（电气工程专业论文）重庆电网500220kv电磁环网最优解环模型和算法研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 摘要 随着5 0 0 k v 线路的不断建设，5 0 0 2 2 0 k v 电磁环网逐步形成，某些已成为电力 系统严重的事故隐患。这种高低压电磁环网运行方式给电网的运行管理带来麻烦， 也给电网的发展带来许多问题。到2 0 1 0 年重庆电网将形成5 0 0 k v 的“日”字形主 网架环网结构，与2 2 0 k v 双环网线路将形成多个高低压电磁环网，如果2 2 0 k v 线路 仍然保持环网运行，有可能造成电网内的部分变电所的母线短路容量超过断路器的 额定值，对系统的安全、稳定运行不利。因此，解开电磁环网是电网安全运行的必 然选择。针对2 0 1 0 年重庆电磁环网的具体特点，本文在确定电磁环网解环方案上做 了以下几项内容： ( 1 ) 重庆电网解环运行可行性分析。通过计算2 0 1 0 年合环运行方式下的潮流， 可以看出电网潮流分布基本合理，但已形成的中西部电磁环网中，出现局部潮流迂 回和5 0 0 k v 线路潮流轻于2 2 0 k v 线路潮流等不合理现象，须通过解环来解决这些问 题。 ( 2 ) 建立了基于网损最小的最佳解环模型。该模型是以全网网损最小为目标， 其中等式约束包括有功、无功平衡方程，不等式约束包括正常运行方式和n - i 运行 方式下各电压等级线路、变压器的负载率约束以及短路电流的约束，除此之外还包 括各电磁环网中2 2 0 k v 线路的开关状态组合约束。 ( 3 ) 采用了罚函数形式构造的适合于遗传算法的优化目标函数，在此基础上， 本文实现了遗传算法的初始化、适应度计算、选择、交叉、变异等一系列步骤。在 整个遗传操作过程中，始终保持了网络的连通性和无电磁环网特性。 ( 4 ) 在最终确定最佳解环方案后，比较分析了解环前后线路、变压器负载率 的变化以及系统短路电流和稳定的变化。计算结果表明：运行方式的改变对电网 2 2 0 k v 的变压器负载情况没有影响，对5 0 0 k v 的变压器负载情况影响较小，但解环 运行方式下多数2 2 0 k v 及以上电压等级线路负载率都低于环网运行，因此系统线路 供电可靠性在解环运行方式下略优于合环运行，系统网损也有所减小。同时仿真计 算结果表明解环后的网络短路电流水平明显优于环网运行方式，并且通过稳定计算 可以看出，当电网各5 0 0 k v 线路首端或末端发生三相短路故障，继电保护正确动作， 解环后的系统可以保持稳定。 关键词：电磁环网、分层分区、遗传算法、短路电流 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f5 0 0 k vt r a n s m i s s i o nl i n e si np o w e rs y s t e m , 5 0 0 2 2 0 k v e l e c t r o m a g n e t i cl o o p sa r eg r a a u a l l ye s t a b l i s h e d , s o m eo fw h i c hw i l lc a u s ep o t e n t i a l s e r i o u sa c c i d e n t s t h ee l e c t r o m a g n e t i c l o o p s b r i n gt r o u b l e st ot h ep o w e rn e t w o r k o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t , a n da l s oc a u s em a n yp r o b l e m sf o rt h ed e v e l o p m e n to f p o w e r n e t w o r k b yt h ee n do f2 0 1 0 ，t h em a i nc o n f i g u r a t i o no fc h o n g q i n gp o w e rn e t w o r k w o u l db ea 日一面df o r m e db y5 0 0 k vt r a n s m i s s i o nf i n e s 皿e5 0 0 k vn e t w o r ka n dt h e 2 2 0 k vd o u b l er i n gn e t w o r kw o u l df o r ms e v e r a le l e c t r o m a g n e t i cl o o p s i ft h e2 2 0 k v n e t w o r ki so p e r a t i n gw i t hc l o s e dl o o p s ，t h es h o r tc i r c u i tc a p a c i t yo fs o m es u b s t a t i o n s w o u l de x c e e dr a t e dv a l u e so fb r e a k e r s , w h i c hi sh a r m f u lf o rp o w e rs y