肖峻---安全高效配电网的秘密-201605南京-配电建设改造论坛-天大20160427final.pptx
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20162016中国配网建设改造及技术发展论坛中国配网建设改造及技术发展论坛交流交流安全高效配电网的秘密肖峻天津大学2016年5月1我的研究我的研究发现发现11对对行动计划行动计划的看法的看法22对未来配电网的看法对未来配电网的看法33主要内容主要内容2/52题目:
安全高效配电网的秘密题目的缘起:
物尽其用题目的缘起:
物尽其用N-1N-1安安全全准准则则是城市电网规划与运行的普遍准则。
随着配电自动化普及,负荷可在不同变电站间灵活快速转移,N-1后转带能力更强。
基本概念基本概念u最大供电能力TotalSupplyCapability(TSC):
满足N-1安全准则的最大负荷供应能力。
3/52最大供电能力指标族最大供电能力指标族变电站变电站供电能力供电能力(substationsupplycapability,SSC):
变电站容量及站内联络提供的供电能力,等于无任何站间联络时的最大供电能力。
网络网络转移能力转移能力(networktransfercapability,NTC):
通过增加站间联络新获得的供电能力。
TSC=SSC+NTC全全联络供电能力联络供电能力(maximumsupplycapability,MSC):
所有主变两两互联,即系统达到全联络且联络容量足够大时的TSC,这是不增加变电容量可扩展到TSC的最大值。
可可扩展供电能力扩展供电能力(ExpandableSupplyCapability,ESC)是指一定供电区域内配电网通过增加变电站间联络的数量与容量至全联络且联络容量足够大时所新获得的供电能力。
算算例例供电供电能力计算结果能力计算结果指标指标值值/MVA占比占比变电容量变电容量286-主变负荷主变负荷162容载比1.8最大供电能力最大供电能力(TSC)211容载比1.4可用供电能力可用供电能力(ASC)4923%变电站供电变电站供电能力能力(SSC)14368%网络网络转转供供能力能力(NTC)6832%全联络供电全联络供电能力能力(MSC)223容载比1.3可扩展供电可扩展供电能力能力(ESC)128%最大最大网络转供网络转供能力能力(NTCmax)8036%现有配电网只利用了现有配电网只利用了SSC,供电能力,供电能力143MVA利用利用NTC后,供电能力能后,供电能力能提升提升68/143=47%,最大可提升,最大可提升80/143=55%容载容载比与下一级中压配电网关系的量化分析比与下一级中压配电网关系的量化分析p基于TSC的容载比取值u计算配电网达到TSC时的容载比;u研究容载比与网络强弱的量化关系;u考虑裕度后容载比由导则的2.0降低至1.6。
p描述配电网络强弱的指标u联络度:
网络中实际站间联络数与可能的最多站间联络数之比;u加权联络均衡度:
各联络通道间联络线的数量与各联络通道两端主变的平均容量的匹配程度。
2016年发表在电力建设7/52计及用户分级互动后的计及用户分级互动后的TSC提升提升2015年发表在电力系统自动化8/52p工作:
研究了用户分级与互动对TSC的影响u建立了用户响应模型和计及用户分级与互动的TSC模型。
u签订IL或EDR协议的三级用户,在N-1后能主动参与削减负荷。
u考虑用户分级与互动后,能明显提升TSC,TSC大小与三级用户中签订IL与EDR协议的用户数量及响应程度有关,随着这两个因素的增大而增大,直到达到电网总容量的限制值为止。
p结论:
算例配电网,计及用户分级互动后TSC提升18%。
pTSC从211MVA提升到248MVA,对应容载比降到到1.2以下。
联络联络对对TSC的作用机理的作用机理(联络的秘密联络的秘密)联络位置分布对TSC有显著影响:
当联络分布疏密程度与主变容量大小比例一致时,联络才能越趋近真正的均衡,TSC值才越大。
