基于子网最差原则的配电网状态评估方法

摘要

本发明公开了一种基于子网最差原则的配电网状态评估方法，该方法包括：确定最小配电子岛与最小配电子网；确定最小配电子网是配电网络分析的最小单元；按照故障的影响程度和范围，其运行状态按由优到差的顺序可分为六个等级,根据出现的情况分别进入该六种状态；用最差运行状态的最小配电子网描述整个配电网络的运行状态。本发明解决了配电网运行过程中状态分类与评估问题，方法简洁方便适合配电网实际运行需求。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网运行状态评估领域，具体来说是一种基于子网最差原则 的配电网状态评估方法。

背景技术

电网运行状态预警与评估系统是智能电网的重要组成部分，其通过对当前 电网运行状态的分级描述电网的安全程度。对提高调度效率，避免故障发生与 扩大，提高供电可靠性具有重要意义。

目前对电网的状态评估多集中在输电网领域，且主要是风险评估，其通过 电网中主要设备故障发生风险概率给出一定的评分指标，采取的方法主要有枚 举法、蒙特卡洛法、遗传算法、粒子群算法、基于事故随机性分析法、基于事 故模糊性与随机性综合分析法等。

配电网络作为电力供应的终端网络，较之输电网，其网络结构更复杂，所 含设备数量更庞大，电网运行状态更加难以确定。同时，由于配电网中分布式 电源、微网及储能设备的接入，使得智能配电网的运行方式更加多样化，安全 状态评估难度更大。

因此，建立一种简单有效的描述当前电网运行状态的评估指标体系，及时 发现电网运行中薄弱环节，有效避免配电网单点故障及连锁故障反应的发生具 有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决配电网运行中安全状态评估，结合配电网特点，给 出一种基于子网最差原则的配电网状态评估方法。

基于上述目的提出方案如下：

一种基于子网最差原则的配电网状态评估方法，该方法包括以下步骤：

（1）确定最小配电子岛与最小配电子网；确定最小配电子网是配电网络 分析的最小单元；

（2）按照故障的影响程度和范围，其运行状态按由优到差的顺序可分为 六个等级，即经济安全状态、非经济安全状态、警戒状态、异常状态、恢复状 态、紧急状态，对该六种状态进行划分；

（3）只要有故障发生，最小配电子网即进入紧急状态；

（4）只要最小配电子网处于紧急状态，且联络开关动作，则最小配电子 网进入恢复状态；

（5）只要最小配电子网中有子岛的失电率大于0，最小配电子网即进入异 常状态；

（6）只要有开关负荷重载，则最小配电子网即进入警戒状态；

（7）若只有子网负荷均衡率超过一定限值，无其他异常，则最小配电子 网进入非经济安全运行状态；

（8）若子网负荷均衡率小于限值，且无任何其他异常，则最小配电子网 进入经济安全运行状态；

（9）用最差运行状态的最小配电子网描述整个配电网络的运行状态。

所述六种状态采用百分制进行划分：[0,20]分为紧急状态，(20,40]分为 恢复状态，(40,60]分为异常状态，(60,80]分为警戒状态，(80,90]分为非经 济安全状态，(90,100]分为经济安全状态。

所述紧急状态的指标与子网故障失电率有关，具体描述为：

MDS＝20(1-FV)

其中，MDS为最小配电子网运行状态指标评分；FV为最小配电子网故障失 电率，是指故障隔离后，失电负荷总量与最小配电系统负荷容量的比值，具体 为：

FV＝IL/IA

其中，IL为故障隔离后的失电负荷电流总量，IA为最小配电系统负荷电流 容量，描述为：

$\mathrm{IA}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_{\mathrm{Ni}}$

其中，N为最小配电子网所含最小配电子岛数，SI_Ni为第i个最小配电子 岛电源开关额定电流。

所述恢复状态的指标与故障恢复动作开关数量有关，具体为：

MDS＝20+20(1-FN/MN)

其中，FN为健全区域恢复供电动作开关数，MN为最小配电子网开关总数。

所述异常状态的指标与子网N-1最大失电率有关，具体描述为：

MDS＝40+20(1-NL)

其中，NL为最小配电子网N-1极限失电率，描述为：

NL＝max[MNL₁,MNL₂,L,MNL_N]

其中，N为最小配电子网包含的子岛数，MNL为最小配电子岛失电率，具体 为：

${\mathrm{MNL}}_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_i-\underset{i=1,i\ne j}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_{\mathrm{Ni}}}{{\mathrm{SI}}_j}$

其中，i，j＝1，2，…，N为最小配电子网包含的子岛数，SI_i为流过第i个最 小配电子岛电源开关的负荷电流。

所述警戒状态的指标与负荷重载率有关，具体描述为：

$\mathrm{MDS}=60+20\frac{1-\mathrm{LV}}{1-K}$

其中，K为开关重载率限值；LV为最小配电子网负荷重载率，是最小配电 子网中所有开关负荷重载率的最大值，具体为：

LV＝max[BLV₁，BLV₂，L，BLV_N]

