基于主从分离的综合输配电分析_白金梁.pdf

2023.04.DQGY 58PRODVCT AND TECHNIC产品与技术CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY（GPF）分析的新TCA方法，该方法涵盖TPS和连接的DNs。由于同时计算输电和配电功率流的GPF分析能够准确反映突发事件后两者之间的相互作用，基于GPF的TCA（GTCA）可以警告传统TCA程序中可能忽略的潜在级联故障6。1 GTCA定义及功能GTCA可以被定义为一种新的TCA，其中不仅考虑了DN到TPS的意外情况的“有功”功率流，而且还评估了在意外情况下DN和TPS的运行极限（例如，总线/节点电压和线路功率流）。GTCA的新功能如下。首先，在GTCA中引入一个新的安全性评价指标。当前的TCA计划只关注TPS的运行限制。然而，在发生传输意外事故后，连接的DNs中的功率流在实践中也可能相应地发生变化，因此有必要监控0 引言应急分析（CA）是输电电力系统（TPS）运行的有力工具。通常执行CA程序来模拟TPS的功率流，以防出现意外情况，并在违反某些组件的操作限制（例如母线电压限制或线路功率流限制）时激活警报，以帮助操作员维护TPS的安全性。在几乎所有当前的输电CA（TCA）程序中，配电网（DNs）被简单地视为输电总线中的负载注入（称这些连接总线为“边界总线”），DNs的内部功率流不再被视为。事实上，随着越来越多的分布式发电和自动化设备安装在DNs中，DN在在线运行中可能会越来越频繁地出现环路，以提高可靠性1。由 于 智 能 电 网 技 术 许 多“配 电 控 制 中 心”（DCC）部署了配电管理系统（DMS），可以在DCC中在线更新和计算DN的模型和功率流2-3。智能电网的这些新特性促使提出一种基于全局潮流白金梁 姜智业（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司）基于主从分离的综合输配电分析摘要：在当今的智能电网环境下，随着配电网环路的频率越来越高，电流传输事故分析（TCA）通常会忽略事故发生后配电潮流的变化，因此可能会导致严重的停电。随着越来越多的配电管理系统部署在配电侧，本文提出一种基于主从分离全局潮流（GPF）分析的输配电CA方法（简称GTCA），该方法将输配电潮流结合起来。首先介绍GTCA的定义和新特性。然后，从物理上说明GTCA的必要性。对GTCA和TCA结果的差异进行数学分析。然后提供一种执行GTCA的GPF嵌入式算法。讨论数据交换过程和通信中断时的性能。由于GTCA中考虑多种意外情况，因此提出并讨论几种减少通信负担和提高计算效率的方法。为了验证理论分析，在多个系统中进行大量的数值试验。通过理论分析和数值验证，建议执行GTCA而不是TCA，以避免潜在的误报，尤其是在智能电网中DNs循环更频繁的情况下。关键词：主从分离；全局潮流；应急分析；输配电电器工业202304设计排版.indd 662023.4.25 11:40:00 AM2023.04.DQGY 59PRODVCT AND TECHNIC产品与技术CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYDNs的操作限制，以避免丢失有关配电安全的潜在警报。因此，应在GTCA中使用一个新的安全评估指标，同时考虑TPS和DNs的运行限制，解决配电潮流问题5-8。其次，GTCA遵守隐私保护规则，通常可以保护DN和TPS数据的机密性。这是因为在每次迭代时，只传递边界母线的电压和功率值，而不是详细的电力系统模型。在满足隐私保护规则的情况下，TCC和DCC在GTCA中的合作在现实世界中实际上是可行的，即使在市场结构放松的地方也是如此，因为GTCA对于TPS和DN运营来说都是双赢的。如前所述，参与GTCA的DCC可以获得准确的配电潮流，从而导致输电意外事故，并相应地评估配电运行的安全性。最后，GTCA的总体框架和主要步骤与传统C A 程 序 几 乎 相 同，这 使 得 操 作 员 更 容 易 使 用GTCA程序。在以下部分中，将进一步详细说明一些新特性。2 GTCA必要性说明通过分析两种情况下输电和配电功率流的相互作用，从物理上说明GTCA的必要性：TPS与径向DNs连接；TPS与环形DNs连接。（1）（2）2.1 带径向DN的TPS带径向DNs的TPS与径向DN连接的TPS如图1所示，其中TB1和TB2表示与径向馈线DF1和DF2连接的TPS边界总线。首先，假设DF1和DF2注入真实无功（PQ）型负载，没有明显的静态负载特性，PQ型负载在潮流分析中很常见。在这种情况下，导致边界母线电压自然上升或下降的输电意外事故使馈线DF或DF2的节点电压和电流发生变化，这只会导致DN的功率损耗相应变化。