CN109638827B - 含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统 - Google Patents

含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统 Download PDF

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CN109638827B CN201811613685.1A CN201811613685A CN109638827B CN 109638827 B CN109638827 B CN 109638827B CN 201811613685 A CN201811613685 A CN 201811613685A CN 109638827 B CN109638827 B CN 109638827B
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Abstract

本发明提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统，包括：通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；构建N‑1安全约束条件；根据N‑1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案。上述方法及系统充分考虑各类故障类型、多端口电力电子变压器灵活的转供能力以及电力电子变压器之间的直流互联作用，评估在各自转供方式下满足N‑1安全校验下的中压配电网最大供电能力，可有效指导电网的后期升级改造。

Description

含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统配电网规划领域，更具体地，涉及一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统。
背景技术
传统的交流变压器常用来能够实现不同电压等级母线的互联，并不能满足未来电网对设备灵活可控、智能集成、高质量供电的要求。多端口电力电子变压器的应用能够有效实现多电压等级转换、直流互联、交直流混联等功能，支撑对直流负载、直流电源的即插即入，实现配电网合环运行与开环运行的灵活切换。
配电网作为电力系统末端与用户直接相连，其供电能力的评估是作为衡量负荷供载能力的重要指标。由于10kV以下配电网中存在大量联络开关，负荷转供关系较为复杂，目前供电能力的研究多集中于中压配电网。中压配电网供电能力评估通常忽略网损和电压损耗，忽略电压降是由于目前经过改造和新建的城市配电网线路长度往往较短，电压降较小，且还可以通过无功补偿设备进一步调节，因此电压约束可忽略或近似考虑；忽略网损是由于模型中的馈线出口负荷，已经包含了网损，因此仅需要考虑容量约束条件。然而，传统中压配电网的供电能力评估中，通常仅考虑馈线N-1故障的转供和主变N-1故障的转供情况，引入多端口电力电子变压器后，中压配电网中的能量流就存在多种形式，多端口电力电子变压器可通过调节内部各个端口的电压范围，完成内部直流母线功率的平衡分配，从而可利用电动汽车、储能等设备支撑本地负载供电，也可通过电力电子变压器之间通过直流互联，实现功率转移，保证负荷供电。
现有中压配电网供电能力评估，缺少针对考虑多端口电力电子变压器装置的电网N-1安全校验过程中缺乏完整的故障分析以及对灵活转供策略的考虑，最大用电能力(Total Supply Capability，TSC)求解模型中N-1约束条件有待进一步完善。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种充分考虑各类故障类型、多端口电力电子变压器灵活的转供能力以及电力电子变压器之间的直流互联作用，评估在各自转供方式下满足N-1安全校验下的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统。
根据本发明的一个方面，提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，包括：
通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
构建N-1安全约束条件；
根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，
其中，所述构建构建N-1安全约束条件的步骤包括：
对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。
优选地，所述联络关系矩阵包括表示各电力电子变压器之间联络关系的电子电力变压器联络矩阵、表示馈线联络关系的馈线联络矩阵；所述容量约束矩阵包括表示电力电子变压器各端口容量可调范围的端口容量约束矩阵、馈线容量矩阵、表示馈线连接的分布式资源可调范围的分布式资源约束矩阵、电压调节约束矩阵和电流调节约束矩阵。
优选地，所述根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析的步骤包括：
将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure BDA0001925371530000021
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
进一步，优选地，所述将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束的步骤包括：
通过下式(2)构建的端口负荷分配等式约束
Figure BDA0001925371530000031
其中，Si,n,x为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线所带所带负荷量；
通过下式(3)构建馈线负荷分配等式约束
Figure BDA0001925371530000032
其中，
Figure BDA0001925371530000033
表示不可转出去的负荷，
Figure BDA0001925371530000034
表示第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线转到第j台电力电子变压器第m个端口第y条馈线的总负荷；
通过下式(4)构建端口-端口负荷转带等式约束
Figure BDA0001925371530000035
其中，
Figure BDA0001925371530000036
表示第i台电力电子变压器第n个端口转到第j台电力电子变压器第m个端口的总负荷；
根据下式(5)构建电力电子变压器内部母线的直流潮流平衡约束，
Figure BDA0001925371530000037
其中，Vi是第i台电力电子变压器输入级末端电压，Vi，*为各端口的输入电压，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量，Vi,DC_LINK为为直流互联端口电压。
此外，优选地，所述将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束的步骤包括：
