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电网技术 2019年第07期杂志 文档列表

电网技术杂志弹性配电网的评估、规划与运行基础理论

面向高精度状态感知的配电系统微型同步相量测量单元优化配置2235-2242

摘要：可再生能源、电动汽车等大量无序接入使得配电系统运行在越来越复杂和不确定的工况中,迫切需要高精度实时状态感知以实现弹性提升,然而现有的配电量测系统远不能满足新一代配电系统对网络状态进行实时感知的要求。为此,提出了一种面向高精度状态感知的配电系统微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)优化配置方法。首先,在高级量测体系(advancedmeasurement infrastructure,AMI)满足网络可观测的基础上,以状态估计均方误差最小为目标,以任意一致的系统运行状态作为参数代入状态估计误差协方差矩阵,建立了μPMU优化配置模型;其次,通过对增益矩阵进行Cholesky分解,将目标函数采用决策变量显式表达出来,从而可采用成熟的商业求解器快速获得高质量的可行解;最后,采用IEEE33节点和69节点配电系统进行测试,验证了所提方法的有效性。

考虑冰灾环境的配电网态势感知和薄弱环节辨识方法2243-2250

摘要：建立了一种考虑冰灾环境的配电网态势感知框架及薄弱环节辨识方法。通过综合考虑气象、地理系统、电力系统及社会资源的多源信息并分析其相关性,提出包含线路段实时风险态势、供电设备风险态势、防御风险态势、灾害故障态势和网络拓扑态势的综合态势感知框架,改变了以往仅通过线路覆冰情况预测配电网故障的局限性,修正了配网线路覆冰模型,并构建了线路段综合薄弱性指标(linesegment comprehensive vulnerability index,LSCVI)衡量线路段的薄弱程度,提升了配电网薄弱环节的辨识能力。最后通过东北某受灾区的实例分析,验证了所提方法的正确性和有效性,对冰灾时配电网的主动防御具有重要意义。

计及城市发展程度的多阶段空间负荷预测方法2251-2257

摘要：针对现有空间负荷预测方法通常以单一水平年为目标,没有考虑城市规划的多阶段性对各阶段空间负荷预测模型的不同需求,以及待预测区域为新建小区或缺少历史负荷数据时预测方法失效的问题,提出一种计及城市发展程度的多阶段空间负荷预测方法。该方法以解决城市发展多阶段规划的负荷预测需求为目标,首先建立与城市发展各阶段相对应的电力地理信息系统。其次根据用地信息、业扩报装计划和有限的历史负荷数据等信息建立近期空间负荷预测模型。然后确定分类负荷密度饱和值。最后利用近期空间负荷预测结果、分类负荷密度饱和值和城市建设信息等构建计及城市发展程度的中、远期空间负荷预测模型,实现待预测区域的多个发展建设阶段的空间负荷预测。工程实例证明了该方法的实用性和有效性。

配电网分布式电源接纳能力评估方法与提升技术研究综述2258-2266

摘要：配电网中光伏、风电等分布式电源(distributed generation,DG)渗透率的不断提高对其充分消纳与高效利用提出了更为严峻的挑战。在此背景下,配电网DG接纳能力问题正受到越来越多的关注,研究DG接纳能力的科学评估方法与提升手段,已成为当前的学术热点之一。首先分析了配电网DG接纳能力的多种限制因素,并分别介绍了接纳能力多维概念模型和基本数学模型,然后从确定性分析和不确定性分析两方面对解析法、智能优化方法和随机场景模拟法3种接纳能力评估方法进行研究综述,并讨论了基于配电网灵活性的分析方法,在此基础上归纳总结了有载调压变压器抽头调整、无功补偿、逆变器功率因数控制等多种DG接纳能力提升技术,最后基于现有研究的不足对未来研究方向进行了展望,旨在为实现DG的充分消纳与高效利用提供借鉴意义,为含高比例DG配电网的规划运行提供科学依据。

