含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法
【专利摘要】本发明属于电力系统保护与控制领域，尤其是涉及一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法。本发明基于电动汽车充放电站充放电数据信息形成电动汽车充放电站放电动率的概率分布，并通过格拉姆-查理（Gram-Charlier）级数和半不变量计算各电流保护装置的短路电流概率分布，利用效用理论计算短路电流越限严重度指标，然后计算出含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险指标。该方法基于效用理论和风险理论，采用概率潮流方法进行风险评估，有效保障含电动汽车充放电站的城市电网电流保护正常动作，使得城市电网能够安全、可靠地运行。
【专利说明】含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统保护与控制领域，尤其是涉及一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法。
【背景技术】
[0002]电动汽车作为新能源汽车的代表，相对以汽油燃烧作为动力的传统汽车而言，在环保、清洁、节能等方面占据明显的优势。代表新一代节能与环保汽车发展方向的电动汽车开始在世界范围内逐渐被推广应用，其运行所需的能量补给则由配套的充放电装置及充放电站实现。电动汽车充放电站作为分布式微储能单元接入电力网络后，配电网将由一个放射状网络变为一个分布式可控微储能和用户互联的复杂网络，其运行特性会发生改变，影响电网的安全经济运行。
[0003]配电网与高压输电网的区别在于配电网是单端供电系统，目前，我国的中低压配电网的结构主要是单端电源辐射型供电网络。相对于高压输电网的继电保护，配电网的保护较为简单。目前，我国中低压配电网馈保护的配置以三段式电流保护为主:即电流速断I段保护，限时电流速断II段保护和定时限过电流III段保护，动作时限按照阶梯原则配合，越靠近电源处保护的时限就越长。
[0004]电动汽车充放电站的并网运行使配电网变成多端电源供电系统,起始短路容量增力口，故障电流的持续时间与方向发生改变，破坏了传统配电网无方向过时限配合保护关系。随着电动汽车充放电站容量不断提高，而且电动汽车充放电站的功率输出具有随机性，其对传统配电网保护的影响越来越大。
[0005]因此，对含电动汽车充放电站的城市电网进行电流保护越限风险评估，能够保证城市电网电流保护动作的正确性，保证电网可靠运行。
【发明内容】
[0006]本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种基于效用理论和风险理论，采用概率潮流方法进行风险评估，有效保障含电动汽车充放电站的城市电网电流保护正常动作，使得城市电网能够安全、可靠地运行的一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法。
[0007]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0008]一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009]步骤I，采集若干电动汽车充放电站充放电数据信息，所述数据信息包括各个电动汽车充放电站二十四小时的平均充放电功率；
[0010]步骤2，基于步骤I采集的电动汽车充放电站充放电数据信息形成电动汽车充放电站充放电动率的概率分布，具体方法是将最近N天的电动汽车充放电站充放电数据信息进行统计分析，最近N天的电动汽车充放电站充放电数据信息即NX24小时平均充放电功率，具体方法是:
[0011]步骤2.1、取NX24小时平均充放电功率中的最小平均充放电功率Pmin和最大平均充放电功率PmaxJ1, P2,…Pnx24分别表示NX 24个小时的平均充放电功率；
[0012]步骤2.2、将区间[Pmin，PfflaJ平分成M个子区间(M表示子区间总数)，并用其区间的功率中间值代表，Pintl, Pint2，…PintM分别表示第I，2，...，M个子区间的功率中间值；
[0013]步骤2.3、统计属于各个子区间的小时数量Nk (k= 1，2，…，M)；
[0014]步骤2.4、则电动汽车充放电站放电动率的概率分布可以由下次获得:
【权利要求】
