CN108258686B - 一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 - Google Patents
一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108258686B CN108258686B CN201810146958.XA CN201810146958A CN108258686B CN 108258686 B CN108258686 B CN 108258686B CN 201810146958 A CN201810146958 A CN 201810146958A CN 108258686 B CN108258686 B CN 108258686B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- distance
- safe
- operating point
- boundary
- security
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，包括以下步骤：构建有源配电网全象限安全域、取等号时的N‑0、N‑1安全约束组成的有源配电网安全边界；获取工作点从一个位置a运动到另一位置b的空间几何距离、以及系统状态的变化量；定义最短/最长安全距离、安全域最短/最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离；计算最短几何安全距离、最长几何安全距离、最短和最长状态安全距离、安全域最短和最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离、以及域轴向距离；基于安全距离进行安全性判断、安全程度分析、越界方向分析、正向与反向越界分析。本发明能够精确地给出当前工作点变化最危险方向和最安全的方向，以及这些方向上的裕度。
Description
技术领域
本发明涉及智能配电网规划领域，尤其涉及一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法。
背景技术
配电网安全分析的传统方法是基于N-1仿真得到安全信息[1,2]。安全域描述了电网满足安全约束的运行范围[3]，基于安全域的安全性分析方法相对N-1仿真具有速度和信息方面的优势[4]。工作点(系统状态)到安全域边界的距离称为安全距离，安全距离对于电网运行具有重要意义[5,6]。
安全距离的概念源于输电网，在输电网安全分析中，通过计算域中一个注入点与边界面的距离，从而给出系统的安全裕量[7]。配电网安全距离的研究历史很短[8]。参考文献[8]首次应用安全距离进行配电网安全分析。参考文献[9]提出了配电网安全距离的定义，将安全距离分为几何安全距离(GSD)与馈线安全距离(FSD)。GSD定义为工作点到某个有效安全边界的垂直距离，代表了多个负荷同时变化时的负荷裕度；FSD是工作点沿轴向到有效安全边界的距离大小，代表了仅单个负荷变化时的负荷裕度。基于参考文献[9]的安全距离定义能够实现对某个工作点的安全评价：安全距离为正，表示工作点位于安全域内，工作点安全，反之不安全。安全距离大小体现了安全裕度。
此外，发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：
1、参考文献[9]针对传统配电网，不适用于含DG(分布式电源)的有源配电网；GSD和FSD是几何空间上的工作点位移，而工作点状态量变化并没有完整反映出来；
2、参考文献[9]中GSD和FSD有时无法与边界相交，原因是其它安全边界或状态空间边界的遮挡；没有区分安全边界和状态空间边界，工作点可以穿越安全边界，但是不可能穿越状态空间边界。
发明内容
本发明提供了一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，本发明对于有源配电网提出了按方向和长短分类的安全距离概念体系及各类安全距离的计算方法，满足了实际应用中的多种需要，详见下文描述：
一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，所述有源配电网安全分析方法包括以下步骤：
构建有源配电网全象限安全域、取等号时的N-0、N-1安全约束组成的有源配电网安全边界；
获取工作点从一个位置a运动到另一位置b的空间几何距离、以及系统状态的变化量；
定义最短/最长安全距离、安全域最短/最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离；
计算最短几何安全距离、最长几何安全距离、最短和最长LSSD状态安全距离、安全域最短和最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离、以及域轴向距离；
