CN107147108A - 一种配电系统安全域维度的计算方法 - Google Patents

一种配电系统安全域维度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电系统安全域维度的计算方法，所述方法包括以下步骤：获取配电网的主变联络关系向量；计算馈线N‑1约束个数、及约束变量数；计算主变N‑1约束个数、及约束变量数；馈线N‑1约束个数、主变N‑1约束个数求和获取安全边界约束总数，馈线N‑1约束变量数、主变N‑1约束变量数求和获取安全边界约束变量总数；由安全边界约束总数、与安全边界约束变量总数组成配电网安全域的维度。本发明对给定配电网，能快速计算得到配电网安全域的维度，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，进而得到DSSR的维度。

Description

一种配电系统安全域维度的计算方法
技术领域
本发明涉及配电系统安全域(DSSR)领域，尤其涉及一种配电系统安全域维度的计算方法。
背景技术
随着智能电网技术的发展，配电网的自愈控制技术[1-3]水平不断提高，配电网的智能化程度将会与输电网更为接近。输电网安全域[4-6]的研究已经取得了很多成果，现有研究发现，安全域的方法[7]同样可以应用于配电网[8]。配电网安全域[9]被定义为使配电网能够持续安全稳定运行的所有满足N-1准则的工作点的集合。配电系统安全域已有了明确的数学定义，且存在性已经得到了证明[10]。基于TSC(最大供电能力)点的仿真逼近法[11]，能够计算出安全边界，并且能够观察到安全边界的拓扑性质。基于馈线互联的DSSR模型[12]，能够更加准确快速地描述配电网的安全边界。
实际配电网规模大，其DSSR边界数量往往非常多[13]。定义DSSR的规模是研究DSSR的一个基础问题。对DSSR规模的研究还未见报道，若要得到一个配电网的DSSR规模，还必须列写所有的边界方程，这对于大型配电网是非常费时费力的。DSSR的规模受到哪些因素影响，能否化简也尚待研究。这些工作对于分析配电网安全问题的规模大小、以及对后续实际应用中化简高维安全边界[14]具有重要意义。
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发明内容
本发明提供了一种配电系统安全域维度的计算方法，本发明对给定配电网，能快速计算得到配电网安全域的维度，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，进而得到DSSR的维度，详见下文描述：
一种配电系统安全域维度的计算方法，所述方法包括以下步骤：
获取配电网的主变联络关系向量；
通过主变联络关系向量计算馈线N-1约束个数、及约束变量数；计算主变N-1约束个数、及约束变量数；
馈线N-1约束个数、主变N-1约束个数求和获取安全边界约束总数，馈线N-1约束变量数、主变N-1约束变量数求和获取安全边界约束变量总数；
由安全边界约束总数、与安全边界约束变量总数组成配电网安全域的维度。
其中，所述主变联络关系向量具体为：
对于主变i，将称为主变联络关系向量：
1)j≠i时，
2)j＝i时，表示主变i与自身无互联关系；
其中，j为主变；xij、yij和zij均为馈线；符号表示单分段单联络馈线一侧，符号表示两分段两联络馈线的首端，符号表示两分段两联络馈线的末端。
进一步地，所述计算馈线N-1约束个数、及约束变量数具体为：
单联络一侧馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
两分段两联络馈线首端故障时，馈线N-1约束个数为2；
两分段两联络末端馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
馈线N-1约束变量数为：
进一步地，所述计算主变N-1约束个数、及约束变量数具体为：
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明通过定义主变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；
2、根据实际电网，列出了该配电网的DSSR所有安全边界方程，并发现采用主变向量法的DSSR维度计算结果与统计结果完全相等，说明主变向量法具有正确性和快速性的优点。
附图说明
图1为一种配电系统安全域维度的计算方法的流程图；
图2为算例示意图。
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，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种配电系统安全域维度的计算方法，该方法定义了DSSR的规模，在实际应用中，无需列写安全域表达式，就能快速得到边界数及各约束中的变量数，进而得到DSSR的维度，参见图1，该方法包括以下步骤：
101：获取配电网的主变联络关系向量；
102：通过主变联络关系向量计算馈线N-1约束个数、及约束变量数；计算主变N-1约束个数、及约束变量数；
103：馈线N-1约束个数、主变N-1约束个数求和获取安全边界约束总数，馈线N-1约束变量数、主变N-1约束变量数求和获取安全边界约束变量总数；
104：由安全边界约束总数、与安全边界约束变量总数组成配电网安全域的维度。
其中，步骤101中的主变联络关系向量具体为：
对于主变i，将称为主变联络关系向量：
1)j≠i时，
2)j＝i时，表示主变i与自身无互联关系；
其中，j为主变；xij、yij和zij均为馈线；符号表示单分段单联络馈线一侧，符号表示两分段两联络馈线的首端，符号表示两分段两联络馈线的末端。
其中，步骤102中的计算馈线N-1约束个数、及约束变量数具体为：
单联络一侧馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
两分段两联络馈线首端故障时，馈线N-1约束个数为2；
两分段两联络末端馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
馈线N-1约束变量数为：
其中，步骤102中的计算主变N-1约束个数、及约束变量数具体为：
综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤104实现了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，进而得到DSSR的维度，提高了工作效率、工作精度、满足了实际应用中的需要。