其次，假设有PV型负载或具有显著静态特性的负载注入DNs。在这种情况下，意外事件发生后，这些负载的功率损耗和注入功率不仅会随着边界母线电压的变化而变化。因此，注入边界母线的DN荷载通常与前一种情况相比变化更大。然而，荷载的变化程度以及对TPS流量的后续影响可能取决于具体情况。MSBS,cB,cB,c,M,c,S,c,B,c,B,c,S,cSBBMBBSSMM,cM,cM,c,Bc,MMMMMMM,cM,c,B,c,MB图1 一个TPS与径向DN连接由于DN的功率损耗通常仅占注入边界母线总功率的一小部分，因此可以推断，注入边界母线TB1或TB2的总DN负载的变化对于TPS功率流而言通常微不足道。因此，其影响可以如在传统TCA中那样。换句话说，在这种情况下，传统的TCA警报通常是可靠的。总而言之，TPS和连接的径向DNs之间的相互作用微不足道，通常可以忽略，而不会产生任何显著的后果，这就是为什么当前TCA项目中，DNs对TPS的影响在很大程度上被忽略的原因。然而，应注意的是，在一些极端情况下，如果发电机或输电线路在发生意外事故后接近其运行极限，忽略相互作用可能仍会导致潜在的连锁停运。2.2 带循环DN的TPS随着DN在未来电网的在线运行中循环频率越来越高，忽略DNs对TPS影响的假设可能会受到质疑，本文对此进行分析。TPS和连接的环路DN，其中TB1和TB2代表与馈线DF1和DF2连接的边界总线，馈线DF1和DF2通过开关环路，以提高DN的可靠电器工业202304设计排版.indd 672023.4.25 11:40:01 AM2023.04.DQGY 60PRODVCT AND TECHNIC产品与技术CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY性。TB1连接到一条双传输线TL1，TB2连接到一条单传输线TL2。一条线连接DF1和DF2，以提高可靠性或“负载密度高时”。如上所述，在发生输电事故后，DN的功率损耗变化仅为边界母线注入负荷总体变化的一小部分。事实上，环绕环形馈线的功率流（称之为“回路流”）通常变化更大，并导致注入边界母线的负载发生更大的变化。考虑GTCA在严重通信延迟或中断情况下的性能。在这种情况下，TCC和DCC应使用上次刷新的边界值求解其功率流。由于这些边界值可能会被异步重新刷新，GPF解的精度可能会受到影响，在这种情况下可能会获得近似解。然而，可以合理预期，GTCA可能仍然优于传统TCA，因为传输和分配的交互仍然部分反映在最后更新的数据中。即使MSS方法的收敛性由于延迟而恶化，GTCA仍然可以切换到传统CA模式，如图2所示。因此，建议的GTCA在实际应用中对通信延迟甚至中断具有鲁棒性。图2 GTCA方法之间的关系2.3 GTCA应用在这种方法中，CS是在GPF分析之前执行的，只有那些安全指数较大的意外事件才会被选择，并由完整的GPF进一步检查。应该注意的是，尽管概念与传统的CS相似，但这种CS方法实际上是不同的，因为它应该考虑DNs对选择的影响。否则，可能会错误选择可靠的意外事件，尤其是在DNs循环时。执行选择过程的一种方法是仅使用GPF的MSS方法的一次迭代，以快速估计线路过载和电压幅值违规。该过程如图1所示。在第一次TPS潮流计算中，边界电压被发送到DCC，然后DCC求解配电潮流，并使用DN性能指数（DPI）评估线路过载和电压幅值违规，该指数类似于传输性能指数（TPI）。然后，DPIs和新的边界功率值被发送到TCC，并再次求解变速箱功率流。然后，TPI评估TPS中的线路过载和电压幅值违规。通过TPI和DPI，可以形成一个综合指数（GPI），加权TPI和DPI以及具有更大GPI的意外事件被选择，并随后由全GPF检查。此处使用的权重可以选择为1.0，这意味着违反DN限值与违反TPS限值一样重要。在某些其他情况下，即使TCC知道馈线之间的互连，如果没有详细的配电潮流分析，仍然很难准确量化相应的负载变化，如图3所示。在图3中，在连接到TB2的线路丢失的情况下，即使TCC可以访问DF1、DF2和DF3的拓扑信息，如果不运行配电潮流程序，仍然很难确定TB1和TB3中负荷的准确增加。3 实例分析在本部分中，比较了118Dl系统在考虑和不考虑静态负载特性的情况下计算加速方法的计算时间和通信负担。发电机和线路事故总数为240。结果见表1，计算时间、通信数据和频率方面的要求都是根据基本GTCA算法的值的百分比标准化的。从表1、表2中可以看出，这些加速方法可以大大减少计算时间和通信负担，特别是在MSS迭代次数较大的情况下，如前节所分析。仅使用DN等效的GTCA方法需要最少的计算时间、最少的通信数据要求和频率，因为在TCC和DCC之间不需要迭代。然而，它忽略了所有DN的潜在操作警报，甚至可能忽略TPS警报。