其中，N为最小配电子网包含的开关数，BLV为开关的负载率，描述为：

BLV＝I/I_N

其中，I为流过开关的负荷电流，I_N为开关的额定电流。

所述非经济安全状态与子网负荷均衡率有关，具体描述为：

MDS＝80+10C/MRLC

其中，C为子网负荷均衡率限值，MRLC为子网负荷均衡率，其是子网内所 含联络开关负荷均衡率的最大值，具体为：

MRLC＝max[SRLC₁，SRLC₂，L，SRLC_N]

其中，N为子网所含联络开关数，SRLC为联络开关负荷均衡率，具体描述 为：

${\mathrm{SRLC}}_i=\frac{\max [{\mathrm{LT}}_{i1},{\mathrm{LT}}_{i2}]}{\min [{\mathrm{LT}}_{i1},{\mathrm{LT}}_{i2}]}$

其中，LT_i1，LT_i2为联络开关所关联两相邻电源点的归一化负荷，具体为：

LT＝SI/SI_N。

所述经济安全运行状态与子网负荷均衡率有关，具体描述为：

$\mathrm{MDS}=90+10\frac{C-\mathrm{MRLC}}{C-1}.$

所述整个配电网络的状态指标是所含配电子网指标的最小值，具体为：

DS＝min[MDS₁，MDS₂，L，MDS_N]

其中，DS为配电网络运行状态指标评分，N为配电网络所含最小配电子网 数。

给出了一种包含经济安全状态、非经济安全状态、警戒状态、恢复状态、 异常状态、紧急状态六种等级的最小配电子网运行状态划分方法，并给出了各 个状态的指标评分形成方法。

本算法的优点是：（1）提出了最小配电子网与最小配电子岛的概念，建立 了最小配电子网模型，以子网电源开关邻接表与子网联络开关邻接表描述整个 最小配电子网。（2）分析了最小配电子网的运行状态，给出了六种运行状态的 划分规则，并用最差子网的运行状态描述整个配电网络的运行状态。（3）给出 了紧急状态、恢复状态、异常状态、警戒状态、非经济安全状态、经济安全状 态的指标评分方法，并给出了相应公式。（4）方法简洁方便适合配电网实际运 行需求。（5）以指标评分最差配电子网的运行状态作为全网运行状态，并将其 评分作为全网的指标评分。

附图说明

图1为典型配电网络图。

具体实施方式

利用本发明所提出的方法进行配电网状态评估的具体方法如下：

（1）确定最小配电子岛与最小配电子网。将由开关及馈线段组成的封闭 集合称为配电区域。如果一区域至少含有一电源点，边界节点为联络开关或末 梢节点，且内点皆为分段开关，则称该区域为最小配电子岛。将具有相同联络 开关的两最小配电子岛称为相邻最小配电子岛，两配电子岛的电源点称为该联 络开关的相邻电源点。将具有连通关系的所有相邻最小配电子岛组成的区域称 为最小配电子网。

（2）最小配电子网是配电网络分析的最小单元，按照故障的影响程度和 范围，其运行状态按由优到差的顺序可分为六个等级，即：经济安全状态、非 经济安全状态、警戒状态、异常状态、恢复状态、紧急状态。

所谓经济安全状态是指最小配电子网中无任何故障发生，无设备越限与重 载，满足N-1极限负荷转供，负荷均衡率小于一定限值的情况；所谓非经济安 全状态是指最小配电子网中无任何故障发生，无设备越限与重载，满足N-1极 限负荷转供，但负荷均衡率大于一定限值的情况；所谓警戒状态是指最小配电 子网中有开关处于重载状态，即开关负荷负载率大于一定限值的情况；所谓异 常状态是指最小配电子网中部分开关过负荷后，导致电源点不满足N-1极限负 荷转供，部分负荷有失电危险的情况；所谓恢复状态是指最小配电子网中有故 障发生并隔离故障后，系统恢复正常区域供电的过程。是系统从紧急状态过渡 到其他状态的过渡暂态；所谓紧急状态是指最小配电子网有故障发生，导致部 分开关跳闸，隔离故障，部分区域失电的情况。

一个配电网络包括多个最小配电子网，为保证整个电网运行的可靠性，采 取审慎原则，用最差运行状态的最小配电子网描述整个配电网络的运行状态。

（3）运用百分制对六种状态进行划分：[0,20]分为紧急状态，(20,40]分 为恢复状态，(40,60]分为异常状态，(60,80]分为警戒状态，(80,90]分为非 经济安全状态，(90,100]分为经济安全状态,“（”表示不包含端值，“[”与“]” 表示包含端值；也可以采用其他方法对该六种状态进行划分，各状态的分值根 据实际情况可以做适当的调整。

（4）只要有故障发生，最小配电子网即进入紧急状态。紧急状态的指标与 子网故障失电率有关，具体描述为：

MDS＝20(1-FV)    (3)

其中，MDS为最小配电子网运行状态指标评分；FV为最小配电子网故障失 电率，是指故障隔离后，失电负荷总量与最小配电系统负荷容量的比值，具体 为：

FV＝IL/IA    (4)

