一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法及装置。其中方法包括如下步骤：步骤1：构建充电变电多功能站系统安全约束模型；步骤2：对充电变电多功能站系统安全约束模型进行简化；步骤3：对简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型进行可视化处理，得到二维截面图像；步骤4：结合二维截面图像，求解负荷安全裕度；步骤5：根据负荷安全裕度评估充电变电多功能站系统运行安全状态。本发明专利技术提出的方法及装置，为以充电变电多功能站为枢纽的城市电网安全可靠运行提供理论基础。市电网安全可靠运行提供理论基础。市电网安全可靠运行提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法及装置


[0001]本专利技术属于变压器运行安全评估
，尤其涉及一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法及装置。

技术介绍

[0002]随着城市规模扩大以及用电需求提升，为保障城市电力供给及城市用电安全，越来越多的变电站深入城区。变电站作为电力系统中电能汇集和分配的关键环节，其主要功能是转换、集中和分配电能，因此变电站通常按照负荷密度规律分布，同时具备交通方便、地质良好的特点。
[0003]随着电动汽车数量快速增长以及用户对充电方便性和快捷性的需求不断提升，大型充电站建设迅速扩张。随之带来的是大型充电站站址资源紧张等问题日益突出。大型充电站的配置往往需要契合城镇规划的要求，考虑城镇交通、道路铺设、负荷密度等因素，因此可以与变电站选址、电网建设紧密结合。
[0004]在土地资源日益紧张的背景下，推动共享型电网发展成为必然趋势。以变电站为基础，利用变电站内电力设备基础设施等资源，建设充电+变电站的多功能站模式很有潜力。利用闲置土地，按照负荷密度布点规律，就近供电减少损耗，不仅缩短施工建设周期，更节省投资成本，有效推进电动汽车充电服务设施的完善。一个方面，充电+变电站模式不仅极大地方便了电动汽车充电的需求，而且节能减排效果十分明显。另一方面，充电站为变电站提供了一定的可控灵活性资源，对变电站进行削峰填谷，减轻变压器负载压力，提高供电可靠性，能够起到重要作用。随着车网互动技术的不断发展，电动汽车未来可作为一种移动储能来提高电网的稳定性和灵活性。
[0005]变压器的负荷安全裕度为在安全约束条件下变压器负荷承受能力极限与运行点负荷的差值。变压器的负荷安全裕度不仅受到自身容量影响，考虑城市电网普遍采用的N
‑
1安全准则，N
‑
1后负荷需要通过馈线转供到对端变压器，因此还受到馈线容量、网络拓扑、变压器容量等的影响，对负荷安全裕度精确分析比较复杂。另外，车网互动为充电变电多功能站提供了主动响应的灵活性，变压器负荷安全裕度会有所增加。在考虑城市电网N
‑
1安全运行准则、以及车网互动为充电变电多功能站带来的主动响应能力的情况下，如何对充电变电多功能站的变压器负荷安全裕度进行评估尚属空白。

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
中指出的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法及装置。
[0007]为实现本专利技术的目的，本专利技术提供的技术方案如下：第一方面本专利技术提供了一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，包括如下步骤：步骤1：构建充电变电多功能站系统安全约束模型，所述充电变电多功能站系统安
全约束模型如下：
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，L=[L1,L2,
···
,L
i
,
···
,L
n
]T
，L为n台变压器的负荷功率向量，T为矩阵的转置；电网中的n台变压器，编号依次为T1，T2，
···
，T
n
，L
i
为变压器T
i
的负荷功率，L
n
为变压器T
n
的负荷功率，L
i
∈R+，R+为正实数集合；1≤i≤n，i∈N，N为自然数集合；联络矩阵B∈R
n
×
n
，E为n
×
n维单位矩阵；K=diag(k1,k2,
···
,k
i
,
···
,k
n
)，K为短时允许过载系数矩阵，k
i
为变压器T
i
的短时允许过载系数，k
n
为变压器T
n
的短时允许过载系数；S=[S1,S2,
···
,S
i
,
···
