方案摘要:本方案面向地市级 220kV 及以下电网的分布式光伏接入承载力计算,以调度 CIME/DT 模型与实时量测为输入,按"拓扑初始化 → 设备侧承载力 → 电网侧逐级权重分配 → 潮流与短路电流迭代校核"四阶段执行。核心约束为设备倒送负载率上限 −80%;光伏逆变电源按 1.2~1.5 倍额定容量设短路容量;上级设备越限时按下级承载力或短路贡献度加权下调,直至收敛。 |
1.概述与适用范围
本方案适用于地市级电网调度运行方式下,220kV 及以下电压等级(220 / 110 / 35 / 10 kV)配电网分布式光伏(含用户侧、公共连接点)可接入容量的定量计算。计算目标是在满足主变、输电线路不过载且短路电流不越限的前提下,给出各电压等级末端绕组及各层级设备的允许接入光伏容量。
计算以现场量测为边界条件,以电网拓扑与设备额定参数为网络约束,先在设备侧逐台求得剩余裕度,再沿电压等级自上而下权重分配,最后通过潮流与短路电流计算进行反向校核与迭代修正。关键口径约定如下表。
约定项 | 口径 |
倒送负载率上限 | 主变各侧绕组、各电压等级输电线路反向倒送负载率按 −80% 控制,即倒送方向负载率不得低于 −80%;超过即判定为重过载。 |
线路方向 | 高电压等级变电站侧为首端,低电压等级变电站侧为末端;同电压等级线路以距上级电源近者为首端、远者为末端。 |
电流量测符号 | 量测电流本身无正负号;按两端功率量测判定潮流方向,"末端流入、首端流出"为倒送状态,对应电流赋负号。 |
运行拓扑 | 110kV、35kV 环路运行状态统一按解环运行处理,每台 110 / 35kV 主变只允许一个上级电源点。 |
光伏短路容量 | 末端并网光伏按 1.2~1.5 倍经研法额定容量设定短路容量,用于短路电流越限校核。 |
2.总体技术路线
算法整体分为四个阶段:拓扑初始化建立简化网络模型;设备侧承载力逐台计算主变绕组与输电线路的剩余裕度;电网侧以上级设备容量为上限、下级设备自身承载力为权重自上而下逐级分配;最后在末端按分配容量模拟光伏并网,运行潮流与短路电流计算,对越限设备按规则迭代下调,直至全部约束满足。总体流程如下图。
3.拓扑初始化
搜集调度 CIME 模型与 DT 方式文件,依据 DT 文件中各开关状态对变电站内部拓扑进行简化:处于闭合状态的断路器、隔离开关等开关设备等效为无阻抗节点,不再单独参与网络方程;断开的开关作为拓扑断点处理。简化后的电网仅保留输电线路、主变、发电机与负荷(用户)等有效节点,剔除站内刀闸、断路器等开关元件对网络参数的影响。
对 110kV 与 35kV 存在环路运行的线路,统一按解环状态处理,保证每台 110 / 35kV 主变在拓扑上只有一个上级电源点,为后续自上而下的单向上分配与反向校核提供树状从属关系。
4.设备侧承载力计算
设备侧承载力是在不考虑上下级传递约束时,单台设备自身按 −80% 倒送上限可接纳的光伏容量,作为后续权重分配的基础。
4.1主变侧承载力
主变绕组侧承载力。对主变各侧绕组,按倒送负载率 −80% 为允许上限,结合该侧绕组当前最小有功功率量测计算剩余可接入容量。设绕组额定容量为
,则绕组侧剩余允许倒送容量为:
其中取该侧绕组在统计周期内的最小有功量测,倒送时
为负数,保证任意运行方式下主变倒送均不超过 −80%。
主变侧承载力。单台主变的承载力取其高压侧绕组承载力与中、低压侧绕组承载力计算结果的小值:
4.2输电线路侧承载力
方向与符号规定。按第 2 节约定判定首末端,并据两端功率量测对电流量测赋符号:潮流从末端流入、首端流出时为倒送,电流取负号;正送时取正号。
