城市高压配电网负荷转供辅助决策关键技术与系统

城市电网灵活性不足是造成系统调峰与输电阻塞问题的根本原因,为解决这一问题,提出了一种考虑城市高压配电网负荷转供及储能充放电策略的协同优化策略,并开发了一套可实现高压配电网灵活运行调度的在线辅助决策系统。通过分析城市高压配电网的拓扑特点,在其变电单元简化拓扑建模的基础上,分别以最小化220 kV输电网运行成本和110 kV高压配电网负荷削减成本为上、下层目标,建立时序双层优化模型,通过上下层模型的不断交替迭代,实现对高压配电网拓扑状态及储能运行状态的求解;基于高压配电网标准化站内接线的电气拓扑聚合通用方法,开发了一套可满足高压配电网灵活调度的运行控制与决策支持系统,以实现城市高压配电系统分布式新能源和储能广泛发展的运行方式优化以及调峰与负荷转供策略制定。最后,以某地区电网为例进行方法建模和实用性分析,测试并验证了所提方法的可行性与应用前景。     

基于深度强化学习的配电网负荷转供控制方法

随着城市规模的快速扩张以及电能替代的不断推进,配电网节点数大量增加,结构愈加复杂,发生故障后拓扑变化不确定性较大,传统负荷转供方法难以在短时间内给出高质量的解决方案。为此,提出基于深度强化学习的配电网负荷转供控制方法。将负荷转供过程视为一个马尔可夫决策过程,与配电网实时电气、拓扑数据进行交互,对联络开关与分段开关进行控制。为了提高算法的精度与泛化能力,针对算法动作策略加入了预模拟机制,调整了动作与学习的比例并采用自适应优化算法进行求解。算例分析表明,所提方法能够应对不同故障下配电网的拓扑变化,即时给出负荷恢复量、电网损耗、开关动作次数多方面最优的转供控制方案,这对于减小故障后的停电损失与提高用户满意度有着重要意义。     

实现可靠自动转供的城市配电网改造规划

分析了目前中压配电网环网线路转供率不高的成因,提出了在中区内通过支路联络开关优化部分负荷的接入点、降低主干馈线负载率,以最小的改造代价即可满足转供安全校验条件的规划策略。以此构建了基于Distflow潮流的辐射状配电网馈线负荷均衡优化模型,满足馈线对"N-1"负荷校验约束及网络拓扑约束。通过二阶锥松弛技术对该混合整数非凸非线性规划进行凸松弛,使原问题转化为可高效求解的混合整数二阶锥问题进行求解。为验证该模型的可行性与有效性,采用68节点和34节点配电系统对该模型进行了仿真测试,表明仅通过重构的手段即可使馈线满足联络开关自动转供的要求,并在一定程度上提高了配电网运行的经济性。     

配电网负荷转供辅助决策系统开发与应用

为解决传统负荷转供决策过度依靠运行人员经验,不考虑经济性和操作复杂度的问题,提出了一种基于Dijkstra算法的配电网事故后负荷转供模型,构建了负荷转供辅助决策系统LTADS(load transfer auxiliary deci-sion-making system)。首先,以开关操作次数及网络损耗综合指标最小为目标建立了相应的优化数学模型,详细阐述了最优负荷转供路径的求解方法;其次,设计了辅助决策系统的实现方案,并对系统的功能架构进行了说明;最后介绍了该系统在上海市南供电公司电力调控中心的初步实践情况。     

基于转供逻辑约束的城市电网运行阻塞控制模型

针对城市电网日益严重的运行阻塞问题,建立高压配电网负荷转供中独有的顺序、互斥、方向3类逻辑约束,以110kV容量单元的电源选择变量替代传统开关状态变量进行建模,构建了电源替换次数最少、混合减载、负载均衡3种运行阻塞控制模型,结合优化操作序列模型以形成完整策略。所提方法虽增加了变量规模,但转供逻辑约束的引入降低了模型非线性程度,使其能用商用优化软件直接求解,速度快且避免了传统方法求解不稳定的问题。利用某城市电网局部系统验证了所提方法的有效性与适用性。     

