孟繁淞 嚴(yán)雪松 張 捷

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司客戶服務(wù)中心，天津300000）

0 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷深入，環(huán)境污染和能源使用安全性問(wèn)題亟待解決，配電系統(tǒng)中可再生能源的并網(wǎng)成為重要發(fā)展趨勢(shì)。因此，有必要找到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的邊界，從而保障可再生能源的高比例并網(wǎng)[1]。

本文提出了全象限配電安全域（TQ-DSSR），將安全域從第Ⅰ象限延伸至四個(gè)象限，相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及算法產(chǎn)生巨大的變化，需在現(xiàn)有模式下，擴(kuò)充更新安全域整個(gè)理論架構(gòu)體系[2-3]。

因此，本文研究有源配電網(wǎng)的安全性，建立全象限安全域模型，用算例分析歸納TQ-DSSR的性質(zhì)特點(diǎn)。

1 有源配電網(wǎng)的N-1安全約束

在全新運(yùn)行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，PB,i（k）為線路Bi的功率，Ωk（B,i）為線路Bi的匯總節(jié)點(diǎn)處。該公式是指，當(dāng)元器件ψk因意外不運(yùn)行后，任何一條線路的容量都要大于等于下游所有節(jié)點(diǎn)的功率值。

（2）N-1主變的容量約束：

元器件N-1以后，有源配電網(wǎng)需重新建立全新運(yùn)行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該元器件的功率平衡方程將隨之改變。

（1）N-1線路的約束方程：

在全新運(yùn)行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，PT,i（k）代表主變壓器Ti的功率，Ωk（T,i）則代表主變壓器Ti的匯總節(jié)點(diǎn)。該公式是指，當(dāng)ψk不參與運(yùn)行后，任何一個(gè)主變壓器i容量都要大于等于下游所有節(jié)點(diǎn)的功率值。

假設(shè)Ψ是所有故障的集合，W是某工作點(diǎn)，?ψk∈Ψ，式（1）和（2）均成立，則W符合N-1安全準(zhǔn)則[4-6]。

2 有源配網(wǎng)的全象限安全域模型

TQ-DSSR是指一個(gè)集合，在該集合的狀態(tài)空間里，包含正常運(yùn)行條件下的工作點(diǎn)以及N-1安全準(zhǔn)則的工作點(diǎn)。根據(jù)公式（1）和（2），TQ-DSSR模型可用公式（3）表示：

根據(jù)上式可知，和傳統(tǒng)的DSSR相比，TQ-DSSR數(shù)學(xué)模型的特征具體表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是該公式含有絕對(duì)值，有源配電網(wǎng)的安全運(yùn)行邊界可以在四個(gè)象限；二是狀態(tài)空間狀態(tài)量需涵蓋所有四個(gè)象限[7-8]。

3 算例驗(yàn)證與分析

3.1 算例驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)平面二維可視化研究TQ-DSSR。按照上述TQ-DSSR模型給定邊界運(yùn)行方程，確定兩個(gè)變量，保持其余量不變，將方程顯示在坐標(biāo)系里。可以發(fā)現(xiàn)，該模型有四種圖案，三角形、長(zhǎng)方形、梯形以及五邊形。

五邊形如圖1所示。

圖1 有源配網(wǎng)（TQ-DSSR）截面：五邊形

通過(guò)修改PDG,1、PL,4數(shù)值，平行移動(dòng)灰色線條依次可得梯形、矩形和三角形。

3.2 安全性質(zhì)

根據(jù)四種圖案，深入研究全象限安全域的運(yùn)行規(guī)律，如最安全運(yùn)行位置在哪，工作點(diǎn)在平面位置的變化與其安全性的變化規(guī)律。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行最佳點(diǎn)是原點(diǎn)，即不帶負(fù)荷的點(diǎn)，然而，有源配電網(wǎng)的原點(diǎn)不是其安全運(yùn)行的最佳點(diǎn)。如圖1所示，顯而易見，原點(diǎn)距灰色線的安全運(yùn)行界限并非最長(zhǎng)。

圖2TQ-DSSR最安全點(diǎn)分析

圖2 中，取左下角點(diǎn)O′（0，-0.4），再取點(diǎn)O″。工作點(diǎn)從點(diǎn)O′運(yùn)行至點(diǎn)O″，PDG,3變小、PL,2變大。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。

由圖2可知，dO″1＜dO′1，dO″2＜dO′2，故O″安全性不如O′。因此，有源配電網(wǎng)的安全運(yùn)行點(diǎn)是DG滿發(fā)、負(fù)荷空載的運(yùn)行點(diǎn)[9]。

安全性理論不僅適用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，也同樣適用于有源配電網(wǎng)。安全性單調(diào)減性是指運(yùn)行安全性隨著負(fù)荷變大而降低[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)提出TQ-DSSR模型，證明了有源配電網(wǎng)和潮流有反向關(guān)系，為深入探究微網(wǎng)、儲(chǔ)能打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

通過(guò)研究TQ-DSSR的平面運(yùn)行圖，可總結(jié)出TQ-DSSR有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，TQ-DSSR已經(jīng)從第Ⅰ象限延伸擴(kuò)展為任一象限。

（2）TQ-DSSR運(yùn)行平面可能是五邊形、梯形、矩形或者三角形。

（3）有源配電網(wǎng)的安全運(yùn)行點(diǎn)是DG滿發(fā)、負(fù)荷空載的運(yùn)行點(diǎn)。

（4）安全性理論不僅適用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，也同樣適用于有源配電網(wǎng)。安全性單調(diào)減性是指運(yùn)行安全性隨著負(fù)荷變大而降低。