一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法和系统，该方法包括如下步骤：(1)分析FMS运行特性与控制保护策略，建立FMS稳态运行的数学模型；(2)针对馈线单相接地故障，分析故障后FMS的暂态运行特性；(3)基于对连锁故障有影响的四种不确定性因素，分别进行建模，获得负荷及分布式电源出力模型、设备故障模型、设备故障时刻模型和保护整定与测量误差模型；(4)根据所述模型，通过优化潮流计算，确定连锁故障的发生概率和DG风险。该方法和系统可控制连锁故障发生概率，减轻故障后果同样可以降低风险。其针对敏感负荷集中的区域，可以采用提高备用容量，合理规划系统结构等措施，确保系统安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法和系统
本专利技术涉及配电网可靠性领域，特别涉及一种涉及柔性多状态开关接入柔性配网后多种不确定因素导致的连锁故障风险评估方法和系统。
技术介绍
随着能源变革的持续推进，大量分布式电源接入配电网，导致电网状态和电能质量恶化，而经济的快速发展对供电可靠性也提出了更高的要求，需要不间断供电的负荷数量日趋增长，同时电动汽车、电采暖和灌溉负荷的增加，大大降低了配电网设备利用效率。传统配电网为应对上述问题，通常采用分而治之的方法，会导致配电系统更加复杂，而且改进程度具有技术局限性。柔性多状态开关(FlexibleMulti-stateSwitch,FMS)应用在配电网中替代传统的联络开关，形成闭环供电的柔性互联系统，在故障下可实现对重要用户不间断供电，其连续调节潮流的功能可以有效应对分布式电源并网带来的电压波动、馈线潮流不平衡等问题，成为一种综合解决方案。然而，电力电子设备大多对过电流耐受能力不高，在电网故障后有可能引发IGBT等元件损坏，扩大停电范围；同时，全控型器件的大量使用，控制系统日趋复杂，增大了系统内各设备协调控制的难度，换流器设备的调制和保护功能也提高了对通信设备可靠性的要求。柔性设备的引入使得配电网各个环节相互耦合，有可能增大故障停运的风险，如何保证系统安全稳定运行成为目前推广和应用FMS的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种涉及柔性多状态开关接入柔性配网后多种不确定因素导致的连锁故障风险评估方法和系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，该方法包括如下步骤：(1)分析FMS运行特性与控制保护策略，建立FMS稳态运行的数学模型；(2)针对馈线单相接地故障，分析故障后FMS的暂态运行特性；(3)基于对连锁故障有影响的四种不确定性因素，分别进行建模，获得负荷及分布式电源出力模型、设备故障模型、设备故障时刻模型和保护整定与测量误差模型；(4)根据所述模型，通过优化潮流计算，确定连锁故障的发生概率和DG风险。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，所述步骤(1)中建立的数学模型为：其中，usj为网侧等效交流电压源，j＝a、b、c；RT为换流变压器等效电阻，LT为换流变压器等效电抗；Rarm为MMC桥臂等效电阻，Larm为MMC桥臂等效电抗；ua、ub、uc为各相基波电压；isa为a相电源侧电流，isb为b相电源侧电流，isc为c相电源侧电流。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，所述步骤(2)中，在交流测馈线故障后，是否完成交流故障穿越与换流器控制和保护系统的配合有关；在控制器性能一定的情况下，故障电流抑制效果与故障初始值有关，保护系统性能与受测量和整定误差有关。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，所述步骤(3)中，四种不确定性因素为：负荷和分布式电源的随机性和波动性、设备故障的发生概率、设备故障的发生时刻和整定与互感器测量存在的误差。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，所述步骤(4)中，连锁故障的发生概率为：P(A)＝P(D|C)·P(C|B)·P(B)其中，记事件A＝{含FMS柔性配网发生连锁故障}，B＝{1端MMC所连交流馈线发生单相接地短路故障}，C＝{故障侧MMC闭锁或直流母线保护误动}，D＝{节点电压越限}；P(B)为事件B的概率，P(C|B)为在B条件下事件C的概率，P(D|C)为C条件下事件D的概率。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，所述步骤(4)中，还计算连锁故障的切除负荷，所述连锁故障的切除负荷和DG风险的计算公式为：其中，PLi为每次连锁故障发生后切除负荷的最小容量，PDGi为每次连锁故障发生后切除DG的最小容量，MD为切除负荷和DG的次数。一种柔性配电系统连锁故障风险评估系统，该系统包括：FMS稳态运行模块，用于分析FMS运行特性与控制保护策略，建立FMS稳态运行的数学模型；FMS暂态运行模块，用于针对馈线单相接地故障，分析故障后FMS的暂态运行特性；不确定性因素建模模块，用于基于对连锁故障有影响的四种不确定性因素，分别进行建模，获得负荷及分布式电源出力模型、设备故障模型、设备故障时刻模型和保护整定与测量误差模型；和风险指标计算模块，用于根据所述模型，通过优化潮流计算，确定连锁故障的发生概率和DG风险。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估系统，该系统还包括优化潮流计算模块，用于计算得到系统运行状态参数，并将所述系统运行状态参数输入至所述FMS暂态运行模块中。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估系统，该系统还包括保护误动模块，用于判断保护误动情况，并将结果输入至所述风险指标计算模块。进一步的，所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估系统，所述不确定性因素建模模块执行如下抽样步骤：(1)利用所述优化潮流计算模块计算得到系统运行状态参数，记录各节点电压；(2)若线路发生单相接地故障，执行步骤(3)，否则执行步骤(1)，且抽样次数+1；(3)若故障后保护误动，执行步骤(4)，否则执行步骤(1)，且抽样次数+1；(4)若保护误动引起节点电压越限，执行步骤(5)，否则执行步骤(1)，且抽样次数+1；(5)计算第i次连锁故障的负荷和DG的最小切除容量，并记录抽样总数；(6)若抽样总数为设定值，结束抽样，计算风险指标，否则执行步骤(1)。本专利技术的优点与效果是：本专利技术提供的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法和系统，其建立了连锁故障风险评估指标，分别提出连锁故障的发生概率和风险计算方法，可通过优化调度实现不同馈线之间的负荷均衡，降低网络损耗、提高设备利用效率和新能源的消纳能力。该方法和系统还可控制连锁故障发生概率，减轻故障后果同样可以降低风险。其针对敏感负荷集中的区域，可以采用提高备用容量，合理规划系统结构等措施，确保系统安全稳定运行。附图说明图1为FMS在配电网中的典型接线模式和物理结构图；图2为MMC等效电路图；图3为FMS的定PQ模式控制框图；图4为FMS的定PV模式控制框图；图5为FMS的保护和控制系统响应时间图；图6为连锁故障反应示意图；图7为分布式电源接入配电网中某一馈线示意图；图8为双平台联合仿真示意图；图9为锁故障风险指标评估流程图；图10为改进33节点算例图；图11为算法收敛性分析图；图12为单相接地故障后A向换流器桥臂电流示意图；图13为连锁故障概率随故障位置变化趋势；图14为连锁故障概率随DG渗透率变化趋势。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)分析FMS运行特性与控制保护策略，建立FMS稳态运行的数学模型；/n(2)针对馈线单相接地故障，分析故障后FMS的暂态运行特性；/n(3)基于对连锁故障有影响的四种不确定性因素，分别进行建模，获得负荷及分布式电源出力模型、设备故障模型、设备故障时刻模型和保护整定与测量误差模型；/n(4)根据所述模型，通过优化潮流计算，确定连锁故障的发生概率和DG风险。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)分析FMS运行特性与控制保护策略，建立FMS稳态运行的数学模型；
(2)针对馈线单相接地故障，分析故障后FMS的暂态运行特性；
(3)基于对连锁故障有影响的四种不确定性因素，分别进行建模，获得负荷及分布式电源出力模型、设备故障模型、设备故障时刻模型和保护整定与测量误差模型；
(4)根据所述模型，通过优化潮流计算，确定连锁故障的发生概率和DG风险。


