安全高效配电网方案

安全高效配电网方案•1我的研究发现1对《行动计划》的看法2对未来配电网的看法•2/523主要内容题目：安全高效配电网的秘密题目的缘起：物尽其用N-1

安全准则是城市电网规划与运行的普遍准则。随着配电自动化普及，负荷可在不同变电站间灵活快速转移，N-1后转带能力更强。基本概念•3/52满足N-1安全最大供电能力

Total

Supply

Capability

(TSC)：准则的最大负荷供应能力。最大供电能力指标族变电站供电能力(substation

supply

capability，SSC)：变电站容量及站内联络提供的供电能力，等于无任何站间联络时的最大供电能力。网络转移能力(network

transfer

capability，NTC)：通过增加站间联络新获得的供电能力。TSC=SSC+

NTC全联络供电能力(maximum

supply

capability，MSC)：所有主变两两互联，即系统达到全联络且联络容量足够大时的TSC，这是不增加变电容量可扩展到TSC的最大值。可扩展供电能力(Expandable

Supply

Capability，ESC)是指一定供电区域内配电网通过增加变电站间联络的数量与容量至全联络且联络容量足够大时所新获得的供电能力。供电能力计算结果指标值/MVA占比变电容量286--主变负荷162容载比1.8最大供电能力(TSC)211容载比1.4可用供电能力(ASC)4923%变电站供电能力(SSC)14368%网络转供能力

(NTC)6832%全联络供电能力(MSC)223容载比1.3可扩展供电能力(ESC)128%最大网络转供能力(NTCmax)8036%现有配电网只利用了SSC，供电能力143MVA利用NTC后，供电能力能提升68/143=47%，最大可提升80/143=55%容载比与下一级中压配电网关系的量化分析基于TSC的容载比取值计算配电网达到TSC时的容载比；研究容载比与网络强弱的量化关系；考虑裕度后容载比由导则的2.0降低至1.6。描述配电网络强弱的指标联络度：

网络中实际站间联络数与可能的最多站间联络数之比；加权联络均衡度：

各联络通道间联络线的数量与各联络通道两端主变的2016年发表在《电力建设》平均容量的匹配程度。7/52计及用户分级互动后的TSC提升•7/522015年发表在《电力系统自动化》工作：研究了用户分级与互动对TSC的影响建立了用户响应模型和计及用户分级与互动的TSC模型。签订IL或EDR协议的三级用户，在N-1后能主动参与削减负荷。考虑用户分级与互动后，能明显提升TSC，TSC大小与三级用户中签订IL与EDR协议的用户数量及响应程度有关，随着这两个因素的增大而增大，直到达到电网总容量的限制值为止。结论：算例配电网，计及用户分级互动后TSC提升18%。TSC从211MVA

提升到

248MVA,对应容载比降到到1.2以下。联络对TSC的作用机理（联络的秘密）联络位置分布对TSC有显著影响：当联络分布疏密程度与主变容量大小比例一致时，联络才能越趋近真正的均衡，TSC值才越大。TSC与联络均衡度的关系 不同联络次序下联络通道规模的变化规律•8/522015年发表在《电力系统自动化》基于TSC的馈线联络建设次序规划方法规划效果缩减联络规模，联络效率提高8%优化馈线与变电站容量匹配，从1.8降低到1.4优化联络位置，联络分布均衡度提高29%建设各阶段始终保持TSC较大2014年发表在《电力系统自动化》10/5不同联络对TSC的贡献（有效度）存在明显差异自动辨识关键瓶颈线路解决电网改造范围大但效果差的问题序号主变1主变2瓶颈初始TSC改造后TSC提升TSC有效度联络(MVA)(MVA)(MVA)ML(%)1T1T7(31,37)27.1537.8410.6939.372T2T3(38,39)27.1532.014.8617.903T2T6(34,35)27.1535.268.1129.87…….………………7T4T5(47,42)30.5632.762.27.2011/522012年发表在《电力系统保护与控制瓶颈联络识别冗余联络辨识与简化自动识别冗余联络；在规划改造中简化电网结构；在运行中简化复杂的负荷转移方案。简化•11/54、变电站并列运行对TSC的影响方式并列变电站TSC值/MVA提升比列0无100.629301S1114.1196142S2106.947763S3110.5331104S1、S2114.7822145S1、S3120.95206S2、S3110.5331107全并列120.9520在联络较少，主变容量较大的变电站实行并列运行，可以较大提升供电能力。并列运行主变台数越多，互联变电站座数越多，供电能力提升的幅度就越大。发表在《电力系统及其自动化学报》•12/5馈线容量与主变容量匹配

