CN107590748B - 一种配电网安全域的全维观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网安全域的全维观测方法，包括：计算配电网安全域中零负荷点到所有有效安全边界的距离，将每个距离定义为半径；通过配电网安全域半径散点图和雷达图的可视化结果，直观地观察配电网安全域的凹陷和圆润程度；通过表征配电网安全域凹陷程度的指标、以及圆润程度的指标，量化配电网安全域的缺陷；根据凹陷对应安全边界表达式物理含义分析配电网安全域的缺陷产生原因，改变配电网的联络结构或元件(主要为主变、馈线)容量以此改变配电网安全域半径大小和分布，改善配电网安全域的缺陷。本方法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，为配电网安全域分析提供了新工具。

Description

一种配电网安全域的全维观测方法

技术领域

本发明涉及配电网安全域领域，尤其涉及一种配电网安全域的全维观测方法。

背景技术

在未来的智能配电网中，安全域方法是一种非常有力的新理论方法，在未来配电网安全监控和预防控制等方面具有良好前景。

由于安全域自身蕴含了丰富的信息，如何发掘和解读这些信息，对安全域方法的应用非常重要。现有思路主要分为两大类：一类是有关安全域的数值计算。如参考文献[1]和[2]通过计算工作点到安全域边界的距离来刻画电网安全裕度，分别建立了输配电网安全距离的概念和模型；另一类是安全域的可视化。由于安全域的维度往往很高，现有的可视化观测思路多是从某一工作点出发，直接观测2维或3维子空间上的安全域^[3-5]。

上述可视化方法的观测结果与工作点选取有关，且仅能观测到安全域的有限维度的局部信息，不能保证发现DSSR(配电网安全域)的所有缺陷和整体特征。

参考文献：

[1]陈思捷,陈启鑫,夏清.静态安全距离:概念,模型和意义[J].中国电机工程学报,2015,35(03):600-608.

[2]肖峻,甄国栋,王博,等.配电网的安全距离:定义与方法[J].中国电机工程学报,2016,9(00):1-10.

[3]王成山,许晓菲,余贻鑫,等.基于割集功率空间上的静态电压稳定域局部可视化方法[J].中国电机工程学报,2004,24(09):17-22.

[4]赵金利,余贻鑫,贾宏杰,等.电力系统割集空间静态电压稳定域的可视化及实现[J].电力系统自动化,2005,29(05):56-61.

[5]李慧玲,余贻鑫,韩琪,等.割集功率空间上静态电压稳定域的实用边界[J].电力系统自动化,2005,29(04):18-23.

发明内容

本发明给出了配电网安全域全维观测的概念、以及全维观测方法，通过该方法，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，为配电安全域分析提供了新工具，详见下文描述：

一种配电网安全域的全维观测方法，所述全维观测方法包括以下步骤：

计算配电网安全域中零负荷点到所有有效安全边界的距离，将零负荷点到每个有效安全边界的距离定义为半径，平均距离定义为平均半径、最大距离定义为最大半径、最小距离定义为最小半径；

