CN109638817B - 一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析及预防控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，本方法通过构建用户侧模型，建立用户与电网的关系，根据模拟故障发生时对用户的影响，计算分析电网存在的脆弱点以及电网的综合脆弱度，以降低电网综合脆弱度为目标进行网络优化重构，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列。并形成顺控操作序列，供SCADA系统（数据采集监控系统）使用；本发明针对目前配电网缺少风险分析评估与预防控制的现状，对配电网设备的运行状态进行分析，兼顾考虑故障对用户的影响，建立用户侧模型信息，对配电网脆弱点进行分析，找出配电网运行的薄弱环节，评估其对配电网安全稳定运行的影响，提出消除隐患的预防校正控制策略。

Description

一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析及预防控制方法

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法。

背景技术

随着配网建设发展，线路网架结构逐步完善提升，目前配网线路基本能达到多分段适度联络、可以满足检修、故障或线路优化情况下的负荷转供要求。在此基础上，配电网逐步实现对负荷环网供电设计，开环运行，合理设置环网线路开环点（联络开关）。当配电网发生故障后，可以人工或通过配电自动化系统将故障区段快速隔离，非故障停电区段恢复送电，从而提高了用户供电可靠性。

由于配电网用户分布范围广，不同故障发生时对用户的影响也不尽相同，不同故障位置对用户的影响程度也不同，因此，在电网正常运行时，分析出对用户影响较大的故障设备，进行故障影响提前预判，消除或降低设备故障时对用户的影响是十分必要的。

发明内容

本发明目的是提供一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，针对目前配电网缺少风险分析评估与预防控制的现状，对配电网设备的运行状态进行分析，兼顾考虑故障对用户的影响，建立用户侧模型信息，对配电网脆弱点进行分析，找出配电网运行的薄弱环节，评估其对配电网安全稳定运行的影响，提出消除隐患的预防校正控制策略。

本发明通过以下技术方案实现：

一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，通过构建用户侧模型，建立用户与电网的关系，根据模拟故障发生时对用户的影响，计算分析电网存在的脆弱点以及电网的综合脆弱度，以降低电网综合脆弱度为目标进行网络优化重构，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列。并形成顺控操作序列，供SCADA系统（数据采集监控系统）使用，所述分析以及预防控制方法包括如下步骤：

步骤1）构建用户侧模型，建立用户与电网之间关系；

步骤2）进行配电网的K(N-1+1)分析，进行判断脆弱点以及计算的脆弱度；

步骤3）计算电网综合脆弱度；

步骤4）以降低电网综合脆弱度为目标进行网络优化重构，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列；

步骤5）进行配电网的预防校正控制，利用SCADA系统的顺控功能或遥控功能完成开关分合闸或者人工就地操作完成。

本发明进一步技术改进方案是：

所述步骤1）中，根据现有的配电网CIM模型标准，为了反映多电源用户的供电状态，扩展了用户模型（DSCustomer）以及用户电源点模型(DSCustomerPower)，其中DSCustomer非导电模型，DSCustomerPower为导电模型，存在拓扑关系，一个DSCustomer对应1个或者多个DSCustomerPower，通过DSCustomerPower的拓扑关系，描述用户与配电网之间的连接关系。

本发明进一步技术改进方案是：

所述步骤2）中，脆弱点分析以及脆弱度计算的方法为：通过对配电网进行K(N-1+1)分析，根据其结果对用户的影响程度来评断。K(N-1+1)分析，就是对配电网每个分段的设备进行假想故障，并根据网络拓扑关系进行故障隔离以及非故障区域的负荷转供分析，计算转供后故障隔离区域之外的电网潮流、电网的物理节点电压与支路功率，根据步骤1）中的用户与电网的关系，计算用户电源点的电压、电流与功率，用户电源点的电压为其物理节点上的电压，若物理节点电压为0，则表示该用户电源点处于停电状态，用户电源点的电流和功率为用户电源点所在物理节点的供电上游支路的电流与功率。在用户电源点的潮流结果基础上，可以进一步分析用户的供电状态：停电、低压越限、重过载等。