–

新规划原则nms.

t.TSCTSCi

1

min

SFii

1

STi

最优比值aop

总费用

总费用

反映单位供电能力的投资最小结论：馈线和主变容量最佳配比应取1.1-1.6,明显低于现有配电网水平和规划经验值1.5-2.0的区间。2016年发表在《电力系统自动化》无法同时达到最大•13/5主变和馈线负载率变化规律主接线对TSC的影响结论：增加低压侧母线分段数后,TSC增加5%。原因如下：1.

母线分段数更多后，主变发生N-1故障时通过站内优先转带，利用同站内原来并未利用到的主变备用容量，从而减轻了其他主变的负荷转移负担，使得N-1约束条件放宽，其他主变可带的负荷增大，从而使TSC增大。2.

分段数或增加分段数的变电站越多，同站主变备用容量的利用就越充分，需要向其他主变转移的负荷就越少，TSC增大越多。变电站低压侧主接线形式TSC

/MVA S1、S2、S3用3分段S1用4分段，S2、S3用3分段S1用6分段,S2、S3用3分段182.6184.0185.9•14/51、基于TSC的配电网规划总体思路方法基于TSC的规划TSC总量校验与调整TSC分布校验与调整负荷再分配N-1验证计算TSC源自《导则》的传统规划TSC规划VS站网同时规划设备负载率较高适应负荷预测不确定性适合负荷增长速度放缓的建成区电网先规划站，后规划网对负荷预测准确性要求较高适合负荷高速发展、大规模电网建设情况16/5基于TSC的规划算例2013年发表在《中国电机工程学报》强调站网一体优先挖掘潜力其次考虑新建节约投资传统规划TSC规划规划效果切改线路优化联络提升TSC满足负荷增长；节省变电站1座，馈线12回，共计2400万元；容载比由现有导则2.0降低至1.6；17/5

单位TSC造价由35万/MVA降为30万/MVA。18/5N-1后的结果的偶然性从N-1仿真结果看，可能通过N-1校验，也可能不通过校验。是否通过校验与发生N-1前的工作点状态以及N-1发生的元件都相关。工作点状态以及N-1发生的元件都存在偶然性。因此，N-1结果看似存在偶然性。事实真的完全如此吗？N-1不通过运行点N-1通过运行点安全边界工作点的分界现象存在一个安全边界，位于边界一侧的工作点都是安全的，而另一侧都是不安全的。科学问题：N-1的结果可能存在某种必然性。N-1结果的必然性

–

安全边界的存在大量N-1仿真的发现19/52014年发表在《中国电机工程学报》IEEE

Trans

on

SmartGrid录用DSSR预测N-1详细结果《电力系统自动化》已录用根据DSSR及其安全边界，不需要仿真就能够快速得到N-1的详细结果，包括按照故障严重程度排序的故障集、过负荷元件集和过负荷大小集。•19/5新发现：配电网安全域DSSR安全函数

fN-1：

i,Mb,Rb,Ri,Mb,RfN

1i

1,...,m

min

(IIi )/

I安全函数性质：连续单调非增在零点取得最大值《中国电机工程学报》已录用证明思路•20/5边界存在性：数学证明安全函数

与场的类比《中国电机工程学报》已录用

•21/5

i,Mb,Rb,Ri,Mb,Ri

1,...,m

min

(IIi )/

I安全函数：网络安全函数与场强的类比：安全函数/安全域场强/静电场配电网安全域的体积《中国电机工程学报》已录用DistributionNetworkTSC/MVAVDSSR/1×1018MVA24V70%/1×1018MVA24V70%/VDSSRA1089.501.4815.62%B10814.423.1321.75%B/A1.001.522.111.39•22/5DSSR体积定义：配电网安全域的大小高效运行区域体积：负荷值高于阀值的DSSR区域的大小计算方法：基于蒙特卡洛仿真的体积算法算例验证：比较两个馈线联络不同的配网A和配网B。结论：体积是反映配电网安全性能的新指标,

