智能配电系统的供电能力模型与机理研究

The future distribution system of smart grid will possess fast network transfer capability, which means load can be transferred from one substation to others through feeders with tie-lines. The fast network transfer capability will bring significant changes to future distribution system operation, which is one of main motivation of the theory of Total Supply Capability (TSC).TSC for distribution systems is comparable to the Total Transfer Capability (TTC) for transmission systems. This project will focus on the modeling and mechanism of TSC; and main contents include: (1) to set up vigorous TSC models and accurate calculation methods, which consider discrete load transfer, control variables selection in feeders or transformers and N-X expansion; (2) basic characteristics and mechanism of TSC. The TSC theory for distribution system has not set up yet; and most of pilot research papers on TSC including its indices family, definition, model, solution and applications are first proposed by the project applicants in main domestic and international journals. The proposed research on TSC is not only original and with great scientific innovation, but also to meet the practical needs for planning and development of future distribution systems. This research will provide new theoretic tools for the planning, construction and operations for smart distribution systems.

智能电网下配电系统将具备通过配电网络快速转供变电站负荷的新边界条件，为建立配电系统供电能力（Total Supply Capability，简称TSC）理论提供了基础。项目将借鉴输电能力理论进行供电能力的建模和机理研究，内容包括两方面：（1）建立严格的TSC模型和精确计算方法，解决负荷转移离散性、主变或馈线控制变量选择、N-X扩展等模型问题；（2）研究TSC基本性质和机理。目前国内外均未形成与输电能力对应的供电能力理论，公开发表的供电能力指标族、定义、模型、求解和应用等前期研究大部分都是申请人和项目成员在国内外主流期刊上首先提出的。本项目是建立供电能力理论体系的基础性和原创性工作，具有重要的科学意义；同时切合了目前智能电网背景下大规模城市建成区复杂配电系统科学规划发展的重大需求，将为智能配电系统的规划、建设、运行提供新的理论工具。

配电网最大供电能力（TSC）是与输电网最大输电能力（TTC）相对应的重要指标，本项目首次系统性地对TSC开展了理论研究。项目完成了TSC的精确建模并通过经典N-1仿真验证正确；揭示了TSC模型解的性质和种类；揭示了主要因素对TSC的影响规律和作用机理；发展了基于TSC理论的新配电网规划方法。代表性的研究成果如下：.（1） 解决了TSC的精确建模问题，成果包括：①提出了更适合配电网规划精度的基于馈线的TSC模型，同时计及了主变N-1和馈线N-1；②分析了电压及网损对TSC的影响，提出了基于潮流的TSC模型，解决了模型中融入非线性潮流方程的难点，得出基于馈线TSC模型对于城市电网规划已经适用的结论；③提出了计及用户分级与互动的TSC模型；④针对电力电子化的趋势，提出了柔性配电网的TSC模型。.（2） 结合图像观测与数学推导，揭示了TSC的性质与机理。成果有：①从数学原理上分析得到TSC模型解的性质；②馈线联络对TSC的作用机理；③分布式电源和储能对TSC的影响；④变电站主接线对TSC的影响。在TSC性质研究中。.（3） 发展了新的基于TSC的规划理论，对提高配电网利用率具有重要意义。成果有：①基于TSC的配电网规划理念、方法与步骤；②基于TSC的变电站规划方法；③基于TSC的馈线联络建设次序规划方法；④基于TSC和DSSR的安全高效运行模式；⑤基于TSC的高中压配电网一体化安全性校验。TSC规划方法已得到天津、杭州配电网的实际应用。.总之，本项目很好地完成了立项目标，开辟了智能配电网规划领域实现安全与高效的一个新技术方向。所提出理论还密切结合了目前我国配电网发展现状并得到实际应用检验。在TSC的性质研究中发现了配电系统的安全边界，提出了配电安全域（DSSR）的概念， DSSR基础研究已获得国家自然科学基金面上项目（51477112）支持，体现了本项目后续研究的良好前景。