,S
n
]T
为额定功率矩阵，S
i
为变压器T
i
的额定功率，S
n
为变压器T
n
的额定功率；λ
i
为充电站主动响应后变压器T
i
的负荷最大允许削减率，λ
n
为充电站主动响应后变压器T
n
的负荷最大允许削减率；充电变电多功能站系统安全约束模型为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，， 为与变压器T
i
联络的变压器编号脚标的集合；g(L
i
)=L
i
‑
k
i
×
S
i
，；k
j
为变压器T
j
的短时允许过载系数；S
j
为变压器T
j
的额定功率；L
j
为变压器T
j
的负荷功率；λ
j
为充电站主动响应后变压器T
j
的负荷最大允许削减率，0≤λ
j
≤1；步骤2：对充电变电多功能站系统安全约束模型进行简化，具体如下：对公式（2）中各项不等式取交集，交集包含的不等式为保留的不等式，q为保留的不等式的个数，保留的q个不等式构成简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型；步骤3：对简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型进行可视化处理，得到二维截面图像；步骤4：结合二维截面图像，求解负荷安全裕度；步骤5：根据负荷安全裕度评估充电变电多功能站系统运行安全状态。
[0008]第二方面与上述方法相对应地，本专利技术还提供了一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估装置，包括如下单元：充电变电多功能站系统安全约束模型构建单元、充电变电多功能站系统安全约束模型简化单元、可视化处理单元、负荷安全裕度求解单元、充电变电多功能站系统运行安全状态评估单元；所述充电变电多功能站系统安全约束模型构建单元，用于构建充电变电多功能站系统安全约束模型，所述充电变电多功能站系统安全约束模型如下： (10)其中，L=[L1,L2,
···
,L
i
,
···
,L
n
]T
，L为n台变压器的负荷功率向量，T为矩阵的转置；电网中的n台变压器，编号依次为T1，T2，
···
，T
n
，L
i
为变压器T
i
的负荷功率，L
n
为变压器T
n
的负荷功率，L
i
∈R+，R+为正实数集合；1≤i≤n，i∈N，N为自然数集合；联络矩阵B
∈R
n
×
n
，E为n
×
n维单位矩阵；K=diag(k1,k2,
···
,k
i
,
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建充电变电多功能站系统安全约束模型，所述充电变电多功能站系统安全约束模型如下：(1)其中，L=[L1,L2,
···
,L
i
,
···
,L
n
]
T
，L为n台变压器的负荷功率向量，T为矩阵的转置；电网中的n台变压器，编号依次为T1，T2，
···
，T
n
，L
i
为变压器T
i
的负荷功率，L
n
为变压器T
n
的负荷功率，L
i
∈R+，R+为正实数集合；1≤i≤n，i∈N，N为自然数集合；联络矩阵B∈R
n
×
n
，E为n
×
n维单位矩阵；K=diag(k1,k2,
···
,k
i
,
···
,k
n
)， K为短时允许过载系数矩阵，k
i
为变压器T
i
的短时允许过载系数，k
n
为变压器T
n
的短时允许过载系数；S=[ S1, S2,
···
, S
i
,
···
, S
n
]
T
为额定功率矩阵，S
i
为变压器T
i
的额定功率，S
n
为变压器T
n
的额定功率；λ
i
为充电站主动响应后变压器T
i
的负荷最大允许削减率，λ
n
为充电站主动响应后变压器T
n
的负荷最大允许削减率；充电变电多功能站系统安全约束模型为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中， ，为与变压器T
i
联络的变压器编号脚标的集合；g(L
i
)=L
i ‑
k
i
×
S
i
，；k
j
为变压器T
j
的短时允许过载系数；S
j
为变压器T
j
的额定功率；L
j
为变压器T
j
的负荷功率；λ
j
为充电站主动响应后变压器T
j
的负荷最大允许削减率，0≤λ
j
