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一种“源-网-荷-储”协同优化调度模型
王季;陈瑞
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2022(44)3
【摘要】为在配电网调度中使每种资源的价值最大化,建立一种基于双层模型的“源-网-荷-储”协同的配电网优化调度策略,通过上下层目标的相互配合达到最终优化效果。
首先,主要考虑分布式风电、分布式光伏在调动配电网中的可控负载和储能配合清洁能源出力的优化调度。
其次,以最低年度综合成本为模型的上层优化目标,以负荷变化量最优为下层优化目标,采用实时优化的协调优化策略。
最后,结合遗传随机权重粒子群算法求解优化模型,通过对IEEE 33节点系统进行仿真分析。
仿真结果表明,基于“源-网-荷-储”协同的配电网双层优化模型是一种更有效且更经济的调度模型。
【总页数】4页(P22-24)
【作者】王季;陈瑞
【作者单位】甘肃省机械科学研究院有限责任公司;兰州理工大学电气工程与信息工程学院;甘肃省工业过程先进控制重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM734
【相关文献】
1.一种系统整体最优化的“源—网—荷—储”天然气运营模型
2.兼容需求侧资源的“源-网-荷-储”协调优化调度模型
3."源网荷储"协同的园区微电网优化调度
4.电力物联网下分布式状态感知的源网荷储协同调度
5.源网荷储多元协同调度体系研究与实践
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浅谈变电运维安全管控的问题与建议发布时间：2022-02-15T09:18:19.162Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第16期作者：许斐范思睿[导读] 随着我国社会经济的快速发展，工业用电和居民生活用电量猛烈增长，加重了变电运维工作负担的同时，人们对电力系统的安全性和可靠性也提出了更高的要求。
尽管电力系统的变电环节发展迅速，但是变电运行方面存在的一些弊病制约了电力系统的进一步发展。
为了保证电网的稳定可靠运行，必须加大对变电运维工作的安全管理。
因此，有关变电运维工作人员工作时一定加倍认真。
在具体的工作过程中，必须有很强的责任感，要能够认识到安全风险管理的重要性。
许斐范思睿国网山东省电力公司无棣县供电公司 251900摘要：随着我国社会经济的快速发展，工业用电和居民生活用电量猛烈增长，加重了变电运维工作负担的同时，人们对电力系统的安全性和可靠性也提出了更高的要求。
尽管电力系统的变电环节发展迅速，但是变电运行方面存在的一些弊病制约了电力系统的进一步发展。
为了保证电网的稳定可靠运行，必须加大对变电运维工作的安全管理。
因此，有关变电运维工作人员工作时一定加倍认真。
在具体的工作过程中，必须有很强的责任感，要能够认识到安全风险管理的重要性。
并提高其的专业水平，以便能够对出现的隐患风险问题进行厦时的控制。
在出现问题时，可以有效对设备故障问题进行处理，从而维持电力系统运行的安全性和稳定性，实现经济效益和社会效益的双赢。
关键词：变电运维；安全管控；问题；措施引言社会经济的发展和人民的生活离不开电力系统。
变电站是电力系统中重要的环节，变电运维工作的质量对电力系统的可靠运行至关重要。
变电运维工作主要是对变电站的运行维护，倒闸操作，事故及异常处理、设备巡视、设备定期试验轮换等。
变电运维工作任务繁杂而枯燥，容易导致员工大意出错造成严重后果。
尤其是倒闸操作，不允许出一点错误，否则可能导致大面积停电等重大事故。
1变电运维现场作业的特点1.1工作频繁性在实际的变电运维过程中，其复杂性特点决定了设备发生故障和事故的频繁性，从而导致了需要经常对设备进行检修，也即其频繁性。
㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-08-10;修回日期:2019-09-02基金项目:智能电网保护和运行控制国家重点实验室课题(面向含调相机的大规模交直流电力系统动态电压安全评估及预防控制关键技术)通信作者:王㊀彬(1984-),男,博士,副研究员,主要从事电力系统调度自动化研究;E -m a i l :w b 1984@t s i n gh u a .e d u .c n 第37卷第1期电力科学与技术学报V o l .37N o .12022年1月J O U R N A LO FE I E C T R I CP O W E RS C I E N C EA N DT E C H N O L O G YJ a n .2022㊀基于多阶轨迹灵敏度的交直流混联受端电网无功储备优化方法齐子杰1,陈天华2,3,4,王㊀彬5,葛怀畅5,陈建华2,3,4,徐陆飞2,3,4(1.上海电力大学电气工程学院,上海200090;2.南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司,江苏南京210006;3.国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京211106;4.智能电网保护和运行控制国家重点实验室,江苏南京211106;5.清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘㊀要:电网在换相失败发生期间,会消耗大量的动态无功功率,一旦发生换相失败故障,容易对电网安全运行产生影响㊂在此背景下,研究如何通过优化交直流混联电网的无功储备,来降低直流换流器换相失败事故扩散的风险㊂首先,建立交直流混联系统的微分代数方程,在一阶轨迹灵敏度基础上,求取系统的多阶轨迹灵敏度;然后,针对电力系统当前的运行状况,建立含发电机和容抗器的动态无功储备优化模型,求解得到动态无功储备优化的最优解;最后,以某实际系统为模型进行仿真验证,证明该方法的可行性与有效性㊂关㊀键㊀词:交直流混联电网;换相失败;微分代数方程;轨迹灵敏度;动态无功储备D O I :10.19781/j .i s s n .1673-9140.2022.01.009㊀㊀中图分类号:TM 734㊀㊀文章编号:1673-9140(2022)01-0074-08R e a c t i v e p o w e r r e s e r v e o p t i m i z a t i o nm e t h o d f o rA C /D Ch y b r i d r e c e i v i n gn e t w o r kb a s e d o nm u l t i -o r d e r t r a j e c t o r y s e n s i t i v i t yQ I Z i j i e 1,C H E N T i a n h u a 2,3,4,WA N GB i n 5,G E H u a i c h a n g 5,C H E NJ i a n h u a 2,3,4,X U L u f e i 2,3,4(1.C o l l e g e o fE l e c t r i cP o w e rE n g i n e e r i n g ,S h a n g h a iU n i v e r s i t y o fE l e c t r i cP o w e r ,S h a n g h a i 200090,C h i n a ;2.N A R IG r o u p C o r p o r a t i o n (S t a t eG r i dE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c h I n s t i t u t e ),N a n j i n g 210006,C h i n a ;3.N A R IT e c h n o l o g y C o .L t d .,N a n j i n g 211106,C h i n a ;4.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S m a r tG r i dP r o t e c t i o na n dC o n t r o l ,N a n j i n g 211106,C h i n a ;5.D e pa r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,T s i n g h u aU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100084,C h i n a )A b s t r a c t :D u r i n g t h e p r o c e s s o f t h e c o mm u t a t i o n f a i l u r e i n p o w e r g r i d ,a l a r g e a m o u n t o f d yn a m i c r e a c t i v e p o w e r a r e c o n s u m e d .O n c e a c o mm u t a t i o n f a i l u r e o c c u r s ,i t a f f e c t s t h e s a f e o p e r a t i o no f t h e g r i d e a s i l y .U n d e r t h e b a c k g r o u n d ,a n r e s e r v e r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n f o rA C -D Ch y b r i d p o w e r g r i d s i s p r o p o s e d t o r e d u c e t h e r i s k o f a c c i d e n t a l D Cc o m -m u t a t i o n