本科毕业设计（论文）
题目：南沙配电网合环运行应用软件开发
学 院
专 业
学生姓名
学生学号
指导教师
提交日期 2014 年 6月 10 日
摘 要
合环运行可以解决配电网在倒负荷或设备检修时出现的停电问题，但是在这个过程中系统可能会产生较大的合环电流而导致保护动作,进而给电力系统的安全稳定运行带来相应的影响。针对这一特征，开发配电网合环运行软件对于配电网操作人员具有很大的指导作用，可以提高配电网合环运行的成功率，减少因为配电网合环电流过大而带来的危险。
本文通过建立配电网合环运行的等值模型，通过前推回代法及区间原理对模型的潮流进行了详细的计算。通过精确的方法计算出配电网合环线路两侧的电压差，运用欧姆定理跟叠加原理计算出合环电流。通过分析合环电流产生的原因，对于系统中越限的线路还提供了合环电流的调节措施，主要是通过电容器补偿去改变合环电流，使得合环电流可以在规定范围内合环。
本文以VB6.0及Access2007数据库为平台，立足于为用户提供实用、精确的工具，开发了配电网合环运行软件。通过快捷、可靠的潮流计算，从而给运行人员的合环决策提供参考依据，提高了配电网合环运行的可靠性。
关键词：配电网合环；
区间算法；
前推回代法；
稳态电流
Abstract
In the closed loop operation can solve distribution network load that occur when a power outage or equipment maintenance/repair problem, but in the process of this system may produce larger caused by closed loop current protection action, thereby affect the safe and stable operation of power system. According to the characteristics, development distribution network closed loop operation software for distribution network operator has a great guiding role, can improve the success rate of the distribution network closed loop operation to reduce because of the danger of too much electricity distribution network closed loop.
In this paper, through the establishment of distribution network equivalent model of closed loop operation, by the power generation method and interval principle trend has carried on the detailed calculation for the model. Through the accurate method to calculate the distribution network voltage difference on both sides of the closed loop circuit, using ohm theorem and superposition theorem to calculate the closed loop current. By analyzing the reasons of the closed loop current, in the limit of the circuit for system also provides a closed loop current adjustment measures, mainly through the capacitor current compensation to change closed loop, can make the closed loop current closed loop within the specified scope.
Based on VB6.0 by use and Access2007 database platform, based on providing users with practical, precision tools, develop a software for distribution network closed loop operation. Fast and reliable by power flow calculation, thus to provide reference for decision-making of the closed loop operation personnel, improve the reliability of the distribution network closed loop operation.
Key words: power closed loop; Interval algorithm; Power generation method; The steady state current
目录
摘 要I
AbstractII
第一章 绪论1
1.1选题背景1
1.2国内外研究现状2
1.3本文的研究意义及主要内容3
1.3.1本文研究意义3
1.3.2本文研究的主要内容4
1.4本文安排4
第二章 配电网合环软件的理论基础5
2.1基于区间算法的前推回代5
2.2合环点选择原理7
2.3短路电流计算原理8
2.4电气设备校验10
2.4.1校验的主要设备11
2.4.2电气设备校验项目11
2.4.2.1电抗器校验11
2.4.2.2导线校验11
2.4.2.3断路器校验12
2.4.2.4负荷开关校验12
2.5本章小结12
第三章 配电网合环软件的设计13
3.1系统设计思路13
3.2软件结构设计方案15
