基于分支有功功率的低压有源配电网拓扑辨识方法

基于分支有功功率的低压有源配电网拓扑辨识方法

赵超阳 ,巴可热木·艾克拜尔 ,傅强

国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司  830022

摘要：随着大规模、分散式的可再生能源接入，分布式能源出力的随机性、间歇性及波动性等固有特性对电网的影响愈加明显。为了减少风力、光伏等分布式电源对配电网结构的影响，缓解分布式能源固有特性对配电网经济性、安全性的冲击，利用交直流混合配电网来进行交直流转换，以提高电网的可控性及可靠性成为目前最有效的解决方案。

关键词：主动配电网；有功功率；拓扑辨识

引言

近年来，住宅、商业屋顶光伏系统以及兆瓦级光伏发电场的装机容量快速增长。DG的高渗透性会导致在线电压频繁而大幅度地波动，并给工业生产带来安全问题和经济损失。解决在线电压波动问题成为配电网面临的挑战之一。拓扑作为一种电力系统调节方法，已被用于解决长时间尺度下的网损、电压优化等问题。近年来，智能电网中不同的智能终端设备使得电网拓扑能够灵活调节，进而处理在线电压问题。但获得最优的拓扑控制策略需要求解混合整数圆锥规划，因此这种基于优化的方法通常需要大量的计算时间。

1低压有源配电网结构

典型的低压有源配电网拓扑，可以抽象为一个以台区配变终端为根节点的辐射状树形网络。配电室将电能由低压母线输送至主干线，主干线按三相四线制铺设，通过设置分线箱引出三相四线分支、单相双线分支或进户线。布线方式多采用树干式，树干分支等级通常不超过4级。采用三相四线制或单相双线制为三相或单相用户供电。其中，多数用户连接在末端分支的各相线路，部分用户连接于相邻分支单元间的主干线路。随着小容量光伏电源不断接入用户侧，可再生能源的渗透率不断提高，根据用户是否安装光伏发电系统将低压配电网中的用户划分为光伏用户和非光伏用户。在对低压网络节点建模分析时，将台区配变终端与分支单元建模为树形拓扑的分支节点，用户处智能电表为用户节点。

2配电网信息集成技术

配电网信息集成技术可在配电网自动化系统与外部系统模块间建立有效链接，实现两者间的信息交互与共享机制，主要包括模块融合技术、系统多版本协同技术、多累模型导入技术以及异质化图形转换技术等几类。配电网自动化系统的功能结构中，模型版本管理负责可分为离线版和在线版两部分，分别包含离线图形文件和在线图形文件的全过程管控，具体实现过程包含模型同步、模型审核、模型导入、模型拼接以及异动信息检测5部分。系统包含2个数据库：离线库和在线库，分别对应不同的图形文件。此外，模型可通过信息交互总线与外部系统模块对接，具体包括模型服务、历史数据服务、实时数据服务以及日前数据服务。

3实现图模一体化的可视化配网规划

3.1基于Vue.js的SVG处理

Vue.js框架是一套构建用户界面的渐进式框架，通过API(Application Program Interface)绑定响应式数据和活动图层组件。首先使用Vue.js框架配合UI框架的Vuetify搭建页面样式，构建可视化窗口。使用 Web端原生 API Proxy，对数据以及函数调用进行劫持，并使用观察者模式，监听图层中各个元素数据的变换。当规划人员对配网 SVG 上的设备和数据进行修改或者增删时，则会触发封装好的 mutation函数，对Web 端原生函数多一层封装处理，并由Vuex将数据缓存管理，最后统一上传至后台进行更新，实现可视化页面展示数据与SVG源数据的联动变化。

3.2基于GIS的配电网实时建模技术应用

配电网模型主要依靠地理信息系统（GIS）作为源端支撑，在物理拓扑分析和识别的基础上，结合GIS地理信息、计量基础档案模型、设备物理参数等数据，建立表箱聚合负荷与用户曲线的映射模型，辨识用户与表箱的物理连接关系，对低压配电网的逻辑拓扑模型及关联关系进行拓扑参数修正。通过结合一体化GIS的公共信息模型（commoninformationmodel，CIM）信息，实时联动配电系统各个环节的信息，在GIS上呈现出对应的配置信息和实时告警信息具有重要的意义。

3.3配电网CIM的拓扑简化处理

配电网可靠性指标受多种设备影响，包括变电站母线、网架线路、断路器、隔离开关、联络开关、配电变压器等。除了以上关键元件之外，配电网CIM中还包含了杆塔、设备故障指示器、电压互感器等对可靠性指标不产生影响的非关键元件。为了提高程序的检索效率，需要对CIM的原始拓扑作出简化，将非关键元件从模型中剔除，同时要保证剔除这些元件后配网系统仍保持连通性。简化遵循以下规则：(1) 合并起点与分支点间、分支点与分支点间、分支点与终点间型号相同的相邻架空线路和电缆，省略避雷器和站房进出的电气连接线，实现非关键节点归一化处理；(2) 保留必要的开关类，如断路器、熔断器等；(3) 省略拓扑结构中没有电气属性的杆塔和电缆终端头。

3.4低压配电网信息模型与自动校核技术

基于用电信息采集载波通道上送的低压配电网信息模型与自动校核技术，是在电力载波通信技术的基础上，将自动化采集的配电信息数据传送到主站，从而进行大数据分析、系统建模的配电网台区多业务边缘计算技术。目前适用于配电网低压台区的精准线损计算、负荷与分布式电源预测、无功优化等基础模型较为复杂，工程实用性较弱。

4结束语

本文所提辨识方法仍存在一定的局限性和改进空间：一方面，文中未综合考虑其他灵活性资源、不确定时延与功率值的短时突变的影响。另一方面，区段定位算法是建立在无“零电量”用户的假设下进行的，“零电量”用户在一定程度上会影响辨识的准确率。下一步，在考虑风电、储能、电动汽车等因素的同时，融合其他有限的量测数据实现“零电量”用户的关联，并结合实测数据对所提方法做进一步的改进和完善，以提高该算法的工程应用水平。

参考文献

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[3]葛雪峰,张亮,李丹栋,史明明,袁宇波,水恒华,尹靖元.交直流混合配电网直流故障限流器拓扑及工作原理综述[J].广东电力,2020,33(12):102-108.