通过配电网安全域半径散点图和雷达图的可视化结果，直观地观察配电网安全域的凹陷和圆润程度；

通过配电网安全域凹陷程度的指标、以及安全域圆润程度的指标，找到凹陷边界，量化配电网安全域的缺陷；

通过凹陷边界表达式的物理含义分析配电网安全域的缺陷产生原因，并通过改变配电网的联络结构、或元件容量以此改变安全域的半径大小和分布，进而改善配电网安全域的缺陷。

所述配电网安全域凹陷程度的指标具体为：

CT_DSSR＝δ·R_avg

式中，δ表示比例系数，R_avg表示平均半径，CT_DSSR表示凹陷阈值，值越小代表配电网安全域的凹陷程度越大。

所述方法还包括：

定义小于凹陷阈值CT_DSSR的安全域半径对应的安全边界为凹陷边界，凹陷边界数CBN计算公式为：

CBN＝|{Rⁱ|Rⁱ≤CT_DSSR,i∈[1,m]}|

其中，Rⁱ代表零负荷点到第i个有效安全边界的距离即第i个安全域半径，m代表有效安全边界的个数。

所述安全域圆润程度的指标具体为：

其中，SDI_DSSR代表安全域圆润程度，值越小代表配电网安全域形状越圆润。

所述通过改变配电网的联络结构、或元件容量以此改变安全域的半径大小和分布，进而改善配电网安全域的缺陷，具体为：

改变元件容量或配电网的联络结构，进而改变配电网安全边界表达式，进而改变原点负荷点到有效安全边界的距离，使得配电网安全域的最小半径增大、平均半径增大、凹陷阈值增大、凹陷边界数减少、形状畸变指标减小。

其中，所述元件包括：主变和/或馈线。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提出了配电网安全域全维观测的定义和方法，对给定配电网，本发明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，分析并给出改善方案，为安全域分析提供了新工具。

附图说明

图1为算例1的网络示意图；

图2为算例1的安全域半径可视化结果的图；

其中，(a)为散点图对比图；(b)为单象限雷达图对比图。

图3为算例3的网络示意图；

图4为算例1、2安全域半径可视化对比图；

其中，(a)为散点图对比图；(b)为单象限雷达图对比图。

图5为算例1、3安全域半径可视化对比图；

其中，(a)为散点图对比图；(b)为单象限雷达图对比图。

图6为一种配电网安全域的全维观测方法的流程图。

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

一种配电网安全域的全维观测方法，参见图6，该全维观测方法包括以下步骤：

101：计算配电网安全域的零负荷点到所有有效安全边界的距离，将零负荷点到每个有效安全边界的距离定义为半径，将平均距离定义为平均半径、将最大距离定义为最大半径、最小距离定义为最小半径；

102：通过配电网安全域半径散点图和雷达图的可视化结果，直观的观察配电网安全域的凹陷和圆润程度；

103：通过配电网安全域凹陷程度的指标、以及安全域圆润程度的指标，找到凹陷边界，量化配电网安全域的缺陷；

104：通过凹陷边界表达式的物理含义分析配电网安全域的缺陷产生原因，并通过改变配电网的联络结构、或元件容量以此改变安全域的半径大小和分布，进而解决配电网安全域的缺陷。

综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤104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，分析并给出改善方案，为安全域分析提供了新工具。

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：

本发明实施例将原点安全距离定义为DSSR的半径，用R表示。半径的通用计算公式如下：

R＝|A'(AA')^-1(Ax-β)| (1)

式中，

A为n维法向量，A'为A的转置，β为常数。

平均半径R_avg为DSSR半径的均值，公式为：

最大半径R_max为DSSR半径的最大值，

R_max＝max{R¹,R²,...,R^m} (3)

最小半径R_min为DSSR半径的最小值，

R_min＝min{R¹,R²,...,R^m} (4)

式(2)-(4)中Rⁱ代表原点到第i个有效安全边界的距离，m代表有效安全边界的个数。

整个过程分为如下3大部分，具体流程图见图6所示：

201：计算DSSR的等效半径；

将DSSR半径定义为原点(即零负荷点)到有效安全边界的距离，然后求其平均半径R_avg、最大半径R_max、以及最小半径R_min。

其中，在该步骤201之前还包括：列写安全边界表达式，剔除无效边界。

该步骤为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

202：观测并发现安全域的缺陷；

其中，观测手段包括：可视化和指标计算两种手段。可视化手段包括：散点图和雷达图。通过DSSR半径散点图和雷达图的可视化结果能够直观的观察域的凹陷和圆润程度；指标则能够量化安全域的缺陷。

其中，指标包括：

1)表征安全域凹陷程度的指标，凹陷阈值CT计算公式为：

CT_DSSR＝δ·R_avg (5)