3.3系统的数据库管理16
3.3.1数据库特点16
3.3.2系统数据库结构17
3.4系统使用流程图17
3.5本章小结19
第四章 算例分析20
4.1系统数据管理20
4.1.1合环线路参数20
4.1.2变压器型号21
4.1.3线路型号22
4.2区间电流计算23
4.3短路电流计算26
4.4本章小结27
第五章 结论28
参考文献29
致谢30
第一章 绪论
1.1选题背景
电力系统主要由发电、输电、变电、配电及用电五重要环节组成。其中配电环节直接影响着用户的电能质量，与人们的生产与生活息息相关[1-2]。随着经济社会的不断发展与进步，我国的用电量不断增加。与此同时，配电网的结构也越来越复杂。所以，为了满足人们对供电质量及供电可靠性的要求，供电企业需要不断加强配电网的建设、提高配电网的管理水平。
我国的配电网主要采用闭环设计、开环运行的模式[3]。为了实现配网优化运行，提高供电质量和可靠性，减少用户停电时间，提升客户满意程度，配电网合环运行是实现该目标的一种有效方式。然而在进行合环运行后，配电网原来的拓扑结构将发生改变，网络潮流也会重新分布，可能会引起难以控制的网络循环功率，导致配电网中的保护误动作、线路存在过负荷、电气设备损坏损害的现象，危及人身安全与社会生产生活的事故发生。也就是说，配电网合环运行在减少用户的停电时间、提高系统供电可靠性的同时，又隐存着一定的危险性。从电力系统的安全出发，运行人员在进行配电网合环操作时，要控制配电网合环两端的电压差。尽量使得合环两端的电压差不能过大，否则会形成较大的合环电流，导致线路上的保护动作而带来停电事故，从而扩大停电范围。
正处于开发阶段的南沙区拥有广州市大量的工业区，与此同时，用电负荷也不断增加，他们对供电可靠性的要求也越来越高。所以在经济不断发展的同时，我们需要不断的提高配电网供电的可靠性，以满足用户不断增长的需求。为此，配电网合环运行是解决这个问题的最佳途径。
目前在我国很多城市中虽然有成功合环操作的例子，但是却缺乏有力的理论与使用的软件来指导。而是全靠运行人员的经验来进行合环操作决策，这样就很容易出现因为合环电流过大而导致配电网合环失败，从而给电力系统的安全稳定运行带来危险。所以，如何最大程度的提高配电网合环操作的成功率就显得越来越重要。本文立足于为配电网的合环运行提供相应的参考依据，为用户提供舒适、实用的仿真软件。
1.2国内外研究现状
由于国外配电网的接线方式与继电保护装置与我国的配电网之间存在着较大的不同，且国外配电网合环的保护系统已经相当成熟，并可以通过隔离开关解决所有问题。所以外国对双端供电网络进行配电网合环的研究极少。例如：负责纽约城区与其他地区供电的美国电力公司---爱迪公司。90%以上地区采用环网系统，两端电源由不同的线路供应，所以采用隔离器与真空重合闸。如果馈线或用户发生故障时就可以动作将故障自动隔离，而开环点的断路器就会自动动作，从而恢复正常供电，减少停电时间[4-6]。
目前国内的配电网合环技术还不成熟，我国对合环运行的报道比较少。杨志栋等主要对合环暂态和稳态过程进行了相关研究, 最终总结出了比较形象的合环仿真模型和计算方法，合理的计算配电网合环过程中的稳态电流和瞬时最大冲击电流。与此同时，他们还研究了影响配电网合环的主要因素，并得出限制合环电流的有效措施, 得出了对配电网合环运行具有指导意义的结论[7]。阮永丽从建立等值电路入手，通过分析10kV 配电网合环瞬间的冲击短路电流、合环后稳态电流对保护的影响；
以及合环中、解环运行时，线路长度、阻抗参数变化对保护的影响[8]。张少杰等对电网合环计算中的合环网络模型建立、负荷模型建立以及潮流计算、合环稳态电流计算和合环冲击电流计算的基础理论进行了分析和研究，为合环操作辅助决策系统设计和开发给予理论支持和指导。在 VC++系统平台上设计并开发了电网合环计算分析系统，着重对系统总体设计思想、数据库设计及其功能和系统各模块的功能进行了详细介绍[9]。
蔡莹等提出了基于极端方式和典型方式的电磁合环操作安全性分析模型，评估了合环转电的安全风险，并提出了应对措施，最后总结出10kV电磁合环操作的基本原则。对于提高合环转电成功率，降低电网操作风险具有积极的意义[10]。哲林等对复杂配电网络的合环稳态电流与合环冲击电流的计算进行了详细分析，改进了快速解耦法以适应于输配一体化的合环电流求解。同时，应用了灵敏度分析的基本理论，最终得出了调整配电网合环电流的主要措施：调整变压器变比、调整电容器补偿量、网络重构等等。并用数学的方式定量地阐述了不同调节措施的调节效果。运用数学方法对合环电流的综合调控进行了建模，提出了基于遗传算法的合环电流综合调控策略,最后提出了综合调节的效果更佳的结论。李家睿等结合系统实际情况，对典型的各类合环情况进行了合环试验和校验，全面总结配电网合解环热翻负荷的适用范围和条件，提供调度员热翻负荷时负荷转移的操作条件，提升热翻负荷率和成功率，减少用户的停电时间，提高供电的可靠性，保证系统的供电质量[11]。
为了提高配电网合的供电可靠性，保证配电网合环操作的顺利进行，在进行软件编程时需要解决以下问题：
（1）建立合理的配电网合环模型
由于配电网的结构非常复杂，且随着经济的发展而不断发生变化。与此同时，调度中心难以获得外部系统中完整的信息，所以就无法进行准确的潮流计算。基于这种情况，就必须建立合适的配电网的等值模型，为配电网的潮流计算提供方便，提高配电网合环软件的精度。
（2）配电网负荷的处理
配电网中的负荷结构比较复杂，节点众多，且负荷一般是分散、变化的，所以很难获得实时准确的负荷参数，所以需要将馈线上的负荷进行一定的处理。
（3）配电网的潮流计算
由于配电网在进行合环操作时，配电网的潮流会发生较大的变化，在合环开关的两侧也会形成电压差，由此便会产生合环电流。如果该合环电流过大，就会导致两侧线路过载，从而造成大面积的停电事故，影响配电网的正常运行。所以采用正确的潮流计算方法就显得非常重要。
1.3本文的研究意义及主要内容
1.3.1本文研究意义
