含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统，包括：通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；构建N‑1安全约束条件；根据N‑1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案。上述方法及系统充分考虑各类故障类型、多端口电力电子变压器灵活的转供能力以及电力电子变压器之间的直流互联作用，评估在各自转供方式下满足N‑1安全校验下的中压配电网最大供电能力，可有效指导电网的后期升级改造。

【技术实现步骤摘要】
含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统
本专利技术涉及电力系统配电网规划领域，更具体地，涉及一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统。
技术介绍
传统的交流变压器常用来能够实现不同电压等级母线的互联，并不能满足未来电网对设备灵活可控、智能集成、高质量供电的要求。多端口电力电子变压器的应用能够有效实现多电压等级转换、直流互联、交直流混联等功能，支撑对直流负载、直流电源的即插即入，实现配电网合环运行与开环运行的灵活切换。配电网作为电力系统末端与用户直接相连，其供电能力的评估是作为衡量负荷供载能力的重要指标。由于10kV以下配电网中存在大量联络开关，负荷转供关系较为复杂，目前供电能力的研究多集中于中压配电网。中压配电网供电能力评估通常忽略网损和电压损耗，忽略电压降是由于目前经过改造和新建的城市配电网线路长度往往较短，电压降较小，且还可以通过无功补偿设备进一步调节，因此电压约束可忽略或近似考虑；忽略网损是由于模型中的馈线出口负荷，已经包含了网损，因此仅需要考虑容量约束条件。然而，传统中压配电网的供电能力评估中，通常仅考虑馈线N-1故障的转供和主变N-1故障的转供情况，引入多端口电力电子变压器后，中压配电网中的能量流就存在多种形式，多端口电力电子变压器可通过调节内部各个端口的电压范围，完成内部直流母线功率的平衡分配，从而可利用电动汽车、储能等设备支撑本地负载供电，也可通过电力电子变压器之间通过直流互联，实现功率转移，保证负荷供电。现有中压配电网供电能力评估，缺少针对考虑多端口电力电子变压器装置的电网N-1安全校验过程中缺乏完整的故障分析以及对灵活转供策略的考虑，最大用电能力(TotalSupplyCapability，TSC)求解模型中N-1约束条件有待进一步完善。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种充分考虑各类故障类型、多端口电力电子变压器灵活的转供能力以及电力电子变压器之间的直流互联作用，评估在各自转供方式下满足N-1安全校验下的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，包括：通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；构建N-1安全约束条件；根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，其中，所述构建构建N-1安全约束条件的步骤包括：对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。优选地，所述联络关系矩阵包括表示各电力电子变压器之间联络关系的电子电力变压器联络矩阵、表示馈线联络关系的馈线联络矩阵；所述容量约束矩阵包括表示电力电子变压器各端口容量可调范围的端口容量约束矩阵、馈线容量矩阵、表示馈线连接的分布式资源可调范围的分布式资源约束矩阵、电压调节约束矩阵和电流调节约束矩阵。优选地，所述根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析的步骤包括：将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。进一步，优选地，所述将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束的步骤包括：通过下式(2)构建的端口负荷分配等式约束其中，Si,n,x为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线所带所带负荷量；通过下式(3)构建馈线负荷分配等式约束其中，表示不可转出去的负荷，表示第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线转到第j台电力电子变压器第m个端口第y条馈线的总负荷；通过下式(4)构建端口-端口负荷转带等式约束其中，表示第i台电力电子变压器第n个端口转到第j台电力电子变压器第m个端口的总负荷；根据下式(5)构建电力电子变压器内部母线的直流潮流平衡约束，其中，Vi是第i台电力电子变压器输入级末端电压，Vi，*为各端口的输入电压，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量，Vi,DC_LINK为为直流互联端口电压。此外，优选地，所述将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束的步骤包括：通过下式(6)构建表示表示电力电子变压器内部各端口的电压、电流调节范围约束的第一不等式约束其中，Vi,*,min为各端口的最小输入电压，Vi,*,max为各端口的最大输入电压；通过下式(7)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第二不等式约束其中，Ii,*,min为各端口的最小输入电流，Ii,*,max为各端口的最大输入电流；通过下式(8)构建表示各类分布式资源的可调范围约束的第三不等式约束Si,n,x,min≤Si,n,x≤Si,n,x,max(8)其中，Si,n,x,min为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最小负荷，Si,n,x,max为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线的最大负荷；通过下式(9)构建表示电力电子变压器的直流互联端口的传输功率约束的第四不等式约束其中，Si,DC_LINK,min为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最小容量，Si,DC_LINK,max为第i台电力电子变压器通过直流互联线路传输的最大容量；通过下式(10)构建表示N-1故障时馈线的容量约束的第五不等式约束通过下式(11)构建表示N-1障时端口的容量约束的第六不等式约束通过下式(12)构建表示N-1故障时主变的容量约束的第七不等式约束其中，α表示第j台电力电子变压器接受故障第i台电力电子变压器转移负荷后，不超过第j台电力电子变压器的α倍额定容量。根据本专利技术的另一个方面，提供一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析系统，包括：联络关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，包括：通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；构建N‑1安全约束条件；根据N‑1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，其中，所述构建构建N‑1安全约束条件的步骤包括：对含电力电子变压器的中压配电网N‑1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N‑1故障包括：第一故障，负荷馈线N‑1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N‑1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N‑1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N‑1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；建立含电力电子变压器的中压配电网N‑1校验流程，包括：中压配电网未通过N‑1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N‑1校验；当中压配电网未通过N‑1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N‑1校验；中压配电网未通过N‑1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N‑1校验。...