≤1；步骤2：对充电变电多功能站系统安全约束模型进行简化，具体如下：对公式（2）中各项不等式取交集，交集包含的不等式为保留的不等式，q为保留的不等式的个数，保留的q个不等式构成简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型；步骤3：对简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型进行可视化处理，得到二维截面图像；步骤4：结合二维截面图像，求解负荷安全裕度；步骤5：根据负荷安全裕度评估充电变电多功能站系统运行安全状态。2.根据权利要求1所述的一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下：步骤1.1：计算变压器T
i
正常运行时负荷功率的约束条件，负荷功率满足以下约束条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)步骤1.2：计算变压器T
i
发生故障时变压器T
j
进行主动响应的负荷功率，具体如下：当变压器T
i
发生故障时，其正常运行时的负荷通过联络线转带给变压器T
j
，变压器T
j
为变压器T
i
的对端变压器，此时，变压器T
j
优先向充电站以外的负荷进行供电，充电站允许变压器T
j
主动削减负荷，变压器T
i
发生故障后变压器T
j
的负荷功率 如下：(4)
其中，λ
j
=1表示变压器T
j
的负荷允许在变压器T
i
故障后完全停电，λ
j
=0表示变压器T
j
的负荷不参与车网互动；步骤1.3：计算变压器T
i
发生故障后负荷功率的约束条件，负荷功率约束条件表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)将式(4)代入式(5)得到如下式(6)：
ꢀꢀꢀꢀ
(6)其中， 为与变压器T
i
联络的变压器编号脚标的集合，k
j
为变压器T
j
的短时允许过载系数，S
j
为变压器T
j
的额定功率；步骤1.4：根据电网拓扑结构列写联络矩阵，联络矩阵B∈R
n
×
n
：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)步骤1.5：构建充电变电多功能站系统安全约束模型。3.根据权利要求2所述的一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，其特征在于，在步骤3中，所述对简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型进行可视化处理，具体为：采用降维投影可视化方法，将简化后的充电变电多功能站系统安全约束模型中的不等式投影在以L
i
为数轴的坐标系上，得到可视化图像，直观地表示充电变电多功能站系统安全约束模型中的约束条件，其中，将L作为n维欧式空间中的相量，每个不等式对应一个充电变电多功能站系统安全集合。4.根据权利要求3所述的一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，其特征在于，在步骤4中，所述求解负荷安全裕度，具体如下：定义变压器T
i
的负荷功率在各个约束条件下的负荷安全裕度为m
t
；当约束条件为f (L
i
, L
j
) ≤0时，(8)当约束条件为g(L
i
)≤0时，(9)其中1≤t≤q，t ∈N，结合二维截面图像，能够直接观测当前负荷下充电变电多功能站系统是否安全。5.根据权利要求4所述的一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估方法，其特征在于，在步骤5中，根据负荷安全裕度评估充电变电多功能站系统运行安全状态，具体如下：当
∀
m
t
>0时，L位于安全范围内，充电变电多功能站系统安全，且m
t
越大，充电变电多功能站系统
越安全；当 m
t
＝0，且
∀
m
l
>0，l≠t且1≤l≤q，l∈N时，表示L在充电变电多功能站系统临界安全集合上，充电变电多功能站系统在此约束条件下处于临界安全状态；当
∃
m
t
<0时，L位于安全范围以外，充电变电多功能站系统处于不安全状态，且m
t
越小，充电变电多功能站系统越不安全。6.一种多功能站的变压器负荷安全裕度评估装置，其特征在于，包括如下单元：充电变电多功能站系统安全约束模型构建单元、充电变电多功能站系统安全约束模型简化单元、可视化处理单元、负荷安全裕度求解单元、充电变电多功能站系统运行安全状态评估单元；所述充电变电多功能站系统安...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，杨小伟，马肖一，徐笑天，田子寒，孙渤岩，侯鑫潼，秦方宇，赵宇，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：