随着国民经济的发展，配电网的管理水平也需要不断的提高。在这种情况下，拥有准确、实用的配电网合环软件就显得十分重要。广州市南沙地区的电力负荷密度大,电网结构复杂,用户对电网供电可靠性的要求也越来越高。对于还处于开发阶段的南沙区，还有很多问题需要进行规划解决，避免出现不必要的损失。针对这一特点,我们开发了南沙配电网合环运行分析应用软件。它立足于实际配电网合环操作的需要,对南沙地区的部分线路和负荷进行了适当的简化,对可能的合环路径进行分析。针对现实中可能存在的一些问题，运用区间算法、前推回代等方法，从潮流的角度给运行人员以合环依据,快速、准确地找出配电网最佳的合环路径,达到安全与经济的最终目标。可见,系统的开发有重要的实际意义。
通常情况下,运行人员没有实用的软件指导，只能凭经验决定线路是否可以进行合环操作,这种方法不仅较为保守，而且还不可靠。如果由于错误合环就可能引起更大的线路故障，从而扩大停电范围，降低电力系统供电的可靠性和安全性。因此,开发一套拥有精确潮流计算方法的合环决策软件,为运行人员的合环操作提供依据。不仅可以自动判断合环电流是否越限,还可以显示出电力系统的损耗，为用户合环点的选择提供参考依据[12]。与此同时，还可以为降低合环电流提供调整措施,从而减少停电损失。所以说，南沙配电网合环运行应用软件具有很好的开发价值。
1.3.2本文研究的主要内容
本论文的主要工作有：
（1）选择合适配电网潮流的计算方法，本文主要采用了收敛性较好的前推回代法。考虑负荷等其他因素的影响，本文还采用了区间算法，为用户提供了精确、使用的仿真系统软件。
（2）通过建立配电网合环的简化模型，为配电网合环电流的计算提供方便。
（3）立足于为用户提供精确、实用的软件，进行配电网合环软件的设计。
（4）根据现有的南沙局的数据资料整理出南沙局现有设备的型号跟参数，并构建出相应的数据库，方便接下来的设计及以后用户的使用。
（5）运用南沙局的实际数据进行计算并分析，观察计算的结果是否合理准确，并不断提高程序的实用性与便捷性。
（6）不断修改程序的主界面，为用户提供舒适及方便使用的界面。
1.4本文安排
本文按照从背景到现状、从简单到复杂、从理论到实验的方式层层深入，论文共包括中英文摘要、目录、主体部分、参考文献和致谢五个部分。其中的正文主体包含5章和结束语，其具体结构安排如下：
第一章为绪论部分，主要介绍配电网合环运行的基本情况，包括研究背景、研究现状以及本文的主要工作内容。本章分为4个小节；
第二章配电网合环软件的基本理论介绍，主要的理论包括：区间算法、叠加原理、前推回代法、正序等效原则等等。本章分为8个小节；
第三章为配电网合环软件设计思路及各个模块的介绍，首先介绍了配电网合环软件的 主要功能及其特点，接着对配电网合环软件各个模块的功能进行一一说明。本章分为5个小节；
第四章为实例分析，主要运用了南沙供电局提供的数据选择其中一条线路进行了合环电流计算，并得出了相应的结论。本章主要分为4个小节；
第五章为结论，主要对全文进行总结，得出了配电网合环运行的一些结论。论文最后附上感谢语，向整个毕业设计过程中给予我指导和帮助的朱建全老师致谢，向所有的电力工作者及学者致谢！
第二章 配电网合环软件的理论基础
本章主要对配电网合环软件所应用到的理论知识进行简单的描述，让读者对配电网合环软件中的潮流计算有一定的认识。首先是介绍软件的潮流计算的主要方法：基于区间算法的前推回代法，然后依次对其他原理进行一一说明。
2.1基于区间算法的前推回代
合环电流计算是一种复数运算，其参数区间在运算过程中表现为一种复数区间的形式。在这种情况下，实数域的区间计算法则并不适用，必须采用新的计算法则。
定义2：对于实数域 中的任意区间 、 ， 称为复区间。
对于复区间 和 ，其四则运算法则为：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
基于上述原则，在配电网的潮流计算过程中，我们主要应用四则运算进行，包括一下几个主要步骤：
步骤1：输入合环电流计算的相关参数，包括合环节两侧变压器高压侧的电压区间，两侧支线和合环馈线的功率区间，以及两侧变压器的阻抗参数和线路阻抗参数。
步骤2：由合环点两侧线路的功率区间，并结合各节点的额定电压，计算合环点两侧线路和变压器的功率损耗区间。
(6)
(7)
上式中 、 分别为 侧线路的第 个元件的有功功率损耗区间和无功功率损耗区间；
、 分别为流经 侧线路的第 个元件的有功功率区间和无功功率区间；
、 分别为 侧线路的第 个元件的电阻和电抗；
为 侧线路的第 个元件的额定电压。
步骤3：由合环点两侧线路的功率区间，结合线路和变压器的功率损耗区间，计算合环点两侧各元件的功率区间。
(8)
(9)
步骤4：由合环点两侧变压器高压侧的电压区间和功率区间，计算各节点的电压下降区间（含幅值下降区间和相角下降区间）。
(10)
(11)
式中 、 分别为 侧线路的第 个元件的电压降落的实部分量区间和虚部分量区间；
为 侧线路的第 个元件的电压区间。
步骤5：由合环点两侧变压器高压侧的电压区间，结合各节点的电压下降区间，计算各节点的电压区间。
(12)
式中 为 侧线路的第 个元件的电压相角区间。
步骤6：重复步骤2至步骤5（其中，步骤2采用电压区间），直至各个节点的电压区间和功率区间小于某一设定值。
步骤7：计算合环点两侧的电压差区间 。
(13)
式中 、 分别为合环点左右两侧的电压(合环点的电压)。
步骤8：计算合环电流区间 。
(14)
步骤9：计算合环前合环点两侧馈线的电流区间。
(15)
式中 为合环点 侧待合环馈线的电流区间；
、 分别为合环点 侧待合环馈线的有功功率区间和无功功率区间。
步骤10：计算合环后合环点两侧的电流区间。
(16)
式中 为合环点 侧的电流区间。当 与 同向时，式(16)取正；
反之取负。
在进行潮流计算时可采用收敛性比较强的前推回代法。该方法包括前推与回代两个过程，前推主要是由线路末端向始端推算时，全网电压均假定为其额定电压，仅计算各元件中的功率损耗而不考虑电压降落；
等到求得配电网的始端功率后，再运用给定的始端电压和求得的始端功率由始端向末端逐段推算电压降落。反复进行前推与回代计算，直至误差小于某一给定值。
本设计主要通过叠加原理求得合环后流过线路的电流，并与线路的载流量进行比较，以辨别该线路是否可以合环运行。
2.2合环点选择原理
合环点选择是配电网合环运行的一个关键问题。合环点的选择直接影响到配电网线路的结构及其参数，对电力系统的潮流计算具有很大的影响，也是影响合环电流的主要因素之一。对于同一线路，可能在某一点下进行配电网合环，该线路的合环电流会越限，而在其他合环点下则不会。与此同时，不同合环点下系统产生的损耗可能也不同。所以，选择一个最佳的合环点，既可以提高配电网供电的可靠性，又可以降低电力系统的损耗，提高供电企业的经济效益。