基于安全距离进行安全性判断、安全程度分析、越界方向分析、正向与反向越界分析。
所述有源配电网安全边界具体为：
其中，PB是安全边界B上任意点；PLBj、PDGBk表示Bi或Ti下游节点的负荷功率和DG出力；R＝cBi orcTi；若安全边界B是正向潮流边界，则“±”取“+”，若为反向潮流边界则取“-”。
其中，所述最短/最长安全距离具体为：
最短几何安全距离：工作点P到某安全边界B的最短几何距离；
最短状态安全距离：工作点P到某安全边界B的最短状态距离；
最长安全距离，分为最长几何安全距离和最长状态安全距离。
进一步地，所述安全域最短/最长安全距离具体为：
安全域最短几何安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短几何距离；
安全域最短状态安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短状态距离；
相应的，也有域最长距离，分为域最长几何距离和域最长状态距离(对应域最安全方向)。
具体实现时，所述垂向安全距离具体为：
垂向几何安全距离：工作点P到斜线安全边界垂直方向的距离，代表了当斜线边界所含元件功率同时变化时支路的安全裕度；
垂向几何安全距离对应的状态距离为垂向状态安全距离。
进一步地，所述轴向几何安全距离：工作点P沿某个轴向到某安全边界B的距离，对应的状态距离为SSDA。
进一步地，垂向越界定义为工作点P沿垂向至各斜线边界的越界方式；轴向越界定义为工作点P沿轴向至某安全边界B的越界方式；其它方向越界定义为工作点P沿非垂向和非轴向至安全边界B的越界方式。
进一步地，正向越界定义为工作点P不满足正向潮流约束而越过正向潮流边界；反向越界定义为工作点P不满足反向潮流约束而越过反向潮流边界。
其中，所述最短几何安全距离的计算如下：
工作点P至安全边界B的SGSD计算公式如下：
其中，ax和by是安全边界B表达式中PLx和PDGy的系数；PLx和PDGy分别为工作点P的负荷功率及DG出力；PLBx和PDGBy分别为安全边界B上点PB的负荷功率及DG出力。
其中，最长几何安全距离的计算如下：
最短和最长状态安全距离的计算如下：
将式(7)中min函数改为max函数，即可得到最长状态安全距离的计算公式。
其中，轴向安全距离的计算如下：
工作点P沿PLi或PDGi轴向至安全边界B的GSDA求法如下：
式中，系数ai或bi是边界表达式中PLi或PDGi的系数；
其中，域轴向距离的计算如下：
工作点P沿PLi或PDGi轴向SR-GSDA ±的计算公式为：
SR-GSDA ±＝min[GSDA,1 ±,GSDA,2 ±,...GSDA,j ±]。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明给出了有源配电网安全距离概念体系、以及以越界分析为核心的安全分析方法；
2、本发明提出了基于状态安全距离排序的安全分析，能够精确地给出当前工作点(系统状态)变化最危险的方向和最安全的方向，以及这些方向上的裕度(即状态安全距离大小)；
3、本发明具有重要的理论价值和实践应用价值，为智能配电网的规划提供一定的技术指导。
附图说明
图1为一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法的流程图；
图2为安全距离概念体系的示意图；
图3为SR-GSDA求解步骤的示意图；
图4为有源配电网的示例图；
图5为P1至B2+越界的示意图；
图6为P1至B4-越界的示意图。
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。
针对上述问题，本发明实施例对安全距离进行了重定义，建立了较完整的安全距离概念体系，并在有源配电网全象限安全域(Total Quadrants Security Region,TQSR)[10]模型基础上提出了各类安全距离的计算方法；最后提出了基于安全距离的以工作点越界分析为核心的有源配电网安全分析方法。
实施例1
一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
101：构建有源配电网全象限安全域、取等号时的N-0、N-1安全约束组成的有源配电网安全边界；
102：获取工作点从一个位置a运动到另一位置b的空间几何距离、以及系统状态的变化量；
103：定义最短/最长安全距离、安全域最短/最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离；
104：计算最短几何安全距离、最长几何安全距离、最短和最长状态安全距离、安全域最短和最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离、以及域轴向距离；
105：基于安全距离进行安全性判断、安全程度分析、越界方向分析、正向与反向越界分析。其中，步骤103中的最短/最长安全距离具体为：