高中压配电网的一体化安全性校验方法

现有配电网安全性分析一般针对中压配电网和高压配电网分别进行,按此原则规划可能造成两级电网重复备用,为此,提出了高中压配电网一体化安全性校验方法。首先,简要介绍高、中压配电网N-1安全性校验的基本原理;其次,考虑高压配电网发生故障时下级中压配电网的转供能力,提出N-1后高中压配电网一体化负荷转供原则;然后,建立了高中压配电网一体化安全性校验模型;最后,结合算例对所提方法进行验证。结果表明,当高压配电网N-1后缺乏高压转供路径,或高压网负荷转供能力有限时,一体化安全校验可以提高配电网的安全性。在传统高压配电网安全校验不通过的情况下,利用中压配电网的负荷转供能力可以保证用户不停电。此研究能充分利用目前我国城市中压配电网自动化升级后具备的快速负荷转供能力,利用两级电网的配合深度挖掘配电网的安全性潜力。     

主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成

为降低失电事故损失,研究了主变压器低压侧母线失电事故预案快速生成方法。在获取配电网拓扑结构、设备技术参数与运行数据的基础上,采用基于变量代换的配电网潮流算法获得配电网所有节点的有功功率,将馈线作为一个整体,构建以最低停电损失为优化目标的负荷转供优化模型;采用改进的非支配遗传算法求解模型最优解,确定负荷转供最优路径;依据负荷重要度确定联络开关操作顺序,最终得到主变压器低压侧母线失电事故预案。试验结果表明：生成的主变压器低压侧母线失电事故预案仅切除了部分第三类负荷,预案生成时间短,失电损失低。     

基于负荷点聚类分区的配电网网架规划方法

针对大规模配电网中负荷点众多,一次性考虑所有负荷点的网架规划存在决策变量过多和规划难度大的问题,提出了一种基于负荷点聚类分区的配电网网架规划方法。首先,通过负荷权重改进K-means聚类算法,并对负荷点进行聚类分区;其次,建立连接关系矩阵用于快速计算流过线路的电流和分析联络线位置对故障线路下游负荷转供的影响;然后,建立计及地理因素的年投资和运行总成本最小的主网架规划模型,并用改进的最小生成树算法求解;最后,以年投资和停电总成本最小为目标进行各负荷点分区之间的联络线规划,且根据不同的负荷转供情况采用了不同的停电成本计算方法。算例结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

考虑中区重新划分的中压配电网改造规划

针对目前中压配电网环网线路自动转供率不高的问题,提出打破原有配电网中区限制,对中区进行重新划分后再行改造的规划策略,在新划分的中区范围内通过重构与分支层扩展并举的方法优化部分分支负荷的接入点,实现降低主干馈线负载率、满足转供安全校验条件的目的。基于Distflow潮流方程构建考虑中区重新划分的城市配电网扩展与重构改造模型,该模型满足中区划分约束、"N-1"负荷校验约束及网络拓扑约束要求。采用二阶锥松弛技术对该混合整数非凸非线性规划进行凸松弛,使原问题转化为可高效求解的混合整数二阶锥问题。采用Portugal 54节点配电网对所提模型进行仿真测试,结果表明中区的重新划分使配电网改造在有序的基础上更为灵活,改造后的馈线满足联络开关自动转供的要求,提高了网架整体的可靠性。     

计及多电压等级配电网拓扑约束的协调转供优化

多级配电网协调转供可有效缓解负荷高峰期出现的输电阻塞与设备过载问题。该文首先分析高中压配电网典型结构,建立接线拓扑图,并推导了各种典型拓扑的有功平衡方程。充分利用各级配电网的网络特征,结合有功功率平衡、变电站出力、线路载流量和拓扑约束,以转供操作的总成本最小为目标函数,提出计及多电压等级配电网拓扑约束的协调转供优化模型;将目标函数线性化后转化为混合整数线性规划问题,采用CPLEX工具箱进行求解。最后,通过某实际多电压等级配电网进行仿真分析,验证文中模型的有效性。     

