面向智能配电系统的安全域模型

面向智能配电系统的安全域模型

李思杰常骁恺杨世华

（国网太原供电公司山西太原030012）

摘要：智能电网概念的出现，促使传统配电网出现了非常显著的变化。在配电规划与运行的过程中，则应该充分的对安全性问题进行考虑。配电系统安全性主要指的是电力系统运行时承受突然扰动（例如短路或者是系统内元件意外停止运行等）与停止运行的能力。配电系统安全域主要是指系统整体能够稳定安全运行的区域。现阶段，安全域的相关理论研究已获得了很大的成功，而且被广泛的应用在配电系统的安全性控制与分析中。域形式和以往的逐点法进行比较，具备着较大的优越性，其可以有效的确定安全域中系统运行点的相对位置，以此获取相应的运行信息，促使运行人员可以获得准确的系统安全稳定性测度，从而有效的使安全性评估过程中牵涉到的计算量有所减少。

关键词：智能配电系统；安全域；模型

1配电系统安全域模型以及涵义

1.1配电系统安全域的涵义

在配电系统运行与规划的过程中，其N-1配电系统安全性准则是非常关键的准则，其要求配电网运行的过程中，如果配电网中的独立元件（例如馈线与主变等）出现故障，其电网不会发生用户停电。N-1配电系统安全校验一般包含馈线N-1与主变N-1等。其中，配电系统安全域主要是指配电网运行过程中，促使全部主变都符合N-1准则的相应工作点集合，但是需要重点的对主变间联络与负荷转带等产生的约束进行考虑。在配电系统中，可以利用配电网内的主变负载率（主变所带负荷与主变额定容量之积）与负载等对工作点进行表示。工作点可以通过多个负载率共同组成，其中，向量所处的欧式空间则被称之成负载率空间。

1.2配电系统安全域模型

如果配电系统内的主变i出现N-1故障，其既有的负荷经过站外或者是站内联络而转带给站外或者是站内主变。完成负荷转带以后，应该确保全部主变都不超过负载，而在DSSR模型下，其容量也会对负荷转带产生一定的影响。配电网在运行的过程中，其主变负载率则会受到以上的约束，由此则有效的对配电系统安全边界进行了明确。

2在DSSR背景下的安全性评价

2.1安全性评价的具体简介

配电网安全评价的主要任务是利用负荷水平、运行方式与网络结构参数等实时的电网数据，预先的依照N-1安全准则对目前系统的安全性进行分析。其中配电系统安全域主要对配电网工作点中的安全区域进行了体现，如果工作点处于安全域内，则此工作点为安全的，否则的话则是不安全的。配电系统安全性主要指的是电力系统运行时承受突然扰动（例如短路或者是系统内元件意外停止运行等）与停止运行的能力。同时，安全域可以应用在判断配电系统工作点安全性中，利用在安全域内工作点所处的位置，其电网调度员则能够更加直观的对系统安全状态进行观察，并一目了然的对方向不同的安全裕量进行查看，以此准确迅速的实施预决策与或者紧急决策。配电网在DSSR背景下的安全性评价方法一定要先对DSSR边界和工作点之间的距离进行计算，再利用计算结果对系统工作点安全性进行评价。

2.2安全边界和工作点的距离

配电网安全性能够利用工作点处在安全域内的位置实施评价。因为全部安全边界均为欧式空间超平面，依照n维欧式空间内的点到平面的相关距离公式，对安全边界和工作点的距离进行计算，如果获得值为正，则说明工作点在安全边界内；如果获得值为负，则说明工作点在安全边界外。如果工作点和全部边界之间的距离都是正值，则说明此工作点在安全域内，也就是说工作点符合全部N-1约束，为安全运行状态。如果工作点和全部边界之间的距离都是负值，则说明此工作点在安全域外，也就是说工作点不符合N-1约束，为不安全运行状态。

3在DSSR背景下的安全性控制

在输电系统中，安全性控制被定义为在电力系统中为了保证电网安全稳定运行而采取的手动或自动的操作。电力系统安全控制的目标是使电力系统保持运行在正常的状态，即当某个元件发生故障或需要维修时，电力系统仍能处于稳定的状态。基于ＤＳＳＲ的理论，上述输电系统安全性控制的概念可被应用于配电系统。工作点在ＤＳＳＲ中的位置可以提供该工作点的重要安全信息，从而可以使电网调度者了解当前的实时安全状态进而采取预防性安全控制措施。因此，ＤＳＳＲ可作为电网安全控制中的重要工具，当电网处于或接近不安全状态时，调度者可采取进一步的矫正或预防措施，以调整工作点，确保工作点的安全裕度。

在配电系统运行中，当系统不安全时，应当调整变电站主变的负荷来改变运行点的位置以使系统回到安全域内。变电站负荷的调整既可以采取限制负荷的方式，也可以通过馈线开关的操作重新分配主变所带负荷。后者由于不必损失负荷，因而是首选的方式。而且通常情况下，调度员不会大量进行开关断开或闭合的操作，总是希望尽量以较少的操作达到安全控制调整的目的。而如果所有主变的负荷都需要调整，则系统将可能进行大规模的开关操作，类似全网的网络重构。这是一个求解最优安全运行点的优化问题，该问题与配电网最大供电能力（ＴＳＣ）的求解本质上是同一个问题。ＴＳＣ是近年来提出的与输电网输电能力（ＴＴＣ）相对应的概念，ＴＳＣ是指一定供电区域内配电网满足Ｎ－１准则条件下，考虑到网络实际运行情况下的最大负荷供应能力。本文认为，求得最大ＴＳＣ时对应的主变负载率向量ＴＴＳＣ就是整个系统的一个最优工作点，在此工作点下，配电网中主变的容量得到了充分的利用并且满足安全约束。ＴＴＳＣ的定义和求解方法详见文献。事实上，在进行整个电网的优化过程中，当所有主变的负荷都可控时，电网中将出现大量的开关操作，一般在运行中会避免使用。该方法更适用于需要进行网络重构的运行方式规划和中长期电网建设规划。调整较少量主变的控制方法更适用于在线安全监视发现问题后的控制和预防性控制。

在输变电系统内，安全性控制是指在电力系统内为了确保电网稳定安全的运行所采取的自动或者手动的操作。其中，电力系统安全性控制的主要目标是确保电力系统可以正常的运行，也就是说如果某个元件需要维修或者是出现故障时，电力系统依旧可以稳定安全的运行。在DSSR背景下，则可以在配电系统中引入安全性控制。其中，在DSSR中工作点的位置能够对此工作点的安全信息进行提供，以此确保电网调度人员可以充分的对目前的安全状态进行了解，从而采取有效的安全控制措施对其进行预防。此外，还可以有效的确定安全域中系统运行点的相对位置，以此获取相应的运行信息，促使运行人员可以获得准确的系统安全稳定性测度，从而有效的使安全性评估过程中牵涉到的计算量有所减少。所以，DSSR可以当作电网安全控制过程中的关键工具，如果电网接近或者处于不安全状态下，其电网调度人员则可以进一步的选择预防或者矫正措施，以此有效的对工作点进行调整，从而对工作点安全裕度进行保证。

结论

与输电系统安全性不同，配电系统安全性更多关注的是设备发生Ｎ－１故障后的过负荷问题。例如：当某台主变发生Ｎ－１故障，通过开关操作进行负荷转带后，一般只可能出现一个或一部分设备的过负荷或损坏。而不会像输电系统那样，出现当某个工作点处于安全域之外时可能造成整个电力系统失去稳定的严重后果。因此，在后续配电系统安全域的应用中应进一步突出这一特点。

参考文献：

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