本发明属于电力
技术领域：
，为一种柔性台区的安全调度方法。
背景技术：
：随着电力电子技术的发展和变流器的广泛应用，配电台区低压侧可以通过变流器形成直流互联，形成“柔性台区”。在柔性台区内部，直流母线可以经dc/dc变流器接入大规模的直流快充负荷，并通过变流器对各个台区进行功率的传输和分配。当柔性台区发生故障或超载情况时，配电变压器过负荷运行，或变流器超载运行，柔性台区的安全性大大降低。在紧急状态下，需要采取调度措施，通过变流器灵活的功率调整及部分负荷的迅速切除，使柔性台区进入新的状态，从而避免在不安全状态下长期运行，损害配变的使用寿命。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种柔性台区的安全调度方法，建立柔性台区的功率模型，设置运行安全约束，以运行成本最低为目标求解安全调度模型，并从安全性、经济性两个方面，展示了柔性台区在应对安全问题上的优势，同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。本发明的技术方案为：一种柔性台区的安全调度方法，建立柔性台区的功率模型，对功率模型设置运行安全约束，并以运行成本最低为目标构建安全调度模型，求解安全调度模型，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，实现安全调度，包括以下步骤：s1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数；s2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；s3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：s4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；s5、结合s1的目标函数求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本，用于安全调度。本发明首先建立了运行成本最低的目标函数，包括设备损耗成本和切负荷成本；构建了包含变压器和变流器的柔性台区功率模型，设置各设备的运行安全约束，最后对安全调度模型进行求解，获取柔性台区功率计划。本发明方法通过变流器灵活的功率分配，完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度，保证了柔性台区的安全平稳运行。本发明的有益效果：对柔性台区进行安全调度，获得变压器变流器的调度计划，从安全性、经济性两个方面，展示了柔性台区在应对安全问题上的优势，同时展示了本安全调度方法计算的经济性和可行性。附图说明图1为本发明所述基于柔性台区的安全调度方法的流程图。图2为本发明实施例中，柔性台区拓扑结构。具体实施方式为使本发明创造的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。本发明提出一种柔性台区的安全调度方法，基于典型场景的单断面调度，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划。如图1所示，具体包括以下步骤：s1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数，从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态；s2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；s3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：s4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；s5、求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。参考图2，以4个台区为实施例，对本发明方法的具体实施进行说明。步骤s1中，柔性台区结构如图2。各低压台区通过ac/dc变流器实现直流侧的互联，母线上可接入ess、光伏等分布式电源。交流充电桩直接接入交流台区t1，功率更大的直流充电桩接入直流母线。通过台区之间的负荷分配、转供，可以大大提升供电能力。柔性台区的安全调度目标为：minctr cvsc cacev cdcev cregular(6)式中:ctr为变压器损耗成本，cvsc为变流器损耗成本，cacev为切除交流充电负荷所对应的成本，cdcev为切除直流充电负荷所对应的成本，cregular为切除居民用电负荷所对应的成本。其中：变压器损耗成本为ctr＝ccost(cfe ccu)(7)式中：ccost为所研究时间断面的电价；n为互联台区数；分别为第i个变压器的运行铁损和额定铜损；βi和pitr分别为第i个变压器的负载率和功率；为第i个变压器的容量。变流器损耗与其传输的功率大小正比式中：ηvsc为变流器的转换效率，pivsc第i个变流器的功率。pivsc>0表示变流器处于整流状态，功率从变压器流向直流母线；pivsc＜0表示变流器处于逆变状态，功率从直流母线流向变压器。