CN115102211A - 一种台区电能转供的能量传输节点定位方法 - Google Patents

一种台区电能转供的能量传输节点定位方法 Download PDF

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CN115102211A CN202210529533.3A CN202210529533A CN115102211A CN 115102211 A CN115102211 A CN 115102211A CN 202210529533 A CN202210529533 A CN 202210529533A CN 115102211 A CN115102211 A CN 115102211A
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徐勇俊
郑庆
沈然
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Abstract

本发明提供了一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，所述能量传输节点定位方法具体为采集台区电力数据，对台区运行状态检测，筛选出存在电能转供需求的台区，并调取存在电能转供需求的台区及其邻近台区的电力数据，确定电能转供需求并选择进行电能转供的台区，获取最优电能量通道节点以及电能转供需求，根据电能转供需求选择柔直设备，并将选择的柔直设备转移至最优电能量到节点，建立电能量通道，并根据电能转供容量进行电能转供。本发明能够确定最优电能量转供节点以及对应的电能转供容量，在有效解决台区电能转供需求的同时提高电能转供效率，且根据电能转供需求选择柔直设备类型，减少对于电网增容的投资。

Description

一种台区电能转供的能量传输节点定位方法
技术领域
本发明涉及台区电能调节技术领域，尤其是指一种台区电能转供的能量传输节点定位方法。
背景技术
柔性直流输电指的是基于电压源换流器(Valtage Source Converte r，VSC)的高压直流输电，是继交流输电、常规直流输电后的一种新型直流输电方式。柔性直流相当于在电网接入了一个阀门和电源，可以有效地控制其上通过的电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。与传统直流相比，能够在孤岛供电、多端互联、无功功率控制等方面存在更好的控制效果，而与交流输电相比，柔性直流的优势则主要体现在长距离输电、可再生能源消纳、异步联网等方面。但在现有运用柔直设备的过程中，对于柔直设备的接入选点比较生硬，柔直设备接入后的电能调节效率不高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种台区电能转供的能量传输节点定位方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，包括以下步骤：
步骤一，采集台区电力数据，并根据台区电力数据进行台区运行状态检测；
步骤二，根据台区运行状态检测结果筛选出存在电能转供需求的台区，调取存在电能转供需求的台区及其邻近台区的电力数据，并基于调取的电力数据确定存在电能转供需求的台区的电能转供需求，再根据调取的电力数据以及电能转供需求从邻近台区中选择进行电能转供的台区，基于选择的进行电能转供的台区的位置信息确定最优电能量通道节点；
步骤三，根据电能转供需求选择柔直设备类型，并确定对应的电能转供容量，并将选择的柔直设备转移至最优电能量通道节点，选择的柔直设备建立存在电能转供需求台区和进行电能转供台区之间的电能量通道，并根据电能转供容量进行电能转供。
进一步的，步骤一中所述台区运行状态检测包括低压线路变压器经济运行状态检测和中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测。
进一步的，所述低压线路变压器的经济运行状态检测的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000021
Figure BDA0003645618000000022
其中：
Figure BDA0003645618000000023
表示台区内低压线路上第i个变压器的负载率；
Figure BDA0003645618000000024
表示台区内低压线路上第i个变压器的当前电流，
Figure BDA0003645618000000025
表示台区内低压线路上第i个变压器的额定电流；
Figure BDA0003645618000000026
表示台区内低压线路上第i个变压器的经济运行状态，
Figure BDA0003645618000000027
表示台区内低压线路上第i个变压器处于非经济运行状态，
Figure BDA0003645618000000028
表示台区内低压线路上第i个变压器处于经济运行状态，αL为经济运行区间下限，αH为经济运行区间上限。
进一步的，所述中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000031