f a i l u r e p r o p a g a t i o n .F i r s t l y ,a d i f f e r e n t i a l a l g e b r a i c e q u a t i o n f o r t h eA C /D Ch y b r i d s ys t e mi s e s t a b l i s h e d .T h em u l t i -o r d e r t r a j e c t o r y s e n s i t i v i t y o f t h e s y s t e mi s o b t a i n e d o n t h e b a s i s o f t h e f i r s t -o r d e r t r a j e c t o r y s e n s i t i v i t y .A c -c o r d i n g t o t h e c u r r e n t o p e r a t i n g c o n d i t i o n s o f t h e p o w e r s y s t e m ,a d y n a m i c r e a c t i v e p o w e r r e s e r v e o pt i m i z a t i o nm o d e l第37卷第1期齐子杰,等:基于多阶轨迹灵敏度的交直流混联受端电网无功储备优化方法i n c l u d i n g a g e n e r a t o r a n d a r e a c t o r i s t h e n e s t a b l i s h e d,a n d t h e o p t i m a l s o l u t i o n o f t h e d y n a m i c r e a c t i v e p o w e r r e s e r v e o p t i m i z a t i o n i s s o l v e d.F i n a l l y,a p r a c t i c a l s y s t e mi s m o d e l e d t ov e r i f y t h e f e a s i b i l i t y a n de f f e c t i v e n e s s o f t h em e t h o d. K e y w o r d s:A C-D Ch y b r i d p o w e r g r i d;c o mm u t a t i o nf a i l u r e;a l g e b r a i cd i f f e r e n t i a l e q u a t i o n;t r a j e c t o r y s e n s i t i v i t y;d y-n a m i c r e a c t i v e r e s e r v e㊀㊀中国中东部地区已建成大规模多直流落点的受端电网, 强直弱交 的特性十分明显[1-2]㊂对于这些大型受端电网,与电压相关的暂态稳定问题(短期或中长期大扰动电压稳定)是目前电网运行中所面临的主要威胁之一[3]㊂当电网受到扰动时,例如直流换流站近区网络发生严重故障,直流换流站可能会发生单次或连续换相失败[4-7],换流器发生换相失败时需要吸收大量的动态无功,而换流站内部自身的无功补偿不足,因此需要与交流电网进行大量的无功功率交换㊂系统动态无功储备(d y n a m i cr e a c t i v e p o w e r r e s e r v e,D R P R)的多少与电力系统的电压问题有着密切联系[8-9]㊂为了保证电力系统发生故障后能快速的恢复至运行稳态,系统中应配置数量充足㊁配置合理的动态无功设备[10]㊂因此,针对交直流混联的受端系统,如何在保证系统安全且可靠的运行前提下,同时考虑系统运行的安全性和经济性完成受端电网的动态无功储备评估,成为当前亟需解决的问题㊂轨迹灵敏度分析(t r a j e c t o r y s e n s i t i v i t y a n a l y-s i s,T S A)方法是分析微分动态系统特性的有效工具之一[11-12]㊂文献[13]把轨迹灵敏度分析引入电力系统的暂态稳定分析,得到衡量扰动对系统动态特性的影响程度;文献[14]结合轨迹灵敏度法推导出了轨迹灵敏度的高阶T a y l o r级数递推求解形式,快速有效地计算能量裕度灵敏度㊂由此可见,轨迹灵敏度实际上研究了动态系统的响应随系统参量变化的定量关系,对于电力系统,可研究的系统参量包括系统的初始运行状态㊁拓扑参数以及故障切除时间等一系列参量㊂针对上述问题,近年来有了一系列动态无功储备的研究㊂文献[15]制定了发电机参与的最优无功功率储备分配,与传统的无功功率储备调度相比,有更好的鲁棒性;文献[16]提出了一种基于混合整数动态优化的大型风电综合动态系统最优动态无功分配方法,考虑了详细的系统动态和风力发电机组合理性,同时优化了动态无功功率的分配,为动态无功模型的建立提供了新思路;文献[17]利用基于G a l e r k i n法的多项式逼近,提出换相失败预防能力的评估指标和动态无功储备评估模型,但是只评估了单个换流站内的动态无功储备情况,且换流站外部的交流网络用等效发电机替代,未考虑直流控制系统的影响;文献[18-20]以动态无功设备的无功出力对系统运行需求的灵敏度进行评估,但是没有考虑系统的输电能力,因为在发生阻塞的情况下,在定义系统无功备用容量时需要考虑电网的可输送能力㊂本文围绕交直流混联系统受端电网,展开基于轨迹灵敏度的动态无功储备的研究,首先建立交直流混联系统的微分代数方程,并求取多阶轨迹灵敏度;然后针对当前状况,建立动态无功储备优化模型并求解,求解完成后,各动态无功控制设备根据优化结果,进行稳态无功值的调整;最后通过具体算例验证了该方法的合理性㊂1㊀交直流混联系统的轨迹灵敏度模型对于交直流混联的受端电网,高压直流输电线路受端需要经过换流站后与降压变压器相连,进而与用户负荷相连㊂换流站的换相过程需要受端交流电网提供换相电压和电流,受端交流系统必须有足够的容量㊂因此,在换流站内需要具有多种无功调节与控制手段,通常包括动态无功设备(例如换流站的配套调相机)㊁滤波器组和电容补偿器等㊂故交直流混联受端电网重点考虑上述动态无功设备出力对于电压的轨迹灵敏度㊂57电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年1月首先建立受端电网的代数微分方程,即x ㊃=f x ,y ,u ()0=g x ,y ,u (){(1)式中㊀x 为系统的状态变量,包括发电机内电势㊁功角㊁励磁电压㊁直流电流变量;y 为代数变量,包括系统的母线电压幅值和母线电压的相角;u 为控制变量,包括发电机无功出力和容抗器的无功出力㊂式(1)中的2个方程分别描述了系统的动态过程和系统变量之间的代数关系㊂故障发生后清除前和故障清除后时段为0=g sx ,y ,u ()(2)式中㊀s 为故障编号㊂0=gs ,cx ,y ,u ()(3)式中㊀c 为故障清除㊂x t +u=xt -u(4)式中㊀t 0故障发生时刻;t -0㊁t +为故障发生前和故障发生后的初始时刻;x t -0u ㊁x t +0u 分别为故障发生前和故障发生后的初始状态下,状态变量初值对控制变量的偏导数㊂y t +u=-g s ,t +0y ()-1g s ,t +0u (5)式中㊀y t +0u 为故障发生后的初始状态时,代数变量对控制变量的偏导数;g s ,t +0y ㊁g s ,t+0u 分别为发生第s个故障后的初始状态下,对代数变量和控制变量的偏导数㊂xt +cu=xt -c u(6)式中㊀x t -c u ㊁x t +c u 分别为故障发生前的初始状态和故障清除后的初始状态下状态变量和代数变量对控制变量的偏导数㊂y t +cu =-gs ,c ,t +cy()-1gs ,c ,t +cu(7)式中㊀g s ,c ,t +c y㊁g s ,c ,t +c u 分别为发生清除第s 个故障后的初始状态下,对代数变量和控制变量的偏导数㊂在故障发生时段内任意时刻t ɪt +0,t -c [],令T =t ,可计算出T 时刻的值x T u ,y Tu ,其为T 时刻的灵敏度;T +1时刻的值x T +1u ㊁y T +1u ,其为T +1时刻的灵敏度㊂x T +1uy T +1uéëùû=J-1I +h 2f T x æèöøxT u +h 2f T x y Tu +h 2f T +1u +f Tu ()h 2g T x x T u +h 2g T y y T u +h 2g T +1u +g Tu ()éëùû(8)式中㊀h 为仿真步长;I 为单位矩阵;J 为系统的雅克比矩阵;x T u ㊁y Tu 分别为T 时刻,系统状态变量和代数变量对控制变量的偏导数;x T +1u ㊁y T +1u 分别为T +1时刻,系统状态变量和代数变量对控制变量的偏导数;f T x ㊁f Ty 分别为T 时刻,微分方程对状态变量和代数变量的偏导数;g T x ㊁g T y 分别为T 时刻,代数方程对状态变量和代数变量的偏导数;f T u ㊁f T +1u分别为T 和T +1时刻微分方程对控制变量的偏导数;g T u ㊁g T +1u 分别为T 和T +1时刻代数方程对控制变量的偏导数㊂2㊀二阶轨迹灵敏度模型对于精度要求比较高的系统,一阶轨迹灵敏度无法满足系统的要求,需要在一阶轨迹灵敏度的基础上进一步求取更高阶的轨迹灵敏度,以满足系统的需求㊂对于二阶轨迹灵敏度的求解,首先在故障发生的t ɪt +0,t -c []时间内,根据式(1),两边同时对u 求偏导,得一阶轨迹灵敏度方程为x ㊃u =f x x u +f y x u +f u 0=g x x u +g y y u +g u{(9)㊀㊀对式(9)两边分别对控制变量u 求偏导,可得到连续时段内的二阶轨迹灵敏度㊂x ㊃u u =f x x u u +f yy u u +f u u +f x x x 2u +f y y y 2u +2f x yx u y u +2f x u x u +2f y u y u 0=g x x u u +g y y u u +g u u +g