式中，δ表示比例系数。

凹陷阈值CT_DSSR能够划出DSSR原点安全距离的较小值，其值越小代表安全域的凹陷程度越大。

定义小于凹陷阈值的原点安全距离对应的安全边界为凹陷边界。凹陷边界数CBN计算公式为：

CBN＝|{Rⁱ|Rⁱ≤CT_DSSR,i∈[1,m]}| (6)

2)表征安全域圆润程度的指标，定义形状畸变指标SDI公式为：

其中，SDI_DSSR代表安全域圆润程度，值越小代表配电网安全域形状越圆润。

203：分析、改善安全域缺陷。

分析步骤202中观测得到的凹陷边界对应边界方程，指出导致产生凹陷的可能原因、及给出解决方案，并通过可视化、指标对比验证方法的有效性。

综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-步骤203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，分析并给出改善方案，为安全域分析提供了新工具。

实施例3

一、算例1基本情况

算例1网架结构如图1所示，共2座35kV变电站和4回10kV馈线，总变电容量为26MVA。变电站、馈线数据见表1。

表1算例1变电站数据

1)计算DSSR的半径

列写算例1电网的安全边界表达式，再剔除无效边界，结果如表2所示。

表2算例1的DSSR有效安全边界方程

计算算例1的DSSR半径，其结果如表3所示。

表3算例1的DSSR半径

2)通过可视化和指标观测并发现安全域的缺陷

根据表3的观测数据结果，分别绘制算例1安全域半径的散点图和单象限雷达图，如图2所示。

取凹陷阈值的比例系数δ＝0.9，计算得到算例1的DSSR全维观测指标，结果如表4所示。

表4算例1的全维观测指标

3)分析缺陷，提出改善方案

从图2看出：

(1)DSSR存在缺陷，凹陷边界为B6、B7、B11。

从图2(a)散点图看出，算例1存在3个明显偏小的数据点，对应边界为B6、B7、B11。表4也可看出凹陷边界数为3，同时从2(b)雷达图也能得到印证。

下一步分析凹陷原因。域的范围和形状直接由安全约束的松紧决定。若某约束过紧，则对应域的范围就会缩小“凹陷”进去。进一步分析3个凹陷边界表达式为：

B6:L₂+L₁+L₈+L₇＝6(F2故障，T1的容量约束)

B7:L₃+L₁+L₈+L₇＝6(F3故障，T1的容量约束)

B11:L₆+L₁+L₈+L₇＝6(F6故障，T1的容量约束)

以B6:L₂+L₁+L₈+L₇＝6(F2故障，T1的容量约束)为例说明凹陷边界表达式的物理含义如下：

该安全边界的形成原因在于馈线F2故障后，负荷L2转带到主变T1上，因此形成的安全约束为主变T1的容量约束，表达式为L₂+L₁+L₈+L₇<＝6，取等后为安全边界表达式。

