考虑负荷特性的城市配电网运行风险预警方法.pdf

2023 年第 7 期141计算机应用信息技术与信息化考虑负荷特性的城市配电网运行风险预警方法李万昌1 高 源1 石成钢1 赵 瑾1LI Wanchang GAO Yuan SHI Chenggang ZHAO Jin 摘要 为实现对城市配电网运行的精准预警，基于配电网运行负荷特性层面考虑，设计一种针对城市配电网的运行风险预警方法。根据城市配电网的供电服务方式，选用幂函数设计配电网静态负荷电压模型，实现考虑负荷特性的城市配电网潮流计算；采用定性分析的方式，对城市配电网的风险进行评估，引进作业场景分析法，计算不同作业场景下配电网运行的可靠度；从历史同期用电数据中抽取典型的负荷类型，依据偏差程度确定风险级别，实现对配电网运行风险等级的划分与预警。选择某地区大型城市配电网供电服务中心作为试点机构，设计实例应用实验，实验结果证明：设计的预警方法在实际应用中的效果良好，该方法可以精准预警配电网运行风险，实现对配电网在运行中故障的及时排查。关键词 负荷特性；潮流计算；预警方法；运行风险；配电网；城市doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2023.07.0361.国网青海省电力公司海东供电公司 青海海东 8106000 引言由于配电网具有线路众多、规模庞大、直接面向社会等特点，致使其发展规划中存在一些尚未解决的问题，其中最突出的问题是配电主网的运行存在较高故障率1。为解决此方面问题，深化配电网的作用，对某城市配电网的现存不足展开了分析，并提出以下三个方面的问题，其一，区域配电系统的供电可靠性不高。由于地理位置、电源点、规划发展等原因，使得配电网运行存在较多缺陷。尽管近几年，电力公司投入了大量资金用于供电线路的更换与维修，但仍未能解决供电可靠性方面的问题，即配电网在运行中的安全无法得到保障2。其二，配电网中供电节点的分布不均匀，使某些线路的供电半径变大、线路分支增多、线路运行状况更加复杂，这一现象增加了线路受到人为影响的可能性。其三，配电网早期经营方式不能适应新形势的需要。目前，我国配电网，特别是城市配网在规模、设备数量上均处于世界领先地位，部分大城市的配网自动化水平处于世界前列。同时，每年城市新增的配电网络设备和改造的设备数量也是非常庞大的3。然而，我国现有的电力企业经营模式仍比较传统，管理程序上仍难以满足先进配电网的建设需要。为解决此方面问题，提高配电网供电服务的规范性，本文将在此次研究中，基于配电网运行负荷特性层面考虑，设计一种针对城市配电网的运行风险预警方法，旨在通过此次设计，实现对配电网在运行中异常现象的及时感知，降低停电、供电异常等事故与安全隐患的发生。1 考虑负荷特性的城市配电网潮流计算为实现对城市配电网运行风险的预警，需要在考虑配电网负荷特性的条件下，设计配电网的潮流计算。在此过程中，根据城市配电网的供电服务方式，建立负荷静态电压状态下的特性模型4。通常情况下，配电网静态负荷电压可以用幂函数与二次多项目表示，结合实际需求，当配电网电压的额定值在一个相对较小的范围内变化时，使用幂函数更加适用于描述配电网的运行状态5。因此，选用幂函数设计配电网静态负荷电压模型，模型表达式如下计算公式所示。00PPUQQ U=（1）公式（1）中：P 表示有功状态下配电网静态负荷电压模型；Q 表示无功状态下配电网静态负荷电压模型；P0表示城市配电网有功功率；Q0表示城市配电网无功功率；U 表示城市配电网运行额定电压；表示有功电压特征系数；表示无功电压特征系数。根据城市配电网的供电渠道，设定 与 在不同状态下的取值6。相关内容如表 1 所示。表 1 配电网静态负荷电压模型中电压特征系数取值参考序号供电渠道配电网负荷类型（1）居民负荷0.721.312.964.35（2）商业负荷0.991.513.153.95（3）工业负荷0.186（4）恒定功率型00（5）恒定电流型12（6）恒定阻抗型12在上述设计内容的基础上，根据城市配电网在运行中针对的不同 DG 类型，计算 DG 在运行中吸收的无功功率，计算公式如下：24222142DGpUUPxUQxx+=+（2）公式（2）中：Q1表示 DG 在运行中吸收的无功功率；xp表2023 年第 7 期142计算机应用信息技术与信息化示异步电机定子漏抗总和；PDG表示 DG 的有功输出。