CN111126841A - 一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，首先建立配电网随机扰动模型（包括节点负荷波动模型和线路故障模型），然后采用随机潮流计算得到线路传输功率和节点电压幅值状态变量，基于风险评估构造节点电压越限风险指标和线路传输功率过载风险指标，最后基于范数理论和层次分析法得到总的风险指标，从而能够识别配网故障后的薄弱区域，为进一步提高配网可靠性打下坚实基础。

Description

一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的持续不断增长，特别是由于第三产业的兴起，电力负荷的结构也发生了变化，中小用户包括居民用电比例逐年上升，导致城市配电系统中的线路越来越长，节点越来越多，结构越来越复杂，因而发生故障的几率也相应增大。因此配电网在发生故障后，可以通过调整网络开关的开合状态来切除线路故障，隔离故障并转移故障影响区内负荷，以减少故障影响范围，从而总体提高电网运行的经济性和安全性。

随着电网规模日益庞大、网架结构日趋复杂，节点之间联系度越来越高，在发生故障后一般都能够进行负荷转移，但如何对该转供能力进行评价仍是一个需要研究的问题。而且随着负荷的波动，对于不同的故障时间和故障位置，配电对负荷转供的“容忍程度”也不尽相同。同时为避免在负荷转供过程中，为防止某些线路过载造成电网二次事故或者某些节点电压幅值过低影响用户用电安全，需要找出负荷转供过程中的薄弱区域。针对以上问题，能够提出一种配电网故障后负荷转供能力评价方法、找到转供过程中的薄弱区域并且进行改造显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供了一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，包含以下步骤：

步骤S1、建立配电网随机波动模型并构造预想故障集；

步骤S2、遍历故障集，对于预想故障集中每一故障：

步骤S2.1、在当前负荷转供网络状态下采用点估计法计算随机潮流；

步骤S2.2、计算此故障状态下各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标；

步骤S3、计算配电网在预想故障集下所有故障的节点电压越限总体风险指标和线路传输功率过载总体风险指标，列出配电网薄弱区域以方便进行改造。

作为本发明一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法进一步的优化方案，所述步骤S1中，配电网随机波动模型包括负荷随机模型和线路故障随机模型；负荷随机潮流模型采用正太分布模型描述负荷波动，令负荷有功功率期望值为μ_p，有功功率方差为

无功功率期望值为μ_q，无功功率方差为

则其有功概率密度函数f(P)、无功概率密度函数f(Q)分别为：

线路故障模型考虑了正常天气和恶劣天气下的线路故障率，配电网第i条线路故障率λ_li为：

式中，λ'_li和λ”_li分别表示线路在正常天气和恶劣天气条件下的故障率，l_li表示线路i的长度，N和S代表在统计时期内正常天气和恶劣天气的天数。

作为本发明一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法进一步的优化方案，所述步骤S1中，所述预想故障集是由配电网每条线路单独发生故障组成的集合。

作为本发明一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法进一步的优化方案，所述步骤S2.2中，各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标的计算公式为：

R_i是节点i的电压越限风险指标；R_ij是节点i与节点j之间的线路传输功率过载风险指标；

P_i是节点i的电压越限概率；P_ij是节点i与节点j之间的线路过载概率；

Se_i是节点i的电压越限严重度；Se_ij是节点i与节点j之间的线路过载严重度；

P_i、P_ij、Se_i、Se_ij的计算公式为：

其中，V_i是当前电网运行条件下节点i的电压幅值；S_ij是当前电网运行条件下，节点i与节点j之间的线路ij传输容量，V_max、V_min分别为电网正常运行时，节点i电压幅值的上限、下限，S_max、S_min分别为节点i与节点j之间的线路ij传输容量的上限、下限；

令故障集中的节点电压越限集合为X＝(X₁,X₂,…,X_K1)，K₁为节点电压越限指标数量；令故障集中的线路传输功率过载故障集合为Y＝(Y₁,Y₂,…,Y_K2)，K₂为线路传输功率过载越限指标数量；

则配电网节点电压越限总体风险指标Z_x1为：

配电网线路传输功率过载总体风险指标Z_Y1为：

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明考虑到配网随机因素对转供的影响，建立了配网负荷波动模型和线路故障模型，采用点估计法进行随机潮流计算得到节点电压越限风险指标和线路传输功率过载风险指标，基于指标对配网转供能力进行评价并发现配网的薄弱区域。本发明能够有效发现配网故障后存在的安全隐患并进行升级改造。

