配电网安全域的二维图谱

提出了配电网安全域(DSSR)图谱的概念,并绘制了无源配电网和2种典型有源配电网的DSSR二维图谱。首先,给出了DSSR图谱的定义和绘制方法。DSSR图谱是某一类型配电网所有可能的安全域二维图像的集合,包含了域的象限、形状等图像特征。然后,针对无源配电网、高渗供电网(容量渗透率约为40%)和自给网(容量渗透率约为100%),分别绘制其N-0(正常运行)和N-1的2套DSSR图谱。最后,对比分析了不同渗透率下的DSSR图谱变化规律。DSSR图谱的建立使得DSSR二维图像研究更具系统性,有助于直观理解配电网安全运行范围的几何特征。     

配电网安全域的全维观测

提出了配电网安全域(DSSR)全维观测的概念与方法。首先,在总结现有2维、3维投影观测不足的基础上提出全维观测的概念。其次,提出一种基于安全距离的全维观测方法。该方法包括以下内容:(1)定义DSSR的等效半径,即原点到所有有效安全边界的距离;(2)通过DSSR半径的折线图和雷达图进行全维可视化,以观察域的特征和凹陷;(3)定义凹陷指标和形状畸变指标量化描述域的凹陷程度和圆润程度;(4)分析凹陷对应的边界表达式,得出凹陷原因及改善方案。最后,进行算例验证并与投影法对比。上述方法能完整地观测高维域的形态,发现投影法难以发现的隐藏缺陷,为安全域信息的深度挖掘提供了新的工具。     

计及分布式电源与需求响应的智能配电系统安全域

中国城市电网正逐步发展为智能配电网,系统运行环境将更为复杂。配电系统安全域(DSSR)是指导配电网安全运行的新理论,文中考虑智能配电网的2个主要元素——分布式电源(DG)和需求响应(DR),从传统的负荷视角研究DSSR。首先,分析含DG和DR的配电系统安全性特点,给出相应的数学表达式,然后建立考虑DG和DR的DSSR数学模型。其次,通过观测算例电网的DSSR的二维截面图像,分析DG和DR对DSSR的作用机理,并基于此给出系统规划运行的指导建议。提出的DSSR的负荷视角与现有调度人员习惯一致,对于仍以负荷供电为主、以DG和DR服务为辅的城市配电网,可作为实用的安全运行分析工具。     

配电网安全域的凹凸性：定理、证明及判定算法

配电网安全域(distributionsystemsecurityregion,DSSR)是状态空间中的超多面体,凹凸性是其基本性质,该文提出和证明了DSSR凹凸性定理,并提出了判定算法。首先,给出凸集的定义、性质以及凹凸多面体的定义。其次,提出4条DSSR凹凸性定理和2条推论,并完成数学证明。定理1表明域为凸超多面体与DSSR为凸集等价。定理2、3和4为DSSR凹凸性判定定理,表明单负荷转移方案的DSSR为凸集;多负荷转移方案的DSSR有两种情形,当某负荷转移方案形成的域空间可以完全包含其他所有方案形成的域空间时,多负荷转移方案的DSSR为凸集,否则为非凸集。推论1表明凹域一定具有多种负荷转移方案,反之不成立;推论2表明单/多种负荷转移方案都可形成凸域。进一步,将抽象的定理实用化,提出2种多负荷转移方案DSSR凹凸判定算法,为判定凹凸、分析域空间的构成和性质提供2种不同路径。最后,采用主备接线模式和IEEE RBTS-BUS4扩展算例验证了所提定理。该文是DSSR理论的基础性工作,能帮助人们从数学角度更深刻认识DSSR的凹凸性,为基于安全域的安全性分析方法研究提供理论支撑。     