最短几何安全距离：工作点P到某安全边界B的最短几何距离；
最短状态安全距离：工作点P到某安全边界B的最短状态距离；
最长安全距离，分为最长几何安全距离和最长状态安全距离。
进一步地，步骤103中的安全域最短/最长安全距离具体为：
安全域最短几何安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短几何距离；
安全域最短状态安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短状态距离；
相应的，也有域最长距离，分为域最长几何距离和域最长状态距离(对应域最安全方向)。
进一步地，步骤103中的垂向安全距离具体为：
垂向几何安全距离：工作点P到斜线安全边界垂直方向的距离，代表了当斜线边界所含元件功率同时变化时支路的安全裕度；
垂向几何安全距离对应的状态距离为垂向状态安全距离。
进一步地，步骤103中的轴向几何安全距离：工作点P沿某个轴向到某安全边界B的距离，对应的状态距离为SSDA。
进一步地，步骤105中的垂向越界定义为工作点P沿垂向至各斜线边界的越界方式；
轴向越界定义为工作点P沿轴向至某安全边界B的越界方式；
其它方向越界定义为工作点P沿非垂向和非轴向至安全边界B的越界方式。
进一步地，步骤105中的正向越界定义为工作点P不满足正向潮流约束而越过正向潮流边界；反向越界定义为工作点P不满足反向潮流约束而越过反向潮流边界。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤105提出了基于状态安全距离排序的安全分析，能够精确地给出当前工作点变化最危险的方向和最安全的方向，以及这些方向上的裕度。
实施例2
下面结合具体的计算公式、图2、图3、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：有源配电网安全边界；
安全距离计算需要基于有源配电网全象限安全域(TQSR)模型[10]，模型如下：
ΩTQSR＝{W＝[PL1,...,PLm,PDG1,...,PDGn]∈Θ
状态空间范围约束:
正常运行约束:
N-1安全约束:
式(1)中，W表示工作点，Θ表示状态空间；PLi为负荷Li功率；PDGi为分布式电源DGi出力；对于Li，i的取值范围为1～m，对于DGi，i的取值范围为1～n；PLi,max和PDGi,max表示Li功率和DGi出力上限；PBi表示线路Bi的功率，Ω(Bi)表示Bi下游所有节点的集合，cBi表示Bi的容量，B为所有线路的集合；aj、bk分别为负荷、DG系数；PTi是主变Ti的功率，PLj为Lj功率，PDGk为DGk功率，Ω(Ti)表示Ti下游所有节点的集合，cTi表示Ti的额定容量，T为所有主变的集合；ψk表示元件，Ψ表示故障集。
将式(1)中安全约束取成等号时就构成安全边界B，表达式如下：
PB(PLB1,PLB2…PLBm,PDGB1,PDGB2…PDGBn)是安全边界B上任意点；PLBj、PDGBk表示Bi或Ti下游节点的负荷功率和DG出力；R＝cBi orcTi；“±”是在去掉式(1)中绝对值符号时引入的，若安全边界B是正向潮流边界，则“±”取“+”，若为反向潮流边界则取“-”。
202：几何距离与状态距离；
将任意两个工作点间的距离分为两类：
几何距离(Geometric Distance，GDab)定义为工作点从一个位置a运动到另一位置b的空间几何距离。
状态距离(State Distance，SDab)定义为工作点从一个位置a运动到另一位置b时系统状态的变化量，等于各变量的变化量绝对值之和。
假设P是N维空间中的工作点，工作点P从位置a运动到位置b的GDab和SDab计算公式分别如下：
其中，Pi,a为、Pi,b为工作点P位于a、b时的状态量。
203：安全距离概念体系；
1)概念体系
安全距离定义为工作点P在状态空间内沿某方向i到达某安全边界B的距离。若先碰到状态空间边界，则该安全距离为无穷大，表示不可能碰到该安全边界B，沿该方向恒安全。
参见图2，安全距离也分为几何安全距离(Geometric Security Distance，GSDi)和状态安全距离(State Security Distance，SSDi)两类。
2)最短/最长安全距离
最短几何安全距离(Shortest Geometric Security Distance，SGSD)：工作点P到某安全边界B的最短几何距离。
最短状态安全距离(Shortest State Security Distance，SSSD)：工作点P到某安全边界B的最短状态距离。该距离对应方向是从该安全边界B越界的最危险方向。
相应的有最长安全距离，分为最长几何安全距离(Longest Geometric SecurityDistance，LGSD)和最长状态安全距离(Longest State Security Distance，LSSD)。LSSD对应安全边界方向中的最安全方向。