实施例2
下面结合具体的计算公式、实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：
201：定义配电网安全域的维度；
同时采用两个变量来定义DSSR的维度，即：对于安全边界数量为Qb，所有边界约束变量总数为Qv的配电网，本方法定义DSSR的维度：
Dim(DSSR)＝(Qb,Qv) (1)
其中，Dim表示维度。
202：计算配电网的主变联络关系向量；
本方法主要针对单分段单联络、与两分段两联络的配电网为例进行研究，其中单分段单联络、与两分段两联络为本领域技术人员公知的技术术语，本发明实施例对此不做赘述。
假设某个配电网，包含n台主变。对于主变i，将称为主变联络关系向量，简称主变向量，的定义如下：
1)j≠i时，
其中i，j为主变；xij、yij和zij均为馈线数量；符号表示单分段单联络馈线一侧，符号表示两分段两联络馈线的首端(通常情况下该首端为两段负荷供电)，符号表示两分段两联络馈线的末端(通常情况下该末端为一段负荷供电)。
具体解释如下：对于主变i，有xij回馈线以单联络方式与主变j相连；有yij回馈线作为两分段两联络馈线的首端与主变j相连；有zij回馈线作为两分段两联络馈线的末端与主变j相连。当主变i与主变j间没有互联关系时，
2)j＝i时，表示主变i与自身无互联关系。
203：根据馈线N-1约束的安全边界数，计算馈线N-1约束个数、及约束变量数；
主变i所带的馈线段数量为连接在主变i上的各类馈线数之和，为对于某一配电网，其馈线N-1约束的安全边界数为：
即，安全边界数等于配电网中所有的馈线段数目，每个边界表达式就是一个不等式约束。
单联络一侧馈线故障时，馈线的负荷仅由单联络另一侧馈线转带，因此由另一侧馈线容量决定的约束个数为1(一个安全边界)，约束变量数为2，变量为自身单联络馈线的一个负荷与转带单联络馈线的一个负荷。
两分段两联络馈线首端故障时，首端的两段负荷分别由两分段两联络馈线的两个末端转带，因此由两个末端馈线容量决定的约束个数为2(两个安全边界)。每个约束变量数为2，变量为自身两分段两联络馈线首端的一个负荷、与转带两分段两联络馈线末端的一个负荷；
两分段两联络末端馈线故障时，末端的负荷仅由两分段两联络馈线首端转带，因此由首端馈线容量决定的约束个数为1(一个安全边界)，约束变量数为3，变量为自身两分段两联络馈线末端的一个负荷、与转带两分段两联络馈线首端的两个负荷。
由上述分析，得到所有馈线N-1约束变量总数为：
204：计算主变N-1约束个数、及约束变量数；
1)每台主变N-1约束的边界个数，由与该主变互联的其他主变的个数决定；
在一个配电网中，主变i发生故障后，它所带的负荷将由其他互联的几个主变转带，且转带后每台主变所承担的负荷总量不能超出各自容量大小。所以主变i发生N-1故障后，由其他互联主变容量约束的安全边界数量，等于与主变i互联主变的个数。对于主变i，发生主变N-1故障后，边界约束数量等于其主变向量中非零项个数，即：
式(4)中sign(x)为符号函数。sign(xij+yij+zij)用于描述主变i与主变j之间的互联关系。当主变i与主变j之间存在互联关系的时候，sign(xij+yij+zij)＝sign(xji+yji+zji)＝1；否则，sign(xij+yij+zij)＝sign(xji+yji+zji)＝0。
所有由主变N-1约束的安全边界总数为：
即各主变的互联主变数量之和。
2)主变N-1约束中变量的个数，由主变间的联络情况与主变所带的馈线段数量共同决定。
通过主变向量，可以得到当主变i发生N-1故障后，由主变j容量Rj约束的边界中，变量个数为主变i转带给主变j的馈线段数量、与主变j自身所带的馈线段数量之和：
式(6)中(xij+yij+zij)为主变i故障后转带给主变j的各种类型的馈线段之和；sign(xij+yij+zij)用于表示主变i与j之间的互联关系；为主变j正常工作所带的馈线段数量。如果主变i与j之间不互联，则xij+yij+zij＝0，sign(xij+yij+zij)＝0，约束不存在，即变量数为0。如果主变i与j之间互联，约束变量数为：
配电网中所有主变N-1约束中变量总数为:
205：获取边界约束总数、变量总数以及安全域的维度。
将馈线N-1与主变N-1的约束数和各约束中变量数相加，得到整个安全域维度的两个量。
由式(2)和式(5)得到边界总数：
由式(3)和式(8)得到变量总数：
由边界总数Qb与边界约束变量总数Qv表示DSSR的维度。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-步骤205实现了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，进而得到DSSR的维度，提高了工作效率、工作精度、满足了实际应用中的需要。
实施例3
下面结合具体的实例、图2对实施例1和2中的方案进行可行性验证，详见下文描述：
参见图2，配电网中共有2座变电站(编号S1和S2)，4台主变(编号T1-T4)，20条馈线(编号1-20)，配电网有2个分段开关，共22个馈线段。
1)计算配电网的主变联络关系向量：
当前配电网的主变向量为：例如：当i＝1、j≠i时带入到主变向量中，以及j＝i时，可以得出：主变T1的坐标为
以此类推，可以得出表1所示的配电网的主变向量。
表1算例1配电网的主变向量
2)计算馈线N-1约束个数、及约束变量数；
由式(2)，馈线N-1约束的安全边界总数为
由式(3)，所有馈线N-1约束中变量总数为
3)计算主变N-1约束个数、及约束变量数：
由式(5)，主变N-1约束的安全边界总数为
由式(8)，所有主变N-1约束中变量总数为
4)计算边界约束总数、变量总数以及安全域的维度
边界约束总数为Qb＝Qf+Qt＝34。
所有约束中的变量总数为Qv＝Qfv+Qtv＝136。
安全域的维度为Dim(DSSR)＝(Qb，Qv)＝(34,136)。
实际的配电网安全边界以及变量数见表2。
表2配电网安全边界及变量数
其中，B1-B22是馈线N-1约束的，B23-B34是主变N-1约束的，经统计，得到：
1、馈线N-1约束的约束数量为22，主变N-1约束的约束数量为12，安全边界总数为34。
2、馈线N-1约束的约束变量数为48，主变N-1约束的约束变量数为88，所有约束变量总数为136。
3、配电网安全域的维度为(34,136)。
经比较，统计得到的配电网安全域的维度与使用主变联络关系向量法得到的结果相同，验证了本方法的有效性。
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。