x x x 2u +g y y y 2u +2g x yx u y u +2g x u x u +2g y u y u ìîí(10)㊀㊀对于故障前时段t ɪ0,t -0[]㊁故障发生时段t ɪt +0,t -c []和故障清除后的时段t ȡt +c 这3个不同时段,在故障发生时段内,可根据T =t 时刻的值67第37卷第1期齐子杰,等:基于多阶轨迹灵敏度的交直流混联受端电网无功储备优化方法x T u u ㊁y T u u ,计算出T =t +1时刻的值x T +1u u ㊁y T +1uu ㊂x T +1u u yT +1u uéëùû=J-1I +h 2f T x æèöøxTu u +h 2f T y y T u u +h 2F T +1+F T()h 2g T x x T u u +h 2g T y y T uu +h 2G T +1+G T()éëùûF =f u u +f x x x 2u +f y y y 2u +2f x yx u y u +2f x u x u +2f y u y uG =g u u +g x x x 2u +g y y y 2u +2g x yx u y u +2g x u x u +2g y u y uìîí(11)式中㊀x T u u ㊁y Tu u 分别为T 时刻,系统状态变量和代数变量对控制变量的偏导数;x T +1u u ㊁y T +1uu 分别为T +1时刻,系统状态变量和代数变量对控制变量的偏导数;f T x ㊁f Ty 分别为T 时刻,微分方程对状态变量和代数变量的偏导数;F T ㊁F T +1分别为T 和T +1时刻微分方程对控制变量的偏导数;G T ㊁G T +1分别为T 和T +1时刻代数方程对控制变量的偏导数㊂对于二阶轨迹灵敏度最优解的求解,可用原对偶内点法[20]求解,将非线性优化问题可转换为mi n f (x C ,x D )s .t .g (x C ,x D ,x O )=0x d o w n C ɤx C ɤx u pC x d o w n Dɤx D ɤx u p D ìîí(12)式中㊀x C ㊁x D ㊁x O 分别为需优化的连续变量㊁离散变量和其它变量;x u pC ㊁x d o w n C 分别为需优化的连续变量的上下限;x u pD ㊁x d o w n D分别为需优化的离散变量的上下限㊂分别引入大于等于0的松弛变量㊁二次罚函数,即x C +u C 1=x u pC ,x C -u C 2=x C xD +u D 1=x u pD,x D -u D 2=x D {(13)P x D ,i ()=ωi (x D ,i -x ∗D ,i )2(14)式(14)中㊀ωi 为罚因子(设定为10);x ∗D ,i 为根据离散变量通过 连续化 求解后,得到的最接近的离散值,在优化过程中是动态变化的㊂进而得到增广拉格朗日函数为L =f x C ,x D ()-λT g x C ,x D ,x O ()-λT C 1x C +u C 1-x u pC ()-λT C 2x C -u C 2-x d o w n C()-λT D 1x D +u D 1-x u pD ()-λT D 2x D -u D 2-x d o w n D()+μðI n u C 1,i +u C 2,i +u D 1,i +u D 2,i ()+ðP x D ,i ()(15)㊀㊀设定补偿间隙为g a p =ðλC 1,i u C 1,i -λC 2,i u C 2,i ()+ðλD 1,iu D 1,i -λD 2,i u D 2,i ()(16)当补偿间隙偏差小于给定阈值时,输出最优解㊂3㊀动态无功储备优化模型电力系统动态无功储备的多少和电力系统的电压安全有着密切联系,系统在稳态运行时,当系统的发电机㊁S V C ㊁S V G ㊁S T A T C OM 等无功补偿设备有充足的无功预留时,系统运行更加安全可靠,但是无功预留过剩实际上是对无功资源的浪费㊂因此在系统正常运行时,需要预留出多少的无功才能保证系统在发生故障时仍然可以维持 正常且安全 的运行方式,可以借助二阶轨迹灵敏度来实现㊂首先建立动态无功储备优化模型的目标函数为m i nðN s t a t i o n i =1N c ,i -N c u r r e n tc ,i()(17)式中㊀N s t a t i o n 为场站容抗器总数;N c u r r e n tc ,i ㊁N c ,i 分别为场站第i 个容抗器当前的投入组数和优化后的投入组数㊂优化问题的约束条件包括场站容抗器投入的组数约束㊁场站发电机稳态时的无功出力约束㊁换相失败故障后的N -1安全约束条件,即N d o w n c ,i ɤN c ,i ɤN u pc ,i (18)Q 0,d o w n gɤQ 0g ɤQ 0,u p g (19)V I N V ,s ,T e n d C S =V I N V ,s ,T e n d ,c u r r e n t C S +S s ,T e n d Q g Q 0g -Q 0,c u r r e n t g()+S s ,T en dQ cQ 0c -Q 0,c u r r e n t c ()ȡV I N VC S ,c r i t e r i o n(20)77电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年1月式(18)~(20)中㊀N d o w n c ,i ㊁N u pc ,i 分别为场站容抗器投入组数的下限值和上限值;Q 0g为稳态时发电机无功出力构成的列向量;Q 0,d o w n g ㊁Q 0,u pg分别为稳态时发电机无功出力的下限值与上限值;VI N VC S ,c r i t e r i o n为换流站交流母线电压故障后的临界电压恢复值;VI N V ,s ,T e n d C S㊁VI N V ,s ,T e n d ,cu r r e n t C S分别为第s 个故障发生后,T e n d 时刻换流站交流母线电压的优化值和当前值,通常T e n d 由电网给定,表示换相恢复的要求时间;Q 0g ㊁Q 0,c u r r e n tg分别为稳态运行时发电机无功出力的优化值和当前值;Q 0c㊁Q0,c u r r e n t c分别为稳态运行时容抗器无功出力的优化值和当前值;Ss ,T e n dQ g㊁Ss ,T e n dQ c分别为第s 个故障下,T e n d 时刻VI N V ,s ,T e n d C S对Q 0g 和Q 0c 的轨迹灵敏度,控制变量u 是由Q 0g 和Q 0c 构成的向量,即u =Q 0g ,Q 0c []T㊂利用C P L E X 对上述模型求解,得到无功补偿设备所对应的最优解Q 0∗后,求出需要预留的最少动态无功储备为Q0,r e s e r v e=Q0,u p-Q∗(21)式中㊀Q 0,u p为无功补偿设备的出力上限㊂4㊀算例分析4.1㊀算例1采用I E E E3机9节点系统,在节点5处增加一条高压直流输电线路,受端换流站母线为10节点㊂忽略送端电网换流站的内部约束,新增的发电机组G 4的无功电压调节能力使其稳态运行时电压维持在1.00p .u .,且有剩余的无功出力,无功出力范围为-0.3875~1.5500之间,其运行参数与G 1~G 3相同㊂I E E E3机9节点系统如图1所示,发电机的主要参数如表1所示㊂利用P S A S P 软件进行仿真㊂当母线5在0.1s发生三线短路接地故障,0.2s 立即切除5-6双回线中的一条线路,在1.0s 后换流站的交流母线电压恢复到0.8p .u .附近,并未达到母线电压的安全值0.85p .u .,连续3次换相失败,引发直流闭锁,如图2所示㊂采用本文所述的利用轨迹灵敏度进行动态无功储备优化方法,无功优化后节点5母线电压情况如图3所示㊂G114510S1SGG41211HVDC63G2G 8792GG3G图1㊀I E E E3机9节点系统F i gu r e 1㊀I E E E3-m a c h i n e 9-b u s t e s t s y s t e m 表1㊀发电机主要参数T a b l e 1㊀M a i n p a r a m e t e r s o f g e n e r a t o rS nX dX ᶄdX ᵡdX qX ᶄqX ᵡq1.821.800.300.251.700.550.241.11.00.90.80.70.60.5母线电压/p .u .1.00.80.60.40.20.0时间/s图2㊀无功优化前节点5母线电压F i gu r e 2㊀N o d e 5b u s v o l t a g eb e f o r e r e a c t i v e p o w e r o pt i m i z a t i o n 1.11.00.90.80.70.60.5母线电压/p .u .1.00.80.60.40.20.0时间/s图3㊀无功优化后节点5母线电压F i gu r e 3㊀N o d e 5b u s v o l t a g e a f t e r r e a c t i v e p o w e r o pt i m i z a t i o n 经分析可知需要增发G 4发电机的无功出力㊂当发生故障时,发电机G 4提供的无功出力满足系统的电压需求,Q 0,r e s e r v e=7.7460;当系统发生同样的故障时,在故障发生0.4s 后,由图3可知,换流站母线电压可以恢复到0.85p .u .