一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法
【專利摘要】一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法：根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓撲連接關(guān)系，系統(tǒng)運行電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置，基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率初值；依據(jù)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)問題的數(shù)學(xué)模型，包括：設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng)潮流約束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運行約束；將得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進行求解；輸出求解結(jié)果：目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值與相角、各節(jié)點恢復(fù)負荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。本發(fā)明避免了開關(guān)操作帶來的隱患，更加安全可靠，全面提升了配電網(wǎng)故障自愈能力。
【專利說明】
一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法。特別是涉及一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng) 供電恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)直接面向用戶的一環(huán)，與用戶的聯(lián)系最為緊密，對用戶的影 響最為直接。相對于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，智能配電網(wǎng)從原來單一的電能分配角色轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁?集、傳輸、存儲與分配為一體的新型電力交換系統(tǒng)，不僅在一次側(cè)將借助分布式電源、儲能 裝置及DFACTS等裝備以滿足系統(tǒng)的運行需求，在二次側(cè)還會利用高級配電自動化技術(shù)提高 系統(tǒng)的信息通信能力與智能化水平，使得電網(wǎng)在可再生能源利用、系統(tǒng)可靠性、電網(wǎng)資產(chǎn)利 用率、與用戶互動等方面有顯著提高。
[0003] 故障自愈作為智能配電網(wǎng)的重要特征之一，近年來得到了廣泛關(guān)注。智能配電網(wǎng) 中設(shè)備種類多、控制策略復(fù)雜，對故障電壓、短路電流反應(yīng)靈敏，因此，對智能配電網(wǎng)的故障 自愈提出了更高的要求。其中，智能配電網(wǎng)供電恢復(fù)作為故障自愈的最后一環(huán)，起著至關(guān)重 要的作用。配電網(wǎng)發(fā)生故障后，首先通過故障定位，識別故障位置，然后通過故障隔離將故 障區(qū)域切除，最后進行供電恢復(fù)。如何在保證電壓安全運行水平的前提下，盡可能多的恢復(fù) 負荷，是一個亟待解決的問題。
[0004] 智能軟開關(guān)(Soft Open Point，S0P)是取代傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的一種新型智能配電裝 置，智能軟開關(guān)的應(yīng)用將極大地提高配電系統(tǒng)運行的靈活性和可控性，對此國內(nèi)外已有學(xué) 者開展了初步研究，但對智能軟開關(guān)在配電網(wǎng)故障自愈過程中發(fā)揮的作用卻較少涉及。與 聯(lián)絡(luò)開關(guān)相比，智能軟開關(guān)的功率控制更加安全可靠，避免了開關(guān)操作可能帶來的安全隱 患。在故障發(fā)生時，由于直流隔離的作用，能夠有效阻止故障電流穿越;在供電恢復(fù)過程中， 能夠為故障側(cè)提供有效的電壓支撐，從而可以擴大供電恢復(fù)范圍。
[0005] 目前已有的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法多采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)來實現(xiàn)，而通過這種新型電力電 子裝置來實現(xiàn)配電網(wǎng)供電恢復(fù)尚未開展廣泛研究。因此，急需一種基于智能軟開關(guān)的配電 網(wǎng)供電恢復(fù)方法，用以解決故障隔離后，在保證電壓水平前提下的配電網(wǎng)供電恢復(fù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種針對配電網(wǎng)供電恢復(fù)問題，能夠建立基 于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)模型，綜合考慮多種安全運行約束，最終確定供電恢復(fù)方 案的基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，包括 如下步驟：
[0008] 1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓撲連接關(guān)系，系統(tǒng)運行 電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置，基準(zhǔn)電 壓和基準(zhǔn)功率初值；
[0009] 2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢 復(fù)問題的數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng)潮流 約束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運行約束；
[0010] 3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進行求解；