Figure BDA0003645618000000032
其中：Lk为台区内第k条中压线路的负载率；
Figure BDA0003645618000000033
为台区内第k条中压线路的当前电流；
Figure BDA0003645618000000034
为台区内第k条中压线路的额定电流；
Figure BDA0003645618000000035
为台区内第k条中压线路的运行状态，
Figure BDA0003645618000000036
表示第k条线路重载运行，δ为重载阈值，
Figure BDA0003645618000000037
表示第k条线路处于超限倒送状态。
进一步的，步骤二中在获取最优电能量通道节点时，调取存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的线路拓扑信息、地理信息和电力数据，获取计算参数，并通过拓扑遍历算法根据计算参数获取最优电能量通道节点。
进一步的，所述计算参数包括线路载流量、线路阻抗及变压器阻抗参数、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内具备线路电能转供条件的节点地理位置距离、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的可转出转入的容量、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的负载历史数据、柔直设备的电能转移设备损耗及线路损耗，以及存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内的可控负荷及电源信息。
进一步的，步骤二中通过计算最优电能量通道节点对应线路的功率灵敏度来获取电能转供容量，所述功率灵敏度为线路的功率变化量与连接于节点间的调控装置的功率变化量之比，所述功率灵敏度的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000038
其中：Suv为柔直设备连接节点u、v后对应线路的功率灵敏度，VPi表示变压器i的功率变化量，
Figure BDA0003645618000000041
表示柔直设备连接节点u、v时的功率变化量，节点u、v分别为存在电能量通道建立需求的台区和进行电能转供的台区的最优电能量通道节点。
进一步的，步骤四中柔直设备通过电能量通道进行电能量转供时，还对进行电能转供的台区内，柔直设备接入并进行电能量转供的线路设置约束条件，所述约束条件包括线路功率约束和柔直设备的储能容量约束。
进一步的，所述线路功率约束表达式为：
Figure BDA0003645618000000042
其中：
Figure BDA0003645618000000043
和
Figure BDA0003645618000000044
分别为线路注入功率的下限和上限，Pvsc为线路注入功率；
所述柔直设备的储能容量约束表达式为：
Figure BDA0003645618000000045
其中：Cmax表示柔直设备的容量，t为超限节点持续时间，即柔直设备的持续工作时间，
Figure BDA0003645618000000046
表示柔直设备接入输电线路的注入功率。
进一步的，步骤三中所述柔直设备类型包括永久性柔直设备和移动式柔直设备。
本发明的有益效果是：
根据具体的台区电能转供需求来确定最优的电能量转供节点以及对应的电能转供容量，能够在有效解决台区电能转供需求的同时，提高电能转供的效率。在柔直设备接入并建立电能量通道后，能够通过柔直设备控制具体的电能转供容量，使得台区内变压器、线路能够处于经济运行状态的同时减少线路损耗。且根据电能转供需求来选择柔直设备类型，增加移动式柔直设备的选项，在移动式柔直设备能够满足电能转供需求的情况下，选择移动式柔直设备进行电能转供，能够实现柔直设备的重复使用，从而提高柔直设备的使用效率，并减少对于电网增容的投资。
附图说明
图1是本发明的一种流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：
一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，采集台区电力数据，并根据台区电力数据进行台区运行状态检测；
步骤二，根据台区运行状态检测结果筛选出存在电能转供需求的台区，调取存在电能转供需求的台区及其邻近台区的电力数据，并基于调取的电力数据确定存在电能转供需求的台区的电能转供需求，再根据调取的电力数据以及电能转供需求从邻近台区中选择进行电能转供的台区，基于选择的进行电能转供的台区的位置信息确定最优电能量通道节点；
步骤三，根据电能转供需求选择柔直设备类型，并确定对应的电能转供容量，并将选择的柔直设备转移至最优电能量通道节点，选择的柔直设备建立存在电能转供需求台区和进行电能转供台区之间的电能量通道，并根据电能转供容量进行电能转供。