通过下式(6)构建表示表示电力电子变压器内部各端口的电压、电流调节范围约束的第一不等式约束
Figure BDA0001925371530000039
其中，Vi,*,min为各端口的最小输入电压，Vi,*,max为各端口的最大输入电压；
通过下式(7)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第二不等式约束
Figure BDA0001925371530000038
其中，Ii,*,min为各端口的最小输入电流，Ii,*,max为各端口的最大输入电流；
通过下式(8)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第三不等式约束
Si,n,x,min≤Si,n,x≤Si,n,x,max (8)
其中，Si,n,x,min为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最小负荷，Si,n,x,max为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最大负荷；
通过下式(9)构建表示电力电子变压器的直流互联端口的传输功率约束的第四不等式约束
Figure BDA0001925371530000041
其中，Si,DC_LINK,min为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最小容量，Si,DC_LINK,max为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最大容量；
通过下式(10)构建表示N-1故障时馈线的容量约束的第五不等式约束
Figure BDA0001925371530000042
通过下式(11)构建表示N-1障时端口的容量约束的第六不等式约束
Figure BDA0001925371530000043
通过下式(12)构建表示N-1故障时主变的容量约束的第七不等式约束
Figure BDA0001925371530000044
其中，α表示第j台电力电子变压器接受故障第i台电力电子变压器转移负荷后，不超过第j台电力电子变压器的α倍额定容量。
根据本发明的另一个方面，提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统，包括：
联络关系矩阵构建模块，通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
容量约束矩阵构建模块，通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
安全约束条件构建模块，构建N-1安全约束条件；
最大供电能力分析模块，根据安全约束条件构建模块构建的N-1安全约束条件、联络关系矩阵构建模块构建的联络关系矩阵以及容量约束矩阵构建模块构建的容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，
其中，所述安全约束条件构建模块包括：
故障分类单元，对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；
策略分类单元，对含电力电子变压器的中压配电网负荷转供策略进行分类，所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
校验构建单元，建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。
优选地，所述最大供电能力分析模块包括：
模型构建单元，将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure BDA0001925371530000051
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
等式约束单元，将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
不等式约束单元，将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
本发明所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统考虑了多端电力电子变压器的N-1故障类型以及设备的灵活转供策略，形成N-1安全约束条件，从而构建基于多端口电力电子变压器的中压配电网最大供电能力求解模型，为城市配电网的规划运行提供更准确、合理的指导意义。
附图说明
图1是本发明所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法的流程示意图；
图2是基于多端口电力电子变压器的中压配电网示意图；
图3是基于多端口电力电子变压器的中压配电网N-1静态安全分析流程；
图4是本发明所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统构成框图的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。
图1是本发明所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法的流程示意图，如图1所示，所示分析方法包括：
步骤S1,通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
步骤S2,通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
步骤S3,构建N-1安全约束条件；
步骤S4,根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案。
上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法首先，针对含有多端口电力电子变压器的中压配电网联络关系进行提炼，并形成联络关系矩阵以及设备可调容量约束矩阵。进一步在安全性校验分析中，对多端口电力电子变压器的N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，形成N-1安全校验流程。最后，结合设备运行约束以及N-1的安全校验约束，形成了基于多端口电力电子变压器的中压配电网最大供电能力求解模型，评估安装电力电子变压器后中压配电网供电能力优势。
在步骤S3中，所述构建构建N-1安全约束条件的步骤包括：
步骤S31,对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；
步骤S32,对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
步骤S33,建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。
在步骤S4中，所述根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析的步骤包括
