基于供电能力的主动配电系统安全等级划分

基于供电能力的主动配电系统安全等级划分

孙赟

(国网河南省电力公司驻马店供电公司河南驻马店436000)

摘要：首先，提出了节点多性质的ADS最大供电能力求解模型，引入DG及ESS的相关约束，并将其中的非线性约束转化为旋转锥的笛卡尔乘积约束形式，用锥优化方法进行快速计算。其次，基于静态安全分析定义了安全裕度、主动负荷熵、主动调节率及主动安全度指标，结合失负荷率及越限指标构成评价指标体系，进而提出了ADS安全等级划分方法，并用该方法将ADS划分为5个安全等级。用粒子群算法对主动负荷进行优化并用一致性主动控制方法制定储能系统充放电策略，应用该文提出的评价方法对比优化前后配电网的安全等级情况，验证了所提方法的实用性及有效性。

关键词：主动配电系统；锥优化算法；最大供电能力；安全性指标；安全等级划分；安全性评价

引言

随着分布式电源DG（DistributedGeneration）大量接入配电网，传统配电网的缺陷日益凸显，由于受到传统配电系统在调节、控制措施上的“被动”限制，DG在传统配电系统中的消纳极为有限。人们开始意识到要提高DG在配电系统中的消纳能力并充分发挥其作用。2008年国际大会议（CIGRE）的C6.11工作组正式提出了主动配电网ADN（ActiveDistributionNetwork）的概念，2012年将ADN改称为主动配电系统ADS（ActiveDistributionSystem），以突现配电网通过其主动协调控制及管理功能实现最大可能地充分利用现有资源，满足柔性负荷的发展和DG大量接入的需求。

1ADS供电能力未来的配电系统

将发展成为含有DG、电动汽车及柔性负荷的集电能收集、电能传输、电能储存和电能分配为一体的高级运行系统。与传统配电系统相比，ADS供电恢复的方式更加复杂化，转供可选择的路径也更多样化。同时也使得ADS中存在诸多不确定性因素。因此ADS的安全域应更加灵活，充分利用智能电表信息、天气预报信息、PMU量测信息等高级信息，通过对多源信息融合处理，解决配电系统中的不确定性问题。可将ADS的供电能力定义为在考虑DG的间歇式发电特性、电动汽车接入网络V2G（VehicletoGrid）方式下的充放电特性，以及柔性负荷与电网之间的互动特性的情况下满足N-1安全准则的最大负荷供应能力。

2主动配电系统安全评价指标体系的构建

传统配电网的安全性分析一般在考虑可靠性的基础上结合静态安全分析，应用K(N1+1)准则分析配电网的供电能力、失负荷、过负荷以及电压越限情况，而主动配电系统的安全性评价不同于传统配电网，分布式能源的接入为配电网安全性分析带来了许多新的特征，如DG接入带来的随机性与不确定性对最大供电能力的影响，储能系统充放电状态的转换对应其在电网中等效的电源及负荷的角色，也可以对最大供电能力产生影响，同时连同主动负荷的可控性一起能起到削峰填谷的作用来改变负荷曲线特性，这些新的特征决定了ADS需要一套全新的评价指标来分析其安全性。因此，本文采用ESS的一致性主动控制原则[21]结合静态安全分析给出了6个主动配电系统安全评价指标：安全裕度、主动负荷熵、主动调节率、主动安全度指标、失负荷率及越限指标，力求从横向、纵向以及灵活可调节性等多角度建立反映ADS安全程度的评价指标体系，指标具体形成过程如图1所示。

2.1ADS灵活性分析

在主动配电系统中，储能系统的充放电作用可为配网提供功率主动调节能力，这也是主动配电系统灵活性的体现之一。ESS的充放电功率可对系统的负荷特性和供电能力产生一定的调节作用。对系统中多个ESS的充放电控制采用一致性主动控制原则，使每个ESS的响应功率与容量的比例保持一致，并提出每个ESS充放电功率的计算公式为

ESS放电时所带来的供电能力的提高，以及充电时所带来的节点负荷的增加，是ESS本身的可控性为配网带来的可调节能力，因此，本文提出主动调节率(activeadjustrate，AR)指标来反映这一特性。

定义1：主动调节率是指ESS的可控性为ADS带来的可调节能力的大小，是定量反映ADS灵活性的指标。指标值以AAR表示，计算公式为

式中：为0-1变量，当ESS处于充电状态时，取0，当ESS处于放电状态时，取1；ATSC*tP为所有ESS在t时刻放电时带来的供电能力的提高；ATSCtP为t时刻的原供电能力。式(4)中第一项为所有ESS在t时刻放电时带来的供电能力的提高占原供电能力的比例，第二项为充电带来的负荷的增加占原总负荷的比例。

2.2综合安全性分析

主动配电系统的安全裕度与主动负荷熵分别从纵向和横向两个层面上反映了电网的安全性，而主动调节能力反映了电网的灵活性。本文综合此3方面的影响因素给出如下指标定义。定义2：主动安全度指标(activesafetyindex，ASI)是指安全裕度和主动调节率之和与负荷分配的均衡程度的比值，用以定量反映配网的综合安全性。指标值以AASI表示，计算公式为

AASI由3个因素共同决定，一是ASM，电网的安全裕度越大，表明电网越安全；二是ADS的主动调节能力AAR，AAR越大，说明配网的主动调节能力越大，配网越灵活；三是主动负荷熵，熵值越大，负荷越不均衡，从而会减小电网的安全程度。

3主动配电系统安全等级划分方法

3.1安全等级划分原则

从DG的出力及负荷波动的情况出发，分析失负荷率(LLR)及越限(TC)情况。求取ADS的最大供电能力，根据DG出力及ESS放电情况对比ATSC的变化，以此为基础，进一步求取安全裕度SM。从主动负荷的可调可控性角度出发，分析ADS的主动负荷分布均衡情况，求取主动负荷熵ALE。从储能充放电可控性角度出发，求取ADS的主动调节能力指标AR。综合SM、ALE及AR指标，计算主动安全度指标ASI，并根据ASI、LLR及TC的大小来划分安全等级。

3.2根据不同的实际需要，对待评价电网的安全性

要求将有所不同(如电网所在区域为一级负荷，则对该区域电网安全性必定要求较高)，可选取k(k1)个不同的正实数作为划分安全等级的阈值(thresholdvalue，TV)，将待评价电网划分为k+3个安全等级。

根据LLR、TC及ASI的大小，本文将主动配电系统的运行状态划分为5个安全等级。I级：AASI<VTV2，表明各时刻的负荷增加VTV2倍后仍有裕度，这种情况下配网运行安全性很高。II级：VTV3<AASI<VTV2，表明系统可承受当前负荷VTV3倍的增长或波动，但承受不了VTV2倍的波动，这种情况下配网运行比较安全。III级：0<AASI<VTV3，这种情况下，配网能承受的负荷波动较小，可适当调整实时负荷的大小，避免事故的发生。IV级：ATC>0，且不失负荷，表示电网中有越限风险，ATC越大，系统过载风险越高。V级：ALLR>0，表示系统失负荷情况的严重程度，ALLR值越大，失负荷情况越严重。

结语

ESS充放电功率控制前后的配电网安全性，能明显看出优化后主动安全度的曲线变平滑，指标值表明电网整体安全性有所提高。说明该安全等级划分评价方法也可用于对优化控制策略的评估。

参考文献:

［1］刘杨华，吴政球，涂有庆，等.分布式发电及其并网技术综述［J］.电网技术，2008，32（15）：71鄄76.