有源配電網的全象限安全域研究

孟繁淞 嚴雪松 張 捷

（國網天津市電力公司客戶服務中心，天津300000）

0 引言

隨著社會和經濟發展不斷深入，環境污染和能源使用安全性問題亟待解決，配電系統中可再生能源的并網成為重要發展趨勢。因此，有必要找到電力系統安全運行的邊界，從而保障可再生能源的高比例并網[1]。

本文提出了全象限配電安全域（TQ-DSSR），將安全域從第Ⅰ象限延伸至四個象限，相應的數學模型及算法產生巨大的變化，需在現有模式下，擴充更新安全域整個理論架構體系[2-3]。

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

1 有源配電網的N-1安全約束

在全新運行的拓撲結構中，PB,i（k）為線路Bi的功率，Ωk（B,i）為線路Bi的匯總節點處。該公式是指，當元器件ψk因意外不運行后，任何一條線路的容量都要大于等于下游所有節點的功率值。

（2）N-1主變的容量約束：

元器件N-1以后，有源配電網需重新建立全新運行的拓撲結構，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：

在全新運行的拓撲結構中，PT,i（k）代表主變壓器Ti的功率，Ωk（T,i）則代表主變壓器Ti的匯總節點。該公式是指，當ψk不參與運行后，任何一個主變壓器i容量都要大于等于下游所有節點的功率值。

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

2 有源配網的全象限安全域模型

TQ-DSSR是指一個集合，在該集合的狀態空間里，包含正常運行條件下的工作點以及N-1安全準則的工作點。根據公式（1）和（2），TQ-DSSR模型可用公式（3）表示：

根據上式可知，和傳統的DSSR相比，TQ-DSSR數學模型的特征具體表現在以下兩點：一是該公式含有絕對值，有源配電網的安全運行邊界可以在四個象限；二是狀態空間狀態量需涵蓋所有四個象限[7-8]。

3 算例驗證與分析

3.1 算例驗證結果

通過平面二維可視化研究TQ-DSSR。按照上述TQ-DSSR模型給定邊界運行方程，確定兩個變量，保持其余量不變，將方程顯示在坐標系里。可以發現，該模型有四種圖案，三角形、長方形、梯形以及五邊形。

五邊形如圖1所示。

圖1 有源配網（TQ-DSSR）截面：五邊形

通過修改PDG,1、PL,4數值，平行移動灰色線條依次可得梯形、矩形和三角形。

3.2 安全性質

根據四種圖案，深入研究全象限安全域的運行規律，如最安全運行位置在哪，工作點在平面位置的變化與其安全性的變化規律。

傳統配電網的安全運行最佳點是原點，即不帶負荷的點，然而，有源配電網的原點不是其安全運行的最佳點。如圖1所示，顯而易見，原點距灰色線的安全運行界限并非最長。

圖2TQ-DSSR最安全點分析

圖2 中，取左下角點O′（0，-0.4），再取點O″。工作點從點O′運行至點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，有源配電網的安全運行點是DG滿發、負荷空載的運行點[9]。

安全性理論不僅適用于傳統配電網，也同樣適用于有源配電網。安全性單調減性是指運行安全性隨著負荷變大而降低[10]。

4 結語

本文通過提出TQ-DSSR模型，證明了有源配電網和潮流有反向關系，為深入探究微網、儲能打下了堅實基礎。

通過研究TQ-DSSR的平面運行圖，可總結出TQ-DSSR有如下幾個特點：

（1）與傳統的配電網相比，TQ-DSSR已經從第Ⅰ象限延伸擴展為任一象限。

（2）TQ-DSSR運行平面可能是五邊形、梯形、矩形或者三角形。

（3）有源配電網的安全運行點是DG滿發、負荷空載的運行點。

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