CN105391068B - 基于安全工作区间的中压配电系统线路n‑1校验方法 - Google Patents

基于安全工作区间的中压配电系统线路n‑1校验方法 Download PDF

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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N‑1校验方法,包括:输入中压配电系统结构信息,用于对中压配电系统进行拓扑结构分析,梳理线路之间的联络关系;对中压配电系统进行接线模式分析;读入中压配电系统工作点信息;给出中压配电系统线路安全工作区间的安全边界;计算中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界的安全距离;判断中压配电系统工作点的运行状态;给出研究区域电网线路N‑1校验结果。本发明能够从配电系统网架结构的角度出发,基于馈线互联关系,对已有配电系统工作点进行描述,进而描述中压配电系统线路安全工作区间边界,计算系统工作点到线路安全工作区间边界的安全距离。能够提供更全面的安全信息,更适合在实时调度运行中应用。

Description

基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法
技术领域
本发明涉及一种配电网供电安全校验方法。特别是涉及一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法。
背景技术
配电系统作为电能生产、传输和使用的重要环节,是联系用户与发、输电系统的纽带。在配电系统规划、运行及调度时,通常要采用N-1安全准则进行配电系统接线模式评估,即检验配电系统规划设计或运行调度方案是否满足N-1安全准则。N-1安全准则要求配电网在运行时,当配电网中的某个独立元件(如主变、馈线等)发生故障,电网中不会出现不应该的用户停电。配电系统N-1校验是分析配电系统运行安全性与可靠性的重要手段,也是电网规划过程中不可忽视的重要组成部分,对电网规划和运行均具有十分重要的意义。
然而,配电系统拓扑结构多变、元件规模庞大,传统配电系统线路N-1校验方法通过对研究区域内的线路逐条进行N-1校验,即在给定工作点下,假设每一条线路都有可能发生故障,且分析每一条线路发生故障后的情形,通过大量仿真计算来校验该线路发生故障后电网是否安全,计算量大,计算速度慢,且仿真结果只能给出安全或不安全的判断以及哪些线路N-1校验不通过,难以对系统的运行状态给出整体评价,如系统工作点距离不安全运行状态的裕度是多少,工作点超出安全值的容量是多少,对工作点进行预防性控制的方向如何、量度又是多少。
为解决上述问题,构建中压配电系统线路安全工作区间边界的描述方法及系统工作点距离线路安全工作区间边界距离的计算方法,具有良好的应用价值和工程价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,能够从配电系统网架结构的角度出发,基于馈线互联关系,对已有配电系统工作点进行描述,进而描述中压配电系统线路安全工作区间边界,并计算系统工作点到线路安全工作区间边界的安全距离。
本发明所采用的技术方案是:一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,包括如下步骤:
1)输入中压配电系统结构信息,用于对中压配电系统进行拓扑结构分析,梳理线路之间的联络关系;
2)对中压配电系统进行接线模式分析,是按照不同的接线模式将中压配电系统的线路归到:单辐射接线、单联络接线、分段两联络接线和分段三联络接线的模式中,按照不同接线模式的特点对线路进行馈线段数量和负荷量信息的读入;
3)读入中压配电系统工作点信息;
4)给出中压配电系统线路安全工作区间的安全边界:
式中:ΩDSCSI表示线路安全工作区间,所述线路安全工作区间是连通的、无空洞的凸集及由线路安全工作区间的安全边界围成;BC表示线路安全工作区间的安全边界,所述安全边界是唯一存在的线性、紧致和不会打结的超平面;BCz表示线路安全工作区间的第z个安全边界;BCk表示线路安全工作区间的最后一个安全边界;nx|y表示与馈线x存在联络关系的馈线中的第y条馈线;表示馈线x发生故障时转带给馈线nx|y的负荷;表示馈线nx|y所带的馈线出口负荷;表示馈线nx|y的容量;nb|bΣ表示与馈线b存在联络关系的馈线中的最后一条馈线;表示馈线b发生故障时转带给馈线nb|bΣ的负荷;表示馈线nb|bΣ所带的馈线出口负荷;表示馈线nb|bΣ的容量;
5)计算中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界的安全距离;
所述的计算是根据欧式空间点到超平面的距离公式得到安全距离,计算公式如下:
式中:DC表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界BC的安全距离,DCz表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间第z个安全边界BC的安全距离;表示由馈线nxy分成的馈线段数量;当DCz为正值时,工作点处于安全边界BCz之内;当DCz为负值时,工作点处于安全边界BCz之外;当DCz=0时,表示工作点在线路N-1约束条件下是临界安全的;
6)判断中压配电系统工作点的运行状态,即判断中压配电系统当前工作状态能否通过线路N-1校验;
7)给出研究区域电网线路N-1校验结果。
步骤1)中所的结构信息包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置和配电网联络关系。
步骤3)所述工作点是由馈线段负荷组成的n维向量表示,具体表达式如下:
Wf=(f1,f2,…,fh,…,fl)T (1)
式中:Wf表示基于馈线段负荷的工作点向量;fh表示第h个馈线段的负荷;l表示全网馈线段的个数。
步骤4)是基于如下中压配电系统安全工作区间模型的基础上进行的:
式中:ΩDSSI表示中压配电系统安全工作区间,所述安全工作区间是连通的、无空洞的凸集;Fm表示馈线m所带的馈线出口负荷,对于单辐射和单联络线路,Fm等于馈线段负荷fm,对于多联络线路,Fm等于由馈线m分成的各馈线段的负荷之和;Fn表示馈线n所带的馈线出口负荷;trfmn表示馈线m发生故障时转带给馈线n的负荷;n∈Fm表示馈线n与馈线m存在联络关系;Pi表示主变i所带负荷;Pj表示主变j所带负荷;m∈Ti表示馈线m出自主变i的对应母线;n∈Tj表示馈线n出自主变j的对应母线;trtij表示主变i发生故障时转带给主变j的负荷;RFn表示馈线n的容量;RTj表示主变j的容量。
步骤6)中当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC都为正值时,所述工作点处于安全工作区间之内,即工作点满足所有线路N-1约束,处于安全运行状态;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为负值时,所述工作点处于安全工作区间之外,既处于不安全运行状态,其中所述的负值表示馈线负荷超出所对应的安全边界的负荷量;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为0时,表示工作点在线路N-1约束条件下处于临界安全运行状态;
每一个安全距离DC表示工作点距离安全边界BC的安全裕度,DC的绝对值越大表示工作点距离安全边界BC越远。
本发明的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,相对传统配电系统线路N-1校验方法,能够从配电系统网架结构的角度出发,基于馈线互联关系,对已有配电系统工作点进行描述,进而描述中压配电系统线路安全工作区间边界,并计算系统工作点到线路安全工作区间边界的安全距离。本发明计算量大大减小,计算速度大大提高,并能够提供更全面的安全信息,更适合在实时调度运行中应用,有利于提升电网规划设计与运行调度水平,促进电网供电安全校验技术的合理发展。
附图说明
图1是本发明基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法的整体流程图;
图2是本发明实施例所用的网络联络简化图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法做出详细说明。
在电网拓扑结构确定的前提下,配电系统安全工作区间是唯一确定的,因此对于拓扑结构一定的电网,只需事先计算一次线路安全工作区间边界,然后在任意工作点下只需计算该工作点相对各安全工作区间边界的距离,通过工作点在安全工作区间中的位置,即可以判断工作点的安全性,从而实现对全网线路一次性进行整体校验,并能够直观地展现工作点距离安全工作区间边界的安全裕度(工作点安全时)或工作点超出安全值的容量(工作点不安全时),对系统的运行状态给出整体评价。
本发明的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,在基于馈线互联关系的配电系统安全工作区间模型的基础上,构建中压配电系统线路安全工作区间边界(安全边界)的描述方法及系统工作点到线路安全工作区间边界距离(安全距离)的计算方法,适用于我国配电网供电安全校验工作。
城市电网的供电安全采用N-1准则,即:
(1)变电站中失去任何一回进线或者一台降压变压器时,不损失负荷;
(2)高压配电网中一条架空线,或一条电缆,或一台降压变压器发生故障停运时候;
a.正常情况下,不损失负荷;
b.在计划停运的条件下又发生故障停运,允许部分停电,但应在规定的时间内恢复供电;
(3)中压配网中一条架空线,或一条电缆,或配电室中一台配电变压器发生故障停运时;
a.在正常情况下,除故障段外不停电,并不得发生电压过低,以及供电设备不允许的过负荷;
b.在计划停运情况下,又发生了故障停运,允许部分停电,但应在规定时间内恢复供电。
(4)低压配电网中,当一台变压器或低压线路发生故障时,允许部分停电,待故障修复后恢复供电。
设定供电区域内共a台主变:T1,T2,…,Ti,…,Ta,b条线路:F1,F2,…,Fm,…,Fb
如图1所示,本发明的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,包括如下步骤:
1)输入中压配电系统结构信息,用于对中压配电系统进行拓扑结构分析,梳理线路之间的联络关系,中所的包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置和配电网联络关系;
2)对中压配电系统进行接线模式分析,是按照不同的接线模式将中压配电系统的线路归到:单辐射接线、单联络接线、分段两联络接线和分段三联络接线的模式中,按照不同接线模式的特点对线路进行馈线段数量和负荷量信息的读入;
3)读入中压配电系统工作点信息,所述工作点是由馈线段负荷组成的n维向量来表示,具体表达式如下:
Wf=(f1,f2,…,fm,…,fn)T (1)
式中:Wf表示基于馈线段负荷的工作点向量;fm表示第m个馈线段的负荷;n表示全网馈线段的个数;
4)给出中压配电系统线路安全工作区间边界,是基于如下中压配电系统安全工作区间模型的基础上进行的:
