行方式的调整来降低线路的负载率；（2）在运行方式调整情况下，考虑线路上的所有光伏全容量投入，节点电压不越限；（3）线路负荷转移到对侧主变，考虑转入主变和相关转出主变的容载比在设置的允许范围内；（4）对于倒送越限情况，如果负荷转移后线路负载率仍不满足不越限的条件，则考虑对光伏出力进行限制。

程序设计逻辑如下图所示：

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为论证“潮流越限自转供”功能在园区目标线路适用情况，确定特征线路感知分析能力及方式自动调节能提升效果。浙江台州路桥公司在经过前期大量的准备工作，完成主站“潮流分析自转供”功能部署后，选取海景Q471线作为功能试点线路，并于2022年4月23日首次成功动作。

海景Q471线线路配变容量超6300kVA，光伏接入6座，容量超过15MW，线路电流限值为510A，仅2021年全年就出现多次越上限过流跳闸导致损失大量负荷，其联络线路沿海Q480线情况相近，线路重要联络点开关站均具备三遥DTU接入，线路联络图如下：

试点测试时，配置潮流类型为有功，分析模式为日内，调整负载率阈值至80%，主变负载率阈值为70%,进行功能策略测试。在进行策略调整前，该线路常规运行方式为联络线路开断于沿海晨伏Q开关站晨基Q5213开关。阈值调整为80%后，海景Q471线越限量达到1.9MW，功能模块推送告警并根据线路运行及光伏出力情况出具转供策略：控制沿海晨伏Q开关站晨基Q5213开关置合，海景基地Q开关站母联开关置分，策略执行界面如图所示。

配置控制方案执行策略为遥控尝试次数2次，等待时间25秒，控制模式为热倒先合后分模式。一键执行后成功调整运行方式为海景基地Q开关站两段母线分列运行，将海景基地Ⅱ段母线负荷转至沿海Q480线。整个策略出具及执行时间仅耗时1分10秒，调整后越限量由1.9MW下降至0.2MW，快速并准确的实现了特征线路的运行方式自动调整。

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实践证明，“潮流越限自转供”功能根据线路资源的时空差异和互补特性，即增加了分布式光伏就地消纳能力，减少了光伏倒送量，又有效提升了电网的承载能力，大大减少越限跳闸次数，在应对源网荷三端智慧调控上初具成效，主要体现在以下三个方面：

“潮流越限自转供”功能模块在路桥公司投入使用以来，金属园区所属8条重点线路平均电流负载率由80%多降低至52%，年越限次数及越限导致故障跳闸次数均降至为0次；光伏接入线路平均倒送电流由-4.5A下降至-2.3A，整体光伏最大倒送功率由20mw下降至12MW。不仅提升了配网线路运行承载能力，更让负荷参与到电网辅助服务消纳光伏倒送。通过智能方式调整，使用户用能习惯与光伏出力特性相匹配，根据线路资源的时空差异和互补特性，提高电网灵活性和调控能力。

下阶段，公司将持续针对该功能进行深化研究，更多从日前场景挖掘线路用能潜力，为新型电力系统有源配电网建设添砖加瓦。