3)安全域最短/最长安全距离
安全域最短几何安全距离(Security Region Shortest Geometric SecurityDistance，SR-SGSD)：工作点P到所有安全边界B的最短几何距离，简称域最短几何距离。
安全域最短状态安全距离(Security Region Shortest State SecurityDistance，SR-SSSD)：工作点P到所有安全边界B的最短状态距离，简称域最短状态距离，该距离对应方向为整个域最危险方向。
相应的，也有域最长距离，分为域最长几何距离(Security Region LongestGeometric Security Distance，SR-LGSD)和域最长状态距离(Security Region LongestState Security Distance，SR-LSSD)。SR-LSSD对应域最安全方向。
4)垂向安全距离
垂向几何安全距离(Vertical Geometric Security Distance，GSDV)：工作点P到斜线安全边界垂直方向的距离。GSDV代表了当斜线边界所含元件功率同时变化时支路的安全裕度。GSDV对应的状态距离为垂向状态安全距离SSDV。
GSDV实际上指出了工作点P至某斜线边界的最短几何距离，当沿垂向碰到斜线边界前先碰到状态空间边界，GSDV无穷大。当沿垂向只能达到该边界延长线时，GSDV不存在。当GSDV不存在或无穷大时，最接近垂向方向的几何距离最短。
5)轴向安全距离
轴向几何安全距离(Axial Geometric Security Distance，GSDA)：工作点P沿某个轴向到某安全边界B的距离，对应的状态距离为SSDA。
GSDA实际上指出了工作点P至某直线边界的最短几何距离，但当直线边界部分被截断后工作点P沿相应轴向率先达其它边界时，同样会找到最接近轴向的方向使几何距离最短。
安全域轴向几何安全距离(Security Region Axial Geometric SecurityDistance，SR-GSDA)：工作点P在状态空间内沿某个轴向出发碰到的第一个安全边界的距离，简称域轴向几何距离。若先碰到状态空间边界，则该安全距离为无穷大，表示不可能碰到安全边界B，沿该轴向恒安全。SR-GSDA反映和某个轴向相关负荷或DG的安全裕度，对应的状态距离为SR-SSDA。
SR-GSDA也有不存在的情况：当不安全工作点沿某轴向无法进入域内，该轴向对应的SR-GSDA不存在，工作点P在该轴向恒不安全。
204：安全距离的计算
1)最短几何安全距离的计算方法
已知工作点P(PL1,PL2,…PLm,PDG1,PDG2,…PDGn)，安全边界B，工作点P至安全边界B的SGSD计算公式如下：
其中，ax和by是安全边界B表达式中PLx和PDGy的系数；PLx和PDGy分别为工作点P的负荷功率及DG出力；PLBx和PDGBy分别为安全边界B上点PB的负荷功率及DG出力。
2)最长几何安全距离的计算方法
3)最短SSSD和最长LSSD状态安全距离的计算方法
将式(7)中min函数改为max函数，即可得到LSSD的计算公式，本发明实施例对此不再赘述。
4)安全域最短和最长安全距离的计算方法
通过比较所求工作点P至所有安全边界B的SGSD、LGSD、SSSD、LSSD的大小，可以得到SR-SGSD，SR-LGSD、SR-SSSD、SR-LSSD。
5)垂向安全距离的计算方法
当安全边界B为斜线边界时，若式(5)所求安全距离垂直于安全边界B，则该距离为GSDV。判断所求安全距离是否垂直于安全边界B的步骤如下：
A、用式(5)求出距离及工作点P的位移；
位移：由工作点P的各分量变化量构成的向量，记作
B、求出安全边界B的法向量
对于写成的边界表达式，
C、判断与是否平行，若平行则所求距离为GSDV，否则该安全边界B的垂向距离不存在或无穷大。
当该距离判断为GSDV后，相应的SSDV求法同式(4)，即把工作点各变量变化量绝对值求和。
6)轴向安全距离的计算方法
工作点P沿PLi(或PDGi)轴向至安全边界B的GSDA求法如下：
式(8)中，系数ai(或bi)是边界表达式中PLi(或PDGi)的系数。SSDA求法同式(4)，即把工作点各变量变化量绝对值求和。
7)域轴向距离的计算方法
为了方便SR-GSDA的计算，现将SR-GSDA分为SR-GSDA +和SR-GSDA -：SR-GSDA +表示工作点沿正轴向(负荷功率增加和DG出力减少方向)至所有正向潮流边界的最短距离；SR-GSDA -表示工作点沿负轴向(负荷功率减少和DG出力增大方向)至所有反向潮流边界的最短距离。
工作点P沿PLi(或PDGi)轴向SR-GSDA ±计算公式为：
SR-GSDA ±＝min[GSDA,1 ±,GSDA,2 ±,...GSDA,j ±] (9)
式(9)中，GSDA,j ±是工作点P沿PLi(或PDGi)轴向到安全边界Bj的GSDA，若Bj是正向潮流边界，则“±”取“+”，反之取“-”。