步骤S41,将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure BDA0001925371530000071
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
步骤S42,将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
步骤S43,将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
图2是一个典型基于多端口电力电子变压器的中压配电网示意图，结合图2对上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法进行说明，包括：
第一，获取中压配电网规划方案，提取规划负荷、分布式资源以及网络拓扑等参数，得到设备的运行可调容量约束条件，结合线路中各馈线和电力电子变压器的联络关系及容量约束，生成联络关系矩阵以及容量约束矩阵，矩阵类型如下：
电力电子变压器联络矩阵CPET，其为NPET*NPET阶矩阵，NPET为电力电子变压器个数，矩阵元素CPET(i,j)表示第i台电力电子变压器与第j台电力电子变压器的联络关系，当两者存在直流互联关系时，取值为1，否则为0；
馈线联络矩阵Cfeeder，其为Nfeeder*Nfeeder阶矩阵，Nfeeder为馈线数量，其矩阵元素Cfeeder({i,n,x},{j,m,y})表示的是第i个电力电子变压器第n个端口第x条馈线与第j个电力电子变压器第m个端口第y条馈线的关系，当两者存在联络开关相连时，取值为1，否则为0；
此外还有端口容量约束矩阵RPET_PORT，元素(Sj,m,min,Sj,m,max)为第i个电力电子变压器第n个端口的容量可调上下界，如果端口为直流互联端口，则表示直流互联端口容量约束RDC_LINK；馈线容量矩阵Rfeeder，元素为(Si,n,x,min,Si,n,x,max)第i个电力电子变压器第n个端口的第x条馈线的容量约束如果馈线x连接的是分布式资源(分布式电源、电动汽车、储能装置)，即为分布式资源可调范围约束Pdistributed；电压调节约束矩阵UPET_PORT、电流调节约束矩阵。
第二，基于多端口电力电子变压器的工作模式及控制方式，对含电力电子变压器的中压配电网进行N-1故障类型及转供策略进行分析，并建立N-1校验流程，具体地：
首先将基于多端口电力电子变压器的中压配电网的N-1故障分成以下5类故障：负荷馈线N-1故障、电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障、电力电子变压器输入级端口N-1故障、电力电子变压器某输出端口N-1故障、电力电子变压器故障(主变N-1故障)；
进一步，对发生N-1故障时的转供策略进行分析，主要将转供策略分成两大类：1)通过本地电力电子变压器的内部直流母线完成功率平衡；2)负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下。
最后，进一步形成N-1校验流程，如图3所示，N-1的校验流程中需要判断是否通过N-1校验包括：
1)对于负荷馈线N-1故障，当可在电力电子变压器本地端口内形成转供或者通过联络开关转供到外部电力电子变压器某供电端口时，转供成功，认为该馈线通过N-1校验；
2)对于本地端口内分布式电源N-1故障，可通过调节与之相连的电力电子变压器各端口电压，利用其它端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器的端口功率分配情况，转供成功，认为该分布式电源通过N-1校验；
3)对于电力电子变压器输入级端口N-1故障，可利用直流互联线路以及各输出端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器内部直流母线的功率时，转供成功，认为其通过N-1校验；
4)对于电力电子变压器某输出端口N-1故障，此时该端口对应的负荷无法从上级电源获取功率，可通过联络开关将该端口负载全部转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为其通过N-1校验；
5)对于电力电子变压器故障，可通过联络开关将该区域所有负荷转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为通过N-1安全校验。
第三，结合N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵等参数，构建基于多端口电力电子变压器的中压配电网最大供电能力求解模型，并利用线性规划方法进行求解，评估安装电力电子变压器后中压配电网供电能力优势，具体地：
结合上述各类N-1安全约束分析，形成安全约束条件，建立了基于多端口电力电子变压器的中压配电网最大供电能力求解模型，模型中，将所有的主变(电力电子变压器)所带的负荷之和LTSC作为目标函数：
Figure BDA0001925371530000081
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
等式约束如下所示：
Figure BDA0001925371530000091
其中，Si,n,x为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线所带所带负荷量；
Figure BDA0001925371530000092
表示不可转出去的负荷，
Figure BDA0001925371530000093
表示第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线转到第j台电力电子变压器第m个端口第y条馈线的总负荷；
Figure BDA0001925371530000094
表示第i台电力电子变压器第n个端口转到第j台电力电子变压器第m个端口的总负荷；Vi是第i台电力电子变压器输入级末端电压，Vi，*为各端口的输入电压，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量，Vi,DC_LINK为为直流互联端口电压。
不等式约束如下所示，共包括了7类约束：
Figure BDA0001925371530000095
其中，第一第二行表示电力电子变压器内部各端口的电压、电流调节范围约束；第三行表示的是各类分布式资源的可调范围约束，其中分布式资源包括了分布式电源、电动汽车和储能三类；第四行表示第i台电力电子变压器的直流互联端口的充放电功率约束；第五行表示N-1故障时馈线的容量约束，负荷转带给主变j端口m的馈线y后，馈线y不能过载；第六行表示N-1障时端口的容量约束，即负荷转供到主变j端口m后，端口m不能超过容量约束；第七行表示N-1故障时主变(电力电子变压器)的容量约束，即主变j接受故障主变i转移负荷后，不超过主变j的α倍额定容量，α可以为设定值。
图4是本发明所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统构成框图的示意图，如图4所示，所述分析系统包括：
联络关系矩阵构建模块10，通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