【技术特征摘要】
1.一种含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，包括：通过中压配电网规划方案中各馈线和各电力电子变压器的联络关系，生成联络关系矩阵；通过中压配电网中设备的运行可调容量约束条件，生成容量约束矩阵；构建N-1安全约束条件；根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析，获得最佳中压配电网规划方案，其中，所述构建构建N-1安全约束条件的步骤包括：对含电力电子变压器的中压配电网N-1故障类型及负荷转供策略进行分类，所述中压配电网的N-1故障包括：第一故障，负荷馈线N-1故障；第二故障，电力电子变压器本地端口内分布式电源N-1故障；第三故障，电力电子变压器输入级端口N-1故障；第四故障，电力电子变压器某输出端口N-1故障；第五故障，电力电子变压器故障；所述负荷转供策略包括：第一策略，通过本地电力电子变压器的内部直流母线进行功率平衡；第二策略，负荷通过联络开关转供到其他电力电子变压器端口下；建立含电力电子变压器的中压配电网N-1校验流程，包括：中压配电网未通过N-1校验，存在第一故障时，采用第一策略或第二策略进行调整，直到通过N-1校验；当中压配电网未通过N-1校验，存在第二故障或/和第三故障时，采用第一策略进行调整，直到通过N-1校验；中压配电网未通过N-1校验，存在第四故障或/和第五故障时，采用第二策略进行调整，直到通过N-1校验。2.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述联络关系矩阵包括表示各电力电子变压器之间联络关系的电子电力变压器联络矩阵、表示馈线联络关系的馈线联络矩阵。3.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述容量约束矩阵包括表示电力电子变压器各端口容量可调范围的端口容量约束矩阵、馈线容量矩阵、表示馈线连接的分布式资源可调范围的分布式资源约束矩阵、电压调节约束矩阵和电流调节约束矩阵。4.根据权利要求1所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述根据N-1安全约束条件、联络关系矩阵以及容量约束矩阵对中压配电网的最大供电能力进行分析的步骤包括：将所有电力电子变压器所带的负荷之和作为目标函数根据下式(1)构建中压配电网最大供电能力求解模型，其中，Ω为电力电子变压器的集合，Φ(i)为第i台电力电子变压器的端口集合，Si为该台电力电子变压器的所带负荷量，Si,n表示该台电力电子变压器第n个端口所带负荷量，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量；将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束；将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电网最大供电能力求解模型的不等式约束。5.根据权利要求4所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述将电力电子变压器和馈线的转带负荷作为中压配电网最大供电能力求解模型的等式约束的步骤包括：通过下式(2)构建的端口负荷分配等式约束其中，Si,n,x为第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线所带所带负荷量；通过下式(3)构建馈线负荷分配等式约束其中，表示不可转出去的负荷，表示第i台电力电子变压器的第n个端口的第x条馈线转到第j台电力电子变压器第m个端口第y条馈线的总负荷；通过下式(4)构建端口-端口负荷转带等式约束其中，表示第i台电力电子变压器第n个端口转到第j台电力电子变压器第m个端口的总负荷；根据下式(5)构建电力电子变压器内部母线的直流潮流平衡约束，其中，Vi是第i台电力电子变压器输入级末端电压，Vi，*为各端口的输入电压，Si,DC_LINK为该电力电子变压器通过直流互联线路传输的容量，Vi,DC_LINK为为直流互联端口电压。6.根据权利要求4所述的含电力电子变压器的中压配电网供电能力分析方法，其特征在于，所述将满足柔直容量、馈线N-1、主变N-1的条件作为中压配电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，万宇翔，张宸宇，田立亭，黄强，
申请(专利权)人：清华大学，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11