停电：用户的所有电源点中有停电的电源点则为停电状态。

低压越限：用户的所有电源点中有电压低于低压限值的电源点则为低压越限状态。

重过载：用户的所有电源中有电流高于其电流的重过载限值的电源点则为重过载状态。

若对某一分段设备进行K(N-1+1)分析后，出现上述三种状态的用户，则该设备为脆弱点。对出现上述三种状态用户数占总用户数的比例定义为该设备的脆弱度。

本发明进一步技术改进方案是：

所述步骤3）中，在步骤2）基础上计算出当前电网的全部脆弱点，计算电网综合脆弱度方法为：对每个脆弱点设备根据网络拓扑关系进行供电范围分析，获取供电范围内全部节点，并根据步骤1）用户与电网关系，分析出供电范围内所有用户，将供电范围内重要用户数量作为该脆弱点设备的重要等级，每个脆弱点根据重要等级加权求和，得出全网的综合脆弱度。

本发明进一步技术改进方案是：

所述步骤4）中，进行降低电网综合脆弱度为目标的网络优化重构，所谓网络优化重构主要是计算网络中的开环点，首先根据启发式算法，得到全网所有可能进行的开环点的组合，针对每种组合情况，按步骤2）、3）进行分析计，得到每种组合情况下的全网综合脆弱度。选择其中全网综合脆弱度最低的一组作为目标，针对目标的开环点与电网当前实际运行方式进行对比分析，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列。

本发明进一步技术改进方案是：

所述步骤5）中，在步骤4）基础上，针对操作序列所在配电网的自动化程度不同，进行不同处理，对于可遥控的开关，通过SCADA系统中的顺控功能模块或遥控功能模块完成，对于不可遥控的开关，采用人工就地操作完成。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本发明能够快速有效分析出配电网的薄弱环节。

二、本发明能够对配电网进行有效的预防校正控制，使得故障发生时对配电网的影响程度降到最低。

附图说明

图1为本发明的考虑用户侧模型的脆弱点分析及预防控制方法流程图；

图2为本发明配电网接线图的示例图。

具体实施方式

下面结合说明书附图1～2对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如附图1所示的本发明的方法，包括以下步骤：

步骤1）构建用户侧模型，建立用户与电网的连接关系；

步骤2）K(N-1+1)分析，脆弱点判断与脆弱度计算；

步骤3）电网综合脆弱度计算；

步骤4）以降低电网综合脆弱度为目标进行网络重构，得到预防控制操作序列；

步骤5）执行预防控制操作序列。

附图2为配电网接线图的示例图，是由3条馈线通过两个联络开关连接在一起组成的馈线组。其中，CB1、CB2和CB3为3条馈线的出线开关，B1、B2、B3、B4、B5为分段开关，LL1和LL2为馈线联络开关（正常运行时开关状态为分位），S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8为区段。

本发明专利以图2所示的配电网为示例，具体实施方式步骤如下：

（1）构建用户侧模型，建立用户与电网的连接关系：用户侧模型的构建，是建立用户与其电源点从属关系，电源点是电网中的设备，参与电网的拓扑连接关系建模。因图2所示的电网示例是一个简化的电网接线图，用户的电源点是分布在S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8这8个区段中，可以认为用户的电源点就是这8个区段中的一个。假设用户都是单电源用户，总用户数为443，各区段内用户数量如下表所示。

（2）K(N-1+1)分析，脆弱点判断与脆弱度计算：对图2所示的配电网做K(N-1+1)分析，即对S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8这8个区段做假设故障分析，依次假设这8个区段发生故障，根据网络拓扑关系进行故障隔离以及非故障区域的负荷转供电分析，计算转供后故障隔离区域之外的电网潮流、电网的物理节点电压与支路功率，根据步骤（1）中的用户与电网的关系，计算用户电源点的电压、电流与功率，用户电源点的电压为其物理节点上的电压，若物理节点电压为0，则表示该用户电源点处于停电状态，用户电源点的电流和功率为用户电源点所在物理节点的供电上游支路的电流与功率。在用户电源点的潮流结果基础上，对用户的供电状态进行分析，即分析出用户是否处于停电、低压越限、重过载状态。若对S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8这8个区段进行K(N-1+1)分析后，出现上述三种状态的用户，则该设备为脆弱点。对出现上述三种状态用户数占总用户数的比例定义为该设备的脆弱度。经过K(N-1+1)分析后，得出区段S1为脆弱点，区段S1发生故障后，经过故障隔离和非故障区域内负荷转供电分析后，区段S2内的用户停电。得到脆弱点个数为1，即区段S1，脆弱度为区段S2内用户占总用户的比例，脆弱度=停电用户数/总用户数=88/443=0.20。