在进行配电网合环点的选择时，我们主要考虑安全与经济两个重要因素。从安全方面考虑，我们主要通过计算该点下的合环电流是否会超过线路的载流量，是否会对配电网的安全稳定运行带来一定的冲击。在进行合环电流计算时，考虑到运行方式等因素的影响，我们主要应用了区间算法，对不同合环点下产生的合环电流进行区间比较。从经济性方面考虑，设备投资问题不是合环点选择的所需要考虑的主要问题，我们主要是考虑在这一合环点下系统所产生的损耗，主要包括线路损耗与变压器损耗等。我们这里主要也引进了区间算法，方便用户进行对比。
基于每个合环点的选择都与安全性和经济性有关，而且每个合环点的安全性与经济性往往存在着较大的区别。所以通过对配电网中每个合环点的安全性与经济性进行综合的比较，就能最终确定配电网的最佳合环点。
由于配电网合环软件是基于区间算法下进行的，所以得到的合环电流与系统损耗都是区间。为了方便用户对不同区间进行比较，本文引进了信度的概念，方便用户对合环电流结果与系统损耗结果进行比较。其主要内容如下。
定义4：对于区间数 ，则其中点为 。
对于两个区间数 、 ，区间 与区间 的大小关系可通过可信度 来度量：
(17)
根据上述的规则，便可从信度的角度对合环电流区间和网损区间进行比较，若 ，则区间数 小于间数 是可信的；
反之则认为区间数 小于间数 并不可信。通过这种方式，便可实现对不同合环点下的安全性和经济性的有效评估。
基于电力系统安全第一的原则，我们主要以安全为首要考虑因素。在系统的安全稳定运行不受影响的前提下，我们从经济性方面考虑选择最佳合环点。如果系统的安全性都存在问题，也是从经济性对合环点进行选择。根据上述原则，本文提出了一种基于安全性与经济性的配电网合环点选择的评估方法，其流程图如下所示：
图2-1配电网合环点的安全性与经济性双层评估流程
通过对不同合环点的安全性与经济性进行比较，系统最终就可以自动选择出配电网模型下的最佳合环点。在这个计算过程中，主要以安全性为主要原则，又考虑到了经济问题，为配电网的合环运行提供了最佳的选择依据。
2.3短路电流计算原理
短路电流超标是限制配电网合环运行的一个重要问题。配电网在合环运行下，由于提供短路电流的支路数增加，短路电流也会随之增大，从而导致配电网环路内与环路外的设备都面临更大的短路电流冲击问题。一旦系统中的设备不能承受这些冲击，必然会给电力系统的稳定运行带来很大的影响。
所以为了给用户的选型及校验提供参考依据，本设计中添加了短路电流计算模块。在进行配电网合环运行的短路电流计算时，我们主要是应用了正序等效原则。根据所建立的模型我们可以模拟在任何点处发生不同短路故障类型时的各种情况。本设计首先根据需要画出在各点短路时的等效电路图，由于模型已经建立，所以各短路点的等效电路图都可以画出来，这样就可以分别计算出其正序阻抗 、负序阻抗 与零序阻抗 。根据正序等效原则可以写成：即短路的正序电流为：
(27)
式中 代表短路的类型， 为类型 的短路电流的正序分量， 为短路故障前短路点的电压， 为正序电抗， 为附加阻抗，其值可通过表2-1进行计算。
表2-1简单短路时的
短路类型
三相短路
0
两相短路接地
两相短路
单相短路
正序等效原则：在简单不对称短路的情况下，短路点的正序分量，与在短路点的每一相中加入附加电抗 而发生三相短路的情况相等。主要包括：单相短路、两相短路、两相接地短路以及三相接地短路。
由上述情况可知短路电流的绝对值与他的正序分量的绝对值成正比，即
(28)
式中 为类型 的短路电流的比例系数，其值可通过表2-2的公式进行计算。
表2-2短路电流比例系数
短路类型
三相短路
1
两相短路接地
两相短路
单相短路
3
对于短路电流超标的线路，应该采取相应的措施去限制短路电流，以确保配电网可以安全稳定的合环运行。目前配电网限制短路电流的主要措施有：串联电抗器、变压器中性点结小电抗等等。目前串联电抗器的技术相对比较成熟，在10-35KV的配电网中已经得到了广泛的应用。其限制短路电流的效果也比较好，但是在这个过程中会产生一定的损耗。系统中主要通过加装限流电抗器来解决短路电流超标的问题。
2.4电气设备校验
在配电网进行合环操作的过程中，系统会产生较大的冲击电流，该电流可能会给电力系统的稳定和系统设备的安全带来一定的冲击，导致配电网中的保护误动作，从而危害系统的稳定，严重时可能会危害人民的生产与生活。主要可能会带来以下方面的影响：
（1）配电网合环时会产生较大的冲击电流，该电流可能超过系统保护的整定值，导致线路上的保护误动作，扩大停电范围；
（2）合环时，配电网的潮流重新分配，可能会形成电磁环网，影响设备的安全。
（3）合环后产生的合环电流可能使线路某一侧的电流值突然增大而超过线路的最大电流，从而给该线路带来不稳定因素；
（4）合环后有可能造成某些线路重载的情况。
所以，为了保证电网与设备的安全稳定运行，我们必须进行电气校验。
2.4.1校验的主要设备
配电网合环后，由于配电网系统中的潮流发生了变化，所以对于环内的某些设备可能会存在过载问题，而对于环外的设备，由于其功率基本不变，所以不存在过载问题。对于短路问题，由于环内设备受到的短路冲击基本与未合环时一样，所以不用考虑。而对于环外的设备，其受到的冲击可能更加严重。
基于上述情况，我们在对合环线路的电气设备进行校验时，主要考虑以下情况：检测合环线路中的设备是否存在过负荷问题；
检测系统中的节点电压损耗是否过大；
检测合环线路外的设备能否接受更大的短路冲击；
变电站母线的出线设备能否承受短路冲击。其主要设备有：断路器、负荷开关、导线、限流电抗器等。
2.4.2电气设备校验项目
2.4.2.1电抗器校验
（1）电压损失校验
也就是说电抗器正常运行是电压损失不能超过额定值的5%，且电压损失值主要由于电流的无功分量产生。
为电抗器的额定值， 按发电机或变压器额定电流的70%进行选取。
（2）短路时的母线残压校验
是指系统要求电抗器将短路电流限制到的值
（3）热稳定与动稳定
其中 指电抗器允许的最大发热量；
指三相短路冲击电流的有效值；
指电抗器动稳定电流值。
2.4.2.2导线校验
（1）过负荷校验：
其中 指流过导线的最大负荷电流, 导线最大允许值。
（2）电压损失校验：
导线电压损失值：
（3）热稳定校验：
导线截面积：
其中：
指最小热稳定临界面积；