[0011] 4)輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值與相角、各節(jié)點恢復(fù) 負荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。
[0012] 步驟2)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)表示為
[0013]
[0014] 式中，Nn為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；為節(jié)點i處負荷消耗的有功功率;λ?為可恢復(fù)節(jié)點i 上負荷的系數(shù)，Xie[0，i]。
[0015] 步驟2)所述的智能軟開關(guān)運行約束表示為
[0016] 1)智能軟開關(guān)傳輸?shù)挠泄β始s束
[0017]
[0018] 2)智能軟開關(guān)容量約束
[0019]
[0020]
[0021] 3)智能軟開關(guān)故障側(cè)電壓約束
[0022]
[0023] 4)智能軟開關(guān)故障側(cè)相角約束
[0024]
[0025] 式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點編號；
分別為智能軟開關(guān)兩個換流器注入的有功功率和無功功率;4PP和4|%為智能軟開關(guān)損 耗系數(shù);為接在節(jié)點i、j換流器的容量;為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始電壓，Uo 為故障側(cè)節(jié)點電壓基準(zhǔn)值;為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始相角，θ〇為節(jié)點相角基準(zhǔn)值。
[0026] 本發(fā)明的一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，立足于解決配電網(wǎng)中接入 智能軟開關(guān)后的供電恢復(fù)問題，充分考慮智能軟開關(guān)對系統(tǒng)潮流的影響以及對故障側(cè)電壓 幅值與相角的控制作用，建立基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)模型，其數(shù)學(xué)本質(zhì)是非線 性規(guī)劃問題，采用原對偶內(nèi)點法進行求解，得到供電恢復(fù)方案。本發(fā)明S0P的控制簡單方便， 避免了開關(guān)操作帶來的隱患，更加安全可靠，全面提升了配電網(wǎng)故障自愈能力。S0P借助其 靈活的電壓控制能力，可實現(xiàn)失電負荷全部恢復(fù)供電，具有很好的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法的流程圖；
[0028]圖2是改進的IEEE 33節(jié)點算例結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖3是采用智能軟開關(guān)進行供電恢復(fù)的示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法 做出詳細說明。
[0031] 本發(fā)明的一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，如圖1所示，包括如下步 驟：
[0032] 1)根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓撲連接關(guān)系，系統(tǒng)運行 電壓水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置，基準(zhǔn)電 壓和基準(zhǔn)功率等初值；
[0033]對于本發(fā)明的實施例，首先輸入IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)中線路元件的阻抗值，負荷元件 的有功功率、無功功率，網(wǎng)絡(luò)拓撲連接關(guān)系，算例結(jié)構(gòu)如圖2所示，詳細參數(shù)見表1和表2;設(shè) 定一組智能軟開關(guān)接入配電網(wǎng)，取代聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS1，智能軟開關(guān)的容量為5MVA，損耗系數(shù)為 0.199，故障側(cè)節(jié)點電壓標(biāo)么值基準(zhǔn)值為1.0，相角基準(zhǔn)值為0°，規(guī)定從交流側(cè)傳遞到直流側(cè) 的功率方向為正方向；設(shè)置支路5-6之間發(fā)生永久性三相故障，經(jīng)故障隔離后，節(jié)點6-18與 節(jié)點26-33所帶負荷全部失電，失電有功負荷總量為2055kW;最后設(shè)定系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓為 12.66kV、基準(zhǔn)功率為1MVA。
[0034] 2)依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢 復(fù)問題的數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng)潮流 約束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運行約束;其中，
[0035] (1)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)可表示為
[0036]
(1)
[0037] 式中，Nn為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；?#ΑΙ)為節(jié)點i處負荷消耗的有功功率;Μ為可恢復(fù)節(jié)點i 上負荷的系數(shù)，Xie[0，i]。
[0038] (2)所述的系統(tǒng)潮流約束表示為
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]式中，Ω i為與節(jié)點i相連節(jié)點的集合;Ui、Uj和0ij分別為節(jié)點i、j的電壓幅值和相角 差;Gii、Bii、Gij、Bij分別為節(jié)點導(dǎo)納矩陣中的自電導(dǎo)、自電納、互電導(dǎo)和互電納；、QPA13分別 為節(jié)點i上負荷消耗的有功功率和無功功率;分別為智能軟開關(guān)在節(jié)點i上注入 的有功功率和無功功率；
[0044] (3)所述的運行電壓約束表示為
[0045]
(6)
[0046] 式中，f/,max和分別為節(jié)點i電壓幅值的上下限。