以上,系统是处于 正常且安全 的状态,不会发生换相失败引发的电压㊂87第37卷第1期齐子杰,等:基于多阶轨迹灵敏度的交直流混联受端电网无功储备优化方法4.2㊀算例2以某省电网为例,省内有5个1000k V变电站,61个500k V变电站,3个L C C-H V D C直流落点,由于此电网结构复杂,1000k V之间的关键联络线及直流落点近区附近,发生故障时很容易引起电压安全问题㊂以某L C C-H V D C直流落点近区为例分析,该直流换流站内有2条与其他500k V变电站相连的高压交流线路(均为双回线),以下简称线路1㊁2㊂线路1㊁2的相连线路有容抗器,每条线路有10个与其相关得容抗器,用A~J表示,作为无功储备设备,容抗器的容量如表2所示㊂系统初始状态容抗器全部投入运行,利用上述优化模型计算分析,计算可得最优解Q0,r e s e r v e= 8.6982,无功储备最优解对应的容抗器投切状态如表4㊁5所示(O为容抗器投入,X为容抗器切除)㊂表2㊀线路1相关容抗器容量T a b l e2㊀L i n e1r e l a t e d c a p a c i t o r c a p a c i t y名称容量/p.u.1A2.750002751B0.670530711C0.111755101D0.214569801E0.111755101F0.092359581G0.268212211H0.092359581I0.149999991J0.11184746表3㊀线路2相关容抗器容量T a b l e3㊀L i n e2r e l a t e d c a p a c i t o r c a p a c i t y名称容量/p.u.2A2.750002752B0.223510182C0.923595892D0.219499982E0.092359582F0.111755102G0.111755102H0.111755102I0.184719172J0.08000000表4㊀线路1相关容抗器投切状态T a b l e4㊀S w i t c h i n g s t a t u s o f l i n e1r e l a t e d c a p a c i t o r s 名称投切状态名称投切状态1A O1F X1B O1G O1C O1H X1D O1I O1E O1J O表5㊀线路2相关容抗器投切状态T a b l e5㊀S w i t c h i n g s t a t u s o f l i n e2r e l a t e d c a p a c i t o r s 名称投切状态名称投切状态2A O2F O2B O2G O2C X2H O2D O2I O2E X2J X对于线路1㊁2进行故障设置,在0.1s时发生三线短路接地故障,0.2s立即切除双回线中的一条线路,对线路1㊁2的电压恢复状况分别进行仿真分析,以换流站低压侧500k V交流母线电压作为参考基准,无功优化前后的电压恢复情况对比如图4㊁5所示㊂由图4㊁5可知,对于线路1㊁2来说,在线路故障切除后,换流站母线电压可以快速恢复到稳态时的正常电压水平,不会引发电压安全问题㊂在进行无功优化后,对于线路1,优化前需要0.59s,母线电压可达到0.859p.u.,而优化后仅需要0.44s,母线电压即可达到0.859p.u.;对于线路2,优化前需要0.83s母线电压可达到0.856p.u.,而优化后仅需要0.57s,母线电压即可达到0.856p.u.㊂1.11.00.90.80.70.60.50.40.30.2母线电压/p.u.108642时间/s优化前优化后图4㊀线路1无功优化前后母线电压恢复F i g u r e4㊀B u s v o l t a g e r e c o v e r y d i a g r a mb e f o r e a n da f t e r l i n e1r e a c t i v e p o w e r o p t i m i z a t i o n97电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年1月1.11.00.90.80.70.60.50.40.30.2母线电压/p .u .108642时间/s优化前优化后图5㊀线路2无功优化前后母线电压恢复F i gu r e 5㊀B u s v o l t a g e r e c o v e r y d i a g r a mb e f o r e a n d a f t e r l i n e 2r e a c t i v e p o w e r o pt i m i z a t i o n 由上述算例分析可知,本文所提的无功优化效果较好,可以使故障后的电压水平迅速恢复到稳态运行时的安全水平,从而保证了电力系统的安全运行㊂5㊀结语1)本文提出了一种新的用来优化受端电网动态无功储备的方法㊂利用求取的电力系统轨迹灵敏度,来确定电力系统的无功补偿设备要预留出多少的动态无功,确保电力系可以在 正常且安全 的情况下运行㊂2)对于轨迹灵敏度的求取,建立了受端电网的微分代数方程,基于电力系统的微分代数方程,用轨迹灵敏度分析法得到控制变量与状态变量之间的灵敏度关系㊂3)本文可以解决对于精度要求不高的系统动态无功储备的问题,提高了系统运行的安全性与经济性㊂但是对于精度要求高的系统,系统的高阶轨迹灵敏度的求取还需要进一步探讨㊂参考文献:[1]徐蔚,林勇,周煜智,等.区域电网互联对广东电网暂态稳定性的影响分析[J ].电力系统自动化,2013,37(21):34-38.X U W e i ,L I N Y o n g ,Z HO U Y u z h i ,e t a l .I m p a c t a n a l ys i s o f r e g i o n a l g r i d i n t e r c o n n e c t i o no nt r a n s i e n t s t a b i l i t y o f G u a n g d o n gpo w e r g r i d [J ].A u t o m a t i o no fE l e c t r i cP o w -e r S y s t e m s ,2013,37(21):34-38.[2]徐政.交直流电力系统动态行为分析[M ].北京:机械工业出版社,2004.[3]颜伟,杨彪,莫静山,等.交直流系统主导节点选择与无功分区的概率优化方法[J ].中国电力,2020,53(8):77-84.Y A N W e i ,Y A N GB i a o ,MOJ i n gs h a n ,e t a l .P r o b a b i l i s -t i c o p t i m i z a t i o nm e t h o d o f l e a d i n g n o d e s e l e c t i o n a n d r e -a c t i v e p o w e rz o n i n g i n A C /D C s y s t e m [J ].E l e c t r i c P o w e r ,2020,53(8):77-84.[4]王邦彦,王秀丽,宁联辉.海上风电场集电系统开关配置最优化及可靠性评估[J ].供用电,2021,38(4):43-51.WA N G B a n g ya n 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电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题目录一、内容概述 (2)1. 电力系统发展现状 (3)2. 研究背景与意义 (4)3. 本文研究目的与内容概述 (6)二、电力电子化电力系统概述 (7)1. 电力电子化电力系统的定义 (8)2. 电力电子化电力系统的特点 (9)3. 电力电子化电力系统的发展历程 (10)三、多时间尺度分析理论及方法 (11)1. 多时间尺度分析理论的基本概念 (13)2. 多时间尺度分析方法的分类 (14)3. 多时间尺度分析方法的实施步骤 (15)四、时变动态小干扰稳定问题解析 (16)1. 小干扰稳定的定义及重要性 (18)2. 时变动态小干扰稳定的数学模型 (19)3. 时变动态小干扰稳定的判断依据 (20)五、电力电子化电力系统的小干扰稳定分析 (20)1. 电力电子化电力系统的小干扰稳定特性 (22)2. 电力电子化电力系统小干扰稳定的影响因素 (23)3. 电力电子化电力系统小干扰稳定的评估方法 (24)六、多时间尺度在电力电子化电力系统中的应用 (26)1. 多时间尺度在电力系统稳定分析中的应用概述 (27)2. 多时间尺度在电力电子化电力系统小干扰稳定分析中的具体应用案例293. 多时间尺度分析方法的优势与局限性 (30)七、案例分析 (31)1. 案例分析一 (32)2. 案例分析二 (34)3. 案例分析三 (36)八、提升电力电子化电力系统稳定性的措施与建议 (38)1. 优化电力电子化电力系统的设计与运行方式 (39)2. 加强小干扰稳定的监测与预警 (40)3. 提升电力设备的性能与质量，加强设备维护与管理等 (41)一、内容概述随着电力电子技术的飞速发展，电力系统正经历着前所未有的变革与挑战。
电力电子化电力系统多时间尺度时变动态小干扰稳定问题已成为当前研究的热点与难点。
这一问题涉及到电力系统在多种时间尺度上的动态行为，包括秒级、分钟级、小时级乃至更长周期的时间尺度。
㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-03-01;修回日期:2021-04-19基金项目:中国南方电网有限责任公司重点科技项目(K -S Z 2013-906)通信作者:宁㊀楠(1985-),男,教授级高级工程师,主要从事电力系统继电保护及自动化㊁变电和配电设备智能技术的研究;E -m a i l:674604139@q q.c o m 第37卷第2期电力科学与技术学报V o l .37N o .22022年3月J O U R N A LO FE I E C T R I CP O W E RS C I E N C EA N DT E C H N O L O G YM a r .2022㊀基于运行方式与故障信息融合的配电网保护策略优化宁㊀楠1,孙睿择1,潘凯岩2,孔海滨2,张㊀恋2,陈怀蔺1(1.贵州电网有限责任公司贵安供电局,贵州贵阳550003;2.东方电子股份有限公司,山东烟台264010)摘㊀要:为实现配电网继电保护策略的自适应优化,根据继电保护故障处理流程,将保护分为故障辨识和出口决策环节,并在此基础上提出基于运行方式与故障信息融合的配电网继电保护策略两级优化方法㊂首先,依托运行方式跟踪,实现故障辨识环节的保护动作定值整定;其次,开放故障辨识环节产生的故障信息给出口决策环节,从而实现出口决策环节的优化整定;最后,着重研究融合故障信息的出口决策环节优化方法,通过故障拓扑㊁保护出口配合以及重合闸效益分析,给出配电网继电保护在应对不同故障场景下保护出口决策的隔离动作选择㊁出口定值整定与重合闸策略选取,有效提升保护的灵活性㊂关㊀键㊀词:配电网;继电保护;运行方式;故障信息;策略优化D O I :10.19781/j .i s s n .1673-9140.2022.02.007㊀㊀中图分类号:TM 773㊀㊀文章编号:1673-9140(2022)02-0054-08O p t i m i z a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k p r o t e c t i o n s t r a t e g y ba s e d o n t h e i n t e g r a t i o no f o pe r a t i o nm o d e a n df a u l t i n f o r m a t i o n N I N G N a n 1,S U N R u i z e 1,P A N K a i ya n 2,K O N G H a ib i n 2,Z H A N GL i a n 2,C H E N H u a i l i n 1(1.G u i 'a nP o w e r S u p p l y B u r e a u ,G u i z h o uP o w e rG r i dC o .,L t d .,G u i y a n g 550003,C h i n a ;2.D o n g f a n g E l e c t r o n i c sC o o pe r a t i o n ,Y a n t a i 264010,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o r e a l i z e t h e a d a p t i v e o p t i m i z a t i o nof t h e r e l a yp r o t e c t i o n s t r a t eg y of t h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ,t h e p r o t e c t i o n i s d i v i d e d i n t o t h e f a u l t i d e n t i f i c a t i o n a n d e x i t d e c i s i o n -m a k i ng p r o c e s s i n t e r m s o f th e f a u l t h a n d li n g pr o c e s s o f t h e r e l a y p r o t e c t i o n .O n t h i s b a s i s ,a t w o -l e v e l o p t i m i z a t i o nm e t h o d f o r r e l a y p r o t e c t i o n s t r a t e g y o f t h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r kb a s e do n t h e f u s i o no f o p e r a t i o nm o d e a n d f a u l t i n f o r m a t i o n i s p r o p o s e d .F i r s t o f a l l ,r e l y i n g o n t h e t r a c k i n go f t h e r u n n i n g mo d e ,t h e f i x e d v a l u e s o f t h e p r o t e c t i o n a c t i o n i n t h e f a u l t i d e n t i f i c a t i o n p r o c e s s a r e s e t .T h e n ,t h e f a u l t i n f o r m a t i o n g e n e r a t e db y t h e f a u l t i d e n t i f i c a t i o n p r o c e s s i s o p e n e d t o t h e e x p o r t d e c i s i o n -m a k i n gp r o c e s s s o a s t o r e a l -i z e t h e o p t i m a l s e t t i n g o f t h e e x p o r t d e c i s i o n -m a k i n gp r o c e s s .F i n a l l y ,t h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e o p t i m i z a t i o nm e t h o d o f t h e e x i t d e c i s i o n -m a k i n gp r o c e s s i n t e g r a t i n g f a u l t i n f o r m a t i o n .T h r o u g h t h e f a u l t t o p o l o g y ,p r o t e c t i o n e x i t c o o r d i -n a t i o na n d r e c l o s i n g b e n e f i t a n a l y s i s ,t h e i s o l a t i o na c t i o n s e l e c t i o n ,e x i t f i x e d -v a l u e s e t t i n g a n dr e c l o s i n g s t r a t e g y se -l e c t i o nof p r o t e c t i o ne x i td e c i s i o n -m a k i ng f o r th edi s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l a yp r o t e c t i o n i nr e s p o n s e t od i f f e r e n t f a u l t s c e n a r i o s a r e g i v e n t o e f f e c t i v e l y i m p r o v e t h e p r o t e c t i o n f l e x i b i l i t y.K e y wo r d s :d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ;r e l a yp r o t e c t i o n ;o p e r a t i o nm o d e ;f a u l t i n f o r m a t i o n ;s t r a t e g y o p t i m i z a t i o n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第37卷第2期宁㊀楠,等:基于运行方式与故障信息融合的配电网保护策略优化㊀㊀新能源的接入带来配电网运行特征的变化,助增及外汲效应给传统配电网保护的选择性与灵敏性带来重大考验[1-2]㊂另一方面,配电网主动管理策略也使得配电网时刻面临着网络拓扑的改变,配电网的运行方式变动频繁,使得固定化的保护策略难以适应配电网所有的运行工况[3-4]㊂配电网智能化改造与通信技术的发展,使得配电网的保护朝 智能化 ㊁ 信息化 的方向发展[5-6],使得配电网的保护能够寻求更多的运行信息来改进自身的决策㊂为提升配电网保护的适应性以应对运行方式的变化,国内外的研究主要由两方面深入开展㊂1)研究差动保护方法在配电网中的应用㊂文献[7-8]研究了网络化电流差动保护在配电网中的应用;文献[9]则进一步提出了配电网中采用阻抗差动保护以降低差动保护的同步需求㊂纵联保护对采样数据的同步性能要求高,需要高可靠性的通信网络支撑,降低了其在配电网中的应用[10]㊂2)实时分析㊁提取配电网的运行状态实现对运行方式的跟踪,以达到对保护定值与动作策略的动态整定[11]㊂文献[12]提取网络设备的连接关系㊁开关的变位信息,从而实现基于配电网运行方式的在线跟踪的保护在线调整;文献[13-14]计及了运行过程中的电压信息,以电压关联因子的方式应对运行方式的差异㊂在运行方式跟踪的辅助下,实现了保护定值与配合方案的自动调整㊂拓扑分析是此类方法的重要实现手段,基于图论演算[7]㊁最小生成树法则[14]有效识别网络的联络点,进而实现自适应的自愈策略㊂已有的研究已经充分实现了配电网保护策略在运行方式在线跟踪的情况下的自适应寻优㊂在当前网络拓扑与潮流状态下,基于运行方式跟踪的配电网保护给出了定值配置与出口策略的选择方法㊂这也意味着,在各种不同的故障条件下,保护始终具有唯一的定值整定与出口策略[15]㊂因此,当前保护策略的自适应仅仅针对配电网运行方式的自适应,无法实现根据故障条件的变化改进保护的出口策略㊂事实上,在配电网保护单元给出故障的辨识结果(故障信息)的情况下,保护单元的出口策略可融合故障信息,来选择更为合理的保护出口时序㊁动作开关以及重合闸方案,以进一步提升保护策略的适应性㊂为此,本文融合配电网运行方式与故障信息,提出配电网继电保护策略两级优化方法㊂首先,跟踪配电网的运行方式,实现保护故障辨识环节的动作定值整定;然后,在取得保护的故障辨识信息后,结合保护对故障分布的判断结果实现对出口决策环节的优化整定㊂针对出口决策环节的优化整定,本文结合故障信息给出故障网络拓扑㊁保护出口配合以及重合闸效益分析方法,进而实现在两级优化方法作用下的故障隔离策略㊁保护出口时序整定以及重合闸方案选择㊂在所述两级优化方法作用下,配电网保护应对不同运行方式使故障场景的灵活性与合理性得到有效提升㊂1㊀运行方式与故障信息的融合与保护策略的两级优化方法㊀㊀配电网复杂的运行工况以及高供电可靠性需求要求配电网保护充分提高其自适应能力㊂配电网保护的自适应,需要体现两方面的需求:①根据配电网运行方式的变化而自动调整故障辨识策略,实现故障辨识环节的优化;②根据配电网的故障条件选择最为快速㊁有效㊁合理的保护配合㊁开关动作以及重合闸措施等出口决策方法,实现出口决策环节的优化㊂从自适应保护的实际需求出发,构造保护策略两级优化方法,如图1所示㊂运行方式故障信息故障信息故障信息故障信息故障信息第2级整定隔离动作选择出口定值整定重合闸策略选取出口策略整定第1级整定第2级整定运行方式运行方式第1级整定出口决策环节故障辨识环节保护元件保护元件出口决策环节故障辨识环节动作定值整定++隔离动作选择出口定值整定重合闸策略选取出口策略整定动作定值整定图1㊀基于运行方式与故障信息融合的保护策略两级优化F