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配电网供电能力曲线的数学模型与形成机理

中国电机工程学报 2021年第9期41卷 3158-3172页

作者：肖峻梁子钰佘步鑫智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 田纳西大学电气与计算机科学系美国田纳西州诺克斯韦尔37996

配电网完整的供电能力呈一条曲线(TSC曲线),曲线点的值是严格安全边界点总负荷,大部分曲线点相对最大供电能力(total supply capability,TSC)下降。该文基于数学模型揭示TSC曲线的形成机理。首先,提出TSC曲线的数学模型。其次,基于数学... 详细信息

配电网完整的供电能力呈一条曲线(TSC曲线),曲线点的值是严格安全边界点总负荷,大部分曲线点相对最大供电能力(total supply capability,TSC)下降。该文基于数学模型揭示TSC曲线的形成机理。首先,提出TSC曲线的数学模型。其次,基于数学模型发现了交叉机理:等式约束间的交叉量引起了等式约束和式的冗余,冗余量的增加导致边界点总负荷减小,即TSC曲线下降。然后,推导出交叉机理公式以计算下降量,进一步还得到交叉机理的物理意义:最小冗余对应TSC,是最优备用方案;冗余量与最小冗余之差是普通备用方案相对最优备用方案的容量浪费。最后,分别针对典型接线模式和配电网算例验证了交叉机理,还与现有文献的备用机理和分配机理对比。备用/分配机理从N-1备用转带过程出发,交叉机理从数学模型出发,机理解释更为简洁。

关键词：配电网 TSC曲线数学模型交叉机理

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配电网供电能力曲线的规律与机理

中国电机工程学报 2019年第16期39卷 4732-4743页

作者：肖峻佘步鑫周欢张苗苗智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 国网天津市电力公司天津市河北区300010

配电网的供电能力不仅是最大供电能力(total supply capability,TSC)的一个点,而是一条曲线,即供电能力(boundary supply capability,BSC)曲线。实际配电网BSC曲线的大多数点都相对TSC有所下降。该文初步揭示了BSC曲线下降规律与机理。... 详细信息

配电网的供电能力不仅是最大供电能力(total supply capability,TSC)的一个点,而是一条曲线,即供电能力(boundary supply capability,BSC)曲线。实际配电网BSC曲线的大多数点都相对TSC有所下降。该文初步揭示了BSC曲线下降规律与机理。首先,观察N供一备、分段联络等典型接线,发现了BSC曲线的下降规律。其次,揭示BSC曲线下降是备用机理和分配机理共同作用的结果:备用机理指馈线间的"一对多"备用关系会造成BSC值下降;分配机理指N-1后一回馈线的负荷在多回馈线中分配后转移,补偿了BSC的下降。然后,进一步发现了备用/分配机理对BSC作用的定量计算公式。最后,用IEEE-RTBS-BUS4扩展算例验证了该文机理及公式的正确性。

关键词：配电网最大供电能力供电能力曲线一对多备用机理分配机理

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配电网安全域的全维直接观测

电工技术学报 2020年第19期35卷 4171-4182页

作者：肖峻曹严张宝强佘步鑫天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300300

该文进行了配电网安全域(DSSR)的全维直接观测。首先,总结了现有观测方法。其次,提出DSSR的全维直接观测方法。对两供一备和柔性两供一备接线的全维直接观测发现:两供一备的安全域是凹多面体,由一个“域核”和多个“域角”构成;域表面... 详细信息

该文进行了配电网安全域(DSSR)的全维直接观测。首先,总结了现有观测方法。其次,提出DSSR的全维直接观测方法。对两供一备和柔性两供一备接线的全维直接观测发现:两供一备的安全域是凹多面体,由一个“域核”和多个“域角”构成;域表面有“山脊”和“山谷”,“山谷”形成了域凹陷。柔性两供一备的安全域是凸多面体,不存在“山谷”,填补了传统两供一备的域凹陷。可见,全维直接观测清楚地展现了不同电网结构体现在安全域上的不同几何特征。该文还进一步给出了“域核”、“域角”、“山脊”、“山谷”的物理意义和形成原因。最后,将该方法与其他安全域观测方法进行对比和总结。

关键词：配电网安全域全维直接观测域核域角山脊山谷

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配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线

配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线

作者：佘步鑫天津大学

学位级别：硕士

面向未来的配电网将充分实现信息化和自动化,不再仅仅以供电为主,还将充分消纳分布式电源（Distributed Generation,DG）,实现用户侧、DG侧和输电网之间的能量交换。正确认识和评估配电网的能力大小对指导其规划和运行等有重要意义。配... 详细信息