体积较大的电网在各负荷增长方向上的安全裕量更均衡。DSSR的形状电网联络示意图安全边界二维视图1C-2T-互为近远拓扑距离：1联络相交主变：2台1B-2T-同近同远拓扑距离：1母线相交主变：2台电网联络示意图安全边界二维视图1B-1T-同近异远拓扑距离：1母线相交主变：1台1B1C-2T-互为近远拓扑距离：

1

母线+1联络相交主变：2台•23/5基于DSSR的安全防御框架配电网也应建立一个类似于输电系统的DyLiacco安全防御框架2015年发表在《电力系统自动化》•24/5基于DSSR的安全监视与安全控制2013年发表在《电力系统自动化》通过调整电网当前工作点的位置来影响负荷增长在配电网中的分布，将负荷增长引导到安全裕度更大的位置•25/527/5安全距离《中国电机工程学报》已录用安全距离：工作点到DSSR有效安全边界的距离，反映安全或不安全的程度。几何安全距离(GSD)：工作点到DSSR安全边界的欧式距离，反映了多个相关联负荷同时变化时的最容易突破安全边界的方向和裕度。馈线安全距离(FSD)：单个负荷增长时延轴线到DSSR安全边界的距离，反映单个负荷的最大允许增量。用途：根据安全距离能够预测配电网是否满足N-1安全。根据几何安全距离和工作点位移量能够快速判断位移后新工作点的安全性，但具有保守性。（GSD位移法）根据馈线安全距离和工作点位移量能够精确判断位移后新工作点的安全性，但在速度上不如前者。（FSD位移法）安全评价新思路：先根据GSD位移法判断新工作点安全性，当不能得出安全的结论时，再根据FSD位移法判断工作点安全性。这样可以兼顾准确和效率。几何安全距离示意图馈线安全距离示意图实例验证完全配电自动化覆盖的天津城市核心区配电网的2015年数据，3座变电站、7台主变、42条馈线，主变容量为140MVA，馈线容量为357.83MVA。•27/5实例验证•28/5总体TSC结果总负荷/MVA主变容量/MVA电网负载率TSC/MVASSC/MVANTC/MVATSC时主变负载率ASC/MVAMSC/MVA变电站线路号额定容量/MVA最大负荷日负荷/MVATSC/MVAASC/MVA绍兴道1616.2353.3461.354-1.992绍兴道1636.2351.4341.9690.535绍兴道16511.2232.4011.804-0.597友谊路7838.1402.3903.2780.888友谊路7856.2353.7623.278-0.483友谊路78710.3920.5821.6391.057友谊路78910.3922.0263.2781.252利民道利238.1402.5984.1451.547利民道利248.1402.1201.451-0.669利民道利258.1401.4961.451-0.046利民道利268.1403.6372.902-0.736馈线TSC结果实例验证安全边界与实际电网对应关系161168171