工作点P至状态空间上边界轴向距离db +公式为：
db,Li +＝PLi,max-PLi
(10)db,DGi +＝-PDGi
(11)工作点P至状态空间下边界轴向距离db -公式为：
db,Li -＝PLi
(12)db,DGi -＝PDGi,max+PDGi
(13)
db,Li +(或db,DGi +)是工作点P沿PLi(或PDGi)轴向至状态空间上边界PLi＝PLi,max(或PDGi＝0)的距离大小；db,Li -(或db,DGi -)是工作点P沿PLi(或PDGi)轴向至状态空间下边界PLi＝0(或PDGi＝-PDGi,max)的距离大小。
工作点PLi(或PDGi)轴向的SR-GSDA计算步骤如图3所示。
具体步骤如下：
a)通过式(9)计算得到SR-GSDA ±，通过式(10)～(13)计算得到db ±。
b)分四种情况进行讨论：
①SR-GSDA -<0&SR-GSDA +<0
此时，SR-GSDA不存在，工作点在该轴向恒不安全。
②SR-GSDA -<0&SR-GSDA +≥0
当-(SR-GSDA -)>db +时，SR-GSDA不存在，工作点在该轴向恒不安全；
当-(SR-GSDA -)≤db +时，SR-GSDA＝SR-GSDA -。
③SR-GSDA -≥0&SR-GSDA +<0
当-(SR-GSDA +)>db -时，SR-GSDA不存在，工作点在该轴向恒不安全；
当-(SR-GSDA +)≤db -时，SR-GSDA＝SR-GSDA +。
④SR-GSDA -0&SR-GSDA +≥0，步骤④又分为以下4种情况：
1.当SR-GSDA -≥db -&SR-GSDA +≥db +时，SR-GSDA无穷大，工作点在该轴向恒安全；
2.当SR-GSDA -<db -&SR-GSDA +≥db +时，SR-GSDA＝SR-GSDA -；
3.当SR-GSDA -≥db -&SR-GSDA +<db +时，SR-GSDA＝SR-GSDA +；
4.当SR-GSDA -<db -&SR-GSDA +<db +时，SR-GSDA＝min(SR-GSDA -,SR-GSDA +)
SR-SSDA求法同式(4)，即把工作点各变量变化量绝对值求和。
205：基于安全距离的安全分析
传统安全分析首先判断工作点P是否安全，然后分析安全或不安全程度，本发明实施例提出的安全分析在这两项内容基础上增加了越界分析。
1)安全性判断
有源配电网的安全性是依据工作点P在安全域内外来判断。本发明实施例定义的几何安全距离具有正负，反映了工作点P在域内外的不同，当所有GSDi均为正值时，工作点P安全；若存在GSDi为负值，工作点P不安全。
2)安全程度分析
除是否安全外，还需要评价安全程度。本发明实施例采用状态距离SSDi来判断安全程度，SSDi越小，表示工作点P越容易越界，越危险，反之越安全。采用状态距离原因如下：
GSDi是空间几何距离，而工作点P到越界点的位移体现了工作点P运动到边界各个分量的增量，将其绝对值求和后得到的SSDi很好地反映了工作点P沿某方向运动到边界需要的各个分量变动总量，能够体现从安全到不安全的危险程度。
3)越界方向分析
有源配电网工作点P的越界模式比传统配电网更为复杂，且DG出力具有间歇性和不确定性的特点，使得工作点P更易越界。
按相对安全边界的方向将越界分为垂向越界、轴向越界和其它方向越界三种模式：
垂向越界定义为工作点P沿垂向至各斜线边界的越界方式；
轴向越界定义为工作点P沿轴向至某安全边界B的越界方式；
其它方向越界定义为工作点P沿非垂向和非轴向至安全边界B的越界方式。
4)正向与反向越界
正向越界定义为工作点P不满足正向潮流约束而越过正向潮流边界。传统配电网中，由于N-1约束比正常运行(N-0)约束更严格，故正向潮流边界仅包含N-1安全边界。而有源配电网中，N-1边界未必比N-0边界严格，边界必须同时包含N-0边界和N-1边界。
反向越界定义为工作点P不满足反向潮流约束而越过反向潮流边界。有源配电网中，反向潮流边界包含N-0边界和N-1边界，工作点P能反向越界；而传统配电网无反向潮流边界，工作点P无反向越界模式。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-205为智能配电网的规划提供一定的技术指导，能够精确地给出当前工作点变化最危险的方向和最安全的方向。
实施例3
下面结合具体的实例、图4、图5对实施例1和2中的方案进行可行性验证，详见下文描述：
一、实例基本情况
在图4有源配电网实例中，设线路容量1MVA，负荷功率范围[0,1.5]MVA。为研究接入高比例DG，扩大DG出力范围至[-1,0]MVA。
二、本发明实施步骤
(1)安全边界计算结果
安全边界：
N-0:边界B1+为PL2＝1
安全边界B由N-0和N-1安全边界组成。
其中，B1+、B2+、B3+为正向潮流边界，B4-为反向潮流边界；B1+、B2+同时也为直线边界，B3+、B4-同时也为斜线边界。需要注意，每一个取等号的边界，还必须满足在安全域内，即满足其它所有不等式。