进行台区运行状态检测和最优电能量通道节点选择时，需要调取对应台区的电力数据，本实施例中结合了PMS系统、GIS系统、用电信息采集系统以及中低压配电自动化数据采集系统，以获取所需电力数据。具体的通过PMS系统能够获取台区的线路参数数据，通过配电自动化数据采集系统则能够获取线路的节点数据，而用户信息采集系统则能够获取负荷数据，除此之外，由于需要根据最优电能量通道节点对柔直设备进行调动，因此还需要再获取对应的地理信息数据。通过电力数据以及对应的地理信息数据能够给出地理上合适进行电能转供的节点、对应的电能转供容量以及投入时间，从而实现减少中低压重载情况的目的。在选择柔直设备类型时，具体根据投入时间来确定是否需要投入永久性的柔直，若不需要，则可选择移动式柔直设备，从而降低对于柔直设备的投入成本。
而最优电能量通道节点为柔直设备在重载或过载台区与进行接收电能转供的台区之间建立电能量通道时，能够解决重载台区转供需求以及保证台区经济运行，并能够减少线路损耗的节点。
移动式柔直设备可以为移动柔直电能传输车，通过在移动车辆上安装交直电力电子转换器即可获取。
步骤一中所述台区运行状态检测包括低压线路变压器经济运行状态检测和中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测。
所述低压线路变压器的经济运行状态检测的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000061
Figure BDA0003645618000000071
其中：
Figure BDA0003645618000000072
表示台区内低压线路上第i个变压器的负载率；
Figure BDA0003645618000000073
表示台区内低压线路上第i个变压器的当前电流，
Figure BDA0003645618000000074
表示台区内低压线路上第i个变压器的额定电流；
Figure BDA0003645618000000075
表示台区内低压线路上第i个变压器的经济运行状态，
Figure BDA0003645618000000076
表示台区内低压线路上第i个变压器处于非经济运行状态，
Figure BDA0003645618000000077
表示台区内低压线路上第i个变压器处于经济运行状态，αL为经济运行区间下限，αH为经济运行区间上限，第i个变压器即为变压器i。
所述中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000078
Figure BDA0003645618000000079
其中：Lk为台区内第k条中压线路的负载率；
Figure BDA00036456180000000710
为台区内第k条中压线路的当前电流；
Figure BDA00036456180000000711
为台区内第k条中压线路的额定电流；
Figure BDA00036456180000000712
为台区内第k条中压线路的运行状态，
Figure BDA00036456180000000713
表示第k条线路重载运行，δ为重载阈值，
Figure BDA00036456180000000714
表示第k条线路处于超限倒送状态。
在对台区内低压线路上变压器的经济运行状态检测时，需要通过用电信息采集系统来获取所需的电力数据。而对台区内中压线路的重载运行状态或超限倒送状态检测进行检测时，则采用自动化系统采集线路电流信息，以进行对应计算。
步骤二中在获取最优电能量通道节点时，调取存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的线路拓扑信息、地理信息和电力数据，获取计算参数，并通过拓扑遍历算法根据计算参数获取最优电能量通道节点。
所述计算参数包括线路载流量、线路阻抗及变压器阻抗参数、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内具备线路电能转供条件的节点地理位置距离、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的可转出转入的容量、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的负载历史数据、柔直设备的电能转移设备损耗及线路损耗，以及存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内的可控负荷及电源信息。
拓扑遍历算法为以存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的线路拓扑图为遍历基础，并从图中某个节点出发，依次从节点相邻的节点出发进行遍历，直至所有与出发节点相通的节点都被访问，以此次遍历过程中的所有节点以及其遍历顺序为一个拓扑序列。若此时线路拓扑图内仍存在未被访问的节点，则以该节点为出发节点，再次进行遍历，直至获取所有的拓扑序列，并按照路径长短对拓扑序列进行排序，再根据拓扑序列的排序进行选择，对每个拓扑序列对应的线路过载协调效果以及柔直设备容量经济成本进行计算，获取线路过载协调效果最高以及柔直设备容量经济成本最小的目标拓扑序列，并以该拓扑序列对应的开始节点作为最优电能量通道节点。
线路过载协调效果通过对全局过载系数L的变化获取。
全局过载系数L的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000081
