技术领域

本发明涉及配电系统安全域领域， 特别涉及一种基于域的配电系统安全评价方法 。 背景技术

配电系统是联系终端用户和发电系统或输电系 统的纽带， 是保证用户可靠供电的重要 环节。 智能电网将彻底变革配电系统， 实现配电系统的充分信息化， 可以通过新型传感器 和通讯手段获配电网的大量实时信息， 智能开关设备将广泛使用， 为配电系统的安全高效 运行提供全新的基础条件。 在输电系统中， 近十几年来， 安全域的研究已经取得了一系列 成果， 并已在国调中心、 天津、 河南等省网调度以及北美得以应用。 安全域方法的提出加 深对电力系统安全域边界的性质与规律的认识 ， 可提供系统工作点在安全域中的相对位 置， 从而获得各种必要信息， 大大减少了计算量， 并使各种与调度相关的最优化问题中稳 定性约束的计及变得十分简易。 配电系统的安全性理论研究相对输电系统非常 薄弱。 《城 市电力网规划设计导则》 规定了 N-1安全准则， 并依此为依据进行电网的规划、 建设和运 行。

发明人在实现本发明的过程中， 发现现有技术中至少存在以下缺点和不足： 目前的配电系统安全性研究都限于 N-1方法以及故障后恢复供电方法。 传统的配电网 N-1 安全性分析方法是对逐个元件假想故障并对故 障后的安全性进行分析， 计算量大、 速 度慢， 适合在离线分析中使用， 并不能满足实时在线运行的要求。 发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于域 的配电系统安全评价方法， 该方法减少 了计算量， 提高了运行速度， 并可以满足实时在线运行的要求， 详见下文描述：

—种基于域的配电系统安全评价方法， 所述方法包括以下步骤：

(1)根据配电系统中的主变的容量以及主变间的 联络关系获取配电系统安全域以及安 全边界；

(2)获取工作点与所述安全边界之间的距离；

(3)根据所述工作点与所述安全边界之间的距离 判断所述工作点是否在所述配电系统 安全域内， 如果是， 执行步骤 (4); 如果否， 执行步骤 (5);

(4)获取联络单元的负荷缺额或裕量 ， 流程结束；

(5)对主变的负荷进行调整，直到所述工作点回 到所述配电系统安全域内，执行步骤 (4)。 所述配电系统安全域通用为：

Ω ={7>(Γ)≤0} η台主变的配电系统安全域为:

II

(2)

+ (3)

(4)

T ≤H ieH (6) g (T) 表示对 T的一系列不等式约束， 为主变 的额定容量； 为主变_ /的额定容 量； 7为主变 的负载率； }为主变 '的负载率； . 为主变 发生 N-1故障时向主变 转 移负荷的大小； A为主变短时允许过载系数； RI _V 为主变 与主变_ /间联络线的极限容量； 为以主变 为中心的主变联络单元中的站内联络主变集合 ； Ω 为以主变 为中心的 主变联络单元中和站外联络主变集合； 7^„为7的下限； J _max 为 7；的上限； H为重载区； 公式 （2) 表示主变 发生 "ΝΛ"故障时向其他主变转移的容量等于自身负 荷； 公式 （3) 表示主变 发生 "N-\"故障时相同变电站的主变所带负荷不得超� ��它们短时允许容量值； 公式 （4)表示主变 发生 "N-\"故障时不同变电站的主变不能过载； 公式 （5)表示发生 "ΝΛ"故障时主变间转移容量不得超过主变间联 络线允许容量； 公式 （6) 表示重载区内 每个主变的负载率需要介于负载率上下限之间 。

所述安全边界 具体为：

首先将所述配电系统安全域简化为- 其中， J 定义为联络单元， 表示主变 以及所有与主变 有联络关系的主变的集合， 每一个不等式为所述配电系统安全域的一个安 全边界，所述安全边界 为在负载率空间中 的超平面， 所述配电系统安全域由《个安全边界 围成。