[0047] (4)所述的支路電流約束表示為
[0048]
[0049] 式中，是支路ij的電流幅值上限。
[0050] (5)所述的智能軟開關(guān)運行約束表示為
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點編號;和^4fP為智能軟開關(guān)損耗系 數(shù)；為接在節(jié)點i、j換流器的容量；為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始電壓，U Q為故 障側(cè)節(jié)點電壓基準(zhǔn)值為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始相角，θ〇為節(jié)點相角基準(zhǔn)值。
[0057] 3)將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進行求解；
[0058] 4)輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值與相角、各節(jié)點恢復(fù) 負荷系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值等。
[0059] 本發(fā)明建立了基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，并采用內(nèi)點法進行求解， 得到供電恢復(fù)方案。
[0060] 對于本發(fā)明的實施例，選取一組智能軟開關(guān)S0P接入配電網(wǎng)，取代聯(lián)絡(luò)開關(guān)TS1，如 圖3所示，分別分析采用聯(lián)絡(luò)開關(guān)與智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)效果，方案1采用聯(lián)絡(luò)開 關(guān)，方案2采用智能軟開關(guān)，實施例的優(yōu)化結(jié)果見表3,智能軟開關(guān)的控制方案見表4。
[0061 ] 執(zhí)行優(yōu)化計算的計算機硬件環(huán)境為Intel (R)Xeon(R)CPU E5-1620,主頻為 3.70GHz，內(nèi)存為32GB;軟件環(huán)境為Windows 7操作系統(tǒng)。
[0062]對比方案1與方案2可以看出，S0P用于配電網(wǎng)供電恢復(fù)具有很好的應(yīng)用效果，其通 過對故障側(cè)電壓提供支撐，擴大了供電恢復(fù)范圍，提高了供電恢復(fù)能力。與傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān) 相比，S0P的控制簡單方便，避免了開關(guān)操作帶來的隱患，更加安全可靠，全面提升了配電網(wǎng) 故障自愈能力。S0P借助其靈活的電壓控制能力，可實現(xiàn)失電負荷全部恢復(fù)供電，具有很好 的應(yīng)用價值。
[0063] 表1IEEE33節(jié)點算例負荷接入位置及功率
[0064]
[0066] 表2IEEE33節(jié)點算例線路參數(shù)
[0067]
[0068]表3不同方案供電恢復(fù)結(jié)果 [0069]
[0070]表4智能軟開關(guān)控制方案 [0071]
【主權(quán)項】
1. 一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 根據(jù)選定的配電系統(tǒng)，輸入線路參數(shù)、負荷水平、網(wǎng)絡(luò)拓撲連接關(guān)系，系統(tǒng)運行電壓 水平和支路電流限制，智能軟開關(guān)接入位置、容量和損耗系數(shù)，系統(tǒng)故障位置，基準(zhǔn)電壓和 基準(zhǔn)功率初值； 2) 依據(jù)步驟1)提供的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，建立基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)問 題的數(shù)學(xué)模型，包括:設(shè)定配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)，分別考慮系統(tǒng)潮流約 束、運行電壓約束、支路電流約束和智能軟開關(guān)運行約束； 3) 將步驟2)得到的數(shù)學(xué)模型采用原對偶內(nèi)點法進行求解； 4) 輸出步驟3)的求解結(jié)果，包括目標(biāo)函數(shù)值、各節(jié)點電壓幅值與相角、各節(jié)點恢復(fù)負荷 系數(shù)、智能軟開關(guān)傳輸功率值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，其特征在于，步 驟2)所述的配電系統(tǒng)恢復(fù)有功負荷最大為目標(biāo)函數(shù)表示為式中，Nn為系統(tǒng)節(jié)點數(shù);.巧 力」1^、1?：；^何^村^、州々」功率;\為可恢復(fù)節(jié)點;[上負荷 的系數(shù)，Aie[〇，l]。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能軟開關(guān)的配電網(wǎng)供電恢復(fù)方法，其特征在于，步 驟2)所述的智能軟開關(guān)運行約束表示為 1) 智能軟開關(guān)傳輸?shù)挠泄β始s束2) 智能軟開關(guān)容I 3) 智能軟開關(guān)故障 4) 智能軟開關(guān)故障 式中，i、j為智能軟開關(guān)所接入配電系統(tǒng)的節(jié)點編Wf°P、斤。P、<?PP、Qf )P分別為 智能軟開關(guān)兩個換流器注入的有功功率和無功功率;和^^13為智能軟開關(guān)損耗系數(shù)； Sft^Pgsap為接在節(jié)點i、j換流器的容量;i/fQP為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始電壓，Uo為故障側(cè) 節(jié)點電壓基準(zhǔn)值;為故障側(cè)智能軟開關(guān)初始相角，θ〇為節(jié)點相角基準(zhǔn)值。
【文檔編號】H02J3/00GK105896537SQ201610463651
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】董旭柱, 吳爭榮, 劉志文, 陳立明, 李鵬, 宋關(guān)羽
【申請人】中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 天津大學(xué)