一种有源配电网供需平衡风险预警方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体的，涉及一种有源配电网供需平衡风险预警方法及装置。

背景技术

传统的电力系统风险分析使用确定性的准则，大多采用定性分析方法，由人工经验对电网风险进行分析，忽略了故障发生的概率、新能源出力波动、负荷运行变化等不确定性等的风险量化因素，风险分析方法单一，效率低且对运行方式的适应性差，对电网调度的预警效果有限。

发明内容

本发明提出一种有源配电网供需平衡风险预警方法及装置，解决了现有技术中含分布式光伏电源的配电网故障发生的概率、新能源出力波动、负荷运行变化等不确定性等的风险量化因素，风险分析方法单一，效率低且对运行方式的适应性差，对电网调度的预警效果有限的问题。

本发明的技术方案如下：

第一方面，一种有源配电网供需平衡风险预警方法，包括如下步骤：

获取配电网某个断面中各线路的单线图，将所述单线图拼接为联络图，生成各运行方式下的拓扑结构树；

获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，将负荷预测值和分布式电源的发电功率值折算至各变压器；

根据线路历史跳闸信息，结合断路器保护定值，计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值，生成跳闸损失曲线；

结合负荷曲线、功率曲线及跳闸损失曲线计算各运行方式下各线路的运行风险，评估当前运行方式的各类风险等级，给出所有运行方式中的风险等级最小的推荐运行方式。

第二方面，获取配电网某个断面中各线路的单线图，将单线图拼接为联络图，生成各运行方式下的拓扑结构树，包括如下步骤：

获取配电网某个断面中各线路的单线图，设置联络断路器信息，将联络断路器两侧的线路拼接在一起，形成断面下包含所有线路单线图的联络图；

设置各运行方式约束条件，根据约束条件自动生成运行方式，每个运行方式都包含了联络断路器的分合状态；首先，对于并网侧没有连接变压器的分布式电源，则在其公共并网点虚拟一个变压器；然后从各线路连接的变电站母线开始，向负荷侧遍历，遇到断路器时记为一个特殊树枝节点；遇到T节点时记为树枝节点并进行分支遍历；遇到线路设备没有下级设备或遇到变压时，记为末节点，各节点之间用线段连接,遍历完所有设备后，形成当前运行方式下的线路拓扑结构树。

第三方面.获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，将负荷预测值和分布式电源的发电功率值折算至各变压器，具体步骤包括：

获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线,曲线的横轴为时间，取点间隔为15mins；曲线的纵轴为功率；

按下列公式将拓扑结构树的负荷预测曲线和功率预测曲线上各点的值折算至各变压器，形成各变压器的负荷预测曲线及功率预测曲线：

式中，S

第四方面，根据线路历史跳闸信息，结合断路器保护定值，计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值，生成跳闸损失曲线，具体步骤包括：

计算拓扑结构树中各树枝的跳闸概率：

式中，μ

计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值：

1)从树枝的末端开始向电源侧遍历，记录各段树枝的跳闸损失；

2)计算时找到距离该树枝的上级断路器，标记此特殊节点；

3)将特殊节点切断，认为特殊节点一下的所有负荷S

4)计算各段树枝的损失期望，如式3：

ε

式中，ε

5)计算各拓扑结构树的损失期望，如式4：

ε

式中，ε

生成跳闸损失曲线：

将当前运行方式下，将拓扑结构树跳闸损失期望，15min一个点，全天96个点连接成曲线，生成跳闸损失曲线。

第五方面，计算所有运行方式下各线路的运行风险，评估当前运行方式的风险等级，给出所有运行方式中的风险等级最小的推荐运行方式，具体步骤包括：

设置各拓扑结构树的平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在二级平衡风险，拓扑结构树的综合运行净负荷计算如式5：

S

式中，S

设置母线平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在一级平衡风险，母线的综合运行净负荷计算如式6：

S

式中，S

设置多个负荷损失阈值，超过该阈值表示存在一定的运行损失风险，各运行风险等级计算如式7：

计算所有运行方法下的运行风险等级，找到不存在平衡风险且运行损失最低的运行方式，认为此运行方式为最佳运行方式；如果所有运行方式均存在平衡风险，则认为“所有运行方式均存在平衡风险”

进一步的，一种有源配电网供需平衡风险预警装置，包括：

采集模块：获取配电网某个断面中各线路的单线图，将所述单线图拼接为联络图，生成各运行方式下的拓扑结构树；

折算模块：获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，将负荷预测值和分布式电源的发电功率值折算至各变压器；

计算模块：根据线路历史跳闸信息，结合断路器保护定值，计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值，生成跳闸损失曲线；

评估模块：结合负荷曲线、功率曲线及跳闸损失曲线计算各运行方式下各线路的运行风险，评估当前运行方式的各类风险等级，给出所有运行方式中的风险等级最小的推荐运行方式。

采集模块具体包括：获取配电网某个断面中各线路的单线图，将所述单线图拼接为联络图，生成各运行方式下的拓扑结构树，包括：

获取配电网某个断面中各线路的单线图，设置联络断路器信息，将联络断路器两侧的线路拼接在一起，形成断面下包含所有线路单线图的联络图；

设置各运行方式约束条件，根据约束条件生成运行方式，其中每个运行方式都包含了联络断路器的分合状态；

对于并网侧没有连接变压器的分布式电源，则在其公共并网点虚拟一个变压器；从各线路连接的变电站母线开始，向负荷侧遍历，遇到断路器时记为一个特殊树枝节点；遇到T节点时记为树枝节点并进行分支遍历；遇到线路设备没有下级设备或遇到变压时，记为末节点，各节点之间用线段连接，遍历完所有设备后，形成当前运行方式下的线路拓扑结构树。