TSCTSC与联络均衡度的关系与联络均衡度的关系不同联络次序下联络通道规模的变化规律不同联络次序下联络通道规模的变化规律2015年发表在电力系统自动化9/52基于基于TSC的馈线联络建设次序规划方法的馈线联络建设次序规划方法规划效果u缩减联络规模,联络效率提高8%u优化馈线与变电站容量匹配,从1.8降低到1.4u优化联络位置,联络分布均衡度提高29%u建设各阶段始终保持TSC较大2014年发表在电力系统自动化10/52u不同联络对TSC的贡献(有效度)存在明显差异u自动辨识关键瓶颈线路u解决电网改造范围大但效果差的问题序号主变1主变2瓶颈瓶颈联络联络初始初始TTSSCC(MVA)MVA)改造后改造后TTSSCC(MVA)MVA)提升提升TTSSCC(MVA)(MVA)有效度有效度MLML(%)(%)11T1T1T7T7(31,37)(31,37)27.1527.1537.8437.8410.6910.6939.3739.372T2T3(38,39)27.1532.014.8617.903T2T6(34,35)27.1535.268.1129.87.77T4T4T5T5(47,42)(47,42)30.5630.5632.7632.762.22.27.207.202012年发表在电力系统保护与控制瓶颈联络识别瓶颈联络识别11/52p冗余联络辨识与简化u自动识别冗余联络;u在规划改造中简化电网结构;u在运行中简化复杂的负荷转移方案。
简化12/524、变电站并列运行对、变电站并列运行对TSC的影响的影响方式并列变电站TSC值/MVA提升比列0无100.629301S1114.1196142S2106.947763S3110.5331104S1、S2114.7822145S1、S3120.95206S2、S3110.5331107全并列120.9520u在联络较少,主变容量较大的变电站实行并列运行,可以较大提升供电能力。
u并列运行主变台数越多,互联变电站座数越多,供电能力提升的幅度就越大。
发表在电力系统及其自动化学报13/52馈线馈线容量容量与与主变主变容量匹配容量匹配新规划原则新规划原则反映单位供电能力的投资最小结论:
馈线和主变容量最佳配比应取1.1-1.6,明显低于现有配电网水平和规划经验值1.5-2.0的区间。
2016年发表在电力系统自动化无法同时达到最大主变和主变和馈线负载馈线负载率变化规律率变化规律14/5215/52主接线对主接线对TSC的影响的影响结论:
增加低压侧母线分段数后,TSC增加5%。
原因如下:
1.母线分段数更多后,主变发生N-1故障时通过站内优先转带,利用同站内原来并未利用到的主变备用容量,从而减轻了其他主变的负荷转移负担,使得N-1约束条件放宽,其他主变可带的负荷增大,从而使TSC增大。
2.分段数或增加分段数的变电站越多,同站主变备用容量的利用就越充分,需要向其他主变转移的负荷就越少,TSC增大越多。
变电站低压侧主接线形式TSC/MVAS1、S2、S3用3分段182.6S1用4分段,S2、S3用3分段184.0S1用6分段,S2、S3用3分段185.91、基于、基于TSC的配电网规划总体思路方法的配电网规划总体思路方法基于TSC的规划TSC总量校验与调整TSC分布校验与调整负荷再分配N-1验证计算TSC源自导则的传统规划TSC规划VSu站网同时规划u设备负载率较高u适应负荷预测不确定性u适合负荷增长速度放缓的建成区电网u先规划站,后规划网u对负荷预测准确性要求较高u适合负荷高速发展、大规模电网建设情况16/52基于基于TSC的规划算例的规划算例规划效果u切改线路优化联络提升TSC满足负荷增长;u节省变电站1座,馈线12回,共计2400万元;u容载比由现有导则2.0降低至1.6;u单位TSC造价由35万/MVA降为30万/MVA。
2013年发表在中国电机工程学报强调站网一体优先挖掘潜力其次考虑新建节约投资传统规划TSC规划17/5218/52N-1后的结果的偶然性后的结果的偶然性u从N-1仿真结果看,可能通过N-1校验,也可能不通过校验。
u是否通过校验与发生N-1前的工作点状态以及N-1发生的元件都相关。
u工作点状态以及N-1发生的元件都存在偶然性。
因此,N-1结果看似存在偶然性。
事实真的完全如此吗?
