输配协同背景下配网态势快速感知

1、智能配网作为智能电网不可分割的一部分，正朝着具备灵活、可靠、高效的配电网网架结构、高可靠性和高安全性的通信网络、高渗透率的分布式电源接入、配电系统的快速仿真和自愈 控制的总体方向和总体目标发展。分布式发电以及新能源发电的持续并入，使得智能配网呈 现更加灵活多变的趋势，输电网与配电网的联系日益紧密，若缺乏对输配电网运行的协同管 理，电网运行的经济性、安全性就很难得到保证，甚至可能出现十分严重的停电事故。因此， 输配协同分析是保证电网经济性和安全运行的重要手段。电网态势感知是掌握电网运行轨迹的重要技术手段，通过对广域时空范围内涉及电网运行变 化的各类要素的采集、理解与预测，力求准确有效地掌握电网的

2、安全态势，使得电网的安全 管理从被动变为主动。随着智能配网的发展和建设，系统运行的不确定性因素增多，需进行 安全态势评估的未来不确定场景数目将呈指数增长，为满足智能配网态势掌控和控制决策的 实时要求，迫切需要研究输配协同背景下配网态势快速感知的方法，实现输配协同电网运行 状态发展趋势的准确预判与发展过程的全面掌控，为各类不确定场景下的态势安全评估与预 防控制奠定技术基础。本文结合本课题组最新提出的广域量测戴维南等值参数辨识方法，提出了输配协同背景下配 网态势感知的新方法，该方法具备良好的计算速度和精度，并可用于输配协同框架下的态势 感知和态势利导，通过评估配网的电压稳定安全态势说明所提方法在态

3、势感知方面的应用。输配协同态势感知现有方法剖析：对输配协同配网态势的感知，目前主要分析方法是基于主从分裂理论的全局统一潮流方法 （下文简称主从法）。该方法基本思想如图1所示，在进行输电网状态计算时将配网等值为PQ 节点，PQ节点的值为配网向输电网交互的功率信息，初始值一般为配网的净负荷功率，然 后用快速分解法计算输电网状态获得边界节点的电压，再将电压信息传递到配网的根节点， 利用前推回带法计算配网状态并更新配网向输电网交互的功率信息，如此反复迭代多次直至 收敛。输i电制流方程；：p：囹L主从法不宣圈该方法计算精度高，克服了传统方法输电侧和配电侧边界功率失配和电压失配的问题，但是 需主从迭代多次

4、才能达到收敛，导致在应用于规模较大电网或包含不确定场景数目较多的分 析计算时速度欠优，将主从法直接应用于输配协同配网的实时态势感知仍存在一定困难。输配协同配网态势快速感知方法： HYPERLINK 1基本思想主从法中配网与输电网不断交互迭代信息是产生速度瓶颈的主要原因，本文借鉴戴维南等值 的基本思想，把输配协同电网中的输电网部分做戴维南等值，再用前推回带法感知配网的态 势，可省去输电侧和配电侧边界节点信息的交互迭代，从而可提高配网态势感知速度。基于 此，本文提出基于输电系统戴维南等值的输配协同配网态势感知方法，具体思想如下。在配网与输电网交界节点处对输电网进行戴维南等值，将等值后的输电网与配网

5、模型拼接， 再按配网传统的前推回带方法对配网进行态势感知，如图2所示：配电 网配电 网图2呈丁能维南等信酣网态劈感诅示锢利用戴维南等值进行输配协同配网态势感知时，首先将配网等值为PQ节点，为省去输配信 息多次交互的过程，要求该PQ节点功率信息与主从法计算的最终结果接近，因此需首先准 确预估配网向输电网交互的功率信息，然后对输电网进行戴维南等值后，将等值获得的戴维 南等值电势和阻抗接入配网的根节点，如图2所示，再直接采用前推回带法感知配网态势， 省去了主从法中输配电网不断交互边界信息的过程，显著提高了输配协同背景下配网态势感 知的速度。2输配电网交互功率的准确预估方法输配电网间的交互功率的准确预

6、估是保证配网态势感知结果可靠的前提。对配网，其功率主 要由两部分构成，一部分是各母线节点连接的负荷消耗的功率，对含分布式电源的配网，可 将分布式电源节点处理为倒送负荷的PQ节点；另一部分为配网功率损耗。本文定义修正损 耗，用修正损耗替代预估场景下的准确配网损耗，其值与配网实际损耗偏差不大，且计算简 单快速。修正损耗的计算过程如下：1）将预估配网所连PQ节点的注入功率设为当前运行状态的配网损耗与预估配网负荷净功 率之和，用快速分解法进行潮流计算预估输电网状态，再计算配网根节点处的戴维南等值参 数；2）将戴维南等值参数接入配网根节点，如图2所示，再用前推回带法计算配网损耗，该损 耗即为修正损耗。由

