基于元件层级和电源可达性的配电网可靠性评估混合算法

提出一种配电网可靠性快速评估算法以解决重复遍历网络拓扑的问题。以开关元件为界形成配电系统元件分区和负荷分区。提出建立元件等级和开关层级以直接判断动作保护元件的位置,结合高度稀疏的等效支路连接矩阵快速分析负荷与电源及备用电源之间的可达性,建立等效负荷故障后果模式列表。采用序贯蒙特卡罗模拟,根据元件所属分区搜索负荷故障类型,统计故障停电次数和停电时间,计算可靠性指标。分别以各元件分摊的负荷故障时间和系统缺供电能量辨识负荷点和系统的薄弱环节。算例验证结果表明,该算法能正确高效地计算可靠性指标,适用于复杂配电网可靠性评估。     

考虑可靠性和经济性的中压配电网分段开关优化配置研究方法

中压配电网中,科学配置分段开关可以显著提高供电可靠性减小停电损失。综合考虑配电网供电可靠性和经济性,以停电损失最小为目标,提出了分段开关的最优配置技术。首先,分析拓扑结构与分段开关关联性,建立中压配电网拓扑结构优化分析模型;然后,基于全寿命周期成本理论,提出考虑供电可靠性的分段开关最优配置模型,通过分析开关上游、中游和下游网络的平均停电持续时间和停电损失费用,提出考虑可靠性和经济性的综合迭代求解策略;最后,基于二进制粒子群算法,提出分段开关配置数目和位置的迭代求解方法。仿真算例验证了方法的有效性以及优势所在,为电网规划人员在配电网优化设计中提供实用参考。     

考虑可靠性的交直流混合配电网网架与分布式电源协同优化规划

含高比例分布式电源接入的交直流混合配电网是未来配电网发展的重要过渡形式,且随着电力系统的发展,对于配电网可靠性的要求越来越高。提出了一种考虑可靠性的交直流混合配电网网架与分布式电源协同优化规划设计方法。在场景构建阶段,该方法考虑了配电网中各分布式电源出力的相关性和时序性以及各负荷功率的时序性。在可靠性评估阶段,针对交直流混合配电网的运行特点,建立了完善的同时考虑稳态和故障运行下可靠性的综合评估体系,通过建立各可靠性指标间的联系,客观地将可靠性指标与经济性指标进行统一量纲处理。在优化阶段,对交直流混合配电网网架结构及分布式电源接入容量设计了双层协同优化策略。同时,建立了完备的线路故障抽样模型。以修改的IEEE 33节点交直流混合配电网的优化规划算例验证了所提方法的优越性和有效性。     

基于配网重构的交直流混联配电网可靠性分析

传统10 kV等级供电区域为开环运行,并且区域之间联络开关都处于冷备用状态,一旦发生变压器故障,在联络开关闭合前负荷供电中断。同时变电站的主变设备设计容量大,主变压器平均负载率较低。一种好的解决方法是在传统10 kV交流配网中加入多端柔性直流互联装置建立交直流混联配电网。根据交直流混联配电网的特点,提出了一种适合于交直流混联配电网的可靠性评估方法,在保证系统可靠性的基础上,研究是否可以减小变压器容量冗余。建立了考虑备用元件的多端柔性直流互联系统的可靠性模型,采用支路交换法在变压器故障时进行配电网重构为负荷恢复供电。通过对加入多端柔性直流互联装置的10 kV配电网算例进行可靠性评估,结果证明了多端柔性直流互联装置接入配电网后,可以提高系统可靠性,同时根据系统配网重构的结果证明系统主变压器的设计容量可以减小。     

配电网开关的最优配置模型

在配电网合适的位置配置不同类型的开关可以提高故障区段定位效率,缩短故障隔离时间及供电恢复时间。首先引入一系列布尔型表达式来描述配电网中相应位置的开关存在性;然后从配电网运行特性出发,引入了配电网故障区段定位准确率的概念;并根据不同的故障类型确定负荷相应的停电时间;在此基础上,构建了以用户停电损失与开关配置全生命周期费用之和最小为目标,以供电可靠性指标为约束的配电网开关的最优配置模型。最后通过仿真算例验证了所提模型的有效性。     

基于综合费用最低的配电网开关优化配置研究

提出了一种中压配电网环网开关优化配置的方法，在保证系统及用户供电可靠性的前提下，使得综合费用最低。根据元件故障对系统停电的影响，将带有复杂分支线的配电网简化；提出基于网络等效的配电网可靠性计算方法，实现了对供电可靠性及用户停电损失费用的评估。并在此基础上，建立了环网开关最优配置方法的数学模型，采用基于迁移策略的多种群遗传算法，克服了普通遗传算法收敛速度慢，且易陷入局部收敛的问题。通过算例，验证了该方法的有效性。     