N-1不通过运行点N-1通过运行点安全边界u工作点的工作点的分界现象分界现象u存在一个安全边界安全边界,位于边界一侧的工作点都是安全的,而另一侧都是不安全的。
科学问题:
N-1的结果可能存在某种必然性。
N-1结果的必然性结果的必然性安全边界的存在安全边界的存在大量大量N-1仿真的仿真的发现发现19/522014年发表在中国电机工程学报IEEETransonSmartGrid录用20/52DSSR预测预测N-1详细结果详细结果电力系统自动化已录用u根据DSSR及其安全边界,不需要仿真就能够快速得到N-1的详细结果,包括按照故障严重程度排序的故障集、过负荷元件集和过负荷大小集。
新发现:
新发现:
配电网配电网安安全域全域DSSR安全函数fN-1:
安全函数性质:
u连续u单调非增u在零点取得最大值中国电机工程学报已录用证明思路证明思路边界边界存在性:
数学证明存在性:
数学证明21/5222/52安全函数安全函数与场的类比与场的类比中国电机工程学报已录用安全函数:
网络安全函数与场强的类比:
安全函数/安全域场强/静电场23/52配电配电网安全域的体积网安全域的体积中国电机工程学报已录用DistributionNetworkTSC/MVAVDSSR/11018MVA24V70%/11018MVA24V70%/VDSSRA1089.501.4815.62%B10814.423.1321.75%B/A1.001.522.111.39uDSSR体积定义:
配电网安全域的大小u高效运行区域体积:
负荷值高于阀值的DSSR区域的大小u计算方法:
基于蒙特卡洛仿真的体积算法u算例验证:
比较两个馈线联络不同的配网A和配网B。
u结论:
体积是反映配电网安全性能的新指标,体积较大的电网在各负荷增长方向上的安全裕量更均衡。
24/52DSSR的形状的形状电网联络示意图电网联络示意图安全边界二维视图安全边界二维视图1C-2T-互为近远互为近远拓扑距离:
拓扑距离:
1联络联络相交主变:
相交主变:
2台台1B-2T-同近同远同近同远拓扑距离:
拓扑距离:
1母线母线相交主变:
相交主变:
2台台电网联络示意图电网联络示意图安全边界二维视图安全边界二维视图1B-1T-同近异远同近异远拓扑距离:
拓扑距离:
1母线母线相交主变:
相交主变:
1台台1B1C-2T-互为近远互为近远拓拓扑扑距距离离:
1母母线线+1联络联络相交主变:
相交主变:
2台台基于基于DSSR的的安全安全防御防御框架框架配电网也应建立一个类似于输电系统的DyLiacco安全防御框架25/522015年发表在电力系统自动化基于基于DSSR的的安全监视与安全控制安全监视与安全控制2013年发表在电力系统自动化通过调整电网当前工作点的位置来影响负荷增长在配电网中的分布,将负荷增长引导到安全裕度更大的位置26/5227/52安全距离安全距离中国电机工程学报已录用安全距离:
工作点到DSSR有效安全边界的距离,反映安全或不安全的程度。
u几何安全距离(GSD):
工作点到DSSR安全边界的欧式距离,反映了多个相关联负荷同时变化时的最容易突破安全边界的方向和裕度。
u馈线安全距离(FSD):
单个负荷增长时延轴线到DSSR安全边界的距离,反映单个负荷的最大允许增量。
用途:
u根据安全距离能够预测配电网是否满足N-1安全。
u根据几何安全距离和工作点位移量能够快速判断位移后新工作点的安全性,但具有保守性。
(GSD位移法)u根据馈线安全距离和工作点位移量能够精确判断位移后新工作点的安全性,但在速度上不如前者。
(FSD位移法)安全评价新思路:
先根据GSD位移法判断新工作点安全性,当不能得出安全的结论时,再根据FSD位移法判断工作点安全性。
这样可以兼顾准确和效率。
几何安全距离示意图馈线安全距离示意图实例验证实例验证完全配电自动化覆盖的天津城市核心区配电网的2015年数据,3座变电站、7台主变、42条馈线,
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