s t e r ns e c u r i t ya n d s t a b i l i t y t h e r e f o r e , o p e n i n gt h ee l e e t r o m a g n e t i cl o o p si s 缸i n e v i t a b l ec h o i c et ok e e pp o w e r s y s t e mo p e r a t i o ns e c u r i t y a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cf e a t u r e so fe l e c t r o m a g n e t i cl o o p si n c h o n g q i n gp o w e rn e t w o r ki n2 0 1 0 ，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e dt h eo p e nl o o ps c h e m e sa n d t h em a i ne o n l e n t sa g ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ef e a s i m l i t yo f o p e nl o o pi sa n a l y z e d t h ep o w e rf l o wo f n e t w o r k 、j v i mc l o s e d l o o pi n2 0 1 0i sc o m p u t e d , a n di ti ss h o w nt h a tt h ep o w e rf l o wd i s t r i b u t i o ni sb a s i c a l l y r e a s o n a b l e h o w e v e r , t h e r ei ss o m eu n r e a s o n a b l e 曲c n o m e n o n , s u c ha sp o w e rf l o w 1 e v e r s e ，a n dp o w e rf l o wo i l5 0 0 k vt r a n s m i s s i o nl i n e si sl o w e rt h a nt h a to n2 2 0 k vl i n e s t h e s ep r o b l e m ss h o u l db es o l v e db yo p e n i n gl o o p ( 2 ) am o d e lt of i n do p t i i i l a lo p e nl o o ps c h e m ei se s t a b l i s h e d , i nw h i c ht h eo b j e c t i v e f u n c t i o ni st om i n i m i z et h ep o w e rl o s so f n e t w o r k t h ee q u a l i t yc o n s t r a i n t si n c l u d ea c t i v e p o w e ra n dr e a c t i v ep o w e rb a l a n c ee q u a t i o n s 1 1 圮i n e q u a l i t yc o n s t r a i n t si n c l u d et h el o a d r a t el i m i t sa n ds h o r tc i r c u i tc 嗍tl i m i t so f t r a n s m i s s i o nf i n e s t r a n s f o r m e r su n d e rn o r m a l c o n d i t i o na n d n 1 c o n d i t i o n s b e s i d e s , t h e2 2 0 k vl i n e so n o f fc o n s t r a i n t sa a l s o i n c l u d e di nt h em o d e l ( 3 ) a no b j e c t i v ef u n c t i o ni nt h ef o r mo f t h ep e n a l t yf u n c t i o n , w h i c hi ss u i t a b l ef o r g e n e t i ca l g o r i t h m , i sa d o p t e di nt h i sp a p e r m o r e o v e r , t h es t e p so fg e n e t i ca l g o d t h m , i n c l u d i n gi n i t i a l i z a t i o n , f i t n e s se v a l u a t i o n , s e l e c t i o n , c r o s s o v e ra n dm u t a t i o na r ed e s i