承载力计算。设线路额定载流量为,当前带符号电流为
,按倒送 −80% 上限求剩余可承载电流:
其中
取输电线路在统计周期内的最小电流,倒送时为负数,保证任意运行方式下输电线路倒送均不超过 −80%。再由三相功率公式换算为剩余允许接入的有功容量,线路额定电压取线路标称电压
:
5.电网侧承载力逐级权重分配
设备侧求得的单台设备承载力,需沿"上级设备→下级设备"的拓扑从属关系逐级传递。分配规则统一为:以上级设备当前可分配容量为上限,以各下级设备自身的设备侧承载力为权重进行分配。第j 个下级设备分得的容量为:
其中为上级设备可分配容量,
为第
个下级设备的设备侧承载力。逐级分配链条如下图。
具体分配层次为:
1、220kV 主变高压侧承载力,以其中、低压侧绕组承载力为权重,分配至 110 / 35 / 10kV 中低压侧绕组;
2、220kV 主变 110 / 35kV 侧绕组,以下级对应电压等级输电线路承载力为权重,分配至下级 110 / 35kV 线路;
3、110 / 35kV 输电线路,以下级主变承载力为权重,分配至各下级 110 / 35kV 主变;
4、110kV 主变高压侧承载力,以其 35 / 10kV 绕组承载力为权重,分配至 35 / 10kV 绕组;
5、110kV 主变 35kV 绕组,以下级 35kV 线路承载力为权重,分配至下级 35kV 线路;
6、35kV 输电线路,以下级主变承载力为权重,分配至各下级 35kV 主变;
7、35kV 主变高压侧承载力,以其 10kV 绕组承载力为权重,分配至 10kV 低压绕组
6.迭代电气校核修正
权重分配得到的容量为初值,需通过潮流计算与短路电流计算进行电气校核;出现越限时按规则反向下调,迭代直至收敛。
6.1计算模型建立
分别建立潮流计算模型与短路电流计算模型:潮流模型用于评估各主变、线路在末端光伏按分配容量并网后的实际负载率;短路电流模型用于评估各节点三相短路电流水平。
6.2末端光伏并网模拟
对电网拓扑最末端(无下级设备)的 10 / 35 / 110kV 绕组,按第 5 步分配得到的承载力结果模拟光伏并网,分别运行潮流计算与短路电流计算,取得各变压器、线路负载率及各节点三相短路电流值。
6.3负载率电气修正
按"35kV 主变 → 35kV 输电线路 → 110kV 主变 → 110kV 输电线路 → 220kV 主变"的顺序逐层反向扫描。若上级设备出现反向重过载,即倒送负载率低于 −80%,则依据其超出 −80% 的程度,以上下级当前承载力计算结果为分配比例,等比例下调下级各设备的承载力大小,随后重新执行潮流计算。
6.4短路电流越限修正
设定短路电流越限修正最大迭代次数n,在该次数内完成修正,步骤如下:
1、在末端按承载力容量并网时,末端光伏按 1.2~1.5 倍额定容量设定其短路容量;
2、选取三相短路电流越限最严重的节点,按三相短路电流计算公式,分别计算各末端 10 / 35 / 110kV 绕组光伏并网后对该越限点的短路电流贡献度;
3、根据短路电流越限程度,以各末端绕组的短路电流贡献度为分配权重,下调相应 10 / 35 / 110kV 绕组的承载力;
4、修正后重新进行短路电流计算,重复上述过程,直至三相短路电流满足限额或达到最大迭代次数 。
6.5结果统计与输出
潮流负载率与短路电流两项约束均收敛后,依据拓扑从属关系,由最末端(无下级设备)的 10 / 35 / 110kV 绕组逐级向上汇总,统计各层级 35 ~ 220kV 主变与输电线路的最终承载力,形成各电压等级末端允许接入光伏容量清单。
7.关键参数汇总