面向未来的配电网将充分实现信息化和自动化,不再仅仅以供电为主,还将充分消纳分布式电源（Distributed Generation,DG）,实现用户侧、DG侧和输电网之间的能量交换。正确认识和评估配电网的能力大小对指导其规划和运行等有重要意义。配电网供应负荷的能力可以用供电能力曲线来刻画,消纳DG的能力可以用消纳能力曲线来刻画。本文以配电系统安全域（Distribution System Security Region,DSSR）理论为基础,研究了配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线。主要内容分为以下两方面:一方面,针对不含DG的传统无源配电网,研究了供电能力曲线的模型、下降机理及其在规划中的应用,具体内容为:1.完善了无源配电网的严格安全边界模型和供电能力曲线模型。2.观测总结了供电能力曲线的下降规律,探究发现造成曲线下降的备用机理和分配机理,并进一步发现了机理对供电能力作用的定量计算公式。3.提出了一种基于供电能力曲线的接线模式综合效率评价方法,评价了我国几种典型接线模式,得到更精确的效率排序。另一方面,将供电能力曲线扩展至含DG的有源配电网,研究了有源网在正常运行（N-0安全）下的消纳能力曲线和供电能力曲线,具体内容为:1.提出了消纳能力曲线的概念,首次完整地描述了有源配电网消纳能力;建立了有源配电网严格安全边界、供电能力曲线和消纳能力曲线模型。2.将供电能力曲线和消纳能力曲线绘制在一起观察,发现了二者的对称性,反映出供电能力和消纳能力的对偶性;将配电网运行划分为供电/消纳的安全区和越界区,供电/消纳能力曲线是分区之间的“分界线”。3.初步研究了实际配电网配置条件对供电/消纳能力曲线的影响。

关键词：无源配电网有源配电网安全域供电能力曲线消纳能力曲线备用机理分配机理效率评价最大消纳能力

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部分元件N-1下的配电网供电能力与安全域

电网技术 2019年第4期43卷 1170-1178页

作者：肖峻伊丽达佘步鑫张宝强智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072

现有配电网供电能力(TSC)和安全域(DSSR)计及所有元件N–1,该文首次研究了部分元件N–1下的TSC和DSSR计算,发现不考虑部分关键元件N–1时,DSSR大小和TSC会较大提升。首先,分别提出了部分元件N–1下的DSSR、TSC和平均供电能力BSC模型及... 详细信息

现有配电网供电能力(TSC)和安全域(DSSR)计及所有元件N–1,该文首次研究了部分元件N–1下的TSC和DSSR计算,发现不考虑部分关键元件N–1时,DSSR大小和TSC会较大提升。首先,分别提出了部分元件N–1下的DSSR、TSC和平均供电能力BSC模型及计算方法。其次,发现N–1故障集中不同元件及其组合对TSC和DSSR影响不同,故定义了N–1的关键故障集。然后,提出了一种确定关键故障集的实用方法:先遍历元件计算对TSC和DSSR大小的灵敏度,再综合评价排序,最终通过阈值筛选出关键故障集。算例验证表明,该文方法找到关键故障集后,若对其中元件加强防护、提高其可靠性,近似认为其不发生N–1时,可显著提高DSSR大小和TSC,这是一种提高配电网安全效率水平的新途径。

关键词：配电网安全域供电能力关键元件

配电网安全域的特殊二维图像:发现、机理及用途

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中国电机工程学报 2020年第16期40卷 5088-5101页

作者：肖峻焦衡屈玉清佘步鑫智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072

二维图像是配电网安全域(distribution system security region,DSSR)可视化观测的最常用方式,所有可能出现的图像被归纳成DSSR图谱。该文发现现有图谱外的2种新图像,并揭示了图像的产生机理。首先,简介DSSR二维观测和现有图谱。其次,... 详细信息

二维图像是配电网安全域(distribution system security region,DSSR)可视化观测的最常用方式,所有可能出现的图像被归纳成DSSR图谱。该文发现现有图谱外的2种新图像,并揭示了图像的产生机理。首先,简介DSSR二维观测和现有图谱。其次,给出新发现图像,其特征是斜线边界上具有直角"凸起"或"凹陷",故命名为"斜线凸"和"斜线凹"。然后,分析得到特殊图像的产生机理:若配电网N-1后存在多种负荷转带方式,对应DSSR为非凸集,造成域表面的凸起与凹陷,二维切割后出现"斜线凸"和"斜线凹"。实际配电网一般具有多转带方案,因此特殊图像是普遍存在的。为阐述机理,该文3D打印了两供一备接线的完整DSSR,二维剖面后成功复现了新图像,并采用分段联络接线及2个IEEE RBTS-Bus4扩展算例进行了验证。该文是完整DSSR图谱的重要补充,能帮助人们更全面认识DSSR的几何特征。研究结果具有应用价值,不仅能提高安全性评估的准确性,还能引导工作点规避凹区和利用凸区,从而达到安全高效。