步骤 (2)中的所述获取所述工作点与所述安全边界之 间的距离具体为： 所述工作点与所述安全边界 之间的距离可由下式算出

步骤 (4)中的所述获取联络单元的负荷缺额或裕量 具体为： =∑ ¾ -∑ R _k = J∑ R _t ² x|A| (9)

keLUi keLUi keLUi

k≠i 的单位为 MVA。

本发明提供的一种基于域的配电系统安全评价 方法， 与现有技术相比具有如下的优 点：

本发明是域方法学在配电网安全高效运行中的 首次应用， 能够为运行人员提供配电系 统当前的安全裕度和最优控制信息， 从而使配电系统的在线实时安全监视、 防御与控制更 科学、 有效。 在未来智能电网背景下， 本发明具有巨大的应用前景。 由于配电系统的调度 中心数量更多、 分布更广泛， 配电系统安全域应用后， 能将现有的配电故障的快速恢复处 理过程到实时安全监控、 采取预防性控制措施的阶段， 从而大大提高配电系统的安全运行 水平。 并且， 安全边界的确定和精确计算是将设备负载率水 平提高到接近安全极限水平的 前提条件； 本发明相对于传统的 N-1校验更加高效， 实用， 不仅判断了工作点的安全性， 而且给出了工作点在配电网安全域中的位置， 为安全性的分析与控制提供了重要的信息； 而且只要当配电系统的拓扑结构固定， 不论联络开关处于什么状态， 配电系统安全域是固 定的， 减少了计算量。 附图说明

图 1为本发明提供的配电系统安全域的示意图；

图 2为本发明提供的配电系统的结构示意图；

图 3为本发明提供的一种基于域的配电系统安全� �价方法的流程图。 具体实施方式

为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施方式作 进一步地详细描述。

配电系统最大供电能力（Total Supply Capability, TSC )是近年来新提出的评价配电网 安全经济运行的重要指标。 配电系统最大供电能力 TSC 对应了输电系统最大输电能力 TTC。 经发明人研究发现， 达到最大供电能力时的变电站主变负载正好是 配电系统注入功 率空间的安全域边界 ^[1] 。

本发明实施例首次将域的方法学应用于配电系 统的安全稳定运行中， 定义符合配电系 统特点的配电系统安全域（Distribution System Security Region, DSSR)， 并提出了配电系统 安全域的快速计算方法。 基于配电系统安全域， 提出了基于配电系统安全域的安全性评价 方法。

101： 根据配电系统中的主变的容量以及主变间的联 络关系获取配电系统安全域以及 安全边界；

配电系统 N-1安全性中要求任意元件故障时负荷能顺利转 带， 对配电系统各主变的容 量提出了约束， 这一系列的约束条件可看做在负载率空间中的 安全域， 而每个约束可认为 是安全域的一个边界。 配电系统安全域定义为在负载率空间内满足配 电网中 N-1安全性约 束的所有工作点 T 的集合， 它描述的是配电系统整体能安全稳定运行的区 域。 其中， ^^ … ⁷ )是 _n 维欧式空间 Γ ( T e R ) 中的一个向量， Γ"为负载率空间， 其中 Γ„为 第 η台主变的负载率。

将配电系统安全域建模在负载率空间中， 是满足配电系统各种安全约束的可运行点的 交集， 因此， 配电系统安全域通用为-

Ω = {7 (Γ)≤0} g ( T) 表示对 T的一系列不等式约束， n台主变的配电系统安全域表示为:

(2)

(3)

tW ≤R (v,,j ） (4)

T ≤H i e H (6)

II

其中， 为主变 的额定容量； 为主变_ /'的额定容量； 7；为主变 的负载率； }为主 变 j的负载率； T _riJ 为主变 i发生 N-\故障 +时向主变 j转移负荷的大小； k为主变短时允许 过载系数； RLw为主变 i与主变 j间联络线的极限容量；

为以主变 为中心的主变联络单元中的站内联络主变集合 ； Ω 为以主变 为中心的 主变联络单元中和站外联络主变集合； 7^„为7的下限； J _max 为 7；的上限； H为重载区。