g n e d d u r i n gt h eg e n e r a t i o no fg e n e t i ca l g o r i t h m , t h en e t w o r kk e e p sc o n n e c t e da n dh a sn o c l o s e de l e c t r o m a g n e t i cl o o p ( 4 ) a f i c rt h eo p a m a ls c h e m ei sd e t e r m i n e d , s o m ec o m p a r i s o na n da n a l y s ma r cm a d e b e t w e e nt h eo p t i m a ls c h e m ea n dt h eo r i g i n a l s c h e m e , i n c l u d i n gt h el o a d r a t eo f 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 l i n e s t r a n s f o r m e r s ，t h es h o r tc i r c u i tp e r f o r m a n c ea n dt h es t a b i l i t yo fs y s t e m r e s u l t ss h o w t h a t , t h el o a dr a t eo f2 2 0 k vt r a n s f o r m e r sd on o tc h a n g e 也缸o f5 0 0 k vt r a n s f o r l n e l - 8 c h a n g eal i t t l e ，a n dt h a to f l i n e si no p e nl o o po p t i m a ls c h e m ei sl o w e rt h a nt h a to f l i n e si n o r i g m a ic l o s e dl o o ps c h e m e t h e r e f o r e , t h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l yi no p e nl o o p s c h e m ei sal i t t l eb e t t e rt h a nt h a to fi nd o s e dl o o ps c h e m e a n dt h ep o w e rl o s $ i sa l s o r e d u c e d s i m u l a t i o nr e s u l t sa l s os h o wt h a tt h es h o r tc i r c u i tc u r r e n ti no p e nl o o ps c h e m ei s o p t i m a lt h a nt h a ti nd o s e dl o o ps c h e m e s t a b i l i t yc o m p u t a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tw i t h p r o p e r l yr e l a yp r o t e c t i o n , t h ep o w e rs y s t e mi nt h eo p e nl o o po p t i m a ls c h e m ew i l lk e e p s t a b l ew h e nat h r e ep h a s es h o r tc i r c u i tf a u l te m e r g e sa t 雅e n do f a5 0 0 k vl i n e k e y w o r d ：e l e c t r o m a g n e t i cl o o pn e t w o r k , l a y e r i n ga n dz o n i n g , g e n e t i ca l g o r i t h m , s h o r t - c i r c u i tc u r r e n t 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：铜留蠡江 签字日期：，一7 年，月2 8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盔堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重麽太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：彳马锰皿 签字日期：伊7 年歹月勰日 导师签名： 靛件 jf 签字日期：了布7 年皇月2 岛日 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 论文课题的提出 现代电网发展的规模越来越大，大电网的优越性显而易见，但大电网一旦发生 事故，如不能迅速消除，并恢复安全稳定运行，则后果是相当严重的。