輸配協(xié)同背景下配網(wǎng)態(tài)勢快速感知

1、智能配網(wǎng)作為智能電網(wǎng)不可分割的一部分，正朝著具備靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、高可靠性和高安全性的通信網(wǎng)絡(luò)、高滲透率的分布式電源接入、配電系統(tǒng)的快速仿真和自愈 控制的總體方向和總體目標(biāo)發(fā)展。分布式發(fā)電以及新能源發(fā)電的持續(xù)并入，使得智能配網(wǎng)呈 現(xiàn)更加靈活多變的趨勢，輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)系日益緊密，若缺乏對輸配電網(wǎng)運(yùn)行的協(xié)同管 理，電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性就很難得到保證，甚至可能出現(xiàn)十分嚴(yán)重的停電事故。因此， 輸配協(xié)同分析是保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行的重要手段。電網(wǎng)態(tài)勢感知是掌握電網(wǎng)運(yùn)行軌跡的重要技術(shù)手段，通過對廣域時空范圍內(nèi)涉及電網(wǎng)運(yùn)行變 化的各類要素的采集、理解與預(yù)測，力求準(zhǔn)確有效地掌握電網(wǎng)的

2、安全態(tài)勢，使得電網(wǎng)的安全 管理從被動變?yōu)橹鲃?。隨著智能配網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)，系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性因素增多，需進(jìn)行 安全態(tài)勢評估的未來不確定場景數(shù)目將呈指數(shù)增長，為滿足智能配網(wǎng)態(tài)勢掌控和控制決策的 實(shí)時要求，迫切需要研究輸配協(xié)同背景下配網(wǎng)態(tài)勢快速感知的方法，實(shí)現(xiàn)輸配協(xié)同電網(wǎng)運(yùn)行 狀態(tài)發(fā)展趨勢的準(zhǔn)確預(yù)判與發(fā)展過程的全面掌控，為各類不確定場景下的態(tài)勢安全評估與預(yù) 防控制奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本文結(jié)合本課題組最新提出的廣域量測戴維南等值參數(shù)辨識方法，提出了輸配協(xié)同背景下配 網(wǎng)態(tài)勢感知的新方法，該方法具備良好的計算速度和精度，并可用于輸配協(xié)同框架下的態(tài)勢 感知和態(tài)勢利導(dǎo)，通過評估配網(wǎng)的電壓穩(wěn)定安全態(tài)勢說明所提方法在態(tài)

3、勢感知方面的應(yīng)用。輸配協(xié)同態(tài)勢感知現(xiàn)有方法剖析：對輸配協(xié)同配網(wǎng)態(tài)勢的感知，目前主要分析方法是基于主從分裂理論的全局統(tǒng)一潮流方法 （下文簡稱主從法）。該方法基本思想如圖1所示，在進(jìn)行輸電網(wǎng)狀態(tài)計算時將配網(wǎng)等值為PQ 節(jié)點(diǎn)，PQ節(jié)點(diǎn)的值為配網(wǎng)向輸電網(wǎng)交互的功率信息，初始值一般為配網(wǎng)的凈負(fù)荷功率，然 后用快速分解法計算輸電網(wǎng)狀態(tài)獲得邊界節(jié)點(diǎn)的電壓，再將電壓信息傳遞到配網(wǎng)的根節(jié)點(diǎn)， 利用前推回帶法計算配網(wǎng)狀態(tài)并更新配網(wǎng)向輸電網(wǎng)交互的功率信息，如此反復(fù)迭代多次直至 收斂。輸i電制流方程；：p：囹L主從法不宣圈該方法計算精度高，克服了傳統(tǒng)方法輸電側(cè)和配電側(cè)邊界功率失配和電壓失配的問題，但是 需主從迭代多次

4、才能達(dá)到收斂，導(dǎo)致在應(yīng)用于規(guī)模較大電網(wǎng)或包含不確定場景數(shù)目較多的分 析計算時速度欠優(yōu)，將主從法直接應(yīng)用于輸配協(xié)同配網(wǎng)的實(shí)時態(tài)勢感知仍存在一定困難。輸配協(xié)同配網(wǎng)態(tài)勢快速感知方法： HYPERLINK 1基本思想主從法中配網(wǎng)與輸電網(wǎng)不斷交互迭代信息是產(chǎn)生速度瓶頸的主要原因，本文借鑒戴維南等值 的基本思想，把輸配協(xié)同電網(wǎng)中的輸電網(wǎng)部分做戴維南等值，再用前推回帶法感知配網(wǎng)的態(tài) 勢，可省去輸電側(cè)和配電側(cè)邊界節(jié)點(diǎn)信息的交互迭代，從而可提高配網(wǎng)態(tài)勢感知速度。基于 此，本文提出基于輸電系統(tǒng)戴維南等值的輸配協(xié)同配網(wǎng)態(tài)勢感知方法，具體思想如下。在配網(wǎng)與輸電網(wǎng)交界節(jié)點(diǎn)處對輸電網(wǎng)進(jìn)行戴維南等值，將等值后的輸電網(wǎng)與配網(wǎng)

