含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法。本發(fā)明基于電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息形成電動(dòng)汽車充放電站放電動(dòng)率的概率分布，并通過格拉姆-查理（Gram-Charlier）級(jí)數(shù)和半不變量計(jì)算各電流保護(hù)裝置的短路電流概率分布，利用效用理論計(jì)算短路電流越限嚴(yán)重度指標(biāo)，然后計(jì)算出含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。該方法基于效用理論和風(fēng)險(xiǎn)理論，采用概率潮流方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，有效保障含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)正常動(dòng)作，使得城市電網(wǎng)能夠安全、可靠地運(yùn)行。
【專利說明】含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車作為新能源汽車的代表，相對(duì)以汽油燃燒作為動(dòng)力的傳統(tǒng)汽車而言，在環(huán)保、清潔、節(jié)能等方面占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì)。代表新一代節(jié)能與環(huán)保汽車發(fā)展方向的電動(dòng)汽車開始在世界范圍內(nèi)逐漸被推廣應(yīng)用，其運(yùn)行所需的能量補(bǔ)給則由配套的充放電裝置及充放電站實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)汽車充放電站作為分布式微儲(chǔ)能單元接入電力網(wǎng)絡(luò)后，配電網(wǎng)將由一個(gè)放射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€(gè)分布式可控微儲(chǔ)能和用戶互聯(lián)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其運(yùn)行特性會(huì)發(fā)生改變，影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0003]配電網(wǎng)與高壓輸電網(wǎng)的區(qū)別在于配電網(wǎng)是單端供電系統(tǒng)，目前，我國的中低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要是單端電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于高壓輸電網(wǎng)的繼電保護(hù)，配電網(wǎng)的保護(hù)較為簡(jiǎn)單。目前，我國中低壓配電網(wǎng)饋保護(hù)的配置以三段式電流保護(hù)為主:即電流速斷I段保護(hù)，限時(shí)電流速斷II段保護(hù)和定時(shí)限過電流III段保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限按照階梯原則配合，越靠近電源處保護(hù)的時(shí)限就越長(zhǎng)。
[0004]電動(dòng)汽車充放電站的并網(wǎng)運(yùn)行使配電網(wǎng)變成多端電源供電系統(tǒng),起始短路容量增力口，故障電流的持續(xù)時(shí)間與方向發(fā)生改變，破壞了傳統(tǒng)配電網(wǎng)無方向過時(shí)限配合保護(hù)關(guān)系。隨著電動(dòng)汽車充放電站容量不斷提高，而且電動(dòng)汽車充放電站的功率輸出具有隨機(jī)性，其對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響越來越大。
[0005]因此，對(duì)含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)進(jìn)行電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，能夠保證城市電網(wǎng)電流保護(hù)動(dòng)作的正確性，保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種基于效用理論和風(fēng)險(xiǎn)理論，采用概率潮流方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，有效保障含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)正常動(dòng)作，使得城市電網(wǎng)能夠安全、可靠地運(yùn)行的一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法。
[0007]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0008]一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]步驟I，采集若干電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括各個(gè)電動(dòng)汽車充放電站二十四小時(shí)的平均充放電功率；
[0010]步驟2，基于步驟I采集的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息形成電動(dòng)汽車充放電站充放電動(dòng)率的概率分布，具體方法是將最近N天的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最近N天的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息即NX24小時(shí)平均充放電功率，具體方法是:
[0011]步驟2.1、取NX24小時(shí)平均充放電功率中的最小平均充放電功率Pmin和最大平均充放電功率PmaxJ1, P2,…Pnx24分別表示NX 24個(gè)小時(shí)的平均充放電功率；
[0012]步驟2.2、將區(qū)間[Pmin，PfflaJ平分成M個(gè)子區(qū)間(M表示子區(qū)間總數(shù))，并用其區(qū)間的功率中間值代表，Pintl, Pint2，…PintM分別表示第I，2，...，M個(gè)子區(qū)間的功率中間值；
[0013]步驟2.3、統(tǒng)計(jì)屬于各個(gè)子區(qū)間的小時(shí)數(shù)量Nk (k= 1，2，…，M)；
[0014]步驟2.4、則電動(dòng)汽車充放電站放電動(dòng)率的概率分布可以由下次獲得:

【權(quán)利要求】