配电网安全域的表面积、体表比及圆润度

该文提出配电网安全域(distribution system security region,DSSR)表面积的概念,并结合体积描述高维DSSR几何上的圆润度。首先,将DSSR表面积定义为安全边界的整体大小。其次,提出一种降维采样的DSSR表面积算法。再次,深入研究DSSR的表面积与体积的关系。定义能反映DSSR整体形状特征的新指标——体表比,即围成单位体积所需表面积的倒数,得到几种典型接线模式的体表比参数。研究发现,接线模式具有固定的体表比,几何形状也具有固有的体表比,等周定理证明了圆的体表比最大。以高维空间球体的体表比作为基准,提出DSSR的几何圆润度定义,即安全域接近圆的程度。最后,用配电网算例验证所提概念和算法,并总结相关概念的物理意义。该文提出的圆润度定义可描述高维空间DSSR超几何体接近圆的程度,对评价和规划安全高效配电网具有直接指导意义。     

配电网安全边界的产生机理

该文研究揭示了配电网安全边界的形成机理。首先,定义了元件间的拓扑距离,根据N-X后两馈线是否产生电气连接以及故障后负荷转带路径的不同,将馈线联络关系归纳为3大类:N-1联系、N-2联系和无联系,并细分为7种。其次,在观测馈线来自同一主变和不同主变的两种情况下,分析了斜线边界、直线边界的产生原因,得出边界数量计算公式。最后,总结得到7种网络结构与完整安全边界二维视图的对应表,能无需仿真绘制安全域图像或解析列写边界方程,直接按网络结构查表确定安全边界的基本图像。总结发现了安全边界的形成机理和规律:当且仅当馈线联络为N-1联系时才会出现斜线边界;而直线边界总是存在。边界数由常量和变量两部分构成,斜线数常量随拓扑距离增加而减少,直线数常量则相反。     

配电网安全域的N×N形式维度

配电网安全域(DSSR)的维度描述了DSSR的问题规模,提出了一种新的维度定义,相比现有定义不仅更符合人们看待问题空间的习惯,还能得到单一数值表示问题规模。首先,提出了采用形式的DSSR维度定义。其次,给出了这种维度定义的计算方法和一般算法流程图,先根据馈线关联矩阵得到馈线组合,再计算虚拟全联络时的馈线组合数,最终得到维度定义中的等价馈线数。再次,研究了DSSR维度与网络结构的关系。最后,采用算例验证了文中定义和方法,并将维度用于解决DSSR二维观测组合规模大的难题,即任两回馈线都可能组合观测,但很多组合都不必要,根据文中方法能精确得到真正需要的组合,简化DSSR结果的使用。     

有源配电网的全象限安全域

针对有源配电网,提出了全象限配电系统安全域(TQ-DSSR)的概念与模型,并观测归纳城市配电网TQ-DSSR的拓扑特性。首先,讨论了有源配电网的正常运行约束与N-1安全性,再进一步建立TQ-DSSR模型。其次,观测TQ-DSSR的二维截面,与传统配电系统安全域(DSSR)对比发现,最显著的区别是TQ-DSSR由单象限域变为全象限域。对于以供电功能为主的城市配电网,TQ-DSSR的形状与DSSR相同,可能呈现五边形、梯形、矩形或三角形,但斜边与坐标轴在域方向夹角不只为45°,还可能为135°;TQ-DSSR最安全点为分布式电源出力最大且负荷空载工作点,不再是传统的零负荷坐标原点;TQ-DSSR状态空间中的安全性满足广义单调减性,即当割集净负荷增加时安全性降低或不变。TQ-DSSR模型反映了有源配电网中节点与支路潮流均有反向的基本特征,为后续考虑储能、微网与负荷响应等元素的完整智能DSSR奠定了基础。     

基于安全边界几何观测的配电网改造规划实用方法

提出了一种基于安全边界几何观测的配电网改造规划实用方法:介绍了有关安全边界理论的配电系统安全域(DSSR)和最大供电能力(TSC)曲线这2个内容;设计了多个反映DSSR和TSC曲线的形状、大小的几何观测视图以及几何观测指标,从而能全面地反映给定配电网的安全和效率特征;给出了改造规划的具体步骤;通过IEEE-RBTS-BUS4扩展算例验证了所提方法的有效性.算例结果表明,所提方法能直观地展现改造方案在安全域和供电能力方面的变化.所提方法从安全性和效率角度提供了新的配电网观察手段和分析工具,是现有配电网改造规划方法的重要补充.     