附图说明

图1为本发明负荷转供能力评价方法流程图；

图2是故障线路23仿真结果的示意图；

图3是故障线路44仿真结果的示意图；

图4是区域配电网故障转供综合风险指标的示意图；

图5是改造后区域配电网故障转供综合风险指标的示意图；

图6为本发明负荷转供能力评价方法算例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，包含以下步骤：

步骤S1、建立配电网随机波动模型并构造预想故障集；

配电网随机波动模型包括负荷随机模型和线路故障随机模型。负荷随机潮流模型采用正太分布模型描述负荷波动，假设负荷有功功率期望值为μ_p，有功功率方差为

无功功率期望值为μ_q，无功功率方差为

则其有功、无功概率密度函数分别可以描述为：

线路故障模型考虑了正常天气和恶劣天气下的线路故障率，配电网第i条线路故障率λ_li可以简化表示为：

式中λ'_li和λ”_li分别表示线路在正常天气和恶劣天气条件下的故障率，这两种故障率都可以由线路历史故障数据统计得到。l_li表示线路i的长度，N和S代表在统计时期内正常天气和恶劣天气的天数。

预想故障集是由配电网每条线路单独发生故障组成的集合集，采用该故障集是因为在配网实际运行中单条线路发生故障是最常见的配网事故。

步骤S2、遍历故障集，对于预想故障集中每一故障：

步骤S2.1、在当前负荷转供网络状态下采用点估计法计算随机潮流；

对于故障集中每一种线路故障，采用启发式搜索算法完成转供路径搜索问题，然后在此网络状态下采用点估计法进行随机潮流计算得到节点电压幅值概率分布和线路传输功率概率分布。

步骤S2.2、计算此故障状态下各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标，各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标的计算公式为：

R_i是节点i的电压越限风险指标；R_ij是节点i与节点j之间的线路传输功率过载风险指标；

P_i是节点i的电压越限概率；P_ij是节点i与节点j之间的线路过载概率；

Se_i是节点i的电压越限严重度；Se_ij是节点i与节点j之间的线路过载严重度；

P_i、P_ij、Se_i、Se_ij的计算公式为：

其中，V_i是当前电网运行条件下节点i的电压幅值；S_ij是当前电网运行条件下，节点i与节点j之间的线路ij传输容量，V_max、V_min分别为电网正常运行时，节点i电压幅值的上限、下限，S_max、S_min分别为节点i与节点j之间的线路ij传输容量的上限、下限；

步骤S3、计算配电网在预想故障集下，所有故障的节点电压越限总体风险指标和线路过载总体风险指标，列出配电网薄弱区域以方便进行改造。

令故障集中的节点电压越限集合为X＝(X₁,X₂,…,X_K1)，K₁为节点电压越限指标数量；令故障集中的线路过载故障集合为Y＝(Y₁,Y₂,…,Y_K2)，K₂为线路过载越限指标数量；则配电网中的节点电压越限风险指标Z_x1为：

配电网中的线路过载越限风险指标Z_Y1为：

下面举例进行说明：

步骤1、建立配电网随机波动模型并构造预想故障集；

以某地区配电网拓扑结构为例，如图3所示，表1和表2列出了该地区配电网的一些基础数据，假设各负荷节点负荷波动服从正太分布，其期望值等于负荷峰值，标准差等于期望的10％，根据相关文献统计出该地区正常天气线路的故障率为0.0139次/年/km，恶劣天气线路的故障率为5.86次/年/km，假设该配电网网络中线路元件可靠性相同，正常天气的期望时间为200h，恶劣天气的期望持续时间为2h，利用公式可以得到所有线路的故障率，如表3所示。

表1拓扑图线路参数数据

表2拓扑图节点负荷数据

表3线路故障率

步骤S2、遍历故障集，对于预想故障集中的每一故障：

步骤S2.1、在当前负荷转供网络状态下采用点估计法计算随机潮流；

从编号为1的线路开始，模拟每条线路发生故障，采用点估计法计算故障后负荷转供网络状态的随机潮流，例如线路编号1发生故障，采用主变5进行转供，就对主变5所带的所有负荷采用点估计法进行随机潮流计算，得到节点电压幅值分布和线路传输功率分布。