变电站容量和DG置信容量概率规划2267-2274

摘要：针对基于主变“N-1”安全准则或给定容量比确定变电站容量存在的问题,采用概率规划方法,基于总费用最小建立了涉及DG的变电站容量优化简化模型:目标函数考虑了变电站容量投资和停电损失费用;约束为相关配电网规划导则中推荐的主变容量及其组合。其中,通过多场景概率分析法建立了DG的多状态出力模型;提出了较小供电区域内一般仅需对不同类型DG状态进行组合来考虑分布式电源出力的相关性。考虑到实际变电容量的离散性,模型采用枚举法进行求解。基于模型求解获得的变电站优化容量,定义了两类DG变电置信容量,将传统的DG变电置信容量评估转换成了基于变电站优化容量的DG变电置信容量计算。算例表明了概率规划对于变电站容量选择的意义以及DG对变电站容量的替代作用。

考虑多次转供的配电网最大供电能力评估方法2275-2281

摘要：最大供电能力是配电网发展规划的重要参考数据,现有评估方法未考虑多次转供,评估结果偏于保守,不能适应配电网自动化发展趋势。鉴于此,提出一种考虑多次转供的配电网最大供电能力评估模型。首先基于路径描述方式,建立负荷的供电路径集。然后以路径的通断状态为变量,以系统负荷之和最大为目标函数,以配电网N-1安全校验准则为约束条件,建立了配电网最大供电能力评估模型。最后采用粒子群算法求解该问题,并设计了粒子N-1校验不通过时的罚函数。算例证明,该方法可以充分挖掘配电网的供电潜力,同时可以针对各类主变故障提出相应的失电负荷转供策略,破解了传统评估方法的局限性。

考虑投资成本的配电网预安排停电管理水平评价指标量化方法2282-2290

摘要：随着配电网投资和建设规模的不断扩大,相应的预安排停电工作逐年上升。如何根据配电网投资量化预安排停电工作的管理水平,进而降低预安排停电量,进一步提升配电网的可靠性,已成为当前配电网预安排停电管理工作的一项新课题和新难题。首先采用支持向量数据描述加权算法在停电原因短文本中挖掘出造成每条停电事件的工程施工类型;其次,依据投运设备异动信息与停电事件原因、停电时间之间的关系,建立了配电网各类工程投资与预安排停电数据之间的融合关联模型;在此基础上,依据融合关联的历史数据与可行域概念的思想,设计了一种考虑投资成本的配电网预安排停电管理水平评价指标量化方法;最后,以沿海某省几个实际的配电网系统运行数据为算例,验证所提模型与方法的准确性与有效性。

基于复合储能系统的矿区电网频率弹性提升方法2291-2298

摘要：为构建高比例可再生能源供电的弹性矿区电网,提出了一种由废弃矿井抽水蓄能与超级电容构成的复合储能提升矿区电网频率弹性的方法。基于弹性电网框架,考虑弹性力与调频特性的重合与区别,进而针对性地提出5种弹性指标。在计及超级电容荷电状态的基础上,充分发挥抽蓄机组与超级电容各自的技术优势,使储能系统兼具能量密度高和功率密度高的特点,从系统适应能力、恢复能力及惯性能力角度提高系统频率弹性。通过此种方法,构建了能够适应负荷阶跃变化以及连续调节任务的频率闭环控制结构,在大功率设备集中启动或井下小功率设备频繁启停时有效稳定频率水平,提升矿区电网供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建系统模型,通过仿真验证了文中方法的有效性。

基于改进模糊C均值聚类时段划分的配电网动态重构2299-2305

摘要：随着大量光伏和风电等间歇性电源接入配电网,传统的静态重构方案不再适用于动态变化下的网络。在此背景下,提出了一种基于改进模糊均值聚类的动态重构策略。首先依据分布式电源(distributedgenerator,DG)和负荷的时变性建立确定性等值负荷预测曲线,通过改进的模糊C均值聚类算法进行时段划分,并且利用损失函数确定最优时段划分方案。其次采用区间数描述DG和负荷预测的不确定性并建立以网损区间值最低为目标函数的动态重构模型,并引入仿射泰勒扩展的潮流计算法求解区间潮流方程。最后采用基于回路搜索的十进制粒子群算法对重构模型进行求解,实现不确定因素下的配电网动态重构。通过IEEE33节点系统仿真验证了所提方法的有效性和优越性。