以此为依据，计算在考虑有功负荷和无功负荷状态下的城市配电网潮流值7。计算公式如下：()22221DGGIefP=+（3）()22222DGGIefP=+（4）公式中：G2表示考虑有功负荷状态下的城市配电网潮流值；G1表示考虑无功负荷状态下的城市配电网潮流值；I 表示 DG恒定的电流幅值；e 表示 DG 机端电压实部；f 表示 DG 机端电压虚部。按照上述方式，完成考虑负荷特性的城市配电网潮流计算。2 不同作业场景下配电网运行可靠度计算作业场景分析是指假设某一现象或趋势会在某一事件发生时继续存在，并对该事件的发生和结果进行描述，以此得到一组事件中的未来状况的预测，从而得到一组整体综合评估数值。作业场景分析法是对过去、现在和未来状态全面分析的一种技术8。以此为依据，计算不同作业场景下配电网运行可靠度，根据城市配电网在运行中的当前状态，对其未来状态进行预测，实现对配电网运行的及时预警。可将此过程作为城市配电网运行风险的评估过程，采用定性分析的方式，对城市配电网的风险进行评估，此过程如下计算公式所示。()()()iiR Xp E S XE=+（5）公式（5）中：R 表示城市配电网的风险评估；X 表示城市配电网运行方式；p 表示故障概率；E 表示故障表示方式；S 表示城市配电网运行出现风险后可能出现的后果；i 表示城市配电网故障形式。在电力系统运行过程中，城市配电网所面对的情景包括时间情景、空间场景、自然场景以及配电网运行场景，这些场景对配电网络的运行风险具有不同的影响9。将四种不同的场景组合起来，可以构成一个完整的场景集合。不同区域的电力系统在不同的地域、不同的历史、不同的经济发展程度不同，需要根据电力系统末端配电网的历史运行情况，对不同作业场景下配电网运行可靠度进行计算。此过程如下计算公式所示。1()()mimirM X S X=（6）公式（6）中：r 表示不同作业场景下配电网运行可靠度；M表示配电网的加权负荷功率；m表示作业场景。按照上述方式，掌握城市配电网在不同环境下运行的可靠度。3 配电网运行风险等级划分与预警对长期稳定运行的电力用户而言，配电网为其提供电力能源的负荷方式基本维持相同状态，对应的配电网运行可靠度也只在极小的范围内发生变化10。同时，由于配电网运行具有一定的周期性、随机性特征，因此，可以从历史同期用电数据中抽取典型的负荷类型，依据偏差程度确定风险级别，并对用户未来用电量的实时监控，实现在配电网运行过程中，对配电网运行不同偏差区间的风险预警。此外，考虑到配电网运行会受到天气、地理环境、用电设备等多种因素的影响，用电负载方式也会发生相应的改变，从而使现有的负载方式与用户的实际情况发生矛盾，导致通电服务终端的电力设备运行状况发生较大变化。参照上述内容，根据不同电力用户的用电方式与用电特点，设定配电网在运行过程中的风险等级与预警信号表现形式。相关内容如表 2 所示。表 2 配电网在运行过程中的风险等级与预警信号表现序号 风险类型 风险等级预警信号表现形式预警描述（1）超高风险I 级红色与预设供电负荷偏离 5%（2）高风险II 级橙色与预设供电负荷偏离 3%，2%，1%，2%（5）极低风险V 级绿色与预设供电负荷偏离 300 A；线路复杂等级：三级是电缆（2）中雨到大雨；线路电流 200300 A；线路复杂等级：二级是设备（3）晴；线路电流 200300 A；线路复杂等级：一级否无（4）暴雨；线路复杂等级：三级是运维管理（5）暴雨；线路电流 100300 A；线路复杂等级：四级是外力（6）小雨；线路电流 200300 A；线路复杂等级：一级否无（7）小雨；线路电流 100200 A；线路复杂等级：二级否无（8）晴；线路电流 100200 A；线路复杂等级：二级是电缆从上述表 3 所示的内容可以看出，场景 3、场景 6、场景 7 对应的配电网运行无风险，场景 1、场景 2、场景 4、场景 5、场景 8 对应的配电网运行存在风险。