容量约束矩阵构建模块20，通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
安全约束条件构建模块30，构建N-1安全约束条件；
最大供电能力分析模块40，根据安全约束条件构建模块构建的N-1安全约束条件、联络关系矩阵构建模块构建的联络关系矩阵以及容量约束矩阵构建模块构建的容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，
其中，所述安全约束条件构建模块20包括：
故障分类单元21，对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；
策略分类单元22，对含电力电子变压器的中压配电网负荷转供策略进行分类，所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
校验构建单元23，建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。
其中，所述最大供电能力分析模块40包括：
模型构建单元41，将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure BDA0001925371530000101
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
等式约束单元42，将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
不等式约束单元43，将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统先分析网络的连接关系，形成各类联络矩阵及容量约束矩阵，然后进行配电网安全校验分析，充分考虑多端口电力电子变压器故障类型以及灵活的转供策略，形成各类安全约束条件，最后构建最大供电能力评估模型。
此外，本发明上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统可以通过计算机设备实现，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析程序，所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析程序被所述处理器执行时，实现上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法的步骤。
此外，本发明上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统还可以通过计算机可读存储介质实现，所述计算机可读存储介质中包括有含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析程序，所述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析程序被处理器执行时，实现上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法的步骤。
上述计算机设备、计算机可读存储介质的具体实施方式与上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法、分析系统的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。
本发明上述含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统建立了基于多端口电力电子变压器的中压配电网最大供电能力评估方法，充分考虑了电力电子变器的灵活转供策略，形成N-1安全约束条件，构建了最大供电能力求解模型，可有效指导电网的后期升级改造。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (8)

1.一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，包括：
通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
构建N-1安全约束条件；
根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，
其中，所述构建构建N-1安全约束条件的步骤包括：
对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验，
其中，判断是否通过N-1校验的方法包括：
1)对于负荷馈线N-1故障，当可在电力电子变压器本地端口内形成转供或者通过联络开关转供到外部电力电子变压器某供电端口时，转供成功，认为该馈线通过N-1校验；
2)对于本地端口内分布式电源N-1故障，可通过调节与之相连的电力电子变压器各端口电压，利用其它端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器的端口功率分配情况，转供成功，认为该分布式电源通过N-1校验；
3)对于电力电子变压器输入级端口N-1故障，可利用直流互联线路以及各输出端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器内部直流母线的功率时，转供成功，认为其通过N-1校验；
4)对于电力电子变压器某输出端口N-1故障，此时该端口对应的负荷无法从上级电源获取功率，可通过联络开关将该端口负载全部转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为其通过N-1校验；
5)对于电力电子变压器故障，可通过联络开关将该区域所有负荷转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为通过N-1安全校验。
2.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述联络关系矩阵包括表示各电力电子变压器之间联络关系的电子电力变压器联络矩阵、表示馈线联络关系的馈线联络矩阵。
3.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述容量约束矩阵包括表示电力电子变压器各端口容量可调范围的端口容量约束矩阵、馈线容量矩阵、表示馈线连接的分布式资源可调范围的分布式资源约束矩阵、电压调节约束矩阵和电流调节约束矩阵。
4.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析的步骤包括：
将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure FDA0002550085860000021
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
5.根据权利要求4所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束的步骤包括：
通过下式(2)构建的端口负荷分配等式约束
Figure FDA0002550085860000022