i gu r e 1㊀T w o -l e v e l o p t i m i z a t i o no f p r o t e c t i o n s t r a t e g y b a s e do n t h e o p e r a t i o nm o d e a n d f a u l t i n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n 55Copyright ©博看网. All Rights Reserved.电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年3月1.1㊀基于运行方式跟踪的保护动作定值整定配电网保护为监测配电网的运行状态,需要与运行方式相匹配㊂具体而言,运行方式的改变对保护的故障辨识环节带来故障特征的变化,配电网保护需要跟踪运行方式实现对其自身动作定值的调整㊂现有研究就运行方式跟踪的自适应保护已给出许多解决方法,因此,本文的研究重点为融合故障信息的第2级优化㊂1.2㊀融合故障信息的保护出口策略优化整定运行方式跟踪能够满足保护对故障前网络拓扑与潮流的感知,根据第1级优化结果,保护各单元将得到固定的㊁预想的出口策略㊂事实上,运行方式仅仅确定了故障前网络的运行拓扑与潮流㊂实际故障点的不同将导致对于同一运行方式,故障网络拓扑㊁故障潮流分布也存在差异,这一差异反映到具体的出口策略上也将有所不同㊂换言之,故障的不确定性是基于运行方式跟踪的第1级保护预配置无法全面考虑的,因此给第2级优化带来了应用空间㊂第2级优化保护故障辨识环节将开放保护的故障信息,利用通信网络获取不同保护单元的故障信息结果,推导故障分布情况,根据故障点的实际位置优化出口决策环节的决策逻辑㊂1)尽可能地缩小故障停电范围㊂考虑到配电网断路器不能够得到完备配置,仅考虑第1级整定,只能通过断路器隔离故障元件,难以做到故障隔离范围的尽可能小㊂考虑故障信息的情况下可以确定故障点的分布,判断故障电流的组成,结合第2级优化整定以发挥负荷开关在故障隔离的作用㊂2)尽可能快地保证故障的隔离㊂第1级整定认为保护㊁开关元件将按照出口时序进行动作,事实上,保护可能因为灵敏性因素或异常运行因素的存在而拒动㊂按照第1级整定的定值无法灵活实现时序的缩减㊂考虑故障信息的情况下可以确定需要配合的保护范围,压缩整体的保护出口时序,实现第2级优化㊂3)尽可能实现复电选择的合理化㊂传统的保护认为,利用重合闸可以有效降低瞬时故障的影响,而城市电缆网络的建设降低了瞬时故障发生率,也降低了重合闸的效益㊂根据第2级优化整定可以结合故障位置的不同,判断重合闸是否具备更优的经济效益,做出最合理的自愈选择㊂2㊀基于运行方式与故障信息融合的故障隔离策略2.1㊀故障网络拓扑提取与分析故障网络拓扑的确定需要两方面的信息融合:①配电网故障前的拓扑连接关系,可以通过配电网开关的位置变位情况获得;②配电网的故障信息,配电网保护故障辨识环节将给出实时的故障分析结果用于确定故障点分布,由此,可形成配电网的故障网络拓扑㊂从配电网的接线出发,获取配电网的接线方式,定义:若2个开关关联同一元件,则有开关距离L0=1;若2个开关未同时关联同一元件,则有L0=ɕ㊂考虑配电网运行方式的变化,当开关由闭合状态调整为分闸状态时,则与此开关关联的开关距离L0将修正为ɕ㊂1)利用D i j k s t r a算法(最小路径算法),结合配电网的接线情况L0,可以获得2个开关之间是否具有电气连接关系:当某一开关i与某电源出口开关s 之间的D i j k s t r a距离L(i,s)ʂɕ时,则说明此开关与该电源存在电气连接㊂2)以主电源开关为参考点,确定开关之间的上下级关系,当L(i,s)=L(j,s)-L(i,j)时,则i为j上游开关㊂用r(i j)表示开关的上下游情况,当r(i j)=1时,说明开关i位于开关j的上游,否则为0㊂在取得保护故障辨识环节开放的故障信息的情况下,将故障信息表达为开关的上行方向上的故障判断结果向量P u p及下行方向上的故障判断结果向量P d o w n,元素P u p i=1说明开关i所对应的保护上行方向上存在故障,元素P d o w ni=1说明开关i所对应的保护下行方向上存在故障㊂根据故障判断结果向量,可判断开关是否关联故障元件,若P u p f㊃ᵑjʂf(1-P u p f㊃r(j|f))=1P d o w nf㊃ᵑjʂf(1-P d o w n f㊃r(f|j))=1ìîí(1)则可判断开关f直接关联故障元件,即对开关f而65Copyright©博看网. All Rights Reserved.第37卷第2期宁㊀楠,等:基于运行方式与故障信息融合的配电网保护策略优化言:当开关f 检出上游发生故障(P u pf=1),且开关f 的上游开关j 均未检出故障(P u pj ㊃r (j f )=0)时,式(1)中的第1式成立,表示开关f 直接与故障元件相关联;当开关f 检出下游发生故障(P d o w n f=1),且开关f 的下游开关j 均未检出故障(P d o w nj㊃r (f j )=0)时,式(1)中的第2式成立,表示开关f 直接与故障元件相关联㊂2.2㊀基于故障网络拓扑分析的故障隔离策略优化故障隔离需要具体指导开关切断故障电流㊂配电网存在多种开关类型,包括断路器㊁负荷开关等,不同开关只能在特定的工况下工作㊂随着故障网络拓扑的不同,不同开关承受的短路电流也将不同㊂因此,在已知故障网络拓扑的条件下,可以根据开关承受的短路电流情况自适应取得配电网的故障隔离策略㊂一般情况下,均认为断路器具备故障隔离操作能力,而负荷开关能开断和关合正常负荷水平的电流㊂因此,开关是否能够参与故障隔离操作,主要针对负荷开关进行分析㊂利用D i jk s t r a 算法,分别取得任一开关与故障点之间的距离L (i ,f )以及各电源与故障点之间的距离L (s ,f ),则故障点与指定电源之间串接的开关必需满足:L (s ,f )=L (i ,s )+L (i ,f )(2)㊀㊀当负荷开关不位于系统电源与同步机型的分布式电源之间时,负荷开关将被视为可参与故障隔离操作㊂将开关是否能够执行故障隔离操作用统一的向量表示,简单记为S ^,当元素为1时,表示该开关可执行故障隔离操作,否则为0㊂此时,意味着负荷开关在当前运行方式下可代替断路器执行故障隔离操作,从而缩小故障停电范围㊂3㊀基于运行方式与故障信息融合的出口时序优化3.1㊀保护出口配合范围的确定与分析不同保护元件需要通过有效的时序加以配合,因此,需要确定参与时序配合的保护元件组成㊂参与保护时序配合的元件具备以下要素:1)保护本身是否能够给出故障指示㊂配电网保护可能由于灵敏性能差异,不一定能够反映出实际故障的存在,此外,保护可能由于自身异常㊁退出等原因,无法给出故障判断结果,则此类保护单元不将执行出口㊂因此,在保护出口的时序配置中,可不考虑此类保护单元的影响㊂2)保护即使能够辨识故障的存在,保护关联的开关也应具备文2.2中所述故障隔离操作条件㊂一旦保护所关联的开关不具备故障隔离操作条件,保护同样不执行出口,同样在保护出口的时序配置中,移除此保护单元的影响㊂保护能否给出故障指示以及开关能否参与故障隔离操作,可通过故障信息提取㊂以下行方向(正方向)元件的保护为例,参与时序配合的元件应满足:A d o w n i =P d o w ni ㊃S i(3)其中,P d o w n i 为向量P d o w n 内部元素,S i 为向量S ^内部元素㊂当且仅当保护有效辨识故障P d o w ni =1,且自身关联开关具备故障隔离操作能力S i =1,保护将参与出口时序整定,即A d o w ni =1㊂3.2㊀基于出口配合分析的保护时序定值优化从保护配合的角度来看,当某一保护单元未给出动作信号,即A i =0的情况出现时,意味着其他保护之间 距离 的缩短,则保护优化决策过程如下㊂以下行方向的时序整定为例,有T d o w ni =ɕ,A d o w ni =0Δt ㊃ðL m a x L =1(ᵑj (L =1)(A d o w n j ㊃r (i |j ))),A d o w n i =1ìîí㊀(4)其中,ᵑj L =1()(A d o w nj ㊃r (i |j ))表示开关i 距离为1的下游开关是否需要给出故障指示㊂依次计算开关距离L =1到L m a x 的开关是否给出故障指示,从而获得开关i 的时序整定结果T d o w ni㊂考虑到配电网开环运行以及同时发生2点故障的情况较小,则式(4)可以进一步简化为T d o w ni =ɕ,A d o w ni =0Δt ㊃ðL m a x L =1(ðj (L =1)(A d o w n j ㊃r (i |j ))),A d o w n i =1ìîí㊀(5)即对开关i 而言:当其检测到故障发生时,开关i 的75Copyright ©博看网. All Rights Reserved.