指稳态短路电流有效值；
t指短路时间；
C为系数，与导线的材料与温度有关。
2.4.2.3断路器校验
（1）过负荷校验：
其中 指最大负荷电流；
指长期运行所允许的电流值；
（2）开断能力校验：
其中 指次暂态短路电流；
指断路器的极限开断电流；
（3）热稳定与动稳定校验：
其中Q指实际发热量；
指断路器允许的最大发热量；
指三相短路冲击电流的有效值；
指断路器动稳定电流值。
2.4.2.4负荷开关校验
（1）过负荷校验：
其中 指流过导线的最大负荷电流；
（2）动稳定与热稳定校验
其中Q指实际发热量；
指断路器允许的最大发热量；
指三相短路冲击电流的有效值；
指负荷开关动稳定电流值。
2.5本章小结
本章首先建立了配电网合环的等值模型，为配电网的潮流计算奠定了基础。接下来对系统中应用到的各种理论进行了一一说明，包括：考虑配电网特点的区间算法的基本原理、电力系统潮流计算的前推回代法、以及与合环电流计算有关的叠加原理，接着还简要介绍了与短路电流计算相关的正序等效原则，最后考虑到电流对系统及设备安全造成的影响，本章还简单说明了有关电气设备校验的相关问题。本章是系统的理论基础。
第三章 配电网合环软件的设计
配电网合环软件主要以第三章的理论作为基础，运用Visual Basic 6.0作为工具开发出来的应用软件。本系统通过设计出良好的人机界面，主要立足于为用户提供方便、实用的软件为基础，从而进行配电网的合环计算。本章主要对系统的设计思路、系统模块进行一一说明。
3.1系统设计思路
随着经济社会的发展，人们对供电可靠性的要求越来越高。为此，电力系统的管理水平需要不断提高，使我国的电力系统不断走向简捷化、自动化、智能化。电力系统中的配电环节与用户息息相关，为了保证对用户的高效、可靠供电，提高配电自动化水平也显得越来越重要。在经济全球化的社会里，作为供电企业，我们在考虑安全性的前提下，需要不断提高电力企业的经济效益，也就是通过不断改进配电网的管理水平，不断降低配电网的损耗，提高电力系统的经济性。
我国多数配电网采用闭环接线、开环运行。但在线路检修与倒负荷时，为了保证对用户的正常供电，我们通常会采取合环操作。但是在合环的过程中，电力系统会产生较大的合环电流与冲击电流，如果这些电流超过电力设备所允许的最大电流，就有可能对电力系统的安全稳定运行带来危险。所以在进行配电网合环操作时，运行人员出于安全考虑，常常采取保守的办法，就是在保证正常供电的情况下，尽量减少合环操作的次数，以提高电力系统的可靠性。
为了满足配电网合环的需要，给用户提供安全可靠的配电网合环系统，我们制定了以下目标：
（1）开发一个实用的配电网合环软件，既能为用户的合环操作提供参考依据，又能给用户提供友好、简洁的人机界面，以满足用户的需求；
（2）通过建立简化配电网模型，运用可靠的区间算法对配电网的电压、电流进行可靠的潮流计算。本文主要选择了收敛性比较好的前推回代法。还考虑了配电网设备的损耗，为配电网的合环运行提供了可靠的依据；
（3）既能够计算出配电网合环运行时的合环电流，还可以辨别系统的合环电流是否超过设备的最大电流。与此同时，又可以对不可合环线路提供相应的调节措施，提供配电网合环成功的概率；
（4）对于一个合环线路上拥有很多待合环的线路，系统可以为用户提供安全、经济合环点的参考依据。
（5）该软件还可以与数据库等办公软件对接，为用户方便、快捷的使用环境；
用户既可以很方便的将数据输入、修改，又可以很方便的将结果进行保存。
（6）配电网合环运行软件还具有实时更新功能，可以根据配电网的发展情况更新软件里面的变压器及线路参数；
（7）该软件还可以保存仿真结果，方便用户查看及对比不同仿真结果，选出最合适的方案；
（8）软件可以计算出模型中不同节点、不同短路类型的短路电流情况，为用户的设备选型提供相应的措施。
为了实现以上目标，系统总体具有以下特点：
（1）模块化
将系统根据功能分解成几个模块，他们之间既相互独立，又有关联。如果没有将系统模块化，系统就难以管理与使用。所以将系统模块就便于用户使用，提高系统的便捷性。不同模块之间相互独立是指模块之间的功能相互独立，没有过多的相互影响，这样可以减少错误的扩张，提高准确性。各个模块在原理之间又有相互联系。
（2）简洁化
为了让系统各个模块看起来更加简洁，降低系统的冗余性，软件将一些模块隐藏起来，便于用户使用。这些隐藏起来的模块是不可查看的，但是可以方便系统的潮流计算。为了让用户更加直观的看清数据，系统的标幺化模块、潮流计算模块是内藏的，用户在系统中观察到的数据都是有铭值。
（3）实用化
为了让运行人员可以更加方便、简单、快捷的使用软件，软件在设计时尽量简单明了，便于用户直接使用。其次考虑到电力系统的实际情况，为用户提供更多方便。例如软件在输入时添加了变压器选型及线路选型环节，这样就可以显示出所选型号的全部参数，为用户的输入带来方便，从而减少多余的输入。用户也可以将结果用Excel格式导出，便于用户对结果进行应用。
（4）多样化
为了使软件使用起来更加灵活方便，软件控件的颜色会随着鼠标的移动而改变，这样用户可以很快捷的输入参数信息。与此同时，在短路电流的计算模块中，如果短路电流超过了设备的额定电流值，系统输出的颜色会自动改变，方便用户辨别。
（5）更新功能
随着配电网的不断建设与发展，配电网合环运行是必然趋势。在这个过程中设备必然是不断更新进步，所建造的线路也是不断变化的，所以系统也是可以不断更新的。用户随时可以根据需要在系统中添加或删除已建线路，也可以根据现实情况不断更新变压器及线路的数据库。用户既可以在系统文件里的数据库修改，也可以直接在系统中直接更新数据。
3.2软件结构设计方案
根据前面的目标及软件特点，系统应该由以下几个模块构成：（1）系统数据管理模块；
（2）合环电流计算模块；
（3）合环点选择模块（4）短路电流计算模块。系统的分块如图3-1所示
图3-1配电网合环系统模块结构图
如上图所示，系统主要分为三个模块，对于新用户来说系统，只需要在系统数据管理模块中输入想要合环线路参数的信息，就可以在合环电流计算模块中进行相应的计算，短路电流计算模块可以计算出各点在不同短路情况下的短路电流，并提供相对应的电抗器选择方案。
下面将对各个模块进行简单的说明：
（1）系统数据管理模块