在上述设计内容的基础上，部署城市配电网分级关系，将构建的城市配电网运行场景与预警终端建立通信联系。为避免由于终端自身原因导致的预警决策失误，提高预警的可靠性，并排除相关因素对城市配电网运行风险预警造成的影响。按照表 4 配置终端技术参数。表 4 预警终端技术参数序号项目参数（1）Web 应用程序Sguap-Server（2）平台报表服务Report（3）版本WAR-150C(R)-SM10（4）内存1GB DDR3（5）分辨率1024768（6）串口两路 DB9（COM1,COM2）（7）SD/MMC一路 SD/MMC 接口，支持 SD 卡（8）防护等级前面板 IP65（9）软件支持支持 Eclipse、Android Studio 等完成上述设计后，设置终端预警输出值为 1，非预警输出值为 0，按照本文设计的方法，对设置的场景 1 场景 8 进行预警，其结果如下图 2 所示。图 2 配电网运行不同场景中的预警结果从上述图 2 所示的结果可以看出，场景 3、场景 6、场景 7 对应的预警输出结果为“0”，场景 1、场景 2、场景 4、场景 5、场景 8 对应的预警输出结果为“1”，与上述提出的风险一致。因此，在完成上述设计后，得到如下所示的结论：本文设计的考虑负荷特性的城市配电网运行风险预警方法在实际应用中的效果良好，该方法可以精准预警配电网运行风险，以此种方式，实现对配电网在运行中故障的及时排查，降低由于外部环境等多种因素引起的配电网运行安全事故。5 结束语配电网是城市电力系统与供电服务的终端，主要用于为各种不同的需求客户直接供应电力能源。在深入城市配电网建设与发展的研究中发现，现阶段，配电网可以为政府机关、教育机构、医疗单位、商业区域等各种不同的用电负荷提供电力支撑，因此，配电网的安全、稳定、连续运行，对城市的生活、建设、生产、发展等具有较大且较为直接的影响。随着我国各地区电力市场的日益发展，各种类型的用户对电力系统的供电质量提出了更高的要求。为解决配电网在运行过程中存在的停电等安全隐患与事故，本文在此次研究中，基于配电网运行负荷特性层面考虑，通过城市配电网潮流计算、不同作业场景下配电网运行可靠度计算、配电网运行风险等级划分与预警，设计了一种针对城市配电网的运行风险预警方法。旨在通过此次设计，为我国城市配电工作的发展给予全面的支撑与技术指导。参考文献：1 王杰,王维庆,王海云,等.考虑越限风险的主动配电网中DG、SOP 与 ESS 的两阶段协调规划 J.电力系统保护与控制,2022,50(24):71-82.2 谢锋,刘丽军,林儒显,等.一种考虑风险厌恶程度与阻塞抵抗性的配电网阻塞管理方法 J.电力系统保护与控制,2022,50(19):107-118.图 1 配电网在供电服务场景2023 年第 7 期144计算机应用信息技术与信息化3 梅冰笑,周金辉,孙翔.基于知识图谱与细胞自动机模型的配电网信息系统风险分析 J.中国电力,2022,55(10):23-31+44.4 冯程程,李琰,徐天奇.一种考虑风险传播与预期故障分析的配电网信息物理系统安全性评估方法 J.科学技术与工程,2022,22(23):10116-10122.5 杜晓东,赵建利,刘科研,等.基于数字孪生的光伏高比例配电网过载风险预警方法 J.电力系统保护与控制,2022,50(09):136-144.6 杜 岩,谢 从 珍,李 彦 丞,等.基 于 加 权 马 氏 距 离 型TOPSIS 算法的 10 kV 配电网雷害风险评估 J.中国电力,2022,55(04):108-116.7 余云川,王虎,周豪奇,等.基于改进 ISM 和 MICMAC 的增量配电网项目投资风险影响因素研究 J.电力勘测设计,2022,(04):81-88.8 王杰,王维庆,王海云,等.主动配电网中考虑条件风险价值的智能软开关的规划方法 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