式中:ΩDSSI表示中压配电系统安全工作区间,所述安全工作区间是连通的、无空洞的凸集;Fm表示馈线m所带的馈线出口负荷,对于单辐射和单联络线路,Fm等于馈线段负荷fm,对于多联络线路,Fm等于由馈线m分成的各馈线段的负荷之和;Fn表示馈线n所带的馈线出口负荷;trfmn表示馈线m发生故障时转带给馈线n的负荷;n∈Fm表示馈线n与馈线m存在联络关系;Pi表示主变i所带负荷;Pj表示主变j所带负荷;m∈Ti表示馈线m出自主变i的对应母线;n∈Tj表示馈线n出自主变j的对应母线;trtij表示主变i发生故障时转带给主变j的负荷;RFn表示馈线n的容量;RTj表示主变j的容量;
所述的中压配电系统线路安全工作区间边界如下:
式中:ΩDSCSI表示线路安全工作区间,所述线路安全工作区间是连通的、无空洞的凸集及由线路安全工作区间的安全边界围成;BC表示线路安全工作区间的安全边界,所述安全边界是唯一存在的线性、紧致和不会打结的超平面;BCz表示线路安全工作区间的第z个安全边界;BCk表示线路安全工作区间的最后一个安全边界;nx|y表示与馈线x存在联络关系的馈线中的第y条馈线;表示馈线x发生故障时转带给馈线nx|y的负荷;表示馈线nx|y所带的馈线出口负荷;表示馈线nx|y的容量;nb|bΣ表示与馈线b存在联络关系的馈线中的最后一条馈线;表示馈线b发生故障时转带给馈线nb|bΣ的负荷;表示馈线nb|bΣ所带的馈线出口负荷;表示馈线nb|bΣ的容量;
5)计算中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界的安全距离;
配电网的安全性可以通过确定工作点在安全工作区间中的位置来进行评价。中压配电系统工作点到线路安全工作区间每一个边界均有一个安全距离,由于任一安全边界都是欧式空间的超平面。所述的计算是根据欧式空间点到超平面的距离公式得到安全距离计算公式如下:
式中:DC表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界BC的安全距离,DCz表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间第z个安全边界BC的安全距离;表示由馈线nx|y分成的馈线段数量;当DCz为正值时,工作点处于安全边界BCz之内;当DCz为负值时,工作点处于安全边界BCz之外;当DCz=0时,表示工作点在线路N-1约束条件下是临界安全的;
6)判断中压配电系统工作点的运行状态,即判断中压配电系统当前工作状态能否通过线路N-1校验,其中:
当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC都为正值时,所述工作点处于安全工作区间之内,即工作点满足所有线路N-1约束,处于安全运行状态;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为负值时,所述工作点处于安全工作区间之外,既处于不安全运行状态,其中所述的负值表示馈线负荷超出所对应的安全边界的负荷量;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为0时,表示工作点在线路N-1约束条件下处于临界安全运行状态;
每一个安全距离DC表示工作点距离安全边界BC的安全裕度,DC的绝对值越大表示工作点距离安全边界BC越远。
7)给出研究区域电网线路N-1校验结果。
下面给出具体实例:
假设某供电区块共A、B、C 3座变电站,馈路18回,馈线均采用JKLHYJ型号架空绝缘线。该网络的线路联络关系和主变基本信息分别如图2和表1所示:
表1变电站概况
本算例中选取电网两种典型运行状态,分别将本发明方法与传统线路N-1校验方法进行对比,以验证本发明方法的实用性与准确性。
电网在第一种运行状态下,网络结构及工作点信息和线路N-1校验对比结果分别如表2和表3所示:
表2网络结构及工作点信息(运行状态1)
表3线路N-1校验对比结果(运行状态1)
电网在第一种运行状态下,网络结构及工作点信息和主变N-1校验对比结果分别如表4和表5所示:
表4网络结构及工作点信息(运行状态2)
表5线路N-1校验对比结果(运行状态2)
由表3与表5的对比结果可以看出,本发明方法与传统线路N-1校验方法的校验结果完全一致;而且,传统线路N-1校验方法计算量大,计算速度慢,且难以对系统的运行状态给出整体评价;相比之下,本发明方法计算量小,计算速度快,且实现了对全网线路的一次性整体校验,能够提供更直观、更全面的安全信息,能够对系统的运行状态给出整体评价。以此可以验证本发明方法的实用性与准确性。

Claims (5)

1.一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)输入中压配电系统结构信息,用于对中压配电系统进行拓扑结构分析,梳理线路之间的联络关系;
2)对中压配电系统进行接线模式分析,是按照不同的接线模式将中压配电系统的线路归到:单辐射接线、单联络接线、分段两联络接线和分段三联络接线的模式中,按照不同接线模式的特点对线路进行馈线段数量和负荷量信息的读入;
3)读入中压配电系统工作点信息;
4)给出中压配电系统线路安全工作区间的安全边界:
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式中:ΩDSCSI表示线路安全工作区间,所述线路安全工作区间是连通的、无空洞的凸集及由线路安全工作区间的安全边界围成;BC表示线路安全工作区间的安全边界,所述安全边界是唯一存在的线性、紧致和不会打结的超平面;BCz表示线路安全工作区间的第z个安全边界;BCk表示线路安全工作区间的最后一个安全边界;nx|y表示与馈线x存在联络关系的馈线中的第y条馈线;表示馈线x发生故障时转带给馈线nx|y的负荷;表示馈线nx|y所带的馈线出口负荷;表示馈线nx|y的容量;nb|bΣ表示与馈线b存在联络关系的馈线中的最后一条馈线;表示馈线b发生故障时转带给馈线nb|bΣ的负荷;表示馈线nb|bΣ所带的馈线出口负荷;表示馈线nb|bΣ的容量;