电网的结构 与电网调度运行管理，与电网的安全稳定有着直接的关系。合理的电网结构，能确 保电网安全稳定运行，使调度人员更加容易掌握和处理电网的安全稳定问题，避免 恶性事故的发生和发展，在技术上、经济上适应电网发展的需要。 但是，电力系统在一个新的更高的电压等级问世的早期，网络在结构上不可能 做到非常坚强，而是一步步完善、加强并日臻合理的。在这个完善、强化的过程中， 为了获取大的网络传输功率，以合理利用廉价资源，满足用户对用电的要求，电力 系统大多在高低压之闻常会出现一个或多个电磁环网运行。所谓电磁环网是指两组 不同电压等级运行的线路，通过两端变压器磁回路的联系而并联运行。造成电磁环 网的原因主要有：( 1 ) 电网间统一管理制度的不完善；( 2 ) 初期规划设计的整体思 路：( 3 ) 电网非正常运行时的过渡期；( 4 ) 区域电网运行的供电需要i l 捌。 我国的电力系统稳定导则明确规定：应避免和消除严重影响电网安全稳定 的不同电压等级的电磁环网。导则还指出应按照电网电压等级和供电区域， 合 理分层分区供电，消除电磁环网。合理分层，是将不同规模的发电厂和负荷接到相 应的电压网络上；合理分区，指的是以受端系统为中心，将外部电源连接到受端系 统，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻区域相连。导则明确指出， 在我国，电磁环网不是一种被鼓励的供电方式【2 j 。 二十多年前，我国发展5 0 0 k v 电网初期，受端系统内的5 0 0 k v 电网只有单回联 络线，在相对于2 2 0 k v 电网还不强的情况下，5 0 0 k v 2 2 0 k v 电磁环网可以暂时存在。 但随着5 0 0 k v 电网的逐步加强，电磁环网对系统安全稳定运行的影响越来越来明显。 据统计，我国1 9 7 0 - - - 1 9 9 0 年共发生与电网结构相关的功角和电压稳定破坏事故1 8 7 次，其中与高低压网络结构有关的事故达5 5 次，占2 0 2 p 】。国外与电磁环网相关 的大停电事故也屡见不鲜，如1 9 9 6 年7 月2 日美国西部电力系统w s c c 大停电事 故，当p a c i ( - - 回5 0 0 k v 交流) 断开后，大量潮流涌向东部3 4 5 2 3 0 k v 网络，导 致电压稳定破坏，w s c c 解列为5 个孤岛，2 0 0 多万个用户停电，损失负荷1 0 5 7 6 m w 。 最长停电时间达6 4 小时。2 0 0 3 年8 月1 4 日的美加大停电事故也是一起由局部故障， 扩大到电网稳定破坏，电压崩溃，最后造成电网瓦解，引起大面积停电的严重恶性 事故，从这事件本身来看，反映了北美在电网规划、建设、调度和管理等方面存在 着一些突出问题，其中最重要的一点就是：电网缺乏科学统一的规划，没有形成合 理的网架结构，造成电压等级多，网络结构复杂，电磁环网交错，事故时很难实施 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 有效的控制和解列措施【2 l 】。 因此，入们往往“谈环色变”，只要可能，电磁环网均应当采取开环方式运行。 在一定条件下，高低压电磁环网可能带来一些经济效益，但是由于安全性较差，为 了提高安全性能而增加的自动装置将抵消这个效益。在电磁环网中，如果高一级电 网线路断路，则必将造成负荷转移，即使是很强的电磁环网( 例如华北电网1 9 9 6 年“5 2 8 ”事故，5 0 0 k v 线路“n - 2 ”校核也没有问题) 也不可避免地出现稳定问题。 现在虽然可采取安全自动装置来解列或联切相关线路和机组等，当自动装置也有拒 动或误动的可能，有时是人为的误操作等。如果将5 0 0 2 2 0 k v 环网解开运行，分别 带一定的电源，对系统安全运行的危险影响将迎刃而解。因此在电网运行中，有条 件时应尽量避免电磁环网运行 1 l , 1 2 1 。 1 。2 现阶段电磁环网研究 1 2 1 电磁环网解环分析及原则 总的来说，电磁环网存在以下一些缺点： 局部短路容量增大。 现在的都市电网负荷密集，输电线路距离较短，短路容量是一个突出问题 2 0 世纪8 0 年代初，上海2 2 0 k v 电网各节点的三相短路容量在8 0 0 0 m 、a 左右，到 9 0 年代中期，上海北网万荣2 2 0 k v 母线三相短路容量首次超过开关遮断容量，不得 不分母运行。 省际边界处电厂开机方式互相影响，潮流难以控制。 由于电磁环网的相互影响，造成整个系统的运行方式众多，潮流难以控制。安 徽和山西电力公司均有因为电磁环网的问题而造成的发电厂窝电现象。 电网迂回受电、潮流分布不尽合理。 据统计，1 9 9 7 年安徽省5 0 0 k v 线路送华东电量2 2 7 8 亿k w h ，而两条2 2 0 k v 线路受电1 0 0 3 亿k w h ，电量基本由两条5 0 0 k v 线送出，又有近一半从两条2 2 0 k v 线路转回来了，迂回受电占总送出电量的4 4 。这种潮流分布是极不合理的，既挤 占受电通道，又加大了网损。 继电保护和自动装置配置复杂，信道建设费用高。 环网运行的电力系统除了配置各个环网所需要的保护外，还要考虑故障引起的 两个系统互相影响的情况。有时为了满足稳定的要求，保护配置不得不复杂化，如 配置远距离切负荷装置等。