其中，IL为故障隔离后的失电负荷电流总量，IA为最小配电系统负荷电流 容量，描述为：

$\mathrm{IA}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_{\mathrm{Ni}}---\left(5\right)$

其中，N为最小配电子网所含最小配电子岛数，SI_Ni为第i个最小配电子 岛电源开关额定电流

（5）只要最小配电子网处于紧急状态，且联络开关动作，则子网进入恢复 状态。恢复状态的指标与故障恢复动作开关数量有关，具体为：

MDS＝20+20(1-FN/MN)    (6)

其中，FN为健全区域恢复供电动作开关数，MN为最小配电子网开关总数。

（6）只要最小配电子网中有子岛的失电率大于0，子网即进入异常状态。 异常状态的指标与子网N-1最大失电率有关，具体描述为：

MDS＝40+20(1-NL)    (7)

其中，NL为最小配电子网N-1极限失电率，描述为：

NL＝max[MNL₁,MNL₂,L,MNL_N]    (8)

其中，N为最小配电子网包含的子岛数，MNL为最小配电子岛失电率，具体 为：

${\mathrm{MNL}}_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_i-\underset{i=1,i\ne j}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{SI}}_{\mathrm{Ni}}}{{\mathrm{SI}}_j}---\left(9\right)$

其中，i,j＝1,2,…,N为最小配电子网包含的子岛数，SI_i为流过第i个最小 配电子岛电源开关的负荷电流。

（7）只要有开关负荷重载，则最小配电子网即进入警戒状态。警戒状态的 指标与负荷重载率有关，具体描述为：

$\mathrm{MDS}=60+20\frac{1-\mathrm{LV}}{1-K}---\left(10\right)$

其中，K为开关重载率限值，一般取0.8；LV为最小配电子网负荷重载率， 是最小配电子网中所有开关负荷重载率的最大值，具体为：

LV＝max[BLV₁,BLV₂,L,BLV_N]    (11)

其中，N为最小配电子网包含的开关数，BLV为开关的负载率，描述为：

BLV＝I/I_N    (12)

其中，I为流过开关的负荷电流，I_N为开关的额定电流。

（8）若只有子网负荷均衡率超过一定限值，无其他异常，则子网进入非经 济安全运行状态。非经济安全状态与子网负荷均衡率有关，具体描述为：

MDS＝80+10C/MRLC    (13)

其中，C为子网负荷均衡率限值，一般取1.25；MRLC为子网负荷均衡率， 其是子网内所含联络开关负荷均衡率的最大值，具体为：

MRLC＝max[SRLC₁,SRLC₂,L,SRLC_N]    (14)

其中，N为子网所含联络开关数，SRLC为联络开关负荷均衡率，具体描述 为：

${\mathrm{SRLC}}_i=\frac{\max [{\mathrm{LT}}_{i1},{\mathrm{LT}}_{i2}]}{\min [{\mathrm{LT}}_{i1},{\mathrm{LT}}_{i2}]}---\left(15\right)$

其中，LT_i1,LT_i2为联络开关所关联两相邻电源点的归一化负荷，具体为：

LT＝SI/SI_N    (16)

（9）若子网负荷均衡率小于限值，且无任何其他异常，则子网进入经济安 全运行状态。经济安全运行状态与子网负荷均衡率有关，具体描述为：

$\mathrm{MDS}=90+10\frac{C-\mathrm{MRLC}}{C-1}---\left(17\right)$

（10）整个配电网络的状态指标是所含配电子网指标的最小值，具体为：

DS＝min[MDS₁,MDS₂,L,MDS_N]    (18)

其中，DS为配电网络运行状态指标评分，N为配电网络所含最小配电子网 数。

如图1所示，S1-S5电源开关额定电流为1250A，其他开关额定电流为630A。 表1为最小配电子网划分，表2为当前五种情况下各个子网的状态描述。

根据上述（1）中所述，对图1所示典型配电网络中最小配电子网划分如表 1所示。

表1  图1中最小配电子网划分

表2  图1配电网状态描述

根据所述方法，如表3所示，状态1中各子网为紧急状态，由公式(3)-(5)， 子网1、2指标评分分别为18.93、18.8，由公式（18），配电网络状态指标评分 为18.8。状态2中各子网为恢复状态，由公式(6)，子网1、2指标评分分别为 38.57、37.14，故配电网络状态指标评分为37.14。状态3中各子网为异常状态， 由公式(7)-(9)，子网1、2指标评分分别为57.35，57.33，配网状态指标评分 为57.33。状态4中各子网为警戒状态，由公式(10)-(12)，子网1、2指标评分 分别为60.95、62.85，故配电网络状态指标为60.95。状态5中各子网为非经 济安全状态，由公式(13)-(16)，子网1、2指标评分分别为89.87、88.33，故 配电网络状态指标为88.33。状态6中各个子网为经济安全状态，由公式(17)， 子网1、2指标评分分别为98.62、97.89，故配电网络状态指标为97.89。

表3  图1配电网状态评分