用户在这个模块中主要进行合环线路参数的输入。对于系统中已经存在的线路参数信息，用户也可以根据需要不断地进行修改或删除。在这个模块中，主要包括：合环线路参数模块、变压器型号模块与线路型号模块。用户在这里既可以不断更新变压器与线路型号的数据库，也可以更新合环线路的参数信息。
（2）合环电流计算模块
合环电流计算模块是配电网合环软件的主要内容。它以前推回代法与区间原理为基础，通过电力系统的潮流计算，得出配电网模型中的网络参数。例如模型中各节点电压、合环电流、变压器损耗及线路损耗等。软件还可以根据计算出来的稳态合环电流与线路的载流量进行比较，判别合环电流是否越限，即该线路是否可以合环运行。对于合环电流越限的线路，软件还可以提供相应的调节措施，目前主要是通过投入电容器调节。
（3）合环点选择模块
合环点选择模块是基于安全、经济的原则，为用户提供最佳合环点的参考方案。通过对用户输入的全部参数进行合环计算并进行比较，最终选出最安全、最经济的合环点。系统自动输出最佳合环点的线路编号、合环线路名称、合环电流的最大值、合环电流的最小值、线路载流量、系统的最大有功损耗、系统的最小有功损耗。
（4）短路电流计算模块
根据所建立的模型，用户可以在模型中选择不同的短路点进行短路模拟，软件可就以计算出不同短路类型的短路电流。与此同时，系统还给限流提供相应的电抗器选择措施。对于不同情况的短路电流计算，系统还可以提供相应设备的动稳定与热稳定等相关校验。
3.3系统的数据库管理
与数据库链接是本软件的另外一个重要特点。通过数据库存储数据不仅可以提高系统的运算速度，扩大系统的存储量，还可以优化程序设计，并具有实时更新功能。用户随时可以根据需要访问数据库里的内容。软件采用的是Microsoft Access2007数据库。
3.3.1数据库特点
Access数据库可以存储大量的数据，其通用性比较强。所以配电网合环软件与Access数据库链接拥有很多优点：
（1）便于使用。由于数据库为ODBC，其具有良好的兼容性。所以用户即使在没有安装Microsoft Access数据库的前提下，系统仍然可以应用数据库的链接功能。其次，由于数据库占用的内存很小，所以使用起来也比较快捷。数据库的存储量还比较大，可以适应各种设备的存储要求。
（2）功能更加完善。由于数据库同时可以支撑OLE与DDE技术，可以实现数据库内容多样及便捷。用户可以利用这个特点实现数据的更新功能。
（3）实时更新。用户可以通过修改数据库的内容而改变系统中的参数，不用在系统中进行修改。随着系统参数的不断增加，数据库的内容也可以随时更改。
3.3.2系统数据库结构
系统中的数据库主要包括以下内容：（1）配电网模型中合环线路的参数信息数据库，包含了配电网模型的全部参数。（2）区间电流计算结果数据库，包含了配电网潮流计算的全部结果（其中还有一个数据库专门保存区间潮流计算的过程数据）。（3）变压器数据库（4）线路数据库。（5）合环点选择结果数据库，包括了用户存储的所有合环点的选择结果（其中还包括合环点选择计算过程中的一些数据）。
（1）合环线路参数数据库
它主要包括配电网模型中所有的参数信息，是配电网潮流计算的基础。其数据内容主要有：模型首端节点电压的幅值与相角、变压器的变比、电阻、电抗、线路的有功与无功负荷、线路电阻、线路电抗、电纳等等。由于本系统应用的是区间算法，所以除设备参数外，其他参数都是区间数据，用户也可以根据需要输入点数据。为了便于计算，全部数据都存储在一张表中。
（2）区间电流计算结果数据库
为了给用户的合环操作提供参考依据，通过用户输入的数据进行潮流计算，系统将全部的结果保存起来。其主要数据包括：合环电流的幅值与相角、变压器有功和无功损耗、线路的有功损耗及无功损耗、节点电压的幅值与相角等。对于用户不想保存的数据，系统自动将其保存在一张临时的数据库中，待用户关闭后系统自动清除。对于用户想保留的结果，系统会用另外一个数据库保存起来，方便用户调用。
（3）变压器数据库
变压器数据库主要包含了南沙供电局所提供的全部变压器的型号、变比、电阻、电抗等。用户可以在系统中随时查看、更新这些数据。
（4）线路数据库
线路数据库主要包含了南沙供电局提供的线路型号、电阻率、电抗率、电纳率、载流量等。用户可以在系统中随时进行查看与修改。
（5）合环点选择结果数据库
为了方便用户对合环点选择结果进行查看，让用户更好的了解合环后系统的合环电流与系统损耗，系统可以将结果全部保存下来。其数据包括：各侧线路名称、合环各侧线路载流量、合环电流以及系统的有功损耗。
3.4系统使用流程图
用户的使用流程图如图3-2所示，其主要内容有：
（1）根据所建立的配电网模型在界面中输入完整的线路参数信息，并在数据库中添加该记录。
（2）进行配电网合环的潮流计算，从而计算出配电网合环产生的稳态电流以及变压器与线路的损耗。
（3）如果因为合环电流过大而出现越限，系统会自动提醒，并提供相应的调节措施（主要是通过投入电容器）。
（4）如果投入电容器都无法调节至合理值，系统会显示无法合环。
（5）系统还可以模拟四种短路故障类型，计算出不同短路点的短路电流。
图3-2配电网合环软件系统图
3.5本章小结
本章主要阐述了系统的总体设计思路，主要有以下内容：
（1）系统的设计思路。主要包括系统的设计目标以及系统的特点。系统的特点主要包括：模块化、简洁化、实用化、更新功能。
（2）系统的结构设计。主要有以下模块：系统数据管理模块、合环电流计算模
块、合环点选择模块、短路电流计算模块。
（3）系统的数据库管理。为了方便用户的使用，提高系统的运行效率，系统将数据库分为以下部分：合环线路的参数信息数据库、区间电流计算结果数据库、变压器数据库、线路数据库。
（4）系统的使用流程，方便用户对系统的使用有一定的认识。
第四章 算例分析
本章主要以南沙供电局某一条待合环线路为依据进行计算分析。其数据来源全部来自南沙供电局。
4.1系统数据管理
4.1.1合环线路参数
进入“系统数据管理”界面后单击“合环线路参数”如图4-1所示，在输入框中输入相应的信息。用户单击“新建线路”就可以实现将输入框中的全部信息保存到数据库中，方便接下来的合环电流计算。在这个界面输入两侧的合环线路参数后就可以进行合环电流计算。
图4-1配电网合环参数界面图
为了给用户使用提供方便。变压器输入可以点开下拉菜单，选择合适的型号并按“确定”，这样相应的变压器的参数就会显示出来如图4-2所示。
图4-2变压器型号选择界面
对于线路的选择也是一样的，点开下拉后选择线路型号后单击“确定”后会弹出窗口要求输入线路长度，这样就可以显示出线路的参数，如图4-3。