状态空间边界：
PDG1:下边界PDG1＝-1,上边界PDG1＝0
PDG3:下边界PDG3＝-1,上边界PDG3＝0
PL2:下边界PL2＝0,上边界PL2＝1.5
PL4:下边界PL4＝0,上边界PL4＝1.5
(2)工作点的安全分析
取工作点P1：PDG1＝-0.8MVA，PL2＝0.2MVA，PDG3＝-0.2MVA，PL4＝0.2MVA。
1)安全性判断
利用式(5)～(8)求得工作点P1到各安全边界B的距离，所有GSDi均为正值，因此工作点P1是安全的。对工作点P1进行N-0和N-1仿真校验，校验结果说明工作点P1安全，证明了用几何安全距离符号判断安全性的正确性。
2)越界分析
逐个安全边界进行越界分析，结果如表1所示。
表1工作点P1到各安全边界的距离和越界数据
(注：“--”表示不适用；加粗为该边界最危险方向)
工作点P1越过B1+、B2+、B3+为正向越界，越过B4-为反向越界。以工作点P1越过B2+、B4-为例，采用二维可视化方法观察工作点P1的越界模式。
1)工作点P1至B2+越界分析
选取PDG1、PL4为观测变量，固定PL2＝0.2MVA，PDG3＝-0.2MVA，观察工作点P1沿各方向越过B2+，见图5。
a)最短距离/轴向越界
图5中，当负荷L4增加0.8MVA时，工作点P1沿PL4轴向运行至B2+，越界点为PC’(-0.8,0.2,-0.2,1)。该方向距离最短、且几何距离和状态距离相等，GSDA＝SSDA＝0.8MVA。该方向到边界B2+是最危险的方向。
b)最长距离
工作点P1运行至B2+最安全方向是到PC”(0,1,-1,1)方向，该方向裕度最大，为3.2MVA。工作点P1到越界点位移为(0.8,0.8,-0.8,0.8)。
2)工作点P1至B4-越界分析
选取PDG1、PDG3为观测变量，固定PL2＝PL4＝0.2MVA，观察工作点P1越过B4-，如图6所示。
a)最短距离/垂向越界
经式(5)求解，工作点P1运行至B4-几何距离最短的越界位移为越界点为PC’(-0.867,0.133,-0.267,0.2)。此时，SGSD＝0.12MVA，状态距离同时也最短，SSSD＝0.2MVA。该方向到边界B4-是最危险的方向。
B4-法向量与平行，所以该越界方向是B4-的垂向。
b)轴向越界
当DG3增加0.2MVA时，工作点P1沿PDG3轴向运行至B4-，越界点为PC”(-0.8,0.2,-0.4,0.2)，轴向距离GSDA＝SSDA＝0.2MVA。
观察图6，工作点P1至边界B4-上被PDG1及PDG3轴向所截线段各点越界时对应SSDi相同且最小，但仅垂直方向能使GSDi最小。
c)最长距离
工作点P1运行至B4-最安全方向是到越界点PC”’(0,0,-1,1)的方向，该方向裕度最大，为2.6MVA。工作点P1到越界点位移为(0.8,-0.2,-0.8,0.8)。
3)单安全边界越界总结
a)对于直线边界，其对应的轴向是最危险方向，方向越偏离轴向，GSDi和SSDi越大；当轴向不能越界时，最危险方向是最接近轴向的方向。
b)对于斜线边界，最危险方向是轴向或最接近轴向的方向(斜线边界被其它边界所截时)所围成方向范围。
c)对于直线边界，GSDi与SSDi呈正相关；对于斜线边界，GSDi与SSDi不呈正相关，所有使SSDi最小的越界方向中仅垂向或最接近垂直的方向能使GSDi最小，但GSDi最大时SSDi必最大。
(3)总体越界危险性排序
对表1中11个方向按SSDi排序，得到表2。
表2工作点P1从整个安全域的越界危险性排序
(注：“--”表示不适用)
由表2可知，在整个安全域中从工作点P1出发：
1)最危险方向是编号N9、N11的越界方向，即B4-的垂向和PDG3轴向，只需使DG1、DG3均增加0.067MVA、L2减少0.067MVA或使DG3增加0.2MVA时，工作点P1就会越界，SR-SSSD＝0.2MVA。
2)最安全方向是编号N2、N4、N6的越界方向，只需使DG1减少0.8MVA、L2、DG3、L4均增加0.8MVA时，工作点P1会同时越过边界B1+、B2+及B3+，越界点为三个边界的交点(0,1,-1,1)，SR-LSSD＝3.2MVA。
3)最长安全距离和最短安全距离差别显著，即有的方向非常危险，接近临界，有些方向则很安全，有较大裕度。
(4)域轴向距离
域轴向距离是仅单个变量变化时越界的最短距离，按照图3流程计算得到，结果见表3。
表3工作点P1的域轴向距离
观察表3可知：
1)工作点P1在PDG1轴向是恒安全的，即不可能沿该方向越界，这是由于状态空间边界比安全边界更严格，工作点P1在该轴向安全裕度无穷大。
2)DG1裕度最大；L2、L4裕度次之，为0.8MVA；DG3裕度最小，为0.2MVA。
参考文献：
[1]刘伟,郭志忠.配电网安全性指标的研究[J].中国电机工程学报,2003,23(8):85-90.