电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年3月时序定值将根据下游保护的在线情况与动作结果进行优化㊂从开关距离为1开始,确定以此开关距离的所有保护中是否产生动作信号,如产生则增加一个阶级的动作时间,并以此类推,直至开关距离最大为止㊂当某一开关距离的下游保护均未给出动作指示时,相应的ðj L =1()(A d o w nj ㊃r (i |j ))将没有动作结果输出,从而在时序上可以减掉相应的动作延迟,从而在时序上保证了保护的配合优化㊂4㊀基于运行方式与故障信息融合的重合闸策略4.1㊀重合闸效益分析重合闸有效避免了瞬时故障造成的长时间停电现象,但却拖慢了永久故障情况下的复电进程㊂当故障发生在不同的元件上,是否采取重合闸对整体的复电效益影响也将不同,而复电效益实质上与配电网所处的运行方式与故障点分布有关㊂融合运行方式与故障点分布的重合闸效益分析如下㊂1)维持正常供电的负荷计算㊂当元件x 故障切除后,能够有效维持正常供电的负荷为ΔI m a i n t a i n =I L D _d o w n s -I L D _d o w n b s+ðb kI L D _d o w nbk(6)式中㊀I L D _d o w n s 为系统所接的所有负荷;I L D _d o w nb s为主电源跳闸操作脱离的负荷;ðb kI L D _d o w n bk为能够在故障过程中始终维持供电的负荷量㊂2)具备转供条件的负荷计算㊂当故障点被有效隔离后,此时,可通过主系统恢复供电的负荷为ΔI u pr e c o v e r =I L D _d o w n s -I L D _d o w n f u p(7)式(7)表明,依靠主系统实现恢复供电的负荷,可根据主电源所带负荷总数与故障元件关联的上游开关fu p所带负荷大小相减取得,即此时除故障元件下游外,系统其余负荷均可通过主电源恢复供电㊂当计算通过联络开关s ᶄ恢复的负荷,首先判断联络开关是否位于主电源与故障元件关联的上游开关之间,即L s ᶄ,s ()=ɕ时,下游各分支无法通过联络开关s ᶄ取得供电恢复㊂否则,判断故障元件关联的下游开关f d o w n是否与联络开关s ᶄ之间存在通路,若存在通路,则下游开关f d o w n 可以通过联络开关s ᶄ取得供电恢复,否则不能㊂ΔI d o w nr e c o v e r =I L D _d o w n f d o w n ,i f L (s ᶄ,f d o w n)ʂɕ0,i f L (s ᶄ,fd o w n)=ɕ{(8)因此,总的具备转供条件的负荷为ΔI r e c o v e r =ΔI u pr e c o v e r +ΔI d o w n r e c o v e r(9)4.2㊀基于效益分析的重合闸选择是否采用重合闸策略将对复电效果产生明显差异㊂记故障切除时刻起至重合闸完成时所经时长为ΔT 1;若重合闸失败,线路完成转供的时长为ΔT 2,线路检修时长为ΔT 3㊂此外,考虑元件k 发生瞬时故障的概率为1-a %,用负荷损失时长衡量复电效益㊂1)采取重合闸策略下的复电效益㊂H y =(I L D _d o w ns -ΔI m a i n t a i n )㊃ΔT 1㊃(1-a %)+(ΔI r e c o v e r -ΔI m a i n t a i n )㊃ΔT 2㊃a %+(I L D _d o w ns -ΔI r e c o v e r )㊃ΔT 3㊃a %(10)其中,第1项表示重合成功情况下的负荷损失时长;第2项表示重合失败情况下可转供的负荷损失时长;第3项表示不可转供负荷损失时长㊂2)不采取重合闸策略下的复电效益㊂故障切除后线路直接进行重构策略,造成的负荷损失为H n =(ΔI r e c o v e r -ΔI m a i n t a i n )㊃(ΔT 2-ΔT 1)+(I L D _d o w ns -ΔI r e c o v e r )㊃ΔT 3(11)其中,第1项表示可转供的负荷损失时长;第2项表示不可转供负荷损失时长㊂因此,复电方式是否考虑进行重合闸,可通过判断H y 与H n 的大小关系决定㊂从而实现复电效益的最大化㊂5㊀算例分析为了保证算例分析的有效性和一般性,本文挑选典型的配电网系统作为研究对象,如图2所示,基于P S C A D /E MT D C 平台对配电系统进行仿真分析,研究两级优化方法对保护策略的优化作用㊂其中各负荷元件的额定电流设置:I L D D =20㊁I L D L=30㊁I L DH =20A ㊂分布式电源K 为同步机型分布式电源,F ㊁J 为逆变型分布式电源㊂85Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第37卷第2期宁㊀楠,等:基于运行方式与故障信息融合的配电网保护策略优化S ″S ′f 2f 1f 3SD A B CE G I H J L FDG MNOP KDGDG图2㊀算例分析F i gu r e 2㊀C a s e s t u d y 5.1㊀故障隔离策略分析与验证根据图2仿真算例的配置参数,形成初始化的开关距离,如:L (S ,A )=1㊁L (S ,S ᵡ)=1㊁L (S ,B )=ɕ㊂其他开关距离可以此类推㊂考虑当前运行方式,对初始化的开关距离的表示结果进行修正,则其中L (S ,S ᵡ)=ɕ㊂假设故障发生在f 1上,实时仿真给出的保护故障辨识结果,即故障信息为Pd o w n=A B C D E F G H I J K L S㊀[1000000000101]P u p=A B C D E F G H I J K L S㊀[0110100000000]由式(1)可知,故障点位于A ㊁B 之间,进而分析各开关与故障点及各电源之间的位置关系㊂对于开关A 有L (S ,A )=L (S ,A )+L (A ,A )L (K ,A )=L (K ,A )+L (A ,A )因此,开关A 在故障点㊁系统电源S 及同步机型分布式电源K 之间,开关A 在此故障情况下不能参与故障隔离操作㊂对于开关C 有L (S ,A )<L (S ,C )+L (C ,A )L (K ,A )<L (K ,C )+L (C ,A )因此,开关C 不在故障点㊁系统电源S 及同步机型分布式电源K 之间,开关S 在此故障情况下可参与故障隔离操作㊂因此,在f 1故障的情况下,能够参与故障隔离操作的开关组合如下:S ^=A B C D E F G H I J K L S㊀[0111111111111]可见,由故障网络拓扑的分析,部分负荷开关可以被当成断路器执行故障隔离操作,提供了有效的故障切除优化方法㊂假设故障点发生在f 2上,能够参与故障隔离操作的开关组合如下:S ^=A B C D E F G H I J K L S㊀[0101111111111]由于故障点的改变,开关C 背侧连接系统电源,因此不再能够执行故障隔离操作,意味着只能通过断路器B 实现故障f 2的切除㊂由此2组案例比较,可以说明融合运行方式与故障信息对保护策略的改进作用㊂为了进一步分析不同类型分布式电源接入位置情况下算法的灵活性,本文变换同步机型分布式电源(T D G )和逆变型分布式电源(N D G )位置,如图3所示,其中K ㊁F ㊁J ㊁Q ㊁R ㊁S 虚线部分为不同类型分布式电源可能接入位置㊂在f 1㊁f 2和f 3等不同故障点故障时,参与故障隔离操作的开关组合情况如表1所示㊂S ″S ′f 2f 1f 3SD A B CE G I HJ QF DG MN O P KDGDG DG DGRL DGS图3㊀不同分布式电源接入情况F i gu r e 3㊀A c c e s s s i t u a t i o n t od i f f e r e n t d i s t r i b u t e d p o w e r s o u r c e s表1㊀不同接入情况下参与隔离操作的开关组合T a b l e 1㊀S w i t c hc o m b i n a t i o n s i n v o l v e d i n t h e i s o l a t i o no pe r a t i o nu n d e r d if f e r e n t a c c e s s c o n d i t i o n s D G 接入位置T D G N D G故障时开关组合f 1f 2f 3K F ㊁JS ㊁K ㊁B B ㊁F ㊁E I ㊁J K Q ㊁JS ㊁K ㊁B B ㊁EI ㊁J J F ㊁K S ㊁K ㊁B B ㊁F ㊁G I ㊁J JQ ㊁KS ㊁K ㊁B B ㊁G ㊁QI ㊁J J ㊁K F ㊁QS ㊁K ㊁BB ㊁F ㊁G ㊁QI ㊁J5.2㊀保护出口时序动态优化在文5.1中的故障网络拓扑分析基础上,分析保护的出口时序配合范围㊂当故障发生在f 1上时,对于下行方向的保护时序定值,参考保护的动作输出P d o w n,有开关A ㊁K ㊁S 需进行时序整定㊂进一步考虑开关是否具备故障隔离操作条件S ^,则开关A 被排除在时序配合范围外㊂综合以上考虑,针对f 1处故障,下行方向上只需要完成开关S 与K 的95Copyright ©博看网. All Rights Reserved.