图4-3线路参数输入界面图
如果配电网线路由多种型号的架空线组成，用户可以通过不断选择型号和输入线路长度进行叠加计算，最后输出的结果为累计后的参数，载流量为最小数值的导线,如图4-4。
图4-4线路参数确定界面
4.1.2变压器型号
“变压器型号”模块主要是为了方便用户方便快捷的查看已有变压器型号的参数，包括型号、变比、电抗、电阻。目前系统中只有南沙供电局提供的一些变压器信息，用户还可以在这里添加新的变压器型号，方便以后的使用。
用户可以单击主界面上“侧边框”的“系统数据管理”中的“变压器型号”，会出现“变压器型号”界面，如图4-5所示。
图4-5变压器型号界面图
（1）用户只需在界面右边输入变压器的标号就可以看到所选变压器的型号、变比、电阻、电抗；
（2）用户在相应的输入框中输入相应的参数，单击“新建”就可以保存新的变压器参数；
（3）用户在相应的输入框中输入相应的变压器的编号，然后输入相应的参数，单击“修改”就可以修改变压器参数；
（4）在相应的输入框中输入相应的变压器的编号，单击“删除”就可以删除变压器参数；
4.1.3线路型号
“线路型号”模块主要是为了方便用户方便快捷的查看已有线路型号的参数，包括型号、电抗、电阻、电导、载流量。用户还可以在这里添加线路型号，方便接下来的使用。单击主界面上“侧边框”的“系统数据管理”中的“线路型号”，会出现“线路型号”界面，如图4-6所示。
图4-6线路型号界面
（1）用户在界面左边可以看到线路的型号、电阻、电抗、电纳、载流量；
也可以在右边的线路编号输入框中输入线路编号就可以查看该型号的所有参数。
（2）用户可以在相应的输入框中输入相应的参数，单击“新建”就可以保存线路参数；
（3）用户可以在相应的输入框中输入相应的线路的编号，然后输入相应的参数，单击“修改”就可以修改线路参数；
（4）用户在相应的输入框中输入相应的线路的编号，单击“删除”就可以删除线路参数；
4.2区间电流计算
区间电流计算模块主要是为了计算合环电流，其中还可以显示出各节点电压、变压器及线路损耗，系统对越限的线路，还会提供相应调节措施。（目前系统只能提供电容调节，其他措施还有待开发）
区间电流计算模块主要是根据数据管理系统中的数据，运用区间算法，根据前推回代法求出节点电压、系统损耗以及合环电流。用户在进行区间电流计算之前要在“系统数据管理”中输入完整的线路参数信息，也可以在系统自带的线路参数中选择，如果没有适合用户仿真的线路参数，请用户单击“新建线路”进行添加线路信息。
用户可以单击主界面上“侧边框”的“区间电流计算”，即进入了区间电流计算管理界面，如图4-7所示。
图4-7广安4区间电流计算界面图
本章主要以广安4为例进行配电网合环电流计算。用户只需在两侧分别选择广安4然后单击“计算“就可以进行配电网合环电流计算。系统输入的信息如下：
表4-1广安4配电网输入的参数值
各侧线路名称电压最大值1电压最小值1电压相角最大值1电压相角最小值1
1侧飞沙F4117.7106.70-5
2侧虎桥F17117.7106.70-5
变压器电抗变压器电抗变比最大有功负荷2最小有功负荷2
0.0075635140.401309909116.702646913865.957908367875
0.0028268650.164594138116.0250166764155.355570379035
最大无功负荷2最小无功负荷2线路电阻线路电抗线路电纳
3.2462400613062.885546721161.2388739990.28589399998420
2.9180487584042.5938211185822.3147919990.76943200003420
线路最大有功负荷3线路最小有功负荷3线路最大无功负荷3线路最小无功负荷3线路载流量
1.4894770919690.7447385459840.7213866800.360693340145.364
1.3388925947590.6694462973790.6484552790.324227639823.409
通过配电网合环系统计算得出以下结果：
表4-2配电网广安4合环软件结果
各侧线路名称电压最大值3电压最小值3电压相角最大值3电压相角最小值3
1侧飞沙F41.0037842990.881678045-1.240849137-7.518001556
2侧虎桥F171.002229810.877630711-0.383214891-6.245779514
合环后电流最大值合环后电流最小值变压器最大有功损耗变压器最小有功损耗变压器最大无功损耗
0.38760000507.0338E-063.71159E-060.000373204
0.42320001102.08265E-061.11089E-060.000121262
变压器最小无功损耗线路最大有功损耗线路最小有功损耗线路最大无功损耗线路最小无功损耗
0.0001969323.95922E-057.63643E-069.13666E-061.76225E-06
6.46817E-056.03275E-051.1565E-052.00527E-053.84418E-06
系统输出的结果界面图如图4-8所示。
图4-8配电网合环软件输出结果
由上述表中数据我们可以看出：一侧飞沙F4线路的最小载流量为0.364KA，而合环后产生的最大稳态电流为0.3867KA.二侧虎桥F17线路的最小载流量为0.409KA，而合环后产生的最大稳态电流为0.4232KA。也就是说，如果没有进行任何调节措施就进行合环，该线路可能就会出现电流越限的情况，就可能给配电网的安全、稳定运行带来危险。在这种情况下就必须得进行合环电流的控制，本软件合环电流的主要调节措施是投入电容控制。通过投入电容器组去限制合环电流。在本算例中，无法通过投入电容器组使合环电流在最小载流量的范围内，结果如图4-9所示。也就是说，操作人员在这种情况下无法通过投入电容器进行合环操作。
图4-9配电网合环软件越限控制界面图
4.3短路电流计算
短路电流计算模块是模拟根据模型的实际情况，选择一些可能出现短路的地点，模拟四种短路故障类型（单相短路、两相短路、两相接地短路、三相短路），从而计算出短路电流。用户可以单击“边框”的“短路电流计算”，就会弹出一个窗口，如图4-10.