ALF

min[RF168LF ,RT2

PT

2LF ]169•29/5(h1)LF

min[RF168

LF,RT2

PT

2

LF ]161 168 171

A(h2)LF

min[RF782

LF,RT4

PT4

]163 782(h3)LF

min[RF783

LF,RT3

PT

3

LF ]165 783(h4)LF

RF863

LF167

A 863(h5)LF

RF862

LF167

B 862......实例验证•30/5夏季大负荷实际数据的DSSR安全分析结果

-

利民道部分馈线安全距离主变馈线安全距离/MVA主变馈线安全距离/MVA利民道1#利21A0.138利民道2#利362.9777利民道1#利21B0.138利民道3#利44C3.2502利民道1#利22A0.138利民道3#利453.2502利民道1#利22B0.138绍兴道2#1663.3564利民道1#利23A0.138友谊路2#784A3.4109利民道1#利23B0.138友谊路2#784B3.4109利民道1#利23C0.138利民道3#利433.4906利民道1#利240.138利民道3#利44A3.4906利民道1#利250.138利民道3#利44B3.4906利民道1#利26A0.138利民道3#利46B3.4906利民道1#利26B0.138友谊路2#792A4.9937利民道3#利410.138绍兴道2#1645.3265利民道3#利42A0.138友谊路2#7885.3265利民道3#利46A0.138友谊路2#7945.3265………绍兴道2#1745.6229分析发现该电网的特点和问题与实际情况相符。DSSR分析更为全面和彻底，发现了调度人员没有掌握的问题。实例验证•31/5DSSR安全评价模型计算排序故障集、过负荷元件集和过负荷大小集序号排序故障集|d(-)|/MVA安全边界1绍兴道1#T16.87h10II2绍兴道2#T26.87h10II3绍兴道1#1615.88h1II4友谊路2#7821.73h26II5友谊路1#7910.84h25II排序故障集元件安全边界过负荷大小集|d(-)|/MVA过负荷元件集绍兴道1#T1h10II6.87友谊路2#T4绍兴道2#T2h10II6.87友谊路2#T4绍兴道1#161h1II5.88绍兴道2#168绍兴道2#T2友谊路2#782h26II1.73绍兴道1#T1友谊路1#791h25II0.84利民道1#T5计算结果与调度人员采用N-1仿真得到结果相同实例验证TSC/DSSR的工程应用价值针对规划部门。配电网供电能力计算与优化，开展基于TSC的负荷消纳规划，挖掘电网潜力，提高电网负载率。针对调度部门。给出总体的N-1安全边界。运行人员只要将工作点控制在安全边界内，任意预想N-1故障发生后能确保成功负荷转带，提高安全性并减轻运行人员的负担。对于不安全状态，给出预防性控制方法。针对营销运维部门。得到满足N-1安全的馈线可装接容量，解决用户报装科学决策的难题。•32/5目标内容1项目进展情况2实例验证3总结与展望•33/54主要内容配电网有巨大供电潜力，最大供电能力理论能精确计算出来。联络的位置、规模、容量与变电站主变的匹配都存在尚未认识的规律，将产生新的规划原则。偶然发生的N-1结果中存在某种必然性；配电网安全域DSSR能解释这种必然性，并不经仿真预测N-1详细结果。DSSR增加了一个新的观察配电网的视角，其形状和大小可以判断一个配电网是否安全高效。配电网应建立安全防御体系，利用DSSR安全距离实现在线快速安全监视与预防性控制。•34/5观点总结TSC/DSSR方向成果汇总SCI/EI期刊发表或录用35篇，SCI期刊:

9篇，EI/核心期刊27篇

，《电机工程学报》9篇，《电力系统自动化》14篇论文授权发明专利11项，其中国际专利（美国）1项，申请发明专利8项专利2012

国家基金面上项目

配电系统的供电能力模型与机理研究2015

国家基金面上项目

复杂环境下配电系统安全域理论与方法2015863项目子课题交直流混合配电网的最大供电能力基金2014

天津市电力公司科技项目

基于安全域的配电网安全高效运行关键技术2016浙江省电力公司科技项目配电网可用容量分析计算方法研究2016国网公司科技项目子课题

含DG配电网的安全域应用特邀65/706次特邀报告（2012年CICED圆桌2次，2013年

CIGRE特邀报告，2013中国开放论坛分布式能源论坛主旨

，2015年电机工程年会配电网专题主旨，

2016中国配网建设改造及技术发展论坛）《电力系统自动化》特邀论文2篇代表性成果•36/7JunXiao,FangxingLi,etal.TotalSupplyCapabilityanditsExtendedIndicesforDistributionSystems:Definition,ModelCalculationandApplications[J],IETGen,Trans&Dist,5(8):869-876,2011SCI:000293171700010LUOFengzhang,WANGChengshan,etal.RapidevaluationmethodforpowersupplycapabilityofurbandistributionsystembasedonN-1contingencyanalysisofmain-transformers[J]Int.J.ofElectricalPowerandEnergySystems,32(10):1063-1068,2010SCI:

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