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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

配电网安全域的特殊二维图像：发现、机理及用途

二维图像是配电网安全域(distribution system security region,DSSR)可视化观测的最常用方式,所有可能出现的图像被归纳成DSSR图谱。该文发现现有图谱外的2种新图像,并揭示了图像的产生机理。首先,简介DSSR二维观测和现有图谱。其次,给出新发现图像,其特征是斜线边界上具有直角"凸起"或"凹陷",故命名为"斜线凸"和"斜线凹"。然后,分析得到特殊图像的产生机理:若配电网N-1后存在多种负荷转带方式,对应DSSR为非凸集,造成域表面的凸起与凹陷,二维切割后出现"斜线凸"和"斜线凹"。实际配电网一般具有多转带方案,因此特殊图像是普遍存在的。为阐述机理,该文3D打印了两供一备接线的完整DSSR,二维剖面后成功复现了新图像,并采用分段联络接线及2个IEEE RBTS-Bus4扩展算例进行了验证。该文是完整DSSR图谱的重要补充,能帮助人们更全面认识DSSR的几何特征。研究结果具有应用价值,不仅能提高安全性评估的准确性,还能引导工作点规避凹区和利用凸区,从而达到安全高效。     

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。     

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。     

配电系统安全域的数学定义与存在性证明

该文从数学上描述了配电系统的N-1安全性,给出了安全域(distribution system security region,DSSR)的严格数学定义,并首次证明DSSR的存在性。首先,从数学上描述了配电系统运行的状态空间与正常运行方式下的约束条件。其次,为描述N-1安全性及安全程度,提出了安全函数的概念,并给出一个具体的安全函数,并证明其具有连续和单调减的重要性质。再从数学上将N-1安全性描述为安全函数满足某个预定临界值的问题。然后,给出了更严格的DSSR数学定义:DSSR是所有安全工作点的集合,该集合具有封闭的边界,边界内部均为安全工作点,外部均为不安全工作点。最后,从数学上证明了对于任意给定配电网,其DSSR一定存在。文中工作对揭示配电网安全域的数学本质具有重要意义,为未来智能配电系统安全高效的运行及规划技术奠定理论基础。     

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.     

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。     

有源配电网的安全距离与安全分析方法

提出了有源配电网的安全距离与安全分析方法。首先,提出了状态距离的概念,并建立了按方向和长短分类的有源配电网安全距离概念族。其次,提出了有源配电网中各类安全距离的计算方法,考虑了安全距离不存在或无穷大的情况,且能求解正、反向潮流边界的安全距离。再次,提出了基于状态安全距离排序的安全分析方法,得到最危险和最安全的方向及代价最小的安全控制方案;分析结果还包括越界边界、越界点、位移以及垂向轴向越界方向、正反向越界模式等丰富信息。最后,通过算例验证了所提方法。文中发展完善了配电网安全距离这一重要概念,越界分析方法也丰富了现有安全分析内容。     

面向区域综合能源系统的安全域模型

区域综合能源系统(RIES)中自动化水平的提高为故障后的负荷转带奠定了基础,基于N-1安全准则的系统安全边界有待研究。针对以能量枢纽(EH)为多能供应源的RIES,提出了RIES安全域概念与模型;分析了RIES的N-1安全性校验方法,包括EH关键设备N-1安全性校验与EH关键管线出口N-1安全性校验;基于系统最大供能能力工作点,提出了安全边界仿真拟合计算方法,实现了安全域的降维观测;结合算例验证了所提模型的有效性,并讨论了系统的供能能力、安全状态与安全边界距离。     

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N-1安全准则的智能配电网多目标重构策略

智能配电网背景下,N-1安全准则是配电网安全运行中的重要准则,而现有文献中的配电网重构模型均未计及N-1安全准则,所得重构结果未必满足安全性要求。为解决这一基础性问题,文中提出了一种计及N-1安全准则的配电网多目标重构新策略。首先,基于配电系统安全域(DSSR)中安全距离这一概念,定义了安全距离均值、安全距离均衡度、安全距离均衡比3个量化描述N-1安全的指标。其次,给出了以降低网损和减小安全距离均衡比为综合优化目标的配电网多目标重构模型。然后,应用改进遗传和动态小生境差分进化的混合算法对该配电网多目标重构模型进行求解。最后,考虑静态重构和动态重构两种情境,通过算例对比所提模型与现有文献模型,结果均表明,文中模型所得重构结果满足N-1安全准则,综合考虑系统经济性、安全性下更优,验证了所提模型和求解算法的正确有效性。