图4-10配电网合环软件短路电流计算结果
用户只需要在界面的相关的区域内输入配电网的参数信息，包括外网电压值，变压器、外网、线路及负荷的正序、负序、零序阻抗，以便用户进行电抗器的选择。输入数据后，用户需要单击“环内短路电流计算”或“环外短路电流计算”，系统就会自动模拟四种短路故障，从而计算出在不同短路点及不同短路故障时的短路电流。
为了防止因电力系统发生故障时而导致短路电流过大，我们一般会选择投入电抗器。用户可以单击“设备校验”，系统就会弹出一个窗口如图4-11所示。
图4-11电抗器百分数选择界面
用户单击“选择电抗器”，并在电抗器电抗百分数选择框内输入相应的信息，单击“确定”，系统就会计算出结果。由于这里缺乏相应的数据，所以这里就不在加以计算。
4.4本章小结
本章主要是用第三章的基本理论编译出来的配电网合环运行软件进行实际应用的说明。通过南沙供电局提供的数据进行配电网合环计算的模拟仿真，并最终得出了相应的结论，用事实说明了配电网合环软件的可行性。
第五章 结论
本文主要立足于配电网潮流计算方法中的前推回代法，应用了区间算法的基本理论，通过建立配电网简化模型，对配电网的合环进行了潮流计算。与此同时，运用VB6.0及Access数据库作为平台开发了这个软件，使得配电网的合环计算更加方便、快捷，为配电网操作人员提供了参考依据。本文对于提高配电网供电可靠性具有重要意义。本文主要内容有：
（1）对于10KV低压配电网，通过考虑电压相角及负荷变化对潮流计算的影响，使用了区间电压及区间负荷，使得潮流计算结果更加准确。这个模型与现实情况更加相似，具有很好的利用价值。
（2）通过前推回代法对配电网的合环进行潮流计算，从而得到模型中各节点电压，通过比较合环开关两侧的电压差，最后运用欧姆定理与叠加原理计算出配电网合环时的稳态电流。本文分析了合环电流产生的原因，并提出了配电网合环的条件。对于合环电流过大而导致越限的线路，系统还提供了降低合环电流的方法。
（3）考虑到电力系统可能出现的短路故障，软件还模拟了四种短路故障类型，分别计算出其短路电流情况。对于短路电流超过设备保护值的线路，本文还提供了限流的措施。
（4）为了满足用户的使用要求，立足于前推回代法与区间算法，运用VB6.0及Access数据库开发了一套配电网合环软件。通过建立配电网的等值模型，对配电网的合环进行了准确的计算，且计算精度较高。本文对于系统的使用进行了详细的说明。
由于时间跟水平的限制，本文还有很多不足：
（1）配电网在合环的暂态过程比较复杂，需要考虑的因素也比较多，所以本文对冲击电流的研究很少，这个也是配电网合环时需要注意的问题。
（2）对于合环电流的限制措施，本文主要研究了投入电容器调节，远远难以满足工程实际需要。
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致谢
本文在完成的过程中遇到了很多难题，幸好有朱建全老师的认真指导与帮助。朱老师不仅学识丰富，而且思维严谨。在论文完成的过程中给予我很多的修改建议。不仅在学术中给予我以明灯，在生活上更是给我很大的指导与帮助。在大学期间，非常感谢有朱老师的认真指导。
借此论文完成之时，特向对我认真指导的老师致以最真诚的谢意和崇高的敬意。
最后，感谢大学以来同学们对我的无限支持与帮助。
指导教师对本设计（论文）的审阅意见：
论文致力于南沙配电网合环运行应用软件的研究，选题具有较好的理论意义和应用价值。还根据实际情况编译出实用的配电网潮流计算的程序，可以很好的计算出配电网中各节点的状态信息。
本论文的主要成果有：1、建立了配电网合环运行模型，选取了比较实用的配电网合环等值模型，为配电网的潮流计算奠定了良好的基础。2、通过选取正确的潮流计算方法，将其应用与实际情况，很好的计算了配电网合环运行时的实际情况，为配电网的合环运行奠定了较好的基础。3、与广州南沙的10kV配电网的实际情况结合，整理出其设备的具体型号与参数，很好的提供了方便用户的使用的软件。4、立足于安全与经济两个方面，为配电网合环点的选择提供了较好的参考依据。
论文的不足之处：对于主网的研究相对较少，对于配电网合环过程中暂态过程也没有进行相关研究。今后的研究可以针对这些问题进行相关探讨。
论文研究内容丰富，具有较强的实用性，结构严谨，条理清晰，书写规范，公式推导正确，结论正确，对南沙配电网的合环运行提供了良好的参考依据。
指导教师签名：
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