如果2 2 0 k v 系统开环运行，则使用的保护配置将会大大 降低要求，可以使用距离和零序保护代替原来的高频保护配置，并且可以不使用主 保护配置的双重化，还节省了纵联保护的通讯信道建设费用。 调度运行人员操作电网程序复杂，易造成人为事故。 2 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 由于5 0 0 k v 与2 2 0 k v 电磁环网的存在，每种电压等级的系统在操作时必须考虑 另外一种电压系统的情况，这样，就增加了调度运行和变电站值班员的工作复杂程 度，容易造成操作事故。例如：安徽电力公司规定：华东网调进行5 0 0 k v 系统操作 对安徽2 2 0 l 【v 系统电压、潮流及发电厂有、无功出力有影响时，操作前后省调值班 调度员应按华东网调要求，相应地对2 2 0 k v 系统运行方式及有关运行参数作必要调 整，以保证系统安全运行和操作正常进行。安徽省调进行2 2 0 k v 系统倒闸操作影响 5 0 0 k v 系统时，省调值班调度员应向网调值班调度员汇报，并征得许可后才能进行 倒闸操作。 故障后2 2 0 k v 系统易造成过载事故。 在采用高低压电磁环网方式运行时，就必须保证任何事故情况下，通过低一级 电压的导线电流应低于其热稳定电流。否则，可能造成低电压等级线路因长期过电 流发热导线伸长坠地丽形成短路，中断供电，扩大事故范围。同时线路可能因退火 而报废。 降低了电力系统稳定水平。 联络线的传输功率不得超过电力系统稳定所规定的允许值。在一般电网条件下， 联络线的极限传输功率容量为： f f = a - ：l z _ ：, 2 ( 1 1 ) a 式中局，比分别为两侧系统的等价电源电动势，j 为两侧电源之间所有设备等 值阻抗之和。为满足静态稳定要求，一般线路正常运行时传输的功率不大于 o 踟8 5e m a x ，为满足动态稳定要求，一般线路正常运行时传输的功率不大于 o m 7 5 m a x 。如果高低压电磁环网中没有较大的系统供电电源，正常的两侧系统 问的联络阻抗将略小于高压线路的阻抗。一旦高压线路故障断开，系统间的联络阻 抗将突增( 突变为两端阻抗与低压线路阻抗之和，丽线路阻抗的标么值与运行电压的 平方成正比) 。因而极易造成联络线输送功率超过稳定极限，引起两侧系统间的振荡， 扩大事故影响范围。 不利于电力系统第三道防线的建设 国家电网公司多次要求加强电网第三道防线的建设，但是如果存在比较多的电 磁环网，那么系统解列地点很难设置，没有一个明确的分层分区概念，主次不明， 就不能真正做到“保大弃小” 可见，电磁环网具有如此多的缺点，给系统的安全稳定运行带来了一定的影响， 为此当网络结构比较成熟时，便可以考虑解开必要的电磁环网。一般认为，电磁环 网的开环运行的原则是在解决了电磁环网带来的问题的同时，不能给系统带来新的 问题，也不能使得系统的安全稳定水平下降。一般来讲，高低压电磁环网的解环的 3 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 决策分析步骤如下： 分析电磁环网的构成情况，开环后系统结构是否合理，分析5 0 0 k v 网络是 否足够坚强和2 2 0 k v 系统不同分区之间能否互为备用。根据电网分层分区、方便管 理的原则初步判定应该断开的线路。 比较各种工况下解环和合环两种方一式下潮流分布的合理性，不应出现个别 元件的过载现象。 分析各种解环操作对系统安全稳定性的影响。 解环后的电网应达到导则规定的要求。5 0 0 k v 电网( 包括5 0 0 k v 线路和变 电所的主变) 满足n - 1 准则是实现电磁环网解环运行的基本条件之一。同时，解环 后的分区2 2 0 k v 电网也应能满足n - 1 的要求。解环后的电网应有较强的抗扰动能力， 并满足导则中规定的有关各项安全稳定标准，包括满足功角稳定和电压稳定的 要求。解环还应有利于提高电网安全稳定水平，一般不应使稳定水平下降，否则， 应慎重考虑。 判断各种解环方案网损的变化。 解环不应引起电网损耗增加。如解环运行引起损耗增加，则解环运行需要付出 的经济代价增高。这种情况下，是否解环运行需要进行综合比较，经权衡利弊后再 作决策。 判断各种解环方案下系统短路电流水平是否接近开关设备的开断电流，比较 合解环方案降低短路容量的效果。 判断解环后的分区电网能否实现供需基本平衡，这是为了防止解环后分区电 网大面积停电的需要。在严重事故时电网分区解列，如果区内功率严重缺额，必将 导致大面积停电，从而使事故扩大，解环运行所付出的代价增高。因此，一般要求 电磁环网解环后分区电网无功功率和有功功率基本平衡，这就需要在电源布局上为 电磁环网解环，从而实现电网分层分区运行创造条件1 4 6 j 。 目前，广西、湖北、湖南、上海、江苏、浙江、福建等许多省份在电网发展过 程中都面临着从电磁环网方式到分层分区方式的过渡 3 4 8 , 2 7 , 2 8 1 。在5 0 0 k v 网架还不 够坚强时，存在着5 0 0 2 2 0 v 电磁环网，还不能分层分区运行。随着5 0 0 k v 电网的 发展，这些电磁环网日渐成为系统安全的隐患，因此这些省份都在通过潮流、稳定 计算、短路容量计算以及网损计算来分析论证的可行的解环和分层分区方案和制定 时间表。 