5)计算中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界的安全距离;
所述的计算是根据欧式空间点到超平面的距离公式得到安全距离,计算公式如下:
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式中:DC表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界BC的安全距离,DCz表示中压配电系统工作点到线路安全工作区间第z个安全边界BC的安全距离;表示由馈线nx|y分成的馈线段数量;当DCz为正值时,工作点处于安全边界BCz之内;当DCz为负值时,工作点处于安全边界BCz之外;当DCz=0时,表示工作点在线路N-1约束条件下是临界安全的;
6)判断中压配电系统工作点的运行状态,即判断中压配电系统当前工作状态能否通过线路N-1校验;
7)给出研究区域电网线路N-1校验结果。
2.根据权利要求1所述的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,其特征在于,步骤1)中所述的结构信息包括元件信息、线路长度、各负荷位置及负荷峰值、断路器及隔离开关位置和配电网联络关系。
3.根据权利要求1所述的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,其特征在于,步骤3)所述工作点是由馈线段负荷组成的n维向量表示,具体表达式如下:
Wf=(f1,f2,…,fh,…,fl)T (1)
式中:Wf表示基于馈线段负荷的工作点向量;fh表示第h个馈线段的负荷;l表示全网馈线段的个数。
4.根据权利要求1所述的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,其特征在于,步骤4)是基于如下中压配电系统安全工作区间模型的:
<mrow> <msub> <mi>&amp;Omega;</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>S</mi> <mi>S</mi> <mi>I</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>trf</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>m</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>F</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>i</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>trt</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>m</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </munder> <mrow> <mi>n</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>trf</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>trf</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>RF</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>trt</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>RT</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中:ΩDSSI表示中压配电系统安全工作区间,所述安全工作区间是连通的、无空洞的凸集;Fm表示馈线m所带的馈线出口负荷,对于单辐射和单联络线路,Fm等于馈线段负荷fm,对于多联络线路,Fm等于由馈线m分成的各馈线段的负荷之和;Fn表示馈线n所带的馈线出口负荷;trfmn表示馈线m发生故障时转带给馈线n的负荷;n∈Fm表示馈线n与馈线m存在联络关系;Pi表示主变i所带负荷;Pj表示主变j所带负荷;m∈Ti表示馈线m出自主变i的对应母线;n∈Tj表示馈线n出自主变j的对应母线;trtij表示主变i发生故障时转带给主变j的负荷;RFn表示馈线n的容量;RTj表示主变j的容量。
5.根据权利要求1所述的基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法,其特征在于,步骤6)中当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC都为正值时,所述工作点处于安全工作区间之内,即工作点满足所有线路N-1约束,处于安全运行状态;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为负值时,所述工作点处于安全工作区间之外,即处于不安全运行状态,其中所述的负值表示馈线负荷超出所对应的安全边界的负荷量;当中压配电系统工作点距离所有安全边界BC的安全距离DC中的任一安全距离为0时,表示工作点在线路N-1约束条件下处于临界安全运行状态;
每一个安全距离DC表示工作点距离安全边界BC的安全裕度,DC的绝对值越大表示工作点距离安全边界BC越远。
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