电动汽车切负荷成本即为切负荷量与当前充电电价的乘积：cdcev＝ccostpc-dcev(8)式中：pic-acev和pic-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率。考虑到供电可靠性以及切除居民用电负荷所造成的不便，切除居民用电需要对其进行相应的补偿，因此居民用电切负荷成本应为切负荷量与补贴成本的乘积：式中：ccon和pic-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率。步骤s2的具体过程如下：柔性台区的功率模型如下：变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和，pitr＝(piregular-pic-regular) (piac-pic-acev) pivsc(10)式中：pitr为第i个变压器的注入功率，piregular为第i个变压器上接入的居民负荷功率，pic-regular为切除的居民负荷功率，piac为所研究断面中，第i个变压器上接入的交流充电负荷功率，pic-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上，变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等：式中：pdc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷；pc-dc为切除的电动汽车直流充电负荷；piess为给定的储能功率；步骤s3中，柔性台区的运行约束条件具体为：变压器负载率应当控制在一定范围：βi≤βmax(12)式中：βmax为负载率上限。变流器功率不能超过其额定功率：式中：pivsc，max为第i个台区变流器的功率最大值；为第i个台区变流器的状态变量，为1时，变流器处于运行状态，为0时，变流器处于切除状态。步骤s4中，各项参数包括：当前时刻的电价ccost；分别为第i个变压器的运行铁损、额定铜损和容量当前时刻为第i个变压器上接入的居民负荷功率piregular、电动汽车交流充电负荷piac和电动汽车直流充电负荷pdc；变流器的转换效率ηvsc；变压器负载率上限βmax；第i个台区变流器的功率最大值pivsc，max；当前时刻给定的储能功率piess。下面通过一个实施例来说明本发明所述安全调度方法的有效性。本实施例取居民负荷的削减成本为2.5元/kwh，取电动汽车充电负荷的削减成本为1.5元/kwh，与常规电价相同。取晚高峰断面(20:00)为研究对象，假设储能装置处于满电量状态(120kw)，晚高峰时段各台区参数及负载量(kw)如表1所示。考虑以下两种n-1场景：场景1：台区t1内的变压器t1发生故障；场景2：台区t1的变流器vsc1发生故障。表1表2为正常运行工况的调度结果，该场景下的整体运行成本为29.475元。表2台区编号变压器负载率变流器功率/kwt11-13.13t20.77265.39t30.8197.73t40.81126.11表3为变压器t1发生故障后的调度结果。上述故障发生后，台区t1的居民负荷和交流充电负荷均需要由其他台区转供来维持供电，但受限于vsc1的容量，仅能保留200kw的负荷，其余均需切除。为了最小化切负荷成本，首先对ac充电桩进行功率限幅，限制ev的充电接入，同时切除323.08kw居民负荷。该场景下的整体成本为1135.93元。表3台区变压器负载率变流器功率(kw)切除居民负荷/kw切ev负荷/kwt10-120323.08200.05t20.829101.6520--t30.8381200--t40.871174.4480--表4展示了晚高峰时段台区t1内的变流器vsc1发生故障后的调度结果。上述故障发生后，台区t1内的负荷仅能由变压器t1供电。受限于变压器t1的容量(630kva)，台区t1需切除部分交流充电负荷(13.13kw)以维持对居民负荷的供电。对于台区t2—t4，其变压器容量均能够满足各自负荷的需求，无需依靠变流器vsc1进行转供，因此该变流器的故障不会影响到其余台区的供电可靠性。该场景下的整体成本为48.57元。表4台区变压器负载率变流器功率/kw切除居民负荷/kw切ev负荷/kwt110013.13t20.76661.8090--t30.80492.9560--t40.804121.3360--以上仅表达了本发明创造的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。因此，本发明创造专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种柔性台区的安全调度方法，其特征是建立柔性台区的功率模型，对功率模型设置运行安全约束，并以运行成本最低为目标构建安全调度模型，求解安全调度模型，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，实现安全调度，包括以下步骤：
s1、以设备运行成本和切负荷成本作为安全调度目标函数；