4 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 2 2 福建电网电磁环网解环可行性分析口j 图1 12 0 0 3 年福建电网接线示意图 f i 9 1 1 t h es k e t c h m a p o f f u j i a n s n e t w o r k i n 2 0 0 3 从上图1 1 中可以看出，2 0 0 3 年福建沿海形成了2 - 3 回5 0 0 k v 骨干电网，5 0 0 k v 变电所共4 座，其中泉州变、厦门变主变均达到2 组。5 0 0 k v 电网与2 2 0 k v 电网形 成多处电磁环网，包括莆田、福州电磁环网，泉州、莆田电磁环网，厦门、泉州电 磁环网，厦门至福州间的东部沿海5 0 0 k v 电网与西部2 2 0 k v 线路形成的电磁环网。 上述电磁环网的解环点可以考虑在福建5 0 0 k v 2 2 0 l 【v 电磁环网的2 2 0 k v 线路上。其 中：( 1 ) 莆田、福州电磁环网的解环断面应为林中涵江、水口莆田2 2 0 k v 线 路；( 2 ) 泉州、莆田电磁环网为惠安一官桥2 2 0 k v 线路；( 3 ) 厦门、泉州电磁环网 为泉州厦门的2 2 0 k v 线路；( 4 ) 对于西部电网与沿海5 0 0 k v 电网形成的大电磁 环网，永安漳平、漳平黄历作解环断面较为合适。 按照上述不同的解环方案，将福建电网分成若干分区。根据电磁环网解环的基 本条件，以2 0 0 3 年电网为基础进行分析，初步确定福建电网分区运行的可能性。结 果表明；( 1 ) 莆田电网近期不宜成为独立分区。理由是分区运行后，莆田电网与省电 网的联系主要靠莆田变1 台5 0 0 k v 主变，比较薄弱，不能满足n 1 标准。因此，涵 江林中、水1 3 - - 莆田和惠安一井山、惠安一官桥的2 2 0 k v 线路，在近期 不宜同时开断。莆田电两成为独立分区，至少莆田5 0 0 k v 交电所主变需要满足n 一1 准则及增加主变配置。( 2 ) 泉州电网近期不宜成为独立分区。由于泉州电网负荷和电 源严重不平衡，在5 0 0 k v 电网严重故障情况下，有可能失去泉州地区全部负荷。造 成大面积停电。因此，不宜同时开断惠安井山、惠安官桥和厦门泉州 的2 2 0 k v 线路。需要在泉州地区建设一定规模的主力电源后，该电网才能实现分区 5 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 运行。( 3 ) 由于北网( 福州、宁德、南平、三明) 冬季某些方式缺电近6 0 0 m w ，因 此，从5 0 0 k v 变电容量来看，近期不具备南北部解环的条件。( 4 ) 从福州、宁德两个 区域来看，近期电网也不具备解环条件。因此涵江林中2 2 0 k v 线路及水口 莆田2 2 0 k v 线路暂时不宜开环运行。 经过正常方式下的潮流计算和n - 1 潮流校核，确定了三种开环方案，经过了稳 定计算后，最终确认了两种方案。这两种方案是：( 1 ) 打开永漳线和漳黄线断面，同 时打开惠井线和惠官线断面，其它电磁环网均不应断开。( 2 ) 只打开惠井线和惠官线 断面，其它电磁环网均不应断开。 1 2 3 湖北电网电磁环网研究网 2 0 0 2 年到2 0 0 4 年，随着龙泉5 0 0 k v 变电站的投运，其2 2 0 k v 侧与宜昌地区 2 2 0 k v 电网相联，则形成龙泉一荆门一沙市5 0 0 k v 线路与宜昌和荆州之间2 2 0 k v 线 路的电磁环网。由于该电磁环网处在电网送端，又是电源集中的地方，因此该电磁 环网就显得格外重要。 如果保持电磁环网运行。通过分析可知，由于宜昌一荆州断面的5 0 0 k v 与2 2 0 k v 网络的电气阻抗比值小于2 2 0 k v 与5 0 0 k v 网络送电能力的比值，到2 0 0 5 年，正常 情况下由2 2 0 k v 经龙泉变升压到5 0 0 k v 潮流很小，大量的功率经2 2 0 k v 线路送往 荆州。当龙泉一荆门5 0 0 k v 线路出现“n - l ”校核时，通过龙泉5 0 0 k v 主变下网 1 4 5 m w ，导致远安一双河2 2 0 k v 线路过载，同时使宜昌一荆州的2 2 0 k v 线路潮流 更重，需要三峡左一电厂杌组出力或切机组。当出现“n - 2 ”时就要切三峡左一大 部分机组，如果安全自动装置误动或拒动，那后果不堪设想。按规程规定，电源送 端是不能通过电磁环网向受端送电的，作者从以下两个方面来分析解环的可能性： 方案a ，宜昌2 2 0 k v 电网将自家7 中一狐亭线路断开，宜昌江北2 2 0 k v 电网除狐 亭一枝江线路与荆州电网相连外，其余都断开。江南维持现状。2 0 0 5 年潮流计算表 明：正常潮流分布合理，但部分2 2 0 k v 外送线路不满足“n 1 ”校核要求，宜昌电 网运行的灵活性、可靠性变差，同时也存在着暂态稳定问题，这就是说该方式正常 运行机组将窝出力。 方案b ，将龙风坝一晓雁溪2 2 0 k v 线路从晓雁溪变解出来直接进龙泉变，见图。 该线路直接进龙泉变后，在恩施侧将两条外送线路分裂运行，以充分发挥2 l g 卜 3 0 0 导线的输送能力，尽量少向宜昌2 2 0 k v 电网送入功率，这样既可避免电源送端 形成电磁环网，保证恩施电网的安全运行，又减轻了宜昌2 2 0 k v 电网外送压力， “n 1 ”校核时只有枝江一纪南线路略为过载。 