直流配电网断路器优化配置方法

直流断路器的优化配置对提高直流配电网可靠性、降低用户停电损失具有重要意义。基于最小割集法提出了直流负荷点区域划分方法,建立了计及电力电子设备功能故障的停电损失费用计算模型。以开关设备投资运行费用和停电损失费用之和最低为优化目标,配置断路器数目为阶段数,配置断路器位置组合为状态,针对直流断路器造价随技术发展下降空间较大的特点,提出了一种考虑价格变化的直流断路器配置动态规划算法。以手拉手型直流配电网为例进行了计算分析,结果表明该方法能够对直流断路器价格进行区间划分,并得到各区间所对应的最优配置方案。     

计及重要用户失负荷风险的多端智能软开关优化配置方法

为提高智能软开关(soft open point, SOP)接入配电网的综合效能,本文提出了一种计及重要用户失负荷风险的多端SOP优化配置方法。首先,采用数据包络分析和逆向数据包络分析方法建立了重要用户停电损失模型,并采用马尔可夫方法建立了SOP多状态可靠性模型。然后提出了重要用户转供优先级指标和故障恢复策略,并基于快速失负荷风险计算公式,建立了计及重要用户失负荷风险的SOP位置和容量双层规划模型,最后提出了多目标进化算法和锥规划相结合的混合优化算法对模型进行求解。算例仿真结果表明,所提模型可以降低SOP配置的年综合成本和重要用户停电损失;相比传统规划方法,解决了因配置的SOP容量较低而无法展现其不间断转供能力和故障恢复能力的问题;所提快速失负荷风险计算方法相比传统方法更高效。研究结果可为SOP在配电网中的实际应用提供理论和技术参考。     

面向韧性提升的交直流混合配电网协同恢复方法

交直流混合配电网是未来配电网的重要形态。近年来愈发频繁的极端灾害对交直流混合配电网的安全可靠供电提出了严峻挑战,如何提升交直流混合配电网的韧性水平亟待解决。考虑极端灾害造成的时序故障及其修复过程,提出面向韧性提升的交直流混合配电网协同故障恢复方法,充分协同利用分布式电源、移动式应急电源（mobile emergency generators,MEG）和交直流配电网络动态重构,实现极端灾害下关键负荷的快速恢复。在故障时序发生和修复的过程中,通过远程可控制开关（remote-controlled switch,RCS）实现交直流混合配电网交流部分和直流部分的协同动态重构,从而隔离故障并恢复负荷,同时配合分布式电源、MEG的动态调度形成恢复性孤岛,从而保证关键负荷的快速恢复,提升系统韧性水平。采用二阶锥松弛技术将潮流方程进行凸化松弛,使得优化问题转化为可有效求解的混合整数二阶锥规划模型。采用改进的IEEE 33节点交直流混合配电系统验证了所提方法的有效性,以及考虑MEG实时调度、RCS动态重构和配电网交直流部分协同对于配电网韧性提升的重要性。     

考虑分支线路的配电网分段开关及自动化终端优化配置模型

安装分段开关和配电自动化终端能够显著提高配电网的供电可靠性,但目前的研究中,分段开关的候选位置通常只在主馈线上,忽略了分支线路上安装分段开关与配电自动化终端对可靠性的影响。在此背景下,研究了考虑分支线路的配电网分段开关与自动化终端优化布置策略。首先,介绍了配电网不同故障场景下用户停电时间的计算方法;其次,建立了以经济性最优为目标的分段开关与配电自动化终端最优布置模型,该模型被建立为混合整数线性规划模型,可以利用商业求解器CPLEX快速求解;最后,通过算例分析,验证了所提方法的有效性和实用性。     

含分布式储能系统的交直流混合配电网负荷恢复策略

当交直流混合配电网发生故障时,可通过合理调用故障区域内的分布式储能系统,配合制定合理的电压源型换流器控制策略,确保重要负荷持续稳定供电.针对交直流混合配电网特殊的网架结构和电气特性,构建了交直流混合配电网负荷恢复模型,所提出的负荷恢复模型以负荷中断时长和电量缺额最小为目标函数,通过嵌入贪婪搜索机制的快速非支配排序的遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,得到故障状态下分布式储能及电压源型换流器的最优控制策略.最后通过算例验证了所提方法的有效性,在配电网发生故障后能够快速形成负荷恢复方案,且系统在故障状态下的充裕度随着储能容量的提升而提高.     