5、模型拼接， 再按配網(wǎng)傳統(tǒng)的前推回帶方法對配網(wǎng)進(jìn)行態(tài)勢感知，如圖2所示：配電 網(wǎng)配電 網(wǎng)圖2呈丁能維南等信酣網(wǎng)態(tài)劈感詛示錮利用戴維南等值進(jìn)行輸配協(xié)同配網(wǎng)態(tài)勢感知時，首先將配網(wǎng)等值為PQ節(jié)點(diǎn)，為省去輸配信 息多次交互的過程，要求該P(yáng)Q節(jié)點(diǎn)功率信息與主從法計算的最終結(jié)果接近，因此需首先準(zhǔn) 確預(yù)估配網(wǎng)向輸電網(wǎng)交互的功率信息，然后對輸電網(wǎng)進(jìn)行戴維南等值后，將等值獲得的戴維 南等值電勢和阻抗接入配網(wǎng)的根節(jié)點(diǎn)，如圖2所示，再直接采用前推回帶法感知配網(wǎng)態(tài)勢， 省去了主從法中輸配電網(wǎng)不斷交互邊界信息的過程，顯著提高了輸配協(xié)同背景下配網(wǎng)態(tài)勢感 知的速度。2輸配電網(wǎng)交互功率的準(zhǔn)確預(yù)估方法輸配電網(wǎng)間的交互功率的準(zhǔn)確預(yù)

6、估是保證配網(wǎng)態(tài)勢感知結(jié)果可靠的前提。對配網(wǎng)，其功率主 要由兩部分構(gòu)成，一部分是各母線節(jié)點(diǎn)連接的負(fù)荷消耗的功率，對含分布式電源的配網(wǎng)，可 將分布式電源節(jié)點(diǎn)處理為倒送負(fù)荷的PQ節(jié)點(diǎn)；另一部分為配網(wǎng)功率損耗。本文定義修正損 耗，用修正損耗替代預(yù)估場景下的準(zhǔn)確配網(wǎng)損耗，其值與配網(wǎng)實(shí)際損耗偏差不大，且計算簡 單快速。修正損耗的計算過程如下：1）將預(yù)估配網(wǎng)所連PQ節(jié)點(diǎn)的注入功率設(shè)為當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的配網(wǎng)損耗與預(yù)估配網(wǎng)負(fù)荷凈功 率之和，用快速分解法進(jìn)行潮流計算預(yù)估輸電網(wǎng)狀態(tài)，再計算配網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)處的戴維南等值參 數(shù)；2）將戴維南等值參數(shù)接入配網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)，如圖2所示，再用前推回帶法計算配網(wǎng)損耗，該損 耗即為修正損耗。由

7、于配網(wǎng)損耗在配網(wǎng)負(fù)荷中占比例較小，進(jìn)行一次輸配交互得到的修正損耗與實(shí)際損耗的已 十分接近，因此，對輸配協(xié)同電網(wǎng)進(jìn)行一次信息交互即可得到滿足工程應(yīng)用精度的配網(wǎng)損耗。 通過IEEE3機(jī)9節(jié)點(diǎn)輸電網(wǎng)系統(tǒng)搭配IEEE33節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，本文所提方法與主從法 計算結(jié)果基本一致，其中電壓幅值最大相對誤差僅1.5507e-4%，電壓相角的最大絕對誤差 為0.0024%，但在相同計算環(huán)境下，本文所提方法僅用時0.53秒，而主從法用時1.25秒。 HYPERLINK 因此，本文所提方法與主從法結(jié)果在同一精度水平，計算速度相對主從法有明顯提升。基于廣域量測的戴維南等值參數(shù)辨識新方法：本文所提輸配協(xié)同背景下配

8、網(wǎng)態(tài)勢感知的技術(shù)前提是精確快速的戴維南等值參數(shù)辨識方法， 本部分簡單介紹課題組前期工作的一個重要成果:基于廣域量測的戴維南等值參數(shù)辨識新方 法。其核心思路是將單一狀態(tài)斷面下的負(fù)荷等效為負(fù)荷阻抗，修正系統(tǒng)的導(dǎo)納陣，基于節(jié)點(diǎn)電壓 方程求取節(jié)點(diǎn)的開路電壓，進(jìn)而獲得全部等值參數(shù)。該方法的提出不僅避免了基于局域量測 戴維南等值方法的參數(shù)時變與漂移問題，也較以往基于廣域量測戴維南等值方法具備更高的 辨識精度，同時該方法可以計及發(fā)電機(jī)無功越限或調(diào)控措施對戴維南等值參數(shù)的影響。輸配協(xié)同配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定安全態(tài)勢評估：隨著智能配網(wǎng)的發(fā)展，分布式電源、新能源大量接入配網(wǎng)，導(dǎo)致配網(wǎng)狀態(tài)頻繁波動，時刻威 脅著配網(wǎng)的靜態(tài)