考虑微能源网支撑作用的配电网弹性提升策略2306-2313

摘要：针对极端自然灾害下配电网“规模大、时间长”的故障特点,提出了一种微能源网与配电网在地表自然灾害事故处置全过程中协同提升弹性的策略。首先,结合配电网在极端灾害下的系统功能曲线,提出了全过程弹性提升策略的流程框架。其次,在配电网抵御与适应灾害阶段,提出了微能源网处于孤岛状态下的滚动停电管理方案,考虑了用户冷热电负荷的关联性和储能装置剩余容量对下一阶段的影响;再次,在故障恢复阶段,建立了考虑微能源网支撑作用的配电网故障恢复模型,包括制定故障抢修方案的主问题和制定某一抢修方案下各时段孤岛划分、负荷控制及微源出力方案的子问题,主问题与子问题交替迭代,制定最优的故障恢复策略;最后,以改进的PG&E69节点配电网进行算例分析,验证了文中方法的有效性。

考虑二次转供的配电网负荷转供方案多目标优选技术2321-2327

摘要：针对变电站发生全停事故后造成的配电网大面积停电的问题,提出一种考虑最短恢复时间以及二次转供的负荷优化恢复供电方法。该方案考虑停电负荷的最短恢复供电时间以提高配电系统的供电可靠性。同时,通过搜索“薄弱环节”,即一次转供后可能发生过载的转供主变,在此基础上提出二次转供策略,计及线路及变电站容量约束,将“薄弱环节”上的正常供电负荷转供至其余变电站,从而降低“薄弱环节”的负载率以提高停电区域的供电恢复量。最终,综合考虑上述两个方面进行多目标优化,优选停电负荷的转供路径与恢复容量。通过对某实际配电系统的故障仿真分析表明,该方案可以有效提高负荷的转供成功率,同时减小负荷的恢复时间,从而减小负荷因变电站故障而造成的经济损失。

提升配电网弹性的微网差异化恢复运行方法2328-2335

摘要：在现有电力基础设施条件下,实现弹性提升运行措施的有效性与实用性是提高配电网弹性的关键。微网运行模式灵活多样,可主动参与配电网的弹性提升。根据含微网配电系统灾害或极端扰动后故障区域的不同,提出基于重构及非重构孤岛/并网的微网差异化恢复运行方法。考虑含微网配电系统的结构与运行特点,将系统构建成主网和微网2类小网络模型,提出面向微网非重构孤岛和重构的2个不同弹性度量指标体系。在此基础上,进行弹性指标计算,采用基于Choquet积分的弹性量化方法计算综合弹性值,以进行故障后微网非重构孤岛运行的弹性提升有效性评估,及得到基于重要负荷供电弹性最优的微网重构方案。最后,通过改造的含微网配电系统的仿真算例,验证所提方法的正确性和有效性。

电网技术杂志电网信息物理系统

目标冲突下电力信息物理协同攻击分析2336-2344

摘要：电力信息物理协同攻击(coordinated cyber physicalattack,CCPA)是智能电网面临的新型网络攻击之一,攻击者和调度中心目标分别为最大化和最小化攻击效果,两者目标相互冲突。以直流潮流模型为基础,首先建立基于虚假数据攻击的电力信息物理协同攻击数学表达式,用于表征量测单元中注入的虚假数据、攻击前后电力系统拓扑和电气参数之间的关系。然后,考虑攻击者的目标在于最大化攻击破坏效果,基于双层规划理论建立考虑攻击者和调度中心交互关系的电力信息物理协同攻击分析模型。最后,采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和Fortuny-Amat-McCarl方法,将双层规划模型转化为单层混合整数线性规划模型。以IEEE14节点测试系统为例,仿真结果表明,电力信息物理协同攻击通过在量测单元中注入虚假数据重新分配母线负荷,并倾向于增加负荷需求较大的母线负荷,造成切负荷,最终影响电力系统的运行状态。与负荷重分配攻击和物理攻击相比,电力信息物理协同攻击不仅可以增加发电机出力成本和切负荷损失,而且可能导致更多线路过载。同时,量测单元在双层规划模型解中出现的次数可以表征该量测单元的脆弱程度,出现次数越多,则该节点越脆弱。