其中， 公式（2)表示主变 发生 "ΝΛ "故障时向其他主变转移的容量等于自身负荷� � 公式 （3 ) 表示主变 发生 "ΝΛ "故障时相同变电站的主变所带负荷不得超过� �们短时允 许容量值； 公式（4)表示主变 发生 "N-\ "故障时不同变电站的主变不能过载； 公式（5 ) 表示发生 "N- "故障时主变间转移容量不得超过主变间联络� �允许容量； 公式 （6) 表示 重载区内每个主变的负载率需要介于负载率上 下限之间。

为突出反映配电系统安全域的主要因素和简化 计算， 对配电系统安全域进行简化。 假 设在所有的主变联络容量是可以保证负荷的转 带的条件下， 而且配电网内负荷较为平均， 此时， 配电系统安全域可以简化为：

其中， J 定义为联络单元， 表示主变 以及所有与主变 有联络关系的主变的集合。 其中， 不等式组 （7) 中包含着 "个不等式， 每一个不等式即为配电系统安全域的一 个安全边界， 该安全边界为在负载率空间中的超平面， 表示了对主变 的 N-1约束， 配 电系统安全域 DSSR由《个安全边界 围成。

102： 获取工作点与安全边界之间的距离；

其中， 由工作点在配电系统安全域 DSSR中的位置， 可以知道配电系统安全或不安全 的程度。工作点在 DSSR中的位置可由工作点在负载率空间中距离� �超平面的距离来描述。 在负载率空间巾， 工作点与安全边界 A之间的距离可由下式算出

103： 根据工作点与安全边界之间的距离判断工作点 是否在配电系统安全域内， 如果 是， 执行步骤 104; 如果否， 执行步骤 105 ;

根据 DSSR定义， A为正值时， 工作点在配电系统安全域内时， 配电系统处于安全运 行状态； 否则， A为负值时， 配电系统不安全， 即当工作点满足配电系统安全域约束时是 安全的， 由此方法可分析配电系统的安全性。

104： 获取联络单元的负荷缺额或裕量 ， 流程结束；

当安全距离与联络单元在主变 发生 N-1时失去的负荷量成正比，当距离 A为正值时， 与联络单元的富余容量成正比。 表示联络单元的负荷缺额或裕量， 可表示为

L,的单位为 MVA。

105： 对主变的负荷进行调整， 直到工作点回到配电系统安全域内， 执行步骤 104。 其中， 具体操作时， 根据 A的取值， 对主变的负荷进行相应的调整， 重新执行上述步 骤 101-103， 当工作点回到配电系统安全域内， 执行步骤 104， 得到联络单元的负荷缺额或 裕量^后， 流程结束。

其中， 参见图 1， 当配电网中只有三台主变时， 配电系统安全域是在 3维空间中的， 在三维空间中配电系统安全域可以表示为可视 化图形， 图中正方体的各个面以及黄、 紫和 橙三个平面表示了安全边界 （在 n维空间中安全边界为超平面）， 配电系统安全域为图中 黄， 橙色两个平面以及过原点的三个平面围成的多 面体。 如果配网系统中主变个数超过 3 个， 可将某些主变的负载率固定， 分别来进行 DSSR可视化分析。

下面用一个配电系统来说明本发明实施例中的 实施方式， 详见下文描述： 1、 配电系统基本情况

配电系统如图 2所示， 各主变间的互联关系如表 1所示。 表 1 配电系统中变电站数据

主变过载系数 1， 根据配电系统中主变的联络关系， 表 1中的数据以及式子（7)可 得配电系统安全域为

407； +407 <40

407； + 407； + 407； + 637； ≤ 143

_ 407； + 407； + 40T ₄ + 63Γ ₅ + 637； < 206

― I 40Γ ₃ +40Γ ₄ + 63Τ ₅ + 63Γ ₆ ≤ 166

40Τ ₂ + 40Τ ₃ + 40Γ ₄ + 63Γ ₅ + 637； < 183

407； + 40Γ ₄ + 63Τ ₅ + 63Γ ₆ ≤ 143 由配电系统安全域可以看出， 配电系统安全域由六个超平面围成， 这六个超平面分别 被编号为 ^-^5