虽然采用方案b 后，龙泉剂门5 0 0 k v 线路在2 0 0 5 年以后出现不满足“n - 1 ” 校核要求，这主要是川电东送引起的，建议将三峡万县的5 0 0 k v 线路直接迸荆门 交或架设龙泉剂门第三回线。但为了保证恩施、宜昌水电外送和电网安全稳定运 6 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 行，综合各种情况，鄂西的电磁环网解开采用b 方案较为合适。 图1 2 方案a 系统潮流图 f i g1 2 t h es y s t e mp o w e rf l o wo f s c h e m ea 图1 3 方案b 系统潮流图 f i g1 3 t h es y s t e mp o w e rf l o wo f s c h e m eb 1 3 论文主要工作 总的来说，电磁环网的存在给系统的运行带来了定的安全隐患，像局部短路 7 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 容量大、潮流分布不尽合理、继电保护和自动装置配置复杂等，因此在电网运行中， 有条件时应尽量避免电磁环网运行。2 0 1 0 年重庆电网5 0 0 k v 线路形成了比较成熟的 “日”字型环网结构，其与2 2 0 k v 线路构成了多个电磁环网，可以考虑解环运行。 为此，本文建立了以全网网损最小为目标，考虑正常运行方式和n - 1 方式下线路、 变压器的负载率约束以及短路电流约束的模型，并采用了具有处理离散变量和良好 的全局收敛能力的遗传算法求解所建立的模型，从而最终得到电磁环网的最佳解环 方案。对此，本文的主要工作如下： ( 1 ) 2 0 1 0 年重庆电网数据的收集、整理与校验。 ( 2 ) 重庆电网解环运行可行性分析。 ( 3 ) 建立以全网网损最小为目标，考虑正常运行方式和n 1 方式下线路、变压 器的负载率约束以及短路电流约束的模型。 ( 4 ) 研究能解决所建模型的遗传算法操作模型。 ( 5 ) 编制相应的程序，求出最佳解环网方案。 ( 6 ) 比较线路、变压器负载情况和短路电流水平等方面在解环前后的变化。 s 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网状况分析 2 重庆电网状况分析 2 1 重庆电网现状 目前，重庆统调电网最高电压等级为5 0 0 千伏，已形成西连四川洪沟、南充、 东连三峡的陈家桥长寿万县双回5 0 0 千伏链形网架。同时，2 2 0 千伏主干网络 已覆盖全市大部分地区，并在中西部供区形成以重庆城区为中心的联系较紧密的 2 2 0 千伏双回供电环网。重庆电网与四川、湖北、贵州、湖南电网相联。其中重庆 统调电网西部和北部各以二回和一回5 0 0 k v 线路、三回和二回2 2 0 k v 线路与四川电 网相联，南部以二回2 2 0 k v 线路与贵州电网相联，东部以二回5 0 0 k v 线路与湖北电 网相联例。 截止到2 0 0 6 年6 月底，统调电网5 0 0 k v 变电站5 座，5 0 0 k v 变压器7 台，变 电容量5 2 5 0 m v a ，5 0 0 k v 线路l l 条，长度1 2 7 9 公里；2 2 0 k v 变电站4 2 座，变压 器7 8 台，变电容量9 6 0 4 5 m v a ，2 2 0 k v 线路1 1 8 条，长度4 0 1 1 公里。重庆全市发 电装机容量为5 8 2 0 2 万千瓦。重庆统调电网发电装机容量为3 8 4 5 8 万千瓦，约占全 市总装机容量的6 6 0 8 ，其中水电6 4 4 7 万千瓦，占1 6 7 3 ，火电装机3 2 0 1 1 万 千瓦，占8 3 2 4 。重庆电网电源布点不足，没有5 0 0 k v 电源点。2 2 0 k v 电源主要 集中在华能珞璜电厂、重庆发电厂等7 个电厂，装机3 5 8 万千瓦。 重庆电网是典型的受端网络，2 0 0 5 年重庆市共受电9 0 9 3 亿千瓦时( 四川送入 7 8 亿千瓦时，湖北送入4 5 8 亿千瓦时，贵州送入8 3 5 亿千瓦时) 。随着重庆电网2 2 0 k v 电源点的增加，外购电的比例将逐渐减小。 重庆电网通过其5 0 0 k v 网架，西联四川、东接湖北( 华中) ，是西电东送中部 大通道的枢纽。随着川电的逐渐富裕，大量川电通过重庆电网向华中、华东外送。 2 0 0 5 年川电经重庆电网东送的外送电量为2 3 9 9 亿千瓦时，另外四川通过重庆电网 送回四川的过网电量为1 8 9 8 亿千瓦时，预计2 0 0 6 年川电东送及四川过网电量为4 0 亿千瓦时。随着重庆电两与四川电网、湖北电网的5 0 0 k v 网架的不断加强，川电东 送的过网电量呈增长趋势。 从近些年重庆电网的发展可以看出。目前重庆电网具有以下特点： ( 1 ) 5 0 0 k v 电网目前仅形成双回链形结构，网络结构薄弱，稳定水平较低，还处 于发展初期。 ( 2 ) 尽管近年来，重庆市投入巨额资金建设输配电网络，电网结构得到了较大改 善，但由于经济发展迅速，电力负荷增长快，仍存在局部地区电网重载现象。 ( 3 ) 每年约有1 ，3 的电力需要从外区送入，从长远看，这种趋势将逐年增大。 ( 4 ) 重庆电网既是华中电网的受端电网，又是川电东送的通道。重庆电网运行的 9 重庆大学工程硕士学位论文 2 重庆电网状况分析 安全性及稳定性直接影响到川电东送。 ( 5 ) 电网走廊困难，输变电工程建设周期长。 2 2 十一五期间重庆电网状况 针对以上特点，重庆电网加快5 0 0 k v 变电站及网络建设，在负荷中心形成5 0 0 k v 环网网架，提高对中心城市的供电可靠性。按照重庆“十一五”电网规划设计及 2 0 2 0 年目标网架研究( 以下简称研究) ，到2 0 1 0 年，重庆5 0 0 k v 网架将形成“日” 字形环网结构，即通过建设板桥、隆盛、张家坝、巴南等5 0 0 k v 变电站及板桥隆 盛张家坝帐寿单回5 0 0 k v 线路、隆盛巴南石坪5 0 0 k v 线路双回线路，形成重 庆负荷中心、东西方向的5 0 0 k v “日”字形环网网架例。 重庆独特的地形地貌决定了2 2 0 k v 变电站的站址及出现走廊选择极为困难，针 对这情况，新建2 2 0 k v 变电站都是以这样原则接入系统的：就近接入2 0 0 k v 网络 或由新建5 0 0 k v 变电站以大截面导线直接供电：相邻变电站之间利用原有线路自然 形成“手拉手”接线，如果两变电站相距不远或所花代价不大，也可新建线路形成 “手拉手”接线。根据研究，到2 0 1 0 年，重庆2 2 0 k v 电网仍将维持三大供区各 自相对独立供电的基本格局；从适应电磁环网解环运行考虑，三大供区间的2 2 0 k v 联络线不考虑进一步加强。 2 0 0 6 年重庆5 0 0 k v 环网尚未形成，5 0 0 k v 电网以双回链装结构由西至东穿越重 庆市。2 2 0 k v 电网中西部地区形成双回环网结构，东北部地区以万县5 0 0 k v 交为中 心形成辐射形供电，东南部供区形成以长寿5 0 0 k v 变为起点的双回链状结。四川电 网通过广安万县单回、洪沟陈家桥双回线路向重庆送电。2 0 0 8 年，随着巴南、西 彭、隆盛5 0 0 k v 变电站的投产，重庆5 0 0 k v “日”字型环网形成，随着新增2 2 0 k v 变电站的建成投产，2 2 0 k v 电网也逐渐扩展加强。四川电网通过广安万县双回、资 阳复兴双回、洪沟板桥双回线路共6 回线路向重庆送电。听通过万县 龙泉双回、 张家坝恩施双回共4 回线路向华中东部电网送电。2 0 1 0 年在2 0 0 8 年的基础上将复 兴5 0 0 k v 开关站扩建为变电站，配合奉节电厂的投产，新建5 0 0 k v 奉节变电站，配 合天然气电厂的投产新建忠县5 0 0 k v 开关站，重庆5 0 0 k v “日”字型网架进一步加 强。 为贯彻电力系统“分层分区”的设计原则，保证电网正常运行方式下的经济性， 避免低一级网络过载，充分发挥各级电压网络传输效益，降低低一级电压网络的短 路电流，提高系统暂态稳定性和电网抗干扰能力，缩小事故影响范围，有必要从电 网结构上将重庆电力系统划分为几个区域。每个区域电力网络的较为合理的运行结 构一般应该只在最高一级电压( 5 0 0 k v ) 网络实现互联。 从规划图上可以看出，由于2 0 0 8 年新增了板桥、西彭、隆盛等5 0 0 k v 变电站， 1 0 重庆大学工程硕士学位论文2 重庆电网状况分析 使得5 0 0 k v 与2 2 0 k v 之间形成了多个电磁环网，表现为：2 2 0 k v 的壁山、茶店、板 桥与5 0 0 k v 的板桥、陈家桥之问的电磁环网；2 2 0 k v 的大竹林、界石堡与5 0 0 k v 陈 家桥、长寿、石坪之间的电磁环网；以及在重庆西厂与5 0 0 k v 的西彭、陈家桥之间 的几个电磁环网。而到了2 0 1 0 年，随着5 0 0 k v 复兴变电站的投产以及新增2 2 0 年 变电站的投运，使得该年的电磁环网不仅在数目上要多于以前，而且在网络的复杂 程度上也远远大于往年。 2 3 重庆电网解环运行可行性分析 2 0 1 0 年的重庆电网已经形成了以板桥、隆盛、巴南、石坪、长寿、复兴、陈家 桥7 个变电站为中心的5 0 0 l 【v 环网；新增的2 2 0 k v 变电站与这些5 0 0 k v 变电站之 间形成了多个电磁环网，表现为：2 2 0 k v 的壁山、茶店、板桥与5 0 0 k v 的板桥、陈 家桥之间的电磁环网；2 2 0 k v 的大竹林、界石堡与5 0 0 k v 陈家桥、长寿、石坪之间 的电磁环网；以及在重庆西厂与5 0 0 k v 的西彭、陈家桥之间的几个电磁环网，图2 1 为电磁环网运行方式图。 这些电磁环网的解环点可以考虑在重庆5 0 0 2 0 0 k v 电磁环网的2 2 0 k v 线路上。 为了进一步认识电磁环网，首先对2 0 1 0 年规划网丰大方式下进行潮流计算。潮流计 算结果表明，2 0 1 0 年丰水期电网潮流分布基本合理，除个别线路外，无重载或过载 线路。但重庆中西部供区2 2 0 k v 供电环网建设时间较早，大都为4 0 0 m m 2 的普通导 线，随着负荷的逐年增长，部分线路已不能满足供电需要，需进行更换或加强。其 中，石坪界石堡双回线路均为i ，g j 圳导线，2 0 1 0 年丰水期最大潮流为2 * 2 2 6