s2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；
s3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：
s4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；
s5、结合s1的目标函数求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本，用于安全调度。
2.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤s1中，各台区通过ac/dc变流器实现直流侧的互联，母线接入电源包括分布式电源，交流充电桩直接接入交流台区，直流充电桩接入直流母线，通过台区之间的负荷分配、转供提升供电能力；
柔性台区的安全调度目标函数为：
minctr cvsc cacev cdcev cregular(1)
式中:ctr为变压器损耗成本，cvsc为变流器损耗成本，cacev为切除交流充电负荷所对应的成本，cdcev为切除直流充电负荷所对应的成本，cregular为切除居民用电负荷所对应的成本。
3.根据权利要求2所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是变压器损耗成本计算为：
ctr＝ccost(cfe ccu)(2)
式中：ccost为所研究时间断面的电价；n为互联台区数；分别为第i个变压器的运行铁损和额定铜损；βi和分别为第i个变压器的负载率和功率；为第i个变压器的容量；
变流器损耗与其传输的功率大小正比
式中：ηvsc为变流器的转换效率，pivsc为第i个变流器的功率，pivsc＞0表示变流器处于整流状态，功率从变压器流向直流母线；pivsc＜0表示变流器处于逆变状态，功率从直流母线流向变压器；
切除交流充电负荷所对应的成本cacev以及切除直流充电负荷所对应的成本cdcev即为切负荷量与当前充电电价的乘积：
cdcev＝ccostpc-dcev(8)
式中：pic-acev和pic-dcev分别表示切除的电动汽车交流充电功率和直流充电功率；
切除居民用电负荷所对应的成本为切负荷量与补贴成本的乘积：
式中：ccon和pic-regular分别表示单位补贴价格以及切除的居民负荷功率。
4.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤s2中，柔性台区的功率模型如下：
变压器的注入功率为接入的居民负荷、交流充电负荷和变流器功率之和：
pitr＝(piregular-pic-regular) (piac-pic-acev) pivsc(10)
式中：pitr为第i个变压器的注入功率，piregular为第i个变压器上接入的居民负荷功率，pic-regular为切除的居民负荷功率，piac为所研究断面中，第i个变压器上接入的交流充电负荷功率，pic-acev为切除的交流充电负荷功率直流母线上，变流器功率与储能功率、直流负荷的功率之和相等：
式中：pdc为所研究断面中的电动汽车直流充电负荷；pc-dc为切除的电动汽车直流充电负荷；piess为给定的储能功率。
5.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤s3中，柔性台区的运行约束条件具体为：
变压器负载率控制范围：
βi≤βmax(12)
βmax为负载率上限；
变流器功率不能超过其额定功率：
式中：pivsc，max为第i个台区变流器的功率最大值；为第i个台区变流器的状态变量，为1时，变流器处于运行状态，为0时，变流器处于切除状态。
6.根据权利要求1所述的柔性台区的安全调度方法，其特征是步骤s4中，输入的柔性台区各项参数包括：
当前时刻的电价ccost；分别为第i个变压器的运行铁损、额定铜损和容量当前时刻为第i个变压器上接入的居民负荷功率piregular、电动汽车交流充电负荷piac和电动汽车直流充电负荷pdc；变流器的转换效率ηvsc；变压器负载率上限βmax；第i个台区变流器的功率最大值pivsc，max；当前时刻给定的储能功率piess。
技术总结一种柔性台区的安全调度方法，基于典型场景的单断面调度，获得柔性台区内部不同设备的安全控制计划，包括以下步骤：S1、确定以设备运行成本和切负荷成本为主的安全调度目标函数，从而保证柔性台区在紧急状态时工作在经济最优状态；S2、构建台区内变压器、变流器的功率模型；S3、基于功率模型，设置柔性台区的运行约束条件：S4、输入柔性台区的设备条件、负荷规模各项参数；S5、求解安全调度结果，获得台区变压器、变流器的日前功率计划及柔性台区运行成本。本发明方法通过变流器灵活的功率分配，完成了柔性台区在紧急状态下的安全调度，保证了柔性台区的安全平稳运行。
技术研发人员：沈培锋;刘国峰;王勇;王宁丰;王子成;孙国强;徐广开
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司;河海大学;国网江苏省电力有限公司
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2021.03.12