关键词：配电网安全域二维图像机理斜线凸斜线凹

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配电网安全域的N×N形式维度

电网技术 2019年第7期43卷 2441-2448页

作者：肖峻苏亚贝张宝强佘步鑫智能电网教育部重点实验室(天津大学)

配电网安全域(DSSR)的维度描述了DSSR的问题规模,提出了一种新的维度定义,相比现有定义不仅更符合人们看待问题空间的习惯,还能得到单一数值表示问题规模。首先,提出了采用形式的DSSR维度定义。其次,给出了这种维度定义的计算方法和一... 详细信息

配电网安全域(DSSR)的维度描述了DSSR的问题规模,提出了一种新的维度定义,相比现有定义不仅更符合人们看待问题空间的习惯,还能得到单一数值表示问题规模。首先,提出了采用形式的DSSR维度定义。其次,给出了这种维度定义的计算方法和一般算法流程图,先根据馈线关联矩阵得到馈线组合,再计算虚拟全联络时的馈线组合数,最终得到维度定义中的等价馈线数。再次,研究了DSSR维度与网络结构的关系。最后,采用算例验证了文中定义和方法,并将维度用于解决DSSR二维观测组合规模大的难题,即任两回馈线都可能组合观测,但很多组合都不必要,根据文中方法能精确得到真正需要的组合,简化DSSR结果的使用。

关键词：配电网安全域维度馈线组合关联矩阵

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有源配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线

高电压技术 2023年第2期49卷 672-681页

作者：肖峻王传奇鲍震宇佘步鑫天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 田纳西大学电气与计算机科学系诺克斯韦尔37996

为了完整刻画有源配电网在各种负荷/分布式发电(distributed generation,DG)分布下的能力极限,更好挖掘系统潜力,提出了有源配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线。首先,介绍了无源配电网的安全域、安全边界和供电能力曲线。其次,给出了... 详细信息

为了完整刻画有源配电网在各种负荷/分布式发电(distributed generation,DG)分布下的能力极限,更好挖掘系统潜力,提出了有源配电网的供电能力曲线和消纳能力曲线。首先,介绍了无源配电网的安全域、安全边界和供电能力曲线。其次,给出了有源网安全域的直流潮流模型。有源网同时具有负荷增长和负荷削减的临界性,还具有DG增长和DG削减的临界性,定义了负荷上限/下限边界和DG上限/下限边界。针对直流潮流模型的不足,给出了边界点的电压校验及修正方法。然后,建立了供电能力曲线和消纳能力曲线模型。供电能力上限曲线刻画了有源网供应负荷的能力范围,即无源网的供电能力曲线;供电能力下限曲线刻画了优先DG消纳所需的最小负荷。消纳能力上限曲线刻画了有源网消纳DG的能力范围;消纳能力下限曲线刻画了优先保证负荷供电所需的最小DG出力。最后,采用简单算例和IEEE 33节点算例进行验证。观察发现供电能力曲线和消纳能力曲线具有不完全的对称性,揭示了其对偶性原理。通过与现有消纳能力计算方法对比,展示了曲线的应用价值。

关键词：有源配电网负荷上限/下限边界 DG上限/下限边界供电能力曲线消纳能力曲线对偶性

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配电网的供电能力分布

电网技术 2017年第10期41卷 3326-3332页

作者：肖峻张苗苗司超然佘步鑫张宝强李方兴智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市南开区300072 田纳西大学电气与计算机科学系美国诺克斯韦尔田纳西37996

提出了配电网供电能力分布的定义、指标和计算方法,解决了现有最大供电能力TSC没有完整描述不同负荷分布下系统能力范围的问题。首先,提出了安全边界供电能力(boundary supply capability,BSC)的定义,BSC定义为配电网安全域边界上某工... 详细信息

提出了配电网供电能力分布的定义、指标和计算方法,解决了现有最大供电能力TSC没有完整描述不同负荷分布下系统能力范围的问题。首先,提出了安全边界供电能力(boundary supply capability,BSC)的定义,BSC定义为配电网安全域边界上某工作点的负荷之和,反映了该工作点的效率;所有边界工作点的BSC构成了配电网供电能力的分布,称为BSC分布,TSC是BSC分布中取极大值的部分。其次,提出了计算BSC分布的抽样算法,通过抽样得到能够完整描述安全边界的点集,再计算所有工作点的BSC值得到抽样BSC分布。再次,进一步加工分析:按BSC大小排序得到BSC排序曲线;统计得到BSC占比图;按BSC值乘占比后求和得到BSC均值,BSC均值比TSC值更综合反映了配电网供电能力。最后,通过算例验了所提概念及方法,并初步探讨了BSC不同的原因。首次探讨了配电网在不同负荷分布下的供电能力分布问题,提出的BSC比TSC更全面地反映了电网效率,为智能配电网规划方案选取提供了更精准参考依据。

关键词：智能配电网供电能力分布最大供电能力边界供电能力 BSC分布 BSC排序曲线