凹陷边界表达式B7和B11的物理意义以此类推，本发明实施例对此不做赘述。

故从上述凹陷边界表达式可知，“凹陷”产生的原因为主变T1约束过紧，即主变T1容量过小或联络结构不合理使主变T1所带负荷更多，约束变得更紧。

(2)DSSR形状不够对称，圆润程度不好。

图2(b)雷达图边缘凹凸明显；表4的最大半径与最小半径的差值较大，说明DSSR半径波动较大，域的圆润程度较差。若存在多个约束过紧，则域的形状就会不圆润。

由上述分析凹陷边界产生原因可得到以下2种改善方案：

方案1：不改变配电网的联络结构，只增加算例1中T1的容量，由6MVA变为7MVA，称之为算例2。

方案2：改变配电网的联络结构，使馈线F8连接主变改为T2，元件容量不变，称之为算例3，如图3所示。

方案1

列写算例2的安全边界表达式，剔除无效边界，结果如表5所示。

表5算例2有效安全边界方程

计算算例2中DSSR的半径，具体数据如表6所示。

表6算例2DSSR的原点安全距离

算例1、2的DSSR半径可视化对比如图4所示，全维观测指标对比如表7所示。

表7算例1、2安全域全维观测指标对比

从图4看出，改善后算例2的DSSR最小半径明显增大，数据整体波动减小，围成的雷达图边缘更加圆润。DSSR范围增大且形状更优。

从表7看出，改善后的变化如下：

(1)DSSR最小半径和平均半径增大：说明改善后的DSSR增大。

(2)凹陷阈值增大，凹陷边界数减少：说明改善后DSSR的凹陷程度降低。

(3)形状畸变指标减小：说明改善后的DSSR形状更对称和圆润。

方案2

列写算例3安全边界表达式，剔除无效边界，结果如表8所示。

表8算例3有效安全边界方程

计算算例3中DSSR的半径，具体数据如表9所示。

表9算例3的DSSR半径

算例1、3的DSSR半径可视化对比如图5所示，全维观测指标对比如表10所示。

表10算例1、3安全域全维观测指标对比

从图5看出，算例3的DSSR半径相对算例1总体呈增大趋势，数据整体波动减小，围成的雷达图边缘相对更加圆润。DSSR范围增大且形状更优。从表10看出，改善后的变化如下：

(1)DSSR最小半径和平均半径增大；说明改善后的DSSR增大。

(2)凹陷阈值增大，凹陷边界数减少；说明改善后的DSSR凹陷程度降低。

(3)形状畸变指标减小；说明改善后的DSSR形状更对称和圆润。

通过上述对算例1、算例2和算例3的安全域的全为观测结果对比证明了本方法的可行性和有效性。

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 (3)

1.一种配电网安全域的全维观测方法，其特征在于，所述全维观测方法包括以下步骤：

计算配电网安全域中零负荷点到所有有效安全边界的距离，将零负荷点到每个有效安全边界的距离定义为半径，平均距离定义为平均半径、最大距离定义为最大半径、最小距离定义为最小半径；

通过配电网安全域半径散点图和雷达图的可视化结果，直观地观察配电网安全域的凹陷和圆润程度；

通过配电网安全域凹陷程度的指标、以及安全域圆润程度的指标，找到凹陷边界，量化配电网安全域的缺陷；

通过凹陷边界表达式的物理含义分析配电网安全域的缺陷产生原因，并通过改变配电网的联络结构、或元件容量以此改变安全域的半径大小和分布，进而改善配电网安全域的缺陷；

所述配电网安全域凹陷程度的指标具体为：

CT_DSSR＝δ·R_avg

式中，δ表示比例系数，R_avg表示平均半径，CT_DSSR表示凹陷阈值，值越小代表配电网安全域的凹陷程度越大；

所述方法还包括：

定义小于凹陷阈值CT_DSSR的安全域半径对应的安全边界为凹陷边界，凹陷边界数CBN计算公式为：

CBN＝|{Rⁱ|Rⁱ≤CT_DSSR,i∈[1,m]}|

其中，Rⁱ代表零负荷点到第i个有效安全边界的距离即第i个安全域半径，m代表有效安全边界的个数；

所述安全域圆润程度的指标具体为：

其中，SDI_DSSR代表安全域圆润程度，值越小代表配电网安全域形状越圆润。

2.根据权利要求1所述的一种配电网安全域的全维观测方法，其特征在于，所述通过改变配电网的联络结构、或元件容量以此改变安全域的半径大小和分布，进而改善配电网安全域的缺陷，具体为：

改变元件容量或配电网的联络结构，进而改变配电网安全边界表达式，进而改变零负荷点到有效安全边界的距离，使得配电网安全域的最小半径增大、平均半径增大、凹陷阈值增大、凹陷边界数减少、安全域圆润程度的指标减小。

3.根据权利要求1或2所述的一种配电网安全域的全维观测方法，其特征在于，所述元件包括：主变和/或馈线。

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