2、 基于配电系统安全域的安全性分析

下面将结合工作点对配电系统的安全性进行分 析- 当配电系统中所有主变都是空载， 工作点为 Γ =(0,0,0,0,0,0)， 可以用工作点距离各安 全边界的距离来表示其在配电系统安全域中的 位置， 进而表示其安全性。 表 2给出了 Γ。距 离各安全边界的距离。 表 2 Γ _η 距离各安全边界的距离

理论上空载点是最安全的工作点， 因为没有负荷， 工作点距离各安全边界的距离是最 大的。 但空载工作点的效率也为 0， 是一种极端情况。

当配电系统中所有主变都是半载运行时， 工作点表示为？^二 ^ ^ ^ ^ ^ ，

J _M/ 在配电系统安全域中的位置在表 3中给出。 表 3 T _f 距离各安全边界的距离

由表 3可看出， 工作点：^^距离所有边界的距离均非负， 是安全的。 ^为 0， 表明其 处丁安全边界之上， 需引起注意。

取工作点为: ?^ =(0.8,0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8)， ^在配电系统安全域中的位置在表 4 中给 出。 表 4 ;„ _d 距离各安全边界的距离

由表 4可以看出， 此工作点 ； _∞1 是不安全的， 因为它已经超出了四个安全边界以外， 以 B!为例， L!为 -24， 这就意味着当主变 1发生 N-1时， 联络单元 1要丢失 24MVA的负 荷。

以调整单台和两台主变的负荷为例来描述采取 安全性控制措施后的再评价。

1 ) 调整单台主变的负荷

主变中有 6 台主变， 如果要控制单台主变， 有六种情况， 以工作点 0.3, 0.8, 0.6, 0.7, 0.7, 0.6)为例，如果将主变 1的负载率降为 0.2或将主变 2的负荷降为 0.7， 配电系统处于安全状态。 而配电系统会失去 40x0.1=4MVA的负荷。

2) 调整两台主变的负荷

以工作点 Γ = (0.3, 0.5, 0.6, 0.9 ,0.7, 0.7)为例， 该工作点在配电系统安全域中的位置在表 5 中给出。 表 5 Γ'距离各安全边界的距离

由表 5可以看出，配电系统处于不安全工作状态，� �主变 6发生 N-1时，将失去 5.2MVA 的负荷。 因此， 此工作点需作出调整。 以主变 1和主变 4调整负荷为例， 主变 1和主变 4 的负载率需被调整至 = 0.5, r ₄ = 0.7时， 经计算配电系统回到配电系统安全域内。 综上所述， 本发明实施例提供了一种基于域的配电系统安 全评价方法， 本发明实施例 是域方法学在配电网安全高效运行中的首次应 用， 能够为运行人员提供系统当前的安全裕 度和最优控制信息， 从而使配电系统的在线实时安全监视、 防御与控制更科学、 有效。 在 未来智能电网背景下， 本发明实施例具有巨大的应用前景。 由于配电系统的调度中心数量 更多、 分布更广泛， 配电系统安全域应用后， 能将现有的配电故障快速恢复到实时安全监 控、 采取预防性控制措施的阶段， 从而大大提高配电系统的安全运行水平。 并且， 安全边 界的确定和精确计算是将设备负载率水平提高 到接近安全极限水平的前提条件； 本发明实 施例相对于传统的 N-1校验更加高效， 实用， 不仅判断了工作点的安全性， 而且给出了工 作点在配电系统安全域中的位置， 为安全性的分析与控制提供了重要的信息； 而且只要当 配电系统的拓扑结构固定， 不论联络开关处于什么状态， 配电系统安全域是固定的， 减少 了计算量。 参考文献

[l]Jun Xiao, Fangxing Li, Wenzhuo Gu, et al, "Total Supply Capability (TSC) and

Associated Indices for Distribution Planning: Definition, Model, Calculation and

Applications", IET Generation, Transmission & Distribution, Volume 5, Issue 8, pp.

869-876, August 2011.

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实 施例的示意图， 上述本发明实施例序号 仅仅为了描述， 不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。