有源配电网的全象限安全域研究

孟繁淞 严雪松 张 捷

（国网天津市电力公司客户服务中心，天津300000）

0 引言

随着社会和经济发展不断深入，环境污染和能源使用安全性问题亟待解决，配电系统中可再生能源的并网成为重要发展趋势。因此，有必要找到电力系统安全运行的边界，从而保障可再生能源的高比例并网[1]。

本文提出了全象限配电安全域（TQ-DSSR），将安全域从第Ⅰ象限延伸至四个象限，相应的数学模型及算法产生巨大的变化，需在现有模式下，扩充更新安全域整个理论架构体系[2-3]。

因此，本文研究有源配电网的安全性，建立全象限安全域模型，用算例分析归纳TQ-DSSR的性质特点。

1 有源配电网的N-1安全约束

在全新运行的拓扑结构中，PB,i（k）为线路Bi的功率，Ωk（B,i）为线路Bi的汇总节点处。该公式是指，当元器件ψk因意外不运行后，任何一条线路的容量都要大于等于下游所有节点的功率值。

（2）N-1主变的容量约束：

元器件N-1以后，有源配电网需重新建立全新运行的拓扑结构，该元器件的功率平衡方程将随之改变。

（1）N-1线路的约束方程：

在全新运行的拓扑结构中，PT,i（k）代表主变压器Ti的功率，Ωk（T,i）则代表主变压器Ti的汇总节点。该公式是指，当ψk不参与运行后，任何一个主变压器i容量都要大于等于下游所有节点的功率值。

假设Ψ是所有故障的集合，W是某工作点，∀ψk∈Ψ，式（1）和（2）均成立，则W符合N-1安全准则[4-6]。

2 有源配网的全象限安全域模型

TQ-DSSR是指一个集合，在该集合的状态空间里，包含正常运行条件下的工作点以及N-1安全准则的工作点。根据公式（1）和（2），TQ-DSSR模型可用公式（3）表示：

根据上式可知，和传统的DSSR相比，TQ-DSSR数学模型的特征具体表现在以下两点：一是该公式含有绝对值，有源配电网的安全运行边界可以在四个象限；二是状态空间状态量需涵盖所有四个象限[7-8]。

3 算例验证与分析

3.1 算例验证结果

通过平面二维可视化研究TQ-DSSR。按照上述TQ-DSSR模型给定边界运行方程，确定两个变量，保持其余量不变，将方程显示在坐标系里。可以发现，该模型有四种图案，三角形、长方形、梯形以及五边形。

五边形如图1所示。

图1 有源配网（TQ-DSSR）截面：五边形

通过修改PDG,1、PL,4数值，平行移动灰色线条依次可得梯形、矩形和三角形。

3.2 安全性质

根据四种图案，深入研究全象限安全域的运行规律，如最安全运行位置在哪，工作点在平面位置的变化与其安全性的变化规律。

传统配电网的安全运行最佳点是原点，即不带负荷的点，然而，有源配电网的原点不是其安全运行的最佳点。如图1所示，显而易见，原点距灰色线的安全运行界限并非最长。

图2TQ-DSSR最安全点分析

图2 中，取左下角点O′（0，-0.4），再取点O″。工作点从点O′运行至点O″，PDG,3变小、PL,2变大。O′的安全性可由dO′1和dO′2衡量，O″的安全性由dO″1和dO″2衡量。

由图2可知，dO″1＜dO′1，dO″2＜dO′2，故O″安全性不如O′。因此，有源配电网的安全运行点是DG满发、负荷空载的运行点[9]。

安全性理论不仅适用于传统配电网，也同样适用于有源配电网。安全性单调减性是指运行安全性随着负荷变大而降低[10]。

4 结语

本文通过提出TQ-DSSR模型，证明了有源配电网和潮流有反向关系，为深入探究微网、储能打下了坚实基础。

通过研究TQ-DSSR的平面运行图，可总结出TQ-DSSR有如下几个特点：

（1）与传统的配电网相比，TQ-DSSR已经从第Ⅰ象限延伸扩展为任一象限。

（2）TQ-DSSR运行平面可能是五边形、梯形、矩形或者三角形。

（3）有源配电网的安全运行点是DG满发、负荷空载的运行点。

（4）安全性理论不仅适用于传统配电网，也同样适用于有源配电网。安全性单调减性是指运行安全性随着负荷变大而降低。