应急过程(CS):DN相关CS方法分析前进行筛选基本GTCA算法需要基于AC的分析时仅涉及MW流量时当通信不完全可用时基于DC的GTCA算法仅使用DN等效的GTCAGTCA电器工业202304设计排版.indd 682023.4.25 11:40:01 AM2023.04.DQGY 61PRODVCT AND TECHNIC产品与技术CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY图3 事故后配电潮流这一观察结果表明，在输电意外事故后，环路DN的内部分布功率流可能会发生很大变化。为了清楚地说明这一点，图3显示配电节点电压随线路#5损耗而发生的配电潮流变化，与基本情况相比。图中显著的电压差表明有必要检查DN的工作极限。4 结束语在越来越多的智能电网中，由于DN可能更频繁地运行回路，因此忽略传输和配电相互作用的传统TCA可能会发出不准确的警报。为了克服这一问题，本文提出一种新的考虑输配电相互作用的TCA方法GTCA。讨论和说明了GTCA的新特点和必要性。利用GPF方程对GTCA和TCA结果的差异进行数学分析。提出一种执行GTCA的GPF嵌入式算法，讨论数据交换过程和GTCA在通信中断情况下的性能。此外，还提出并讨论几种计算加速方法，以减少通信负担并提高GTCA的计算效率：在多个系统中进行大量的数值测试，以验证理论分析。通过理论分析和数值验证，建议在未来的智能电网中改用GTCA，以避免潜在的误报，尤其是当DNs频繁循环时。基于这项工作，未来可以进一步研究整个系统的控制问题，例如预防或纠正控制，以提高整个系统的安全性。参考文献1 苗伟伟，吴海阳.基于深度强化学习的通信网络故障智能感知与预警模型研究J.机械设计与制造工程，2021，50（6）：3.2 Jonas Frankenl1CAl.nThe Digital Divide in State Vulnerability to Submarine Communications Cable FailureJ.Intemational Journal of Critical Infrastructure Protection,2022.表1 无静态负载特性的118DL不同方法的计算时间和通信方法时间占比MSS迭代通信频率通信数据量使用补偿方法85%376100%100%使用等效27%/使用DC模型43%690185%82%与DN有关量45%25470%65%表2 静态负载特性的118DL不同方法的计算时间和通信方法时间占比MSS迭代通信频率通信数据量使用补偿方法81%1390100%100%使用等效9%/使用DC模型21%119085%40%与DN有关量16%27019%19%（下转第65页）电器工业202304设计排版.indd 692023.4.25 11:40:02 AM2023.04.DQGY 65PRODVCT AND TECHNIC产品与技术CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY源与节能，2014（1）：184-185.8郭臻东.10kV配电房高低压开关选择及保护配合的合理建议J.科技创新与应用，2013（7）：32-33.（收稿日期：2022-12-07）电子测试，2018（12）：88-89.5麦俊锋.浅谈10kV配电室高低压开关选择及保护措施J.工业设计，2016（4）：156-157.6龙玺，袁科锋，盛烽.10kV配电房高低压开关的选择与保护配合J.科技创新导报，2014，11（7）：98.7黄明洪.浅析10kV配电房高低压开关选择与保护J.能3 Yulong Huang,Liangzhong Yao,Hao Kou,Investigation of Wireless Measure and Control Methodology for High Voltage Circuit BreakerC.ICEE 2009,2009.4 胡军，尹立群，李振，等.基于大数据挖掘技术的输变电设备故障诊断方法J.高电压技术，2017，10（9）：21-22.5 董琦，王萍.智能电网功耗和供电优化：数据通信可靠性影响分析J.高电压技术，2017，10（9）：21-22.6 Aminifar,F.,Fotuhi-Firuzabad,M.,Shahidehpour,M.,et al.Impact of WAMS malfunction on power system reliability assessment J.IEEE Trans.Smart Grid,2012,3（3）：1302-1309.7 丁玲，谢伦晓.高级电网对相互依赖的电力和通信网络级联故障的影响J.山东电力技术，2015，11（3）：19-22.8 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