[2]刘伟,郭志忠.配电网安全控制模型及算法[J].电力自动化设备,2003,23(8):60-64.
[3]肖峻,祖国强,白冠男,等.配电系统安全域的数学定义与存在性证明[J].中国电机工程学报,2016,36(18):4828-4836.
[4]J.Xiao,W.Gu,C.Wang,et al.Distribution system security region:definition,model and security assessment[J].IET Generation,Transmission&Distribution,2012,6(10):1029-1035.
[5]Chen S J,Chen Q X,Xia Q,et al.N-1security assement approach basedon the steady-state security distance[J].IET Generation,Transmission&Distribution,2015,9(15):2419-2426.
[6]Chen S J,Chen Q X,Xia Q,et al.Steady-state security assessmentmethod based on distance to security region boundaries[J].IET Generation,Transmission&Distribution,2013,7(3):288-297.
[7]曾沅,樊纪超,余贻鑫,等.电力大系统实用动态安全域[J].电力系统自动化,2001,6:6-10.
[8]肖峻,谷文卓,王成山.面向智能配电系统的安全域模型[J].电力系统自动化,2013,37(8):14-19.
[9]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,2017,37(10):2840-2851.
[10]肖峻,祖国强,周欢,等.有源配电网的全象限安全域[J].电力系统自动化,2017,41(21):79-85.
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
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)
1.一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，其特征在于，所述有源配电网安全分析方法包括以下步骤：
构建有源配电网全象限安全域、取等号时的N-0、N-1安全约束组成的有源配电网安全边界；
获取工作点从一个位置a运动到另一位置b的空间几何距离、以及系统状态的变化量；
定义最短/最长安全距离、安全域最短/最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离；
计算最短几何安全距离、最长几何安全距离、最短和最长状态安全距离、安全域最短和最长安全距离、垂向安全距离、轴向安全距离、以及域轴向距离；
基于安全距离进行安全性判断、安全程度分析、越界方向分析、正向与反向越界分析；
所述有源配电网安全边界具体为：
其中，PB是安全边界B上任意点；PLBj、PDGBk表示Bi或Ti下游节点的负荷功率和DG出力；若安全边界B是正向潮流边界，则“±”取“+”，若为反向潮流边界则取“-”；aj、bk分别为负荷、DG系数；
所述最短/最长安全距离具体为：
最短几何安全距离：工作点P到某安全边界B的最短几何距离；
最短状态安全距离：工作点P到某安全边界B的最短状态距离；
最长安全距离，分为最长几何安全距离和最长状态安全距离；
所述安全域最短/最长安全距离具体为：
安全域最短几何安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短几何距离；
安全域最短状态安全距离：工作点P到所有安全边界B的最短状态距离；
相应的，也有域最长距离，分为域最长几何距离和域最长状态距离，对应域最安全方向；
所述垂向安全距离具体为：
垂向几何安全距离：工作点P到斜线安全边界垂直方向的距离，代表了当斜线边界所含元件功率同时变化时支路的安全裕度；
垂向几何安全距离对应的状态距离为垂向状态安全距离；
所述轴向几何安全距离：工作点P沿某个轴向到某安全边界B的距离，对应的状态距离为SSDA；
其中，垂向越界定义为工作点P沿垂向至各斜线边界的越界方式；
轴向越界定义为工作点P沿轴向至某安全边界B的越界方式；
其它方向越界定义为工作点P沿非垂向和非轴向至安全边界B的越界方式；
其中，正向越界定义为工作点P不满足正向潮流约束而越过正向潮流边界；
反向越界定义为工作点P不满足反向潮流约束而越过反向潮流边界。
2.根据权利要求1所述的一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，其特征在于，
1)所述最短几何安全距离的计算如下：
工作点P至安全边界B的SGSD计算公式如下：
其中，ax和by是安全边界B表达式中PLx和PDGy的系数；PLx和PDGy分别为工作点P的负荷功率及DG出力；PLBx和PDGBy分别为安全边界B上点PB的负荷功率及DG出力；
2)最长几何安全距离的计算如下：
3)最短和最长状态安全距离的计算如下：
将式(4)中min函数改为max函数，即可得到最长状态安全距离的计算公式。
3.根据权利要求1所述的一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法，其特征在于，
1)轴向安全距离的计算如下：
工作点P沿PLi或PDGi轴向至安全边界B的GSDA求法如下：
式中，系数ai或bi是边界表达式中PLi或PDGi的系数；
2)域轴向距离的计算如下：
工作点P沿PLi或PDGi轴向SR-GSDA ±的计算公式为：
SR-GSDA ±＝min[GSDA,1 ±,GSDA,2 ±,...GSDA,j ±] (6)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810146958.XA CN108258686B (zh) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | 一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810146958.XA CN108258686B (zh) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | 一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108258686A CN108258686A (zh) | 2018-07-06 |
| CN108258686B true CN108258686B (zh) | 2019-09-17 |
Family
ID=62744185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810146958.XA Expired - Fee Related CN108258686B (zh) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | 一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108258686B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103400202B (zh) * | 2013-07-17 | 2017-04-12 | 天津大学 | 一种基于馈线互联关系的配电系统安全域边界计算方法 |