9、電壓穩(wěn)定。目前已有相關(guān)文獻(xiàn)研究大多側(cè)重于系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的穩(wěn)定評判，實(shí) 際上節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定程度不僅與當(dāng)前狀態(tài)得到的電壓穩(wěn)定指標(biāo)大小有關(guān)，還與擾動后電壓穩(wěn)定 指標(biāo)態(tài)勢軌跡變化的程度相關(guān)，因此需密切關(guān)注節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的態(tài)勢以防發(fā)生電壓失穩(wěn)。 在前文介紹的輸配協(xié)同配網(wǎng)態(tài)勢快速感知方法的基礎(chǔ)上，本文提出評估輸配協(xié)同配網(wǎng)靜態(tài)電 壓穩(wěn)定態(tài)勢的方法。戴維南等值方法多用于電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓安全穩(wěn)定的在線評估，在戴維南等值基礎(chǔ)上提出的 局部指標(biāo)，如阻抗模裕度指標(biāo)，是在線監(jiān)測系統(tǒng)最大傳輸能力并判斷系統(tǒng)電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點(diǎn) 有效方法之一。用負(fù)荷阻抗模裕度指標(biāo)來分析節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定態(tài)勢時，由于各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)指標(biāo)隨 系統(tǒng)狀態(tài)的變化具有不

10、同的裕度指標(biāo)軌跡，僅關(guān)注當(dāng)前狀態(tài)下各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的指標(biāo)大小容易錯 誤判斷電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致對節(jié)點(diǎn)電壓態(tài)勢的評估與實(shí)際情況有偏差。為判斷出準(zhǔn)確的 電壓失穩(wěn)節(jié)點(diǎn)，還需詳細(xì)分析各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)指標(biāo)的變化軌跡，找到其中更快趨向于失穩(wěn)的節(jié)點(diǎn)， 密切關(guān)注其電壓態(tài)勢，為及時采取預(yù)防控制措施以防電壓失穩(wěn)奠定基礎(chǔ)。本文結(jié)合阻抗模裕度指標(biāo)，通過對未來一段時間內(nèi)的配網(wǎng)負(fù)荷波動進(jìn)行多步預(yù)估，預(yù)測配網(wǎng) 各節(jié)點(diǎn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的阻抗模裕度指標(biāo)軌跡，然后根據(jù)軌跡變化趨勢評估配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定 態(tài)勢，具體過程如下：1）對每步負(fù)荷波動，計算出對應(yīng)預(yù)估負(fù)荷波動下配網(wǎng)狀態(tài)；2）然后計算對應(yīng)負(fù)荷波動下各配網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的戴維南等值參數(shù)，并獲得各負(fù)荷

11、節(jié)點(diǎn)的阻抗 模裕度指標(biāo)；3）綜合各步負(fù)荷波動對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)阻抗模裕度指標(biāo)，即可獲得預(yù)估時間段內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電 壓裕度指標(biāo)軌跡。定義其中軌跡變化較快以及指標(biāo)過小的節(jié)點(diǎn)為電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點(diǎn)，嚴(yán)密監(jiān) 視電壓穩(wěn)定薄弱節(jié)點(diǎn)以防發(fā)生電壓失穩(wěn)。 HYPERLINK 后續(xù)研究展望及工程應(yīng)用前景：本文所提輸配協(xié)同背景下配網(wǎng)態(tài)勢感知方法向?qū)崟r態(tài)勢感知技術(shù)的實(shí)現(xiàn)邁出了重要一步， 可作為研究輸配協(xié)同框架內(nèi)各類問題的基礎(chǔ)，如研究輸配協(xié)同預(yù)防控制對輸配協(xié)同電網(wǎng)態(tài)勢 軌跡的影響，從而尋找最優(yōu)預(yù)防控制策略；也可結(jié)合風(fēng)電等新能源出力概率預(yù)測方法，分析 新能源不同接入點(diǎn)和接入方式下對輸配協(xié)同電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定風(fēng)險的影響，得到合理的新能 源接入方案；也可以通過對輸配協(xié)同電網(wǎng)N-1場景的態(tài)勢進(jìn)行快速計算等。工程實(shí)際中，可首先在配網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(DMS)中將接入輸電網(wǎng)的配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率數(shù)據(jù) 上傳至輸電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)，在EMS中對接有配網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行戴維南等值參數(shù)計算， 然后將計算結(jié)果下發(fā)至各DMS，在DMS中將戴維南等值模型與配網(wǎng)模型拼接，最后在DMS 中用拼接后的新模型快速計算配網(wǎng)波