基于有序二元决策图的分布式电源组网重构及其对配电网风险水平的影响

配电网主网发生故障后微网将转入孤岛运行模式而脱离主网支撑。为了保证负荷有最大程度的功率支持进而降低整个配电网的失电风险水平,将有序二元决策图(OBDD)应用到分布式电源组网及重构策略的搜索过程中。提出了基于有序二元决策图(OBDD)的分布式电源组网重构的四阶段方法,将含分布式电源的配电网故障后的组网、重构策略搜索问题等效为配电网中所有传输线路的通断问题。构建配电网的OBDD模型和目标函数,建立各约束条件的布尔表达式并求解,从而获得组网重构策略。针对配电网元件数目多、故障率高的特征,采用改进状态抽样法评估配电网风险水平,提高评估速度。实验证明,所提出的方法能够快速获得可行以及最优的组网和重构策略,并降低配电网的失电风险。     

考虑实时和潜在因素的城市配电网风险评估模型和方法

为了对城市配电网的风险水平进行准确评估,建立了配电网风险评估模型,并提出一种风险评估方法。从运行风险和网架风险两个方面建立配电网的风险评估模型,运行风险反映了配电网当前运行状态下的风险,网架风险反映了网架结构方面存在的潜在风险。通过建立相应的配电网风险指标体系,并结合风险量化值的计算及风险等级的划分确定配电网综合风险水平,在计算风险量化值的过程中采用变权重和对数合成相结合的方式。算例表明所提出的城市配电网风险评估模型和评估方法能够有效地评估配电网的风险。目前,该风险评估模型及方法已在某供电局得到了初步应用。     

变电站为中心配电网电压等高线时序态势图片的聚类分析

基于电气接线图并按特定图形设计的时序态势图,其图形特征是网络结构、运行方式、接入源荷及各类电气元件行为、量测数据等动态潮流的一种高维融合映射。通过基于刻画态势图片的关键但数量有限的图形特征量的聚类分析,从中获取态势图中隐藏的规律和有价值的知识。文中提出变电站为中心的配电网电压等高线时序态势图片的特征向量及其计算算法;探索了基于图片特征向量的态势时序图片聚类分析方法,提出了聚类中心图片(典型图片)的图片相似度、时间离散度及其计算算法。以典型日96幅电压态势时序图为案例,介绍了所提方法的效果以及分析结果,并进行了近两个月的长时序图片聚类的初步应用分析。     

基于数据驱动代理模型的城市输电网运行品质调节控制策略

传统电网运行品质调节控制忽略了高压配电网拓扑结构对潮流转供的作用.将高压配电网计入所提城市输电网运行品质调节控制策略中,通过高压配电网的拓扑重构,提升输电网运行品质.通过马尔科夫链蒙特卡洛抽样生成大量高压配电网拓扑数据,计算每种拓扑下的运行品质,包括线路损耗、母线电压、线路负载率和断面负载率.使用深度神经网络拟合高压配...     

基于主成分分析方法的多类型电动汽车接入配电网的综合风险评估

针对新能源和多种类型电动汽车(EV)接入配电网造成的安全和经济等运行风险问题,提出了一种考虑多种风险因素的配电网运行综合风险评估方法.首先,构建了风光出力和EV时序概率分布模型,并用日行驶里程数代替了主观设定的多种类型EV的起始荷电状态;然后,基于复杂网络理论,提出了电压越限风险和支路功率过载运行风险等时序安全指标,并根据配电网的经济运行建立了经济风险和电网高效性风险指标;再者,构造了不同容量EV并网运行风险评估矩阵,运用主成分分析(PCA)方法对风险评估矩阵进行降维和计算客观权重系数,并对结果进行综合风险评估排序;最后,以接入风电、光伏的改进IEEE 33节点配电系统为例,分析了所提风险指标的有效性和综合评估方法的合理性,对比了基于PCA的综合风险评估与传统安全风险评估方法,结果表明在同时考虑安全和经济等因素的情况下,采用所提方法时某范围内的运行风险有下降趋势,对某区域内的EV容纳数量规划有积极的指导意义.     