| US10158229B2 (en) * | 2014-08-04 | 2018-12-18 | California Institute Of Technology | Distributed gradient descent for solving optimal power flow in radial networks |
| CN105391068B (zh) * | 2015-12-22 | 2017-10-31 | 江苏省电力公司电力经济技术研究院 | 基于安全工作区间的中压配电系统线路n‑1校验方法 |
| CN105552890B (zh) * | 2015-12-23 | 2017-10-17 | 天津大学 | 基于安全域体积的配电网n‑1安全运行范围的评价方法 |
| CN105846428B (zh) * | 2016-05-26 | 2018-07-03 | 天津大学 | 基于安全距离与工作点位移配电网n-1安全性评价方法 |
| CN107147108B (zh) * | 2017-05-09 | 2019-09-10 | 天津大学 | 一种配电系统安全域维度的计算方法 |
| CN107656901B (zh) * | 2017-09-12 | 2020-10-27 | 天津大学 | 一种配电网严格安全边界和非严格安全边界的求解方法 |
-
2018
- 2018-02-12 CN CN201810146958.XA patent/CN108258686B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108258686A (zh) | 2018-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Korkali et al. | Reducing cascading failure risk by increasing infrastructure network interdependence | |
| Lee et al. | Convex restriction of power flow feasibility sets | |
| Xiao et al. | Efficient approach to quantify commutation failure immunity levels in multi‐infeed HVDC systems | |
| US20130218494A1 (en) | Systems for Real-Time Available Transfer Capability Determination of Large Scale Power Systems | |
| Lerm et al. | Multiparameter bifurcation analysis of the south Brazilian power system | |
| Genge et al. | A framework for designing resilient distributed intrusion detection systems for critical infrastructures | |
| Tu et al. | Transient stability constrained optimal power flow using independent dynamic simulation | |
| Kaffashan et al. | Probabilistic undervoltage load shedding using point estimate method | |
| CN105389670A (zh) | 一种电网节点重要度确定方法 | |
| Dave et al. | TNEP of meshed HVDC grids:‘AC’,‘DC’and convex formulations | |
| Xu et al. | Risk‐averse multi‐objective generation dispatch considering transient stability under load model uncertainty | |
| CN115441448A (zh) | 配电网线路的转供电校验方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN106680662B (zh) | 一种双端接地交叉互联电缆的金属护套内的环流估算方法 | |
| Piacenza et al. | Understanding the impact of decision making on robustness during complex system design: More resilient power systems | |
| Rocco et al. | Implementation of multi-objective optimization for vulnerability analysis of complex networks | |
| Barnes et al. | Optimization-based formulations for short-circuit studies with inverter-interfaced generation in PowerModelsProtection. jl | |
| CN108258686B (zh) | 一种基于安全距离的有源配电网安全分析方法 | |
| Jiang et al. | Contingency filtering technique for transient stability constrained optimal power flow | |
| Olfatinezhad et al. | Flexible two‐stage robust model for moving the transmission and reactive power infrastructures expansion planning towards power system integration of renewables | |
| Alcala-Gonzalez et al. | Linear programming coordination for overcurrent relay in electrical distribution systems with distributed generation | |
| Amini Badr et al. | Segmentation of interconnected power systems considering microgrids and the uncertainty of renewable energy sources | |
| Jardim et al. | Design features of a dynamic security assessment system | |
| Azeem et al. | Design of Hardware Setup Based on IEC 61850 Communication Protocol for Detection & Blocking of Harmonics in Power Transformer | |
| Aratyn et al. | A symmetric system of mixed Painlevé III–V equations and its integrable origin | |
| Sundar et al. | Credible interdiction for transmission systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190917 Termination date: 20220212 |