配电系统是城市的基础设施，对城市供电安全具有重大影响。安全性是配电系统规划运行的首要目标，也是制约配电系统高效运行、高比例分布式能源接入的瓶颈。安全性含义为正常运行或有部分元件退出场景下，系统仍能向负荷持续供电，同时满足元件容量和节点电压等约束。传统配电安全性分析主要采用逐点法。天津大学电气自动化与信息工程学院肖峻教授2012年提出了另一种分析配电安全性的新方法：配电系统安全域(distribution system security region，DSSR)，简称配电安全域。与逐点法相比，DSSR 首次刻画了配电系统运行的整体边界，在系统状态连续变化时，能够提供量化的、可视化的全局安全信息；还能避免逐个故障的N-1 仿真，大大提升安全性分析速度。
DSSR 为观察分析配电网提供一个全新的、有趣的视角。传统分析配电网的方法是基于拓扑结构和网络参数计算功率、电压等状态量。DSSR 是配电网安全性分析后的映射，它是在高维状态空间中的一个超多面体，包含了丰富的信息，其形状、体积、半径等空间几何属性直观地反映了配电网的结构与安全性特征。已有研究显示，通过观察安全域能发掘现有方法难以发现的配电网缺陷，更能深入地揭示配电网隐藏的规律和机理。
▲ 三维空间的工作点安全性分界现象
配电安全域刻画了配电系统满足一定安全准则下允许运行的最大范围。《智能配电系统的安全域》（肖峻，祖国强，屈玉清著. 北京：科学出版社，2021.5）首次系统地总结了DSSR 的研究成果，覆盖现有DSSR 研究的主要内容。首先，讨论了安全域的普遍存在性。其次，梳理了DSSR 的起源、发展历程以及研究现状。然后，按照理论体系全面介绍了DSSR，包括：定义、存在性、建模、求解、性质、机理以及应用。最后，介绍了DSSR 在智能配电网新条件下的扩展。
▍对于理论研究，DSSR 提供了新的配电网分析方法，发展了配电网分析理论
DSSR 包含了配电运行状态空间中所有工作点的安全性分析信息，这是配电网结构容量等关键信息在安全性上的一个完整映射，具有很高的观测和分析价值。DSSR 还是一个几何体，非常适合观测。DSSR 为观察分析配电系统提供了一个全新视角，能帮助人们深入了解配电系统的规律和机理。安全域的大小形状、工作点安全距离等新指标为发展新的配电规划和运行方法提供了条件。
DSSR 基础理论的一些主要研究结论：
▶ 安全域刻画了满足安全性要求的系统最大允许运行范围，是研究一个系统最基本的问题。安全域在不同系统中普遍存在，配电网也存在安全域，本书从观测、推导、实证三个途径进行了证明。
▶ DSSR 的定义为满足所规定安全性的所有工作点的集合，满足以下4 个条件：存在边界点、边界封闭、边界内所有点安全、边界外所有点不安全。
▶ DSSR 边界由安全边界和状态空间边界组成；安全边界由严格边界和非严格边界组成；严格边界由相交型严格边界和独立型严格边界组成。
▲ DSSR 边界的概念关系
▶ DSSR 的模型求解的主要目标是得到安全边界，仿真法适用于局部边界的精确求解，解析法能得到完整的边界方程。
▶ DSSR 是配电网安全性的完整映射，包含丰富信息，通过观测安全域能更深入揭示配电网的规律和机理，发掘现有方法难以发现的配电网缺陷。
▶ DSSR 是高维状态空间的一个超多面体，DSSR 的形状、体积、半径等空间几何属性反映了配电网结构、安全性与效率特征。
▲ 配电网总体安全水平
▶ DSSR 几何观测结果包括二维形状图谱、全维形状视图、边界凹陷视图以及体积、半径、凹陷等指标。DSSR 的观测方法包括二维直接观测、全维直接观测和全维间接观测。
▶ DSSR 具有稠密性，其边界近似线性，可用超平面来描述；N-1 后负荷转带模式唯一的配电网，其DSSR 是凸的，实际配电网一般具有多种转带模式，故其DSSR 是凹的。
▲ 两供一备接线的安全域
▍对于实际应用，DSSR 理论已有初步尝试，并取得良好效果
我们与天津市电力公司合作，在天津市城南核心区域完成了DSSR 的实证研究，计算所得的馈线安全裕度结果与调度部门的夏季大负荷方式分析报告相符，并发现了调度人员没有掌握的配电网问题。我们与中国电力科学研究院合作，开发了含分布式电源配电安全域的计算软件，成功应用在浙江嘉兴电网的调度部门。我们与北京市电力公司合作，提出了柔性配电网的概念、组网结构和运行方式；再进一步提出了柔性配电网的DSSR 计算分析方法，并在北京八达岭经济技术开发区的国内外首个10kV 三端柔性配电网示范工程中得到应用。
▍DSSR 未来可能具有广阔的应用前景
在智能配电网乃至综合能源网和能源互联网中，DSSR 都是实现系统安全高效的一项关键技术，因为只有确定系统的允许运行范围(安全域)后，调度运行人员才敢于让系统运行在接近其安全边界的位置，做到既安全又高效。DSSR 在安全评价、监视预警、态势感知、预防控制等高级运行功能上都有独特优势。经过多年大规模建设改造后，我国很多城市配电网的裕度较大，安全性没有大问题，但效率还有很大提升空间。作者认为，DSSR真正在实际中发挥作用的前提是管理因素，即配电公司追求资产的高效率。在此条件下，DSSR 理论及技术才可能在配电运行中实现。作者期待未来运行调度人员直观地看到他们所运行配电网的安全域，实时精确地了解系统状态与安全边界的位置，还能实现预防控制等高级功能，让配电系统同时做到安全和高效。
最后需要说明，DSSR 理论诞生时间不到十年，研究还在进行中，本书仅对现有成果进行了总结。我们希望读者通过本书能对配电安全域有较为全面的了解，进而更深入地了解配电网。
本文摘编自《智能配电系统的安全域》（肖峻，祖国强，屈玉清著. 北京：科学出版社，2021.5）一书“前言”“第8 章 结语”，有删减，标题为编者所加。
(智能电网技术与装备丛书)
国家出版基金项目
ISBN 978-7-03-066871-4
责任编辑：范运年 霍明亮
安全域能刻画满足安全性要求下的系统最大运行范围，是研究一个系统最基本的问题。自2012 年配电安全域概念提出后，本书首次全面地介绍配电系统安全域理论，梳理其起源和发展过程，阐明配电安全域的概念定义、数学模型、求解方法、观测手段以及性质机理等基本问题，探讨安全域在规划运行领域的应用，还结合智能电网的新特性，介绍配电安全域理论的最新发展。
本书共包含8 章。第1 章概述安全域的普遍性、研究起源与发展历程；第2 章介绍DSSR 的基础知识；第3 章给出DSSR 的数学定义，论证DSSR 的存在性问题；第4 章介绍DSSR 的模型与求解方法；第5 章介绍DSSR 的观测方法，并分析DSSR 的性质与机理；第6 章介绍DSSR 在配电网运行中的应用；第7 章介绍在智能电网新条件下的DSSR；第8章进行总结和展望。安全域不但能丰富现有的配电网分析理论，而且还是实现配电网安全高效的基础，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。
本书不仅可作为研究人员和工程技术人员的参考书，还可作为电气工程专业本科生、研究生的选修课教材。
（本文编辑：刘四旦）
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