折算模块具体包括：获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，将负荷预测值和分布式电源的发电功率值折算至各变压器，包括：

获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，其中所述预测曲线的横轴为时间，取点间隔为15mins；所述预测曲线的纵轴为功率；

按下列公式将拓扑结构树的负荷预测曲线和功率预测曲线上各点的值折算至各变压器，形成各变压器的负荷预测曲线及功率预测曲线：

式中，S

计算模块具体包括：根据线路历史跳闸信息，结合断路器保护定值，计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值，生成跳闸损失曲线，包括：

(1)计算拓扑结构树中各树枝的跳闸概率：

式中，μ

(2)计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值：

1)从树枝的末端开始向电源侧遍历，记录各段树枝的跳闸损失；

2)计算时找到距离该树枝的上级断路器，标记此特殊节点；

3)将特殊节点切断，认为特殊节点一下的所有负荷S

4)计算各段树枝的损失期望，如式3：

ε

式中，ε

5)计算各拓扑结构树的损失期望，如式4：

ε

式中，ε

(3)生成跳闸损失曲线：

将当前运行方式下，将拓扑结构树跳闸损失期望，每15min一个点，全天96个点连接成曲线，生成跳闸损失曲线。

评估模块具体包括：结合负荷卢曲线、功率曲线及跳闸损失曲线计算各运行方式下各线路的运行风险，评估当前运行方式的各类风险等级，给出所有运行方式中的风险等级最小的推荐运行方式，包括：

(1)设置各拓扑结构树的平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在二级平衡风险，拓扑结构树的综合运行净负荷计算如式5：

S

式中，S

(2)设置母线平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在一级平衡风险，母线的综合运行净负荷计算如式6

S

式中，S

(3)设置多个负荷损失阈值，超过该阈值表示存在一定的运行损失风险，各运行风险等级计算如式7：

(6)计算所有运行方法下的运行风险等级，找到不存在平衡风险且运行损失最低的运行方式，认为此运行方式为最佳运行方式；如果所有运行方式均存在平衡风险，则认为“所有运行方式均存在平衡风险”。

本发明的工作原理及有益效果为：

本发明采用生成各运行方式下的线路拓扑结构树法对配电网线路模型进行了简化，通过计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值完成对运行风险等级的评估，本发明提出一种有源配电网供需平衡风险预警方法，解决了现有技术中含分布式光伏电源的配电网故障发生的概率、新能源出力波动、负荷运行变化等不确定性等的风险量化因素，风险分析方法单一，效率低且对运行方式的适应性差，对电网调度的预警效果有限的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，本实施例提出了一种有源配电网供需平衡风险预警方法。

1.获取配电网某个断面中各线路的单线图，将单线图拼接为联络图，生成各运行方式下的拓扑结构树：

(1)首先获取配电网某个断面中各线路的单线图，设置联络断路器信息，将联络断路器两侧的线路拼接在一起，形成断面下包含所有线路单线图的联络图；

(2)设置各运行方式约束条件，根据约束条件自动生成运行方式，每个运行方式都包含了联络断路器的分合状态；

(3)生成各运行方式下的线路拓扑结构树：首先，对于并网侧没有连接变压器的分布式电源，则在其公共并网点虚拟一个变压器；然后从各线路连接的变电站母线开始，向负荷侧遍历，遇到断路器时记为一个特殊树枝节点；遇到T节点时记为树枝节点并进行分支遍历；遇到线路设备没有下级设备或遇到变压时，记为末节点，各节点之间用线段连接，遍历完所有设备后，形成当前运行方式下的线路拓扑结构树。

2.获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，将负荷预测值和分布式电源的发电功率值折算至各变压器：

(1)获取各拓扑结构树的负荷预测曲线及功率预测曲线，其中所述预测曲线的横轴为时间，取点间隔为15mins；所述预测曲线的纵轴为功率；

(2)按下列公式将拓扑结构树的负荷预测曲线和功率预测曲线上各点的值折算至各变压器，形成各变压器的负荷预测曲线及功率预测曲线：

式中，S

3.根据线路历史跳闸信息，结合断路器保护定值，计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值，生成跳闸损失曲线：

(1)计算拓扑结构树中各树枝的跳闸概率：

式中，μ

(2)计算各拓扑结构树的跳闸损失期望值：

1)从树枝的末端开始向电源侧遍历，记录各段树枝的跳闸损失；

2)计算时找到距离该树枝的上级断路器，标记此特殊节点；

3)将特殊节点切断，认为特殊节点一下的所有负荷S

4)计算各段树枝的损失期望，如式3：

ε

式中，ε

5)计算各拓扑结构树的损失期望，如式4：

ε

式中，ε

(3)生成跳闸损失曲线：

将当前运行方式下，将拓扑结构树跳闸损失期望，15min一个点，全天96个点连接成曲线，生成跳闸损失曲线。

4.计算所有运行方式下各线路的运行风险，评估当前运行方式的风险等级，给出所有运行方式中的风险等级最小的推荐运行方式：

(1)设置各拓扑结构树的平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在二级平衡风险，拓扑结构树的综合运行净负荷计算如式5：

S

式中，S

(2)设置母线平衡负荷阈值，超过该负荷阈值表示该运行方式下的某个时间点存在一级平衡风险，母线的综合运行净负荷计算如式6

S

式中，S

(3)设置多个负荷损失阈值，超过该阈值表示存在一定的运行损失风险，各运行风险等级计算如式7：

计算所有运行方法下的运行风险等级，找到不存在平衡风险且运行损失最低的运行方式，认为此运行方式为最佳运行方式；如果所有运行方式均存在平衡风险，则认为“所有运行方式均存在平衡风险”。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。