7、于配网损耗在配网负荷中占比例较小，进行一次输配交互得到的修正损耗与实际损耗的已 十分接近，因此，对输配协同电网进行一次信息交互即可得到满足工程应用精度的配网损耗。 通过IEEE3机9节点输电网系统搭配IEEE33节点配网系统进行仿真，本文所提方法与主从法 计算结果基本一致，其中电压幅值最大相对误差仅1.5507e-4%，电压相角的最大绝对误差 为0.0024%，但在相同计算环境下，本文所提方法仅用时0.53秒，而主从法用时1.25秒。 HYPERLINK 因此，本文所提方法与主从法结果在同一精度水平，计算速度相对主从法有明显提升。基于广域量测的戴维南等值参数辨识新方法：本文所提输配协同背景下配

8、网态势感知的技术前提是精确快速的戴维南等值参数辨识方法， 本部分简单介绍课题组前期工作的一个重要成果:基于广域量测的戴维南等值参数辨识新方 法。其核心思路是将单一状态断面下的负荷等效为负荷阻抗，修正系统的导纳阵，基于节点电压 方程求取节点的开路电压，进而获得全部等值参数。该方法的提出不仅避免了基于局域量测 戴维南等值方法的参数时变与漂移问题，也较以往基于广域量测戴维南等值方法具备更高的 辨识精度，同时该方法可以计及发电机无功越限或调控措施对戴维南等值参数的影响。输配协同配网静态电压稳定安全态势评估：随着智能配网的发展，分布式电源、新能源大量接入配网，导致配网状态频繁波动，时刻威 胁着配网的静态

9、电压稳定。目前已有相关文献研究大多侧重于系统当前状态的稳定评判，实 际上节点电压稳定程度不仅与当前状态得到的电压稳定指标大小有关，还与扰动后电压稳定 指标态势轨迹变化的程度相关，因此需密切关注节点静态电压稳定的态势以防发生电压失稳。 在前文介绍的输配协同配网态势快速感知方法的基础上，本文提出评估输配协同配网静态电 压稳定态势的方法。戴维南等值方法多用于电力系统静态电压安全稳定的在线评估，在戴维南等值基础上提出的 局部指标，如阻抗模裕度指标，是在线监测系统最大传输能力并判断系统电压稳定薄弱节点 有效方法之一。用负荷阻抗模裕度指标来分析节点电压稳定态势时，由于各节点对应指标随 系统状态的变化具有不

10、同的裕度指标轨迹，仅关注当前状态下各节点对应的指标大小容易错 误判断电压稳定薄弱节点，导致对节点电压态势的评估与实际情况有偏差。为判断出准确的 电压失稳节点，还需详细分析各节点对应指标的变化轨迹，找到其中更快趋向于失稳的节点， 密切关注其电压态势，为及时采取预防控制措施以防电压失稳奠定基础。本文结合阻抗模裕度指标，通过对未来一段时间内的配网负荷波动进行多步预估，预测配网 各节点静态电压稳定的阻抗模裕度指标轨迹，然后根据轨迹变化趋势评估配网静态电压稳定 态势，具体过程如下：1）对每步负荷波动，计算出对应预估负荷波动下配网状态；2）然后计算对应负荷波动下各配网负荷节点的戴维南等值参数，并获得各负荷

11、节点的阻抗 模裕度指标；3）综合各步负荷波动对应的节点阻抗模裕度指标，即可获得预估时间段内各节点的静态电 压裕度指标轨迹。定义其中轨迹变化较快以及指标过小的节点为电压稳定薄弱节点，严密监 视电压稳定薄弱节点以防发生电压失稳。 HYPERLINK 后续研究展望及工程应用前景：本文所提输配协同背景下配网态势感知方法向实时态势感知技术的实现迈出了重要一步， 可作为研究输配协同框架内各类问题的基础，如研究输配协同预防控制对输配协同电网态势 轨迹的影响，从而寻找最优预防控制策略；也可结合风电等新能源出力概率预测方法，分析 新能源不同接入点和接入方式下对输配协同电网静态电压稳定风险的影响，得到合理的新能 源接入方案；也可以通过对输配协同电网N-1场景的态势进行快速计算等。工程实际中，可首先在配网能量管理系统(DMS)中将接入输电网的配网节点注入功率数据 上传至输电网能量管理系统(EMS)，在EMS中对接有配网的节点进行戴维南等值参数计算， 然后将计算结果下发至各DMS，在DMS中将戴维南等值模型与配网模型拼接，最后在DMS 中用拼接后的新模型快速计算配网波