1.一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，采集若干電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息，所述數(shù)據(jù)信息包括各個(gè)電動(dòng)汽車充放電站二十四小時(shí)的平均充放電功率； 步驟2，基于步驟I采集的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息形成電動(dòng)汽車充放電站充放電動(dòng)率的概率分布，具體方法是將最近N天的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最近N天的電動(dòng)汽車充放電站充放電數(shù)據(jù)信息即NX 24小時(shí)平均充放電功率，具體方法是: 步驟2.1、取NX 24小時(shí)平均充放電功率中的最小平均充放電功率Pmin和最大平均充放電功率Pn^PuP2,…Pnx24分別表示NX 24個(gè)小時(shí)的平均充放電功率； 步驟2.2、將區(qū)間[Pmin，Pmax]平分成M個(gè)子區(qū)間(M表示子區(qū)間總數(shù))，并用其區(qū)間的功率中間值代表，Pintl, Pint2，…PintM分別表示第I，2，...，M個(gè)子區(qū)間的功率中間值； 步驟2.3、統(tǒng)計(jì)屬于各個(gè)子區(qū)間的小時(shí)數(shù)量Nk(k= 1，2，".，Μ)； 步驟2.4、則電動(dòng)汽車充放電站放電動(dòng)率的概率分布可以由下次獲得:
M P(P = P,mt ) = 74x[￥(k =) 步驟3，考慮故障回路的影響，對(duì)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣做出調(diào)整后，建立含短路故障的潮流方程的線性化模型，然后通過格拉姆-查理級(jí)數(shù)和半不變量計(jì)算配電網(wǎng)中各電流保護(hù)裝置的短路電流概率分布；包括以下子步驟: 步驟3.1、基于故障回路的影響，對(duì)節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣做出調(diào)整后，建立含短路故障的潮流方程的線性化模型 ?50 + Μ=/(^0+ΔΛ.) [ AS-J0AX 式一
+ ^ (.*\ )
AZ = G0AX 式中，Xc^PZci分別為節(jié)點(diǎn)注入量S、母線電壓X和支路潮流Z的期望值，AS、ΛΧ、Δ Z為隨機(jī)擾動(dòng)，可看成是服從某一分布的隨機(jī)變量Jtl為牛拉法最后一次迭代所用的雅可比矩陣，G0為支路方程雅可比矩陣，其中的元素與雅可比矩陣中Jtl的元素有非常簡(jiǎn)單的關(guān)系: (IRDOu I/γγjjr _:__ —*.f ' f-:__JC d$t 11VQ1 ,J aftBQii _1L — / /^1J 一 -_【1- 一 —— Βθβ vdffj 9 ^jlS jT\ —=O ^ Jj — = 0 ^{hj} 式二
其中的Hij, Nij, Kij等均為雅可比矩陣元素:
Hij = -ViVj (GijSin Θ Jj-BijCos Θ tj)
Nij = -ViVj (GijCos Θ "+BijSin Θ tj) 式三
Kij = ViVj (GijCOS Θ jj+BijSin Θ tj) 步驟3.2、利用牛頓法計(jì)算含短路故障的潮流方程，得到母線電壓的基礎(chǔ)值Xtl和最后一次迭代時(shí)的雅可比矩陣Jtl,同時(shí)也可得到支路功率的基礎(chǔ)值Ztl和支路方程的雅可比矩陣G0 ; 步驟3.3、根據(jù)步驟2得到的電動(dòng)汽車充放電站放電功率的概率分布計(jì)算其各階原點(diǎn)矩；當(dāng)已知隨機(jī)變量的概率分布時(shí)，即可求出它的各階原點(diǎn)矩，如下分別給出了連續(xù)型隨機(jī)變量和尚散型隨機(jī)變量的矩與中心矩的求法； 對(duì)于連續(xù)隨機(jī)變量來說，設(shè)連續(xù)隨機(jī)變量X的密度函數(shù)為f (x)，則其V階原點(diǎn)矩α ν可由下式求得:
對(duì)尚散隨機(jī)變量來說，設(shè)尚散隨機(jī)變量X取值Xi的概率為Pi，則V階原點(diǎn)矩α v可由下式求得:
步驟3.4、然后采用下式計(jì)算各階半不變量:
式中:Y 1、a i分別為隨機(jī)變量的I階半不變量和原點(diǎn)矩；i為階數(shù)，Ypai分別為隨機(jī)變量的i階半不變量和原點(diǎn)矩；€^為組合數(shù)； 步驟3.5、利用半不變量的可加性，分別根據(jù)AS~JtlAX和AZ = GtlAX計(jì)算母線電壓和支路功率的隨機(jī)變量的各階半不變量，然后根據(jù)公式(5)計(jì)算隨機(jī)變量的各階原點(diǎn)矩；
步驟3.6、基于格拉姆-查理(Gram-Charlier)級(jí)數(shù),計(jì)算母線電壓和支路功率隨機(jī)變量的概率密度函數(shù):
式中，Hk(X)為埃爾米特Hermite k階多項(xiàng)式；Φ (x)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)；Ak為各階原點(diǎn)矩的線性組合； 步驟3.6、基于母線電壓和支路功率的基礎(chǔ)值Xtl和Ztl，對(duì)g(x)進(jìn)行平移轉(zhuǎn)換得到母線電壓和支路功率的概率分布，從而獲得短路電流的概率分布； 步驟4，利用效用理論計(jì)算短路電流越限嚴(yán)重度指標(biāo)，然后計(jì)算出含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟4，具體實(shí)現(xiàn)方法是: 步驟4.1、計(jì)算短路電流越限值ω ω = Id-1art 式七 式中，Id為短路電流值；Iac;t為電流保護(hù)I段保護(hù)整定值； 步驟4.2、利用效用理論，計(jì)算城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限嚴(yán)重度u (ω) ιι(ω) = 0.582Χ (θω-1) 式八 步驟4.4、采用風(fēng)險(xiǎn)理論，計(jì)算含電動(dòng)汽車充放電站的城市電網(wǎng)電流保護(hù)越限風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)R(?, P) R(?,p) = υ(ω)Χρ(ω) 式九 式中:Ρ(ω)為越限嚴(yán)重度?!(ω)相應(yīng)的概率。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104182640SQ201410424814
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】楊軍, 巫偉南 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)