配电网的供电能力分布

提出了配电网供电能力分布的定义、指标和计算方法,解决了现有最大供电能力TSC没有完整描述不同负荷分布下系统能力范围的问题。首先,提出了安全边界供电能力(boundary supply capability,BSC)的定义,BSC定义为配电网安全域边界上某工作点的负荷之和,反映了该工作点的效率;所有边界工作点的BSC构成了配电网供电能力的分布,称为BSC分布,TSC是BSC分布中取极大值的部分。其次,提出了计算BSC分布的抽样算法,通过抽样得到能够完整描述安全边界的点集,再计算所有工作点的BSC值得到抽样BSC分布。再次,进一步加工分析:按BSC大小排序得到BSC排序曲线;统计得到BSC占比图;按BSC值乘占比后求和得到BSC均值,BSC均值比TSC值更综合反映了配电网供电能力。最后,通过算例验了所提概念及方法,并初步探讨了BSC不同的原因。首次探讨了配电网在不同负荷分布下的供电能力分布问题,提出的BSC比TSC更全面地反映了电网效率,为智能配电网规划方案选取提供了更精准参考依据。     

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。     

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。     

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。     

基于最大供电能力的配电网规划理念与方法

为充分发挥配电网效率,提出基于最大供电能力(totalsupply capability,TSC)的配电网规划理念方法。首先,给出TSC规划流程:1)计算TSC和可扩展的最大供电能力;2)负荷与TSC匹配的总量校验与优化调整;3)负荷与TSC匹配的分布校验与优化调整;4)N1校验验证。其次,将常见的配电网建设改造手段按代价从低到高归纳为3大类10种规划措施,并给出这些措施在TSC规划流程中何时采用。其中,负荷分布调整是TSC规划的首选措施,能通过调整负荷在主变和馈线间的分配消纳新增负荷,为此提出一种负荷再分配的优化方法。最后,通过算例演示TSC规划的过程,并与传统规划对比。基于TSC的规划与传统规划先考虑变电容量匹配再进行网络规划的思路不同,其理念是优先通过优化配电网结构及运行方式提升TSC满足负荷,其次再考虑新增变电容量,从而达到充分利用已有网络销纳新增负荷目的,适合目前城市建成区复杂配电网络的规划。     

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。     

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。     

考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力

“双碳”目标下,配电网将承载分布式发电、电动汽车、电采暖等低碳技术的大规模应用,面临着承载能力不足、负载不均衡以及电能质量等问题的严峻挑战,而低压台区柔性互联技术被认为是应对上述挑战的有效手段。因此,研究了考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力(TSC)。首先,给出了考虑台区柔性互联的配电网典型结构以及运行方式,建立了考虑柔性互联设备多端口潮流灵活分配、负荷多级转供的配电网TSC模型;其次,针对所提TSC模型的非线性非凸特征,提出了基于分支定界算法的模型求解方法;然后,计算了实际台区柔性互联配电网算例的TSC,并进行N-1安全性校验;最后,观测了不同低压柔性互联设备容量下TSC数值的变化规律,给出了台区柔性互联配电网的规划运行建议,为低压台区柔性互联技术在配电网的大规模应用提供了理论基础。     

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。     

配电网安全域法的改进及与N-1仿真法的对比验证

配电系统安全域(DSSR)是一种新的配电网安全评价方法,但是现有DSSR方法尚未给出N-1仿真安全评价法能够得到的所有信息,文中对DSSR法进行改进并与仿真法全面对比。首先,分析了两种方法的原理:N-1仿真法逐个模拟元件故障,通过校验是否满足过负荷等静态安全约束来评价是否安全,并用停电范围和容量裕度来分别衡量不安全和安全的程度;DSSR方法预先根据网络结构和参数计算N-1安全边界,不需要仿真,能够通过判断工作点在安全边界内外快速计算电网是否安全,再依据工作点到安全边界的距离来衡量安全或不安全程度。然后,在此基础上提出了DSSR安全评价的改进方法,使其能够得到仿真法的所有结果,包括按严重程度排序的故障集、过负荷元件集和过负荷的大小。最后,通过算例将两种方法进行对比,验证了改进方法的正确性和快速性。所述工作不仅扩展了DSSR方法的功能,还揭示了DSSR方法与仿真法的关系,解释了DSSR法能够不经过仿真准确得到N-1安全分析结果的原理,为DSSR的实际应用奠定了理论基础。     

N-0安全的城市配电网安全域与供电能力

现有的配电网安全域与供电能力大都基于N-1安全准则,文中提出了N-0安全(即正常运行约束下)的城市配电网安全域模型和供电能力模型。首先,分析了研究N-0下的安全域及供电能力的必要性。然后,分别提出了N-0下配电网安全域和供电能力模型及供电能力曲线的概念和数学模型。最后,通过算例验证了所提模型的有效性,并分析了安全域与供电能力在N-0和N-1下的区别、联系以及在运行和规划中的使用方法。     

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。     

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。     

基于容量边界与电压边界的潮流模型选择方法

在对配电网安全域(DSSR)、供电能力以及安全分析进行建模时,针对直流潮流模型选择缺乏量化依据问题,提出了基于容量边界与电压边界的潮流模型选择方法.首先,在DSSR交流潮流模型基础上,提出了容量边界和电压边界的概念.其次,基于馈线长度变化时二者的位置关系寻找临界长度,即容量约束或电压约束主导的分界点.若馈线长度小于主导分界点确定的临界长度,则容量约束更严格,可采用直流潮流模型;反之,电压约束更严格,应采用交流潮流模型.最后,针对中国城市、城镇和乡村配电网,计算得到不同导线型号、功率因数和调压措施的临界长度参考值.同时给出了导则中5类供电区域的潮流模型选择建议.     

基于最大供电能力的智能配电网规划与运行新思路

探讨了智能电网背景下的配电网建设规划和运行新模式,提出了配电系统高效规划建设与运行的理念。首先,指出快速网络转供能力是未来智能配电网一个新的边界条件,并介绍了计及该边界条件的供电能力理论。然后,在此基础上对目前中国配电网发展面临的问题进行了探讨:大量建设改造后的配电网具备很大的供电能力挖掘空间,通过网架优化能达到降低容载比和大量节约电网投资的效果;配电自动化等二次系统投资的主要效益在于提高一次系统的利用率;复杂的联络配电网络存在简化的必要性和可行性;网架结构和导线型号在标准化的同时也应具有个性化特点;智能配电网调度运行的发展方向是建立基于安全监视、报警、控制及优化安全框架的高效运行体系。最后,提出了适用于成熟配电网的基于供电能力优化的新规划思路,并给出示例。其特点是优先利用已有网络消纳新增负荷,其次再考虑新增变电容量。     

考虑N-1安全约束的220kV片区电网最大供电能力计算

电网最大供电能力(TSC)的准确计算可有效引导电网的规划和运行。在考虑N-1静态安全约束的交流潮流非线性模型的基础上提出了一种完整电网模型与220kV片区电网模型交替迭代的方法来求解220kV片区电网的TSC,该方法在缩减计算规模、加快计算速度的同时,能有效地提高计算精度。实际电网中对负荷分配均衡性有一定的要求,因此,提出了考虑负荷均衡平衡的TSC计算模型。最后,以广州某220kV片区电网为算例分别对所提出的模型和不考虑负荷均衡平衡的模型进行了TSC计算,并对其结果进行了对比分析,验证了所述方法和模型的可行性与有效性。