Claims (4)

1.一种配电系统安全域维度的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取配电网的主变联络关系向量；
通过主变联络关系向量计算馈线N-1约束个数、及约束变量数；计算主变N-1约束个数、及约束变量数；
馈线N-1约束个数、主变N-1约束个数求和获取安全边界约束总数，馈线N-1约束变量数、主变N-1约束变量数求和获取安全边界约束变量总数；
由安全边界约束总数、与安全边界约束变量总数组成配电网安全域的维度。
2.根据权利要求1所述的一种配电系统安全域维度的计算方法，其特征在于，所述主变联络关系向量具体为：
对于主变i，将称为主变联络关系向量：
1)j≠i时，
2)j＝i时，表示主变i与自身无互联关系；
其中，j为主变；xij、yij和zij均为馈线；符号表示单分段单联络馈线一侧，符号表示两分段两联络馈线的首端，符号表示两分段两联络馈线的末端。
3.根据权利要求2所述的一种配电系统安全域维度的计算方法，其特征在于，所述计算馈线N-1约束个数、及约束变量数具体为：
单联络一侧馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
两分段两联络馈线首端故障时，馈线N-1约束个数为2；
两分段两联络末端馈线故障时，馈线N-1约束个数为1；
馈线N-1约束变量数为：
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4.根据权利要求2所述的一种配电系统安全域维度的计算方法，其特征在于，所述计算主变N-1约束个数、及约束变量数具体为：
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