其中，Si,n,x为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线所带所带负荷量；
通过下式(3)构建馈线负荷分配等式约束
Figure FDA0002550085860000023
其中，
Figure FDA0002550085860000024
表示不可转出去的负荷，
Figure FDA0002550085860000025
表示第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线转到第j台电力电子变压器第m个端口第y条馈线的总负荷；
通过下式(4)构建端口-端口负荷转带等式约束
Figure FDA0002550085860000031
其中，
Figure FDA0002550085860000032
表示第i台电力电子变压器第n个端口转到第j台电力电子变压器第m个端口的总负荷；
根据下式(5)构建电力电子变压器内部母线的直流潮流平衡约束，
Figure FDA0002550085860000033
其中，Vi是第i台电力电子变压器输入级末端电压，Vi，*为各端口的输入电压，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量，Vi,DC_LINK为为直流互联端口电压。
6.根据权利要求4所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束的步骤包括：
通过下式(6)构建表示表示电力电子变压器内部各端口的电压、电流调节范围约束的第一不等式约束
Figure FDA0002550085860000034
其中，Vi,*,min为各端口的最小输入电压，Vi,*,max为各端口的最大输入电压；
通过下式(7)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第二不等式约束
Figure FDA0002550085860000035
其中，Ii,*,min为各端口的最小输入电流，Ii,*,max为各端口的最大输入电流；
通过下式(8)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第三不等式约束
Si,n,x,min≤Si,n,x≤Si,n,x,max (8)
其中，Si,n,x,min为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最小负荷，Si,n,x,max为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最大负荷；
通过下式(9)构建表示电力电子变压器的直流互联端口的传输功率约束的第四不等式约束
Figure FDA0002550085860000036
其中，Si,DC_LINK,min为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最小容量，Si,DC_LINK,max为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最大容量；
通过下式(10)构建表示N-1故障时馈线的容量约束的第五不等式约束
Figure FDA0002550085860000037
通过下式(11)构建表示N-1障时端口的容量约束的第六不等式约束
Figure FDA0002550085860000041
通过下式(12)构建表示N-1故障时主变的容量约束的第七不等式约束
Figure FDA0002550085860000042
其中，α表示第j台电力电子变压器接受故障第i台电力电子变压器转移负荷后，不超过第j台电力电子变压器的α倍额定容量。
7.一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统，其特征在于，包括：
联络关系矩阵构建模块，通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；
容量约束矩阵构建模块，通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；
安全约束条件构建模块，构建N-1安全约束条件；
最大供电能力分析模块，根据安全约束条件构建模块构建的N-1安全约束条件、联络关系矩阵构建模块构建的联络关系矩阵以及容量约束矩阵构建模块构建的容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，
其中，所述安全约束条件构建模块包括：
故障分类单元，对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；
策略分类单元，对含电力电子变压器的中压配电网负荷转供策略进行分类，所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；
校验构建单元，建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验，
其中，所述校验构成单元判断是否通过N-I校验的策略包括：
1)对于负荷馈线N-1故障，当可在电力电子变压器本地端口内形成转供或者通过联络开关转供到外部电力电子变压器某供电端口时，转供成功，认为该馈线通过N-1校验；
2)对于本地端口内分布式电源N-1故障，可通过调节与之相连的电力电子变压器各端口电压，利用其它端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器的端口功率分配情况，转供成功，认为该分布式电源通过N-1校验；
3)对于电力电子变压器输入级端口N-1故障，可利用直流互联线路以及各输出端口的功率可调特性，重新平衡电力电子变压器内部直流母线的功率时，转供成功，认为其通过N-1校验；
4)对于电力电子变压器某输出端口N-1故障，此时该端口对应的负荷无法从上级电源获取功率，可通过联络开关将该端口负载全部转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为其通过N-1校验；
5)对于电力电子变压器故障，可通过联络开关将该区域所有负荷转接到其他电力电子变压器，转供成功，认为通过N-1安全校验。
8.根据权利要求7所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统，其特征在于，所述最大供电能力分析模块包括：
模型构建单元，将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，
Figure FDA0002550085860000051
其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；
等式约束单元，将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；
不等式约束单元，将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。
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