1.一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险监测法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，采集若干电动汽车充放电站充放电数据信息，所述数据信息包括各个电动汽车充放电站二十四小时的平均充放电功率； 步骤2，基于步骤I采集的电动汽车充放电站充放电数据信息形成电动汽车充放电站充放电动率的概率分布，具体方法是将最近N天的电动汽车充放电站充放电数据信息进行统计分析，最近N天的电动汽车充放电站充放电数据信息即NX 24小时平均充放电功率，具体方法是: 步骤2.1、取NX 24小时平均充放电功率中的最小平均充放电功率Pmin和最大平均充放电功率Pn^PuP2,…Pnx24分别表示NX 24个小时的平均充放电功率； 步骤2.2、将区间[Pmin，Pmax]平分成M个子区间(M表示子区间总数)，并用其区间的功率中间值代表，Pintl, Pint2，…PintM分别表示第I，2，...，M个子区间的功率中间值； 步骤2.3、统计属于各个子区间的小时数量Nk(k= 1，2，".，Μ)； 步骤2.4、则电动汽车充放电站放电动率的概率分布可以由下次获得:
M P(P = P,mt ) = 74x[￥(k =) 步骤3，考虑故障回路的影响，对节点阻抗矩阵做出调整后，建立含短路故障的潮流方程的线性化模型，然后通过格拉姆-查理级数和半不变量计算配电网中各电流保护装置的短路电流概率分布；包括以下子步骤: 步骤3.1、基于故障回路的影响，对节点阻抗矩阵做出调整后，建立含短路故障的潮流方程的线性化模型 ?50 + Μ=/(^0+ΔΛ.) [ AS-J0AX 式一
+ ^ (.*\ )
AZ = G0AX 式中，Xc^PZci分别为节点注入量S、母线电压X和支路潮流Z的期望值，AS、ΛΧ、Δ Z为随机扰动，可看成是服从某一分布的随机变量Jtl为牛拉法最后一次迭代所用的雅可比矩阵，G0为支路方程雅可比矩阵，其中的元素与雅可比矩阵中Jtl的元素有非常简单的关系: (IRDOu I/γγjjr _:__ —*.f ' f-:__JC d$t 11VQ1 ,J aftBQii _1L — / /^1J 一 -_【1- 一 —— Βθβ vdffj 9 ^jlS jT\ —=O ^ Jj — = 0 ^{hj} 式二
其中的Hij, Nij, Kij等均为雅可比矩阵元素:
Hij = -ViVj (GijSin Θ Jj-BijCos Θ tj)
Nij = -ViVj (GijCos Θ "+BijSin Θ tj) 式三
Kij = ViVj (GijCOS Θ jj+BijSin Θ tj) 步骤3.2、利用牛顿法计算含短路故障的潮流方程，得到母线电压的基础值Xtl和最后一次迭代时的雅可比矩阵Jtl,同时也可得到支路功率的基础值Ztl和支路方程的雅可比矩阵G0 ; 步骤3.3、根据步骤2得到的电动汽车充放电站放电功率的概率分布计算其各阶原点矩；当已知随机变量的概率分布时，即可求出它的各阶原点矩，如下分别给出了连续型随机变量和尚散型随机变量的矩与中心矩的求法； 对于连续随机变量来说，设连续随机变量X的密度函数为f (x)，则其V阶原点矩α ν可由下式求得:
对尚散随机变量来说，设尚散随机变量X取值Xi的概率为Pi，则V阶原点矩α v可由下式求得:
步骤3.4、然后采用下式计算各阶半不变量:
式中:Y 1、a i分别为随机变量的I阶半不变量和原点矩；i为阶数，Ypai分别为随机变量的i阶半不变量和原点矩；€^为组合数； 步骤3.5、利用半不变量的可加性，分别根据AS~JtlAX和AZ = GtlAX计算母线电压和支路功率的随机变量的各阶半不变量，然后根据公式(5)计算随机变量的各阶原点矩；
步骤3.6、基于格拉姆-查理(Gram-Charlier)级数,计算母线电压和支路功率随机变量的概率密度函数:
式中，Hk(X)为埃尔米特Hermite k阶多项式；Φ (x)为标准正态分布的概率密度函数；Ak为各阶原点矩的线性组合； 步骤3.6、基于母线电压和支路功率的基础值Xtl和Ztl，对g(x)进行平移转换得到母线电压和支路功率的概率分布，从而获得短路电流的概率分布； 步骤4，利用效用理论计算短路电流越限严重度指标，然后计算出含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险指标。
2.根据权利要求1所述的一种含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险评估方法，其特征在于，所述步骤4，具体实现方法是: 步骤4.1、计算短路电流越限值ω ω = Id-1art 式七 式中，Id为短路电流值；Iac;t为电流保护I段保护整定值； 步骤4.2、利用效用理论，计算城市电网电流保护越限严重度u (ω) ιι(ω) = 0.582Χ (θω-1) 式八 步骤4.4、采用风险理论，计算含电动汽车充放电站的城市电网电流保护越限风险指标R(?, P) R(?,p) = υ(ω)Χρ(ω) 式九 式中:Ρ(ω)为越限严重度?!(ω)相应的概率。
【文档编号】G06F19/00GK104182640SQ201410424814
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】杨军, 巫伟南 申请人:武汉大学