配电系统安全域的体积

该文提出了配电系统安全域(distribution system security region,DSSR)体积的概念与算法,分析了DSSR体积对电网的意义。首先,对DSSR体积进行了定义,DSSR描述了配电系统满足N-1安全的运行范围,体积是DSSR大小的度量。其次,提出了DSSR高效运行区的体积定义。再次,提出了基于蒙特卡罗仿真的DSSR体积算法。最后,通过算例验证了体积算法,并进一步研究了体积的用途。DSSR体积能提供一些最大供电能力(total supply capacity,TSC)无法给出的重要信息,选取TSC相同但DSSR体积不同的电网比较,发现体积大的电网具有更好的安全性能,在各个负荷增长方向上的安全裕量更均衡。该文提出的DSSR体积是反映配电网安全性能的新指标,对未来配电网的规划和运行具有重要的应用价值。     

配电网安全域的维度

提出了配电网安全域(DSSR)维度的概念及计算方法。首先,给出了DSSR维度的定义,综合考虑了DSSR边界约束个数及变量个数。其次,提出了一种基于主变压器联络关系向量的DSSR维度计算方法,该方法通过定义主变压器间的联络关系向量来体现网络结构特征,无需列写安全域表达式就能得到边界约束数及各约束中的变量数。最后,通过算例验证所提出的方法,初步分析得到了DSSR维度与配电网的关系,并归纳了边界数量取极值的条件。研究发现:对于不同规模的配电网,DSSR维度的大小受主变压器、馈线及分段开关数量的影响;对于规模相同的配电网,DSSR维度也可能不同,主要受主变压器间馈线联络方式的影响。提出的DSSR维度概念能严格地描述DSSR及对应的N-1安全性问题的规模,为DSSR安全理论提供了必要的基础。     

计及变电站低压侧接线的配电网最大供电能力计算与分析

针对现有最大供电能力(TSC)模型无法反映变电站低压侧接线形式不同以及主变N-1后站内优先转带的问题,提出一种基于N-1仿真逼近的计及变电站低压侧接线的配电网TSC算法。根据我国高压配电变电站10 k V侧典型低压侧接线建立配电网算例,研究TSC随低压侧接线形式不同的变化规律以及低压侧接线对TSC的影响机理。仿真结果表明所提方法所得TSC更为精确。     

部分元件N-1下的配电网供电能力与安全域

现有配电网供电能力(TSC)和安全域(DSSR)计及所有元件N–1,该文首次研究了部分元件N–1下的TSC和DSSR计算,发现不考虑部分关键元件N–1时,DSSR大小和TSC会较大提升。首先,分别提出了部分元件N–1下的DSSR、TSC和平均供电能力BSC模型及计算方法。其次,发现N–1故障集中不同元件及其组合对TSC和DSSR影响不同,故定义了N–1的关键故障集。然后,提出了一种确定关键故障集的实用方法:先遍历元件计算对TSC和DSSR大小的灵敏度,再综合评价排序,最终通过阈值筛选出关键故障集。算例验证表明,该文方法找到关键故障集后,若对其中元件加强防护、提高其可靠性,近似认为其不发生N–1时,可显著提高DSSR大小和TSC,这是一种提高配电网安全效率水平的新途径。     

基于凸包络的交直流混合配电网安全域

现有配电网安全域研究主要针对交流配电网,文中提出基于凸包络的交直流混合配电网安全域模型.首先,计及电压约束、馈线容量约束和关键设备出力约束,构建交直流配电网非线性安全域模型.其次,基于非线性规划模型求解交直流混合配电网安全边界点.最后,采取凸包络拟合的方法生成可观测的安全域空间.算例结果验证了凸包络拟合的合理性和优越性,同时评估了交直流混合配电网中换流器控制方式、换流器无功补偿量和系统电压下限等因素对安全域大小的影响.     