其中：Pi表示柔直设备连接节点u、v后对应线路内变压器i的当前功率，
Figure BDA0003645618000000082
表示柔直设备接入输电线路的注入功率，Pmax表示柔直设备连接节点u、v后对应线路内变压器i的功率最大值，φ为存在电能量通道建立需求的台区内所有的过载变压器的集合。
柔直设备容量的建设成本的计算表达式为：
Figure BDA0003645618000000091
t＝LSTM(this)
其中：J1表示基础建设成本，J2表示单位容量建设成本，luv表示节点u、v之间的距离，节点u、v分别为存在电能量通道建立需求的台区和进行电能转供的台区的最优电能量通道节点，t表示超限节点持续时间，即柔直设备的持续工作时间，该值可基于节点的历史数据this通过LSTM神经网络预测获取。
由于柔直设备的限制，所以在存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区之间寻找电能量通道节点，以保障柔直设备能够实现电能转供的目的。
步骤二中通过计算最优电能量通道节点对应线路的功率灵敏度来获取电能转供容量，所述功率灵敏度为线路的功率变化量与连接于节点间的调控装置的功率变化量之比，所述功率灵敏度的计算公式为：
Figure BDA0003645618000000092
其中：Suv为柔直设备连接节点u、v后对应线路的功率灵敏度，VPi表示变压器i的功率变化量，
Figure BDA0003645618000000093
表示柔直设备连接节点u、v时的功率变化量，节点u、v分别为存在电能量通道建立需求的台区和进行电能转供的台区的最优电能量通道节点。
具体的功率灵敏度矩阵的表达式为：
Figure BDA0003645618000000094
其中：S表示功率灵敏度矩阵，M、N表示系统节点数量，L为全局过载系数。
步骤四中柔直设备通过电能量通道进行电能量转供时，还对进行电能转供的台区内，柔直设备接入并进行电能量转供的线路设置约束条件，所述约束条件包括线路功率约束和柔直设备的储能容量约束。
所述线路功率约束表达式为：
Figure BDA0003645618000000101
其中：
Figure BDA0003645618000000102
和
Figure BDA0003645618000000103
分别为线路注入功率的下限和上限，Pvsc为线路注入功率；
所述柔直设备的储能容量约束表达式为：
Figure BDA0003645618000000104
其中：Cmax表示柔直设备的容量，t为超限节点持续时间，即柔直设备的持续工作时间，
Figure BDA0003645618000000105
表示柔直设备接入输电线路的注入功率。
为了防止在通过柔直设备对过载线路进行电能转供时造成新的线路过载，对柔直设备也进行约束条件的设置，对柔直设备的约束条件为：
Figure BDA0003645618000000106
其中：Pi表示柔直设备连接节点u、v后对应线路内变压器i的当前功率，
Figure BDA0003645618000000107
表示柔直设备接入输电线路的注入功率，Suv为柔直设备连接节点u、v后对应线路的功率灵敏度，Pmax表示柔直设备连接节点u、v后对应线路内变压器i的功率最大值，φ为存在电能量通道建立需求的台区内所有的过载变压器的集合。
步骤三中所述柔直设备类型包括永久性柔直设备和移动式柔直设备。增加移动式柔直设备的选项后，能够在需要柔直设备投入时间较短时，采用移动式柔直设备来满足转供需求，在出现另外的电能转供需求时，也能够重复利用已经完成电能转供需求的移动式柔直设备，从而降低对于柔直设备的投入成本。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采集台区电力数据，并根据台区电力数据进行台区运行状态检测；
步骤二，根据台区运行状态检测结果筛选出存在电能转供需求的台区，调取存在电能转供需求的台区及其邻近台区的电力数据，并基于调取的电力数据确定存在电能转供需求的台区的电能转供需求，再根据调取的电力数据以及电能转供需求从邻近台区中选择进行电能转供的台区，基于选择的进行电能转供的台区的位置信息确定最优电能量通道节点；
步骤三，根据电能转供需求选择柔直设备类型，并确定对应的电能转供容量，并将选择的柔直设备转移至最优电能量通道节点，选择的柔直设备建立存在电能转供需求台区和进行电能转供台区之间的电能量通道，并根据电能转供容量进行电能转供。
2.根据权利要求1所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，步骤一中所述台区运行状态检测包括低压线路变压器经济运行状态检测和中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测。
3.根据权利要求2所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，所述低压线路变压器的经济运行状态检测的计算公式为：
Figure FDA0003645617990000011
Figure FDA0003645617990000021
其中：