（3）电网综合脆弱度计算：对每个脆弱点设备根据网络拓扑关系进行供电范围分析，获取供电范围内全部节点，并根据步骤（1）用户与电网关系，分析出供电范围内所有用户，将供电范围内重要用户数量作为该脆弱点设备的重要等级，每个脆弱点根据重要等级加权求和，得出全网的综合脆弱度。区段S1为脆弱点，其供电范围为区段S2、S3、S4、S5和S8，供电范围内的重要用户数为16+24+11+38+12=101，脆弱点S1的重要等级为101，电网的综合脆弱度为：101*0.20=20.2。

（4）以降低电网综合脆弱度为目标进行网络重构，得到预防控制操作序列：以降低步骤（2）、（3）定义的电网的综合脆弱度为目标进行网络重构，网络重构结果为最终预防控制故障影响范围的操作序列。网络重构结果为：联络开关LL1合闸、联络开关LL2合闸，开关B2分闸、开关B3分闸。预防控制操作序列为：开关LL1合闸、开关B3分闸、开关LL2合闸、开关B2分闸。在这种运行模式下，配电网的脆弱点个数和脆弱点分布不变，还是得到脆弱点个数为1，即区段S1，脆弱度为区段S2内用户占总用户的比例，脆弱度=停电用户数/总用户数=88/443=0.20。但在此运行模式下，区段S1为脆弱点，其供电范围为区段S2，供电范围内的重要用户数即区段S2的重要用户数，为16，即脆弱点S1的重要等级为16，电网的综合脆弱度为：16*0.20=3.2。

（5）执行预防控制操作序列：对步骤（4）得到的开关操作序列，即：开关LL1合闸、开关B3分闸、开关LL2合闸、开关B2分闸。这4个开关中可遥控进行分合闸操作的开关，通过SCADA系统中的顺控功能模块或遥控操作模块完成分合闸操作，对于不可遥控的开关，由人工就地操作完成开关分合闸。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，通过构建用户侧模型，建立用户与电网的关系，根据模拟故障发生时对用户的影响，计算分析电网存在的脆弱点以及电网的综合脆弱度，以降低电网综合脆弱度为目标进行网络优化重构，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列，并形成顺控操作序列，供SCADA系统使用，其特征在于：所述分析以及预防控制方法包括如下步骤：

步骤1）构建用户侧模型，建立用户与电网之间关系；

步骤2）进行配电网的K(N-1+1)分析，进行判断脆弱点以及计算的脆弱度；

步骤3）计算电网综合脆弱度，对电网每个脆弱点进行重要等级计算，根据脆弱点设备的供电范围的用户重要程度计算重要等级，每个脆弱点根据重要等级加权平均，得出全网的综合脆弱度；

步骤4）以降低电网综合脆弱度为目标进行网络优化重构，得出最终预防控制故障影响范围的操作序列；

步骤5）进行配电网的预防校正控制，利用SCADA系统的顺控功能或遥控功能完成开关分合闸或者人工就地操作完成。

2.根据权利要求1所述的一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，其特征在于：所述步骤1）中，根据现有的配电网CIM模型标准，为了反映多电源用户的供电状态，扩展了用户模型DSCustomer以及用户电源点模型DSCustomerPower，其中DSCustomer为非导电模型，DSCustomerPower为导电模型，存在拓扑关系，一个DSCustomer对应一个或者多个DSCustomerPower，通过DSCustomerPower的拓扑关系，描述用户与配电网之间的关系。

3.根据权利要求1所述的一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，其特征在于：所述步骤2）中分析脆弱点以及计算脆弱度的方法为：对进行配电网的K(N-1+1)分析，对配电网主干线上的馈线段模拟故障开断后的负荷转供分析，同时根据转供后的停电用户数、用户的低压越限情况、双电源用户供电可靠性、用户电源重过载情况进行综合评估分析，进行判断该馈线段是否为脆弱点以及计算的脆弱度。

4.根据权利要求1所述的一种考虑用户侧模型的配电网脆弱点分析以及预防控制方法，其特征在于：所述步骤5）在步骤4）基础上，针对操作序列所在配电网网络的自动化安装情况不同，进行不同处理，对于可遥控的开关，通过SCADA系统中的顺控功能模块或遥控模块完成，对于不可遥控的部分，采用人工就地操作完成。

Images