步骤S2.2、计算此故障状态下各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标；

采用步骤S2得到的状态变量，可以计算出节点电压幅值越限概率、节点电压越限严重度、线路传输功率过载概率、线路传输功率过载严重度以及该线路故障后的总风险指标。采用Matlab编程工具和GUI工具箱可以得到每条线路的仿真结果，这里列举几条线路故障后的仿真结果，图2是故障线路23仿真结果的示意图，图3是故障线路44仿真结果的示意图。

步骤S3、计算该配网所有预想故障的节点电压越限总体风险指标和线路传输功率过载总体风险指标，列出配网薄弱区域以方便进行改造；如图4所示。

从上图中可以看出，针对该区域内单条线路发生故障对负荷进行转供，线路传输容量越限主要集中在负荷密集区的联络线路上和变压器出口支路上，而节点电压越限也主要集中在负荷密集区域内，节点电压越限概率和严重度都小于线路传输容量越限和严重度，说明随着负荷的波动，在一些极端故障条件下(特别是某些变压器出口线路发生故障时)，线路容易越限，从上图中也可以看出对于该区域总共有的12条联络线路，联络线路61、线路63和线路68是三条容易发生越限的联络支路。针对电压节点越限的集中区域和越限的线路，可以提高相应转供的主变电压幅值和改造相应线路容量减少其越限概率和越限严重度，提高主变T2、主变T6电压幅值为1.06，改造联络线路61、线路63和线路68传输容量从2.06MW到2.5MW，得到的计算结果如图5所示。

从上图风险指标图中可以看出，对该区域的配电网改造之后，相关节点和线路的越限概率和越限严重度都减少，对于线路传输容量，线路的越限概率都下降到0.1以内，最高的越限严重度也从之前的0.025左右下降到0.0003附近，对于节点电压，提高相关主变电压幅值后，节点编号27、编号28和编号29电压越限概率都变为零。从图4和图5可以说明针对配电网故障后转供的存在的薄弱环节可以针对性的提出解决措施，避免配电网改造过程中不必要的投资浪费。

图6为本发明负荷转供能力评价方法算例示意图。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、建立配电网随机波动模型并构造预想故障集；

步骤S2、遍历故障集，对于预想故障集中每一故障：

步骤S2.1、在当前负荷转供网络状态下采用点估计法计算随机潮流；

步骤S2.2、计算此故障状态下各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标；

步骤S3、计算配电网在预想故障集下所有故障的节点电压越限总体风险指标和线路传输功率过载总体风险指标，列出配电网薄弱区域以方便进行改造。

2.根据权利要求1所述的基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，配电网随机波动模型包括负荷随机模型和线路故障随机模型；负荷随机潮流模型采用正太分布模型描述负荷波动，令负荷有功功率期望值为μ_p，有功功率方差为

无功功率期望值为μ_q，无功功率方差为

则其有功概率密度函数f(P)、无功概率密度函数f(Q)分别为：

线路故障模型考虑了正常天气和恶劣天气下的线路故障率，配电网第i条线路故障率λ_li为：

式中，λ′_li和λ″_li分别表示线路在正常天气和恶劣天气条件下的故障率，l_li表示线路i的长度，N和S代表在统计时期内正常天气和恶劣天气的天数。

3.根据权利要求1所述的基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述预想故障集是由配电网每条线路单独发生故障组成的集合。

4.根据权利要求1所述的基于随机潮流的配电网负荷转供能力评价方法，其特征在于：所述步骤S2.2中，各节点电压越限风险指标和各条线路传输功率过载风险指标的计算公式为：

R_i是节点i的电压越限风险指标；R_ij是节点i与节点j之间的线路传输功率过载风险指标；

P_i是节点i的电压越限概率；P_ij是节点i与节点j之间的线路过载概率；

Se_i是节点i的电压越限严重度；Se_ij是节点i与节点j之间的线路过载严重度；

P_i、P_ij、Se_i、Se_ij的计算公式为：

其中，V_i是当前电网运行条件下节点i的电压幅值；S_ij是当前电网运行条件下，节点i与节点j之间的线路ij传输容量，V_max、V_min分别为电网正常运行时，节点i电压幅值的上限、下限，S_max、S_min分别为节点i与节点j之间的线路ij传输容量的上限、下限；

令故障集中的节点电压越限集合为X＝(X₁,X₂,…,X_K1)，K₁为节点电压越限指标数量；令故障集中的线路传输功率过载故障集合为Y＝(Y₁,Y₂,…,Y_K2)，K₂为线路传输功率过载越限指标数量；

则配电网节点电压越限总体风险指标Z_x1为：

配电网线路传输功率过载总体风险指标Z_Y1为：

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