Figure FDA0003645617990000022
表示台区内低压线路上第i个变压器的负载率；
Figure FDA0003645617990000023
表示台区内低压线路上第i个变压器的当前电流，
Figure FDA0003645617990000024
表示台区内低压线路上第i个变压器的额定电流；
Figure FDA0003645617990000025
表示台区内低压线路上第i个变压器的经济运行状态，
Figure FDA0003645617990000026
表示台区内低压线路上第i个变压器处于非经济运行状态，
Figure FDA0003645617990000027
表示台区内低压线路上第i个变压器处于经济运行状态，αL为经济运行区间下限，αH为经济运行区间上限。
4.根据权利要求2所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，所述中压线路重载运行状态或超限倒送状态检测的计算公式为：
Figure FDA0003645617990000028
Figure FDA0003645617990000029
其中：Lk为台区内第k条中压线路的负载率；
Figure FDA00036456179900000210
为台区内第k条中压线路的当前电流；
Figure FDA00036456179900000211
为台区内第k条中压线路的额定电流；
Figure FDA00036456179900000212
为台区内第k条中压线路的运行状态，
Figure FDA00036456179900000213
表示第k条线路重载运行，δ为重载阈值，
Figure FDA00036456179900000214
表示第k条线路处于超限倒送状态。
5.根据权利要求1所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，步骤二中在最优电能量通道节点时，调取存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的线路拓扑信息、地理信息和电力数据，获取计算参数，并通过拓扑遍历算法根据计算参数获取最优电能量通道节点。
6.根据权利要求5所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，所述计算参数包括线路载流量、线路阻抗及变压器阻抗参数、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内具备线路电能转供条件的节点地理位置距离、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的可转出转入的容量、存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区的负载历史数据、柔直设备的电能转移设备损耗及线路损耗，以及存在电能量通道建立需求的台区及其邻近台区内的可控负荷及电源信息。
7.根据权利要求1所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，步骤二中通过计算最优电能量通道节点对应线路的功率灵敏度来获取电能转供容量，所述功率灵敏度为线路的功率变化量与连接于节点间的调控装置的功率变化量之比，所述功率灵敏度的计算公式为：
Figure FDA0003645617990000031
其中：Suv为柔直设备连接节点u、v后对应线路的功率灵敏度，VPi表示变压器i的功率变化量，
Figure FDA0003645617990000032
表示柔直设备连接节点u、v时的功率变化量，节点u、v分别为存在电能量通道建立需求的台区和进行电能转供的台区的最优电能量通道节点。
8.根据权利要求1所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，步骤三中选择的柔直设备通过电能量通道进行电能转供时，还对进行电能转供的台区内，柔直设备接入并进行电能转供的线路设置约束条件，所述约束条件包括线路功率约束和柔直设备的储能容量约束。
9.根据权利要求8所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，所述线路功率约束表达式为：
Figure FDA0003645617990000041
其中：
Figure FDA0003645617990000042
和
Figure FDA0003645617990000043
分别为线路注入功率的下限和上限，Pvsc为线路注入功率；
所述柔直设备的储能容量约束表达式为：
Figure FDA0003645617990000044
其中：Cmax表示柔直设备的容量，t为超限节点持续时间，即柔直设备的持续工作时间，
Figure FDA0003645617990000045
表示柔直设备接入输电线路的注入功率。
10.根据权利要求1所述的一种台区电能转供的能量传输节点定位方法，其特征在于，步骤三中所述柔直设备类型包括永久性柔直设备和移动式柔直设备。
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