电㊀㊀力㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀与㊀㊀技㊀㊀术㊀㊀学㊀㊀报2022年3月时序整定,即开关S㊁K将在Δt的时间内快速动作㊂对于上行方向的保护定值时序,参考保护动作输出P u p,由开关B㊁C㊁E给出故障判断结果㊂进一步考虑开关是否具备故障隔离操作条件S^,由于开关B㊁C㊁E均具备条件,上行方向上的保护动作时序定值将由此3个开关共同决定,而不需要计及其他开关的配合关系㊂因此,根据故障时下行和上行的保护定值的分析,保护的时序定值结果为T=㊀A㊀㊀B㊀㊀C㊀㊀D㊀㊀E㊀㊀F㊀㊀G㊀H㊀I㊀㊀J㊀㊀K㊀㊀L㊀S[ɕΔt2Δtɕ3ΔtɕɕɕɕɕɕΔtΔt]从保护定值的时序定值结果可知,保护的动作时序不再需要考虑线路全长的各级保护单元,保护动作时序可以得到尽可能大的缩小,与此同时,还兼顾了开关的动作特性㊂5.3㊀重合闸的效益判断假设重合闸时间为ΔT1=2s,转供完成时间为ΔT2=60s,检修时长为ΔT3=5400s,瞬时故障发生概率为2%㊂当故障位于f2处,故障发生时将动作于开关B㊁F㊁E,如不采取重合闸措施或重合闸失败,则动作开关C㊁E将故障隔离,并合上开关B,Sᶄ恢复系统供电㊂因此,当故障发生在f2时,可以预先计算出ΔI m a i n t a i n=I L D_d o w nS -I L D_d o w nB+I L D_d o w nE=I L DH+I L DLΔI r e c o v e r=ΔI u p r e c o v e r+ΔI d o w n r e c o v e r=I L D D+I L D L+I L D H 分析采取重合闸策略将造成负荷损失时长达到H y=1176.8A㊃s;不采取重合闸策略将造成负荷损失时长达到H n=1160A㊃s㊂因此,当故障发生在f2处时,可以判断不采取重合闸策略将得到更好的复电效益㊂当故障位于f3处,故障发生时将首先动作于断路器I㊁J㊂因此,当故障发生在f3时,可以预先计算出:ΔI m a i n t a i n=I L D_d o w nS-I L D_d o w nI =I L DD+I L DLΔI r e c o v e r=ΔI u p r e c o v e r+ΔI d o w n r e c o v e r=I L D D+I L D L分析采取重合闸策略将造成负荷损失时长达到H y=105840.8A㊃s;不采取重合闸策略将造成负荷损失时长达到H n=108000A㊃s㊂因此,故障发生在f3时可以判断采取重合闸策略将得到更好的复电效益㊂从不同故障情况下负荷损失结果的分析可以看出,不同故障点分布将得到不同的重合闸选择,这意味着融合故障信息可以避免重合闸选择的盲目性,取得更好的保护效果㊂6㊀结语为充分发挥运行方式与故障信息在配电网继电保护策略中的优化作用,本文设计了继电保护策略两级优化方法㊂首先,基于运行方式实现保护故障辨识环节的动作定值整定,以取得故障辨识信息;然后,根据故障信息实现出口决策环节的优化整定㊂在所述分析方法的辅助下,配电网保护能够取得以下效果:1)配电网保护能够基于故障网络拓扑分析,判断开关与故障点及电源的串联关系,兼顾负荷开关动作能力获得合理的故障隔离策略;2)配电网保护能够根据保护出口配合分析,缩小保护的配合范围,进而缩小保护的出口时限; 3)配电网保护能够根据不同故障点的重合闸效益分析,给出是否采取重合闸以获得更好的保护效果㊂参考文献:[1]杨亘烨,孙荣富,丁然,等.计及光伏多状态调节能力的配电网多时间尺度电压优化[J].中国电力,2022,55(3):105-114.Y A N G G e n y e,S U N R o n g f u,D I N G R a n,e ta l.m u l t i t i m es c a l er e a c t i v e p o w e ra n dv o l t a g eo p t i m i z a t i o no f d i s t r i b u t i o n n e t w o r k c o n s i d e r i n g p h o t o v o l t a i c m u l t i s t a t e r e g u l a t i o nc a p a b i l i t y[J].E l e c t r i cP o w e r,2022,55(3):105-114.[2]王珊珊,吕飞鹏,张国星.含分布式电源多点接入的配电网新型纵联保护[J].电测与仪表,2020,57(4):49-54.WA N GS h a n s h a n,L V F e i p e n g,Z HA N G G u o x i n g.N e w l o n g i t u d i n a l p r o t e c t i o n o f d i s t r i b u t i o n n e t w o r k w i t h m u l t i-p o i n t a c c e s so fd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n[J].E l e c t r i-c a lM e a s u r e m e n t&I n s t r u m e n t a t i o n,2020,57(4):49-54.[3]喻恒凝,黄力,张思东,等.分布式光伏和电动汽车接入06Copyright©博看网. 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电力技术应用基于强化学习的电力通信网路由配置优化方法1，温树峰1，王甜甜1，陈泱吟国网电力科学研究院有限公司实验验证中心，江苏南京210000；2常规电力通信网路由的配置优化方法费时费力且效果不佳，因此提出基于强化学习的电力通信网路由配置优化方法。
设计中先根据虚拟路由器冗余协议来提升专线利用率，以实现出口流量的负载均衡。
在此之后进行基于强化学习动态权重优化策略的制定，将业务量大的流量端所经过的链路权重变小，根据动作离散化提升神经网络策略的更新效率，实现电力通信网的路由配置优化。
通过实验证明，提出方法在流量强度分别为0.55 s，配置优化效果较好。
强化学习；电力通信网；配置优化Reinforcement Learning Based Optimization Method for Power Communication NetworkRouting Configuration, WEN Shufeng1, WANG Tiantian.Experimental and Verification Center of State Grid Electric Power Research Institute Co., Ltd., Nanjing.Bestlink Technologies Co., Ltd., Nanjing的多线导出，达到流量出口在进行配置优化时的负载均衡。
此外，基于强化学习制定动态权重优化策略。
基于强化学习算法进行电力通信网路由配置优化是通过奖励的长期累计以达到收益最大化。
强化学习中的神经网络是将通信网路由的原始状态信息转化为与长期利益密切相关的形式，经过层层非线性细化，并进一步指导操作状态空间，其中包含完全筛选的路由相关信息。
状态信息表示的时间越短，神经网络就越容易学习如何处理它并在决策之间建立相关性。
当使用强化学习来解决问题时，电力通信网路由问题本身结构的状态与其生成动作之间具有较低的相关性，神经网络在强化学习中增加难度，导致电力通信网路由在在强化学习过程中，神经网络必须改进电力通信网的路由信息，使其转化为可操作输出，而提炼的。
微电网运行模式无缝切换控制策略王钢;陈小闽【摘要】微电网作为分布式电源的载体,可以在合理分配分布式电源所产生电能的同时避免其直接与主电网连接所带来的弊端.微电网运行模式间的无缝切换过程直接影响到微电网的安全稳定性与供电可靠性.针对微电网由孤岛转为并网时的切换过程,基于基尔霍夫定律进行推导得到逆变器相关变量间的数学关系,构建三相负荷不对称条件下微电网逆变器由独立运行转为并列运行的动态优化数学模型.利用基于Radau配置的动态优化算法对该模型进行离散化,并将优化时间段分成若干区间,在区间上通过正交配置法确定配置点,继而获得每个配置点上的优化结果.通过MATLAB进行仿真求解,得到了控制变量的最优控制轨迹.%As the carrier of the distributed generation,micro grid can avoid the disadvantages of the direct connection with the main power grid while the power generated by the distributed generation is reasonably allocted.The seamless switching process between micro grid operation modes directly affects its security,stability and reliability.According to the process of micro grid from the island mode to the grid connected mode,the mathematical relationship between the variables of the inverters is obtained based on Kirchhoff's law,and the mathematical model of the micro grid inverters with unbalanced three-phase load from island mode to grid connected mode is constructed.The model is a dynamic optimization one,and the dynamic optimization algorithm based on Radau configuration method is used to discretize it,and the optimization time is divided into several intervals.The collocation points at each interval are determined by theorthogonal collocation method,and then the optimization results at each configuration point are obtained.The optimal control trajectories of the control variables are obtained by MATLAB.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】8页(P93-100)【关键词】微电网;无缝切换;动态优化;Radau配置;逆变器【作者】王钢;陈小闽【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TM714.10 引言随着分布式发电的发展，微电网作为其应用的主要平台受到了广泛的关注。