矿用高压开关柜的弧光监测与保护系统

煤矿工业现场特殊的生产环境对电气设备的安全运行提出了更高的要求,尤其是以故障电弧为主的电气故障蕴含着巨大的安全隐患。传统的故障电弧监测和保护手段一般基于电流、电压、弧光等单一信号的提取和判断,虽然组合式监测方法已被提出,但往往实现复杂,成本较高。提出电流和弧光双判据的监测方法,通过光敏三极管阵列的传感措施,结合专家系统的评估方法,可以有效判断并定位高压开关柜中的故障电弧,及时切除故障,进而提高设备的工作寿命和安全可靠性,为煤矿电力系统的安全稳定运行提供保障。     

考虑时间尺度的含DG配电网故障动态恢复策略

提出了考虑分布式电源(Distributed generation, DG)随时间变化的动态模型来解决含分布式电源的配电网故障恢复问题。实际情况中不同类型DG的实时输出功率随时间变化,考虑将时间尺度拉长,进行多时段的动态故障恢复。选取故障恢复时段内损失电量之和最小为主要目标函数,开关操作次数最少作为次要目标函数。该算法首先利用改进二进制粒子群算法(Binary Particle Swarm Optimization, BPSO)求得辐射状网络结构,排除大量不可行解,然后利用所提出的基于最优故障恢复路径策略进行切负荷操作。最后通过枚举组合对最小开关次数进行求解,得出最优的开关操作方案。算例结果证明,进行配电网故障恢复时考虑主网和DG的动态配合,能够最大限度恢复供电。     

基于主从博弈理论的能源互联配电网多能互补协调故障恢复方法

针对能源互联配电网故障恢复的问题,采用主从博弈理论进行建模,所建立的能源互联配电网故障恢复模型计及了多个能源子网之间的多能互补协调。以发生故障后电能子网开关状态为主体博弈者的策略,以能源互联配电网故障恢复后系统的失电负荷量最小为主体博弈者的支付;以包括电能子网、热能子网、气能子网以及交通子网在内的各能源子网优化运行计划调整为从体博弈者的策略,以系统在故障期间综合运行成本最小为从体博弈者的支付,并计及各能源子网运行的必要约束。主体博弈者在提供故障发生后开关状态的同时从体博弈者对能源互联配电网的优化运行计划进行调整。仿真算例表明,能源互联配电网相比于传统配电网,系统在故障恢复之后的运行经济性以及可靠性均更高。     

配电网检修计划优化模型

从配电网设备检修计划编制的实际情况出发,建立了考虑多种约束条件的负荷转移路径和设备检修时间联合优化模型。该模型以设备检修时间优化为主问题,以负荷转移路径优化为子问题。通过主问题和子问题的反复优化迭代,最终获得供电企业售电损失最小的检修计划以及停电负荷、开关操作次数和系统网损最小的负荷转移方案。针对该模型的特点,采用免疫禁忌混合算法对主问题进行求解,采用改进的待恢复树切割算法对子问题进行求解。针对基本待恢复切割算法需要对联络开关进行全排列,以穷举的方式获取最优解的不足,通过应用“优先选择备用容量较大的联络开关”启发规则以及在恢复树切割过程中引入网损比较环节,在保证解的质量的同时有效地降低了恢复树的切割次数,提高了计算速度。通过算例计算和分析,验证了所提出的模型和算法的正确性和实用性,适合求解配电网检修优化问题。     

基于电压平衡器的固态变压器及其控制策略研究

固态变压器是交直流混合配电网的核心装置。针对低压直流配电网一般采用双极性供电的特点,提出了一种基于电压平衡器的固态变压器拓扑。所提拓扑的中间级DC/DC包括输入半桥、双有源桥和电压均衡3部分,结合其运行模式给出了各部分的控制策略。为了分析系统的大信号稳定性并加快仿真速度,给出了中间级DC/DC子模块的大信号回转器模型,并采用仿真方法验证了所提拓扑和控制策略的有效性。所提出的基于电压均衡器的固态变压器具有多个电压端口,能够与中高压电网及低压电网相连,提供自身用电或组网运行。