配电网供电能力曲线的数学模型与形成机理

配电网完整的供电能力呈一条曲线(TSC曲线),曲线点的值是严格安全边界点总负荷,大部分曲线点相对最大供电能力(total supply capability,TSC)下降。该文基于数学模型揭示TSC曲线的形成机理。首先,提出TSC曲线的数学模型。其次,基于数学模型发现了交叉机理:等式约束间的交叉量引起了等式约束和式的冗余,冗余量的增加导致边界点总负荷减小,即TSC曲线下降。然后,推导出交叉机理公式以计算下降量,进一步还得到交叉机理的物理意义:最小冗余对应TSC,是最优备用方案;冗余量与最小冗余之差是普通备用方案相对最优备用方案的容量浪费。最后,分别针对典型接线模式和配电网算例验证了交叉机理,还与现有文献的备用机理和分配机理对比。备用/分配机理从N-1备用转带过程出发,交叉机理从数学模型出发,机理解释更为简洁。     

基于潮流计算的配电系统安全域模型

现有配电系统安全域(distribution systems security region,DSSR)模型均未精确计及网损与电压约束,故与实际结果存在偏差。文章基于交流潮流方程建立精确计及网损与电压约束的DSSR新模型。基于逐点仿真法可以观测该模型下的DSSR局部边界。通过实际算例对比文中DSSR模型与传统基于直流潮流的线性DSSR模型,刻画二者误差,证实文中DSSR模型更为精确。通过分析网损和电压约束对误差的影响,给出文中模型应用场景的建议,为DSSR的实际应用提供了依据。     

基于安全域的智能配电网安全高效运行模式

提出了智能电网背景下一种基于安全域的配电网安全高效运行新模式。首先,分析了配电网最大供电能力(TSC)理论和配电系统安全域(DSSR)理论对未来配电网的影响。TSC理论能在满足N-1安全下提升负载率,DSSR理论使配电网实时安全性分析成为可能。其次,给出了配电网的安全防御体系,描述了各种安全状态和安全控制。然后,应用TSC和DSSR理论丰富了自愈控制功能,提出了以安全高效运行为目标的配电网实时监测、预警、预防、预测及优化控制的功能框架。此外还比较了基于安全域的运行新模式与配电自动化以及输电安全运行模式的区别和联系。最后,通过具有一定规模的实际中压配电网算例进行了验证,数据表明在该自愈控制体系下智能配电网能主动进行预防和预测控制并安全高效运行。     

面向智能配电系统的安全域模型

智能配电系统将具备快速的网络转供能力,变电站在下级配电网的支持下能够超越传统导则显著提高满足安全边界的最大负载率,因此,有必要研究能精确计算配电网安全边界的方法。文中将安全域方法应用于配电系统,提出了基于N-1安全性准则的配电系统安全域(DSSR)的概念和模型;定义了运行点相对于DSSR边界距离的计算方法;提出了基于DSSR的安全性评价方法及初步的安全控制方法;通过算例验证了模型及方法的有效性。     

有源配电网安全域的体积：定义、算法与分析

安全域体积描述了配电网安全运行范围大小，是配电网安全域(distribution system security region,DSSR)的一个重要指标。该文提出了有源配电网N-0(DSSR0)和N-1下安全域体积的定义和新算法。首先，将有源网安全域体积定义为状态空间中的n重积分，与现有无源网安全域体积定义的区别有：1）积分变量不同。无源网采用馈线负荷，有源网采用节点净功率。2）状态空间所在象限不同。无源网安全域位于第一象限，有源网安全域位于全象限。其次，提出了基于拟蒙特卡罗的新算法，适用于有源网和无源网安全域体积计算。相比于现有算法，有更好的精度和速度，且适用于直流潮流和交流潮流的安全域模型。最后，采用算例验证了该文定义和算法。深入分析得到了分布式电源接入位置与渗透率对N-0和N-1下安全域体积的影响规律和原因。     

配电网安全域的实证分析

完成了具有一定规模的实际配电网安全域(DSSR)实证研究,并应用于该电网的夏季大负荷分析。首先,简要介绍了现有的DSSR概念和理论,并针对调度部门需求对安全评价方法与安全控制方法进行了实用化改进。其次,在天津市核心城区选择了一个4.82km2的完全配电自动化覆盖的配电网,根据电网数据计算出该电网的安全边界方程,再进一步验证了该安全边界在电网运行中是实际存在的。最后,基于DSSR对夏季大负荷数据进行了安全分析,并将分析结果与已有安全分析报告对比。对比表明,计算得到的安全边界准确地反映了该电网的N-1安全运行范围,对于夏季大负荷的分析结果也与实际情况相符。