考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划

多类型分布式电源接入配电网对系统灵活性要求越来越高。基于交直流混合配电网的高灵活性和高可控性,提出了一种考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,分析系统灵活性需求与灵活性资源运行特性,建立系统灵活性评估指标;然后,采用K-means聚类算法建立配电网中分布式电源和负荷的典型运行场景集合;其次,建立考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划模型,上层以其年综合成本最小为优化目标,下层以其综合运行成本最少和系统运行灵活性最优为目标,采用非线性化主成分分析法,并结合遗传算法求解规划模型。最后,基于改进IEEE 33节点配网系统验证双层规划模型和储能最优配置方案的合理性与有效性。     

计及柔性直流装置的交直流配电网保护控制研究

交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,已成为现代城市配电网的一个重要发展趋势。接入柔性环网控制装置后,配网由单端电源供电网络变为多端电源供电网络,其可靠性面临新的挑战。通过对交直流混合配电系统的故障特点进行总结,分析接入柔性直流控制装置后柔直侧及系统侧的保护影响,提出基于时序配合的智能装置协同控制架构。利用柔性电力电子器件的快速响应特性,设计柔性直流控制装置与交流保护控制装置配合的保护控制策略。在GOOSE有向节点及快速通信机制的作用下,运用保护控制协同策略进行故障定位及隔离,有效地增强了含柔性互联装置的交直流混合配电网可靠性,具有工程实用价值。     

基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略

针对交直流混合微电网发生故障时运行模式切换不及时的实际问题,提出了一种基于电力电子变压器的交直流混合微电网运行模式自适应切换策略。以北京崇礼低碳冬奥智能电网综合示范工程为背景,详细介绍了双端供电的交直流混合微电网系统设计方案和各类变流器的控制方法,在此基础上重点设计了6种典型运行模式,利用三元式阐述了各运行模式的稳态判据,并提出了一种基于弱通信的运行模式自适应切换策略。仿真结果表明,所提运行模式自适应切换策略可自行按照预设的切换逻辑在故障条件下及时切换到合适的运行模式,保证了微电网的供电可靠性。     

应用于交直流配电网的电力电子变压器

针对交直流配电网的需求,提出了一种可应用于交直流配电网的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑。与传统PET相比,该拓扑的优势在于为直流电源及直流负荷提供了接口,具备直流故障穿越能力,能够显著减少网络中换流器的数量,提高供电可靠性。同时,分析了新型PET在典型交直流配电网中的运行模式,并在此基础上,对PET各级的控制及调制策略进行了设计。最后,通过仿真验证了该拓扑及控制策略的合理性,突出了PET在交直流配电网中的能量调控作用。     

Reconfigurable DC Links for Restructuring Existing Medium Voltage AC Distribution Grids

While the scientific community recognizes the benefits of DC power transfer, the distribution network operators point out the practical and economic constraints in refurbishing the existing AC network at a medium-voltage level. Some apprehensions like reliability, cost of ownership, and safety in adopting a universal DC distribution may merit considerable attention, particularly considering the long operational experience with the existing mature AC system. This paper introduces the novel concept of reconfigurable DC links as a flexible backbone integrated within the future AC distribution grids. Benefits such as hardware reconfiguration for a modular AC–DC cable operation to achieve fault redundancy, control reconfiguration for flexibility and grid-supporting ancillary services, network reconfiguration for system level distribution loss minimization and load redistribution, and fault reconfiguration for improving the grid availability are discussed. The vision, around which the concepts developed in this paper revolve around, is to present a viable way of gradual transition from AC to hybrid AC–DC to finally a universal DC system.     

Mitigation of voltage unbalance by using static load transfer switch in bipolar low voltage DC distribution system

In this paper, a method is proposed to mitigate voltage unbalance and to reduce power loss due to neutral current in a bipolar Low-Voltage DC (LVDC) distribution system by using a static load transfer switch (SLTS). Furthermore, an algorithm to determine the proper position of loads by using the SLTS is presented; this algorithm is developed by considering the neutral current at each load point. The underlying strategy of the SLTS method is that a local substation generates switching signals by using the proposed algorithm on the basis of data measured by a DC/DC converter; thereafter, SLTSs, which are placed in the DC/DC converter, are operated to reconfigure the structure of loads. To evaluate the performance of the proposed method, the conventional method for calculating the percent voltage unbalance for an AC system is modified and made applicable for a DC system. The modeling of a 1500 V bipolar LVDC distribution system carried out using the ElectroMagnetic Transients Program (EMTP) is also presented herein. Finally, a simulation carried out by employing the SLTS method under various load conditions is presented; the results show a decrease in power loss and mitigation of voltage unbalance.