2.根据权利要求1所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中建立的数学模型为：



其中，
usj为网侧等效交流电压源，j＝a、b、c；RT为换流变压器等效电阻，LT为换流变压器等效电抗；Rarm为MMC桥臂等效电阻，Larm为MMC桥臂等效电抗；ua、ub、uc为各相基波电压；isa为a相电源侧电流，isb为b相电源侧电流，isc为c相电源侧电流。


3.根据权利要求1所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在交流测馈线故障后，是否完成交流故障穿越与换流器控制和保护系统的配合有关；在控制器性能一定的情况下，故障电流抑制效果与故障初始值有关，保护系统性能与受测量和整定误差有关。


4.根据权利要求1所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中，四种不确定性因素为：
负荷和分布式电源的随机性和波动性、设备故障的发生概率、设备故障的发生时刻和整定与互感器测量存在的误差。


5.根据权利要求1所述的一种柔性配电系统连锁故障风险评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中，连锁故障的发生概率为：
P(A)＝P(D|C)·P(C|B)·P(B)
其中，记事件A＝{含FMS柔性配网发生连锁故障}，B＝{1端MMC所连交流馈线发生单相接地短路故障}，C＝{故障侧MMC闭锁或直流母线保护误动}，D＝{节点电压越限}；P(B)为事件B的概率，P(C|B)为在B条件下事件C的概率，P(D|C)为C条件下事件D的概率。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘文霞，薛俞，杨艳会，李月乔，富梦迪，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11