考虑信息攻击的配电网信息物理运行风险分析2345-2352

摘要：以典型配电网控制系统为研究对象,分析了配电网运行控制存在的信息威胁,阐述了信息攻击下配电网控制系统信息空间与物理空间之间的风险传递作用。在此基础之上,提出了一种融合信息决策处理和物理设备动态模型的信息物理风险传递模型,通过建立离散信息决策系统与连续物理控制系统间的信息流、控制流接口,实现对信息风险向物理网络传递过程的动态描述。最后,基于DIgSILENT软件建立了仿真模型,通过仿真直观描述了信息攻击场景下的配电网动态运行过程,分析对比了不同攻击持续时间对配电网造成的影响,验证了所提模型的可行性,并为配电网信息物理系统的风险评估和防御提供了模型依据。

面向协同信息攻击的物理电力系统安全风险评估与防御资源分配2353-2360

摘要：乌克兰大停电事故表明,对电力信息网实施协同信息攻击将严重威胁电力信息物理系统(electric cyber physical system,ECPS)的安全,提出一种面向协同信息攻击的ECPS风险评估及防御资源分配方法具有现实意义。在分析信息攻击对物理电网的破坏机制与ECPS的信息攻击防御措施的基础上,从攻防博弈角度提出了协同信息攻击的概率表达。然后综合考虑信息攻击的成功率与破坏程度,给出了面向协同信息攻击的ECPS风险计算公式。最后,根据风险计算公式,提出了既定风险情况下的防御资源需求值确定方法与有限防御资源情况下的资源优化分配方法。并将上述方法应用于以10机39节点系统为基础的ECPS,验证了方法的有效性。

电力信息物理相依网络统一建模分析2361-2367

摘要：随着电力网与信息网的深度融合,对电力信息相依网络进行合理建模具有十分重要的意义。针对现有模型未考虑网络节点间连接强度及数据传递方向的情况,提出了一种更符合实际的电力信息相依网络统一计算模型。结合电力系统及其二级电压协调控制系统,用关联矩阵建立网络拓扑模型,再根据撕裂法将该相依网络拆分为3个子网络:电力网、信息网以及耦合网。子网络内部节点关联强度可用节点电压方程、信息传输方程以及耦合方程确定,据此建立了电力-信息相依网络统一计算模型。IEEE-118系统计算结果验证了该模型的可行性,有利于现代大规模智能电网的分析计算。

基于节点映射模型的电力信息物理系统实时仿真平台2368-2375

摘要：随着电力系统与信息系统的耦合影响日益加深复杂,需建立能够高效协调控制数据传输的电力信息物理系统(cyber-physical system,CPS)联合仿真平台,以精确模拟CPS的信息交互过程。该文在对比分析现有电力CPS联合仿真架构优缺点基础上,基于OPAL-RT和OPNET建立了电力信息物理系统实时仿真平台。针对电力系统实时控制场景需求,建立了链接电力和通信网络的节点映射模型,使用统一交互接口协调控制多节点电力CPS网络的信息交互动态过程,并验证了仿真平台数据交互的实时性。基于网络化控制的微电网仿真算例验证了建立的实时混合仿真平台的有效性和合理性,高效精确模拟出电力CPS信息交互过程。

电力调频系统的信息物理融合建模及其在容错控制中的应用2376-2383

摘要：该文提出一种考虑离散事件系统与连续时间系统融合动态的电力信息物理系统(cyberphysicalpowersystems,CPPS)建模与控制方法,并应用于调频系统的容错控制。首先,基于混合自动机理论,依据信息系统和物理系统的运行状态划分出CPPS调频系4的四种运行模态并明确之间的转移条件;其次,对于每一种模态,分别在SimEvents及Simulink中构建了基于事件驱动的信息采集、通信、处理、控制模块以及基于时间驱动的物理系统动态模型。对于包含信息系统故障的模态,提出一种频率估计策略及其对应的容错控制方法。最后,通过算例对本文提出的信息物理融合建模方法以及CPPS调频系统进行了测试,系统频率控制结果验证了所提方法的有效性。