基於傳輸介數的電網關鍵線路辨識方法與流程

2023-06-11 05:01:11

本發明屬於電網關鍵線路辨識領域，特別涉及一種基於傳輸介數的電網關鍵線路辨識方法。

背景技術：

近年來，世界範圍內的大停電事故時有發生。多起大停電事故的調查報告表明，大停電事故的起因均是個別元件故障引發的連鎖故障。輸電線路作為電能的傳輸媒介，對維持電力系統穩定運行起著重要作用。某些關鍵線路故障將迅速改變潮流分布，造成其他線路跳閘、電壓崩潰，繼而引發連鎖故障。因此，對電網中的關鍵線路進行辨識，加強對關鍵線路的監視與保護，能有效地降低大停電風險，提高電力系統的供電可靠性。

目前對電網關鍵線路的辨識方法或是無法克服節點間的功率按最短路徑傳輸的弊端；或是沒有考慮線路中電流的方向性；亦或是均以線路傳輸有功功率為研究對象，卻忽視了線路在傳輸無功潮流方面的作用。針對以上不足，本發明專利現有的有功潮流介數的基礎上，考慮無功潮流的作用，提出傳輸介數概念並將其用於辨識系統的關鍵線路的方法。

技術實現要素：

本發明專利針對目前對電網關鍵線路辨識方法上存在的忽略電流方向性以及忽略無功功率等問題，提出了一種基於傳輸介數的電網關鍵線路辨識方法。

本發明的基於傳輸介數的電網關鍵線路辨識方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取電網拓撲和量測數據，生成標準數據格式。

所述的電網拓撲和量測數據由相應電網公司提供。

所述的標準數據格式為方便程序處理的數據格式。

步驟2、採用潮流追蹤的方法，分別計算所有線路的有功潮流因子和無功潮流因子。

所述的有功潮流因子由公式(1)進行計算。

式中：FPij為線路i-j的有功潮流因子；GP為發電機節點集合；LP為負荷節點集合；P(m,n)為發電機m到負荷n所傳輸的有功功率；Pij(m,n)為發電機m到負荷n所傳輸的有功功率在線路i-j上的分量；min(Pm,Pn)為單一有功潮流因子的權重，取發電機m和負荷n的有功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸的有功功率。

所述的無功潮流因子由公式(2)進行計算。

式中：FQij為線路i-j的無功潮流因子；GQ為無功電源節點集合；LQ為無功負荷節點集合；Q(m,n)為無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率；Qij(m,n)為無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率在i-j上的分量；min(Qm,Qn)為單一無功潮流因子的權重，取無功電源m和無功負荷n的無功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸的無功功率。

所述的發電機m到負荷n所傳輸的有功功率P(m,n)、發電機m到負荷n所傳輸的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)、無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率Q(m,n)、無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率在i-j上的分量Qij(m,n)可通過潮流追蹤方法進行計算。

所述的潮流追蹤方法，參看文獻[1]Bialek J.Tracing the flow of electricity[J].Generation,Transmission and Distribution,IEE Proceedings-,1996,143(4):313-320和文獻[2]羅靜.無功功率潮流跟蹤的模型與算法研究[J].重慶大學學報:自然科學版,2009,32(3):247-251。該方法包括以下步驟：

步驟2-1、根據初始狀態，計算系統的潮流結果，得到每個節點的電壓和相角、線路首末端傳輸功率、線路損耗和發電機輸出功率等。

所述的初始狀態由步驟1生成的標準數據格式獲得。

步驟2-2、對系統進行無損化等值處理。對於有功損耗ΔPij，將線路上的有功損耗平均分配到線路的兩端節點，作為兩端節點的有功負荷，根據公式(3)得到有功無損網絡中節點i的有功負荷Pinet；對於無功損耗ΔQij，將線路等效為π型模型，將線路的充電功率和無功損耗平均分配到線路的兩端節點，分別作為兩端節點的無功電源和無功負荷，根據公式(4)得到無功無損網絡中節點i的無功量

式中，Pi是節點i初始的有功負荷，Ni是與節點i有線路連接的節點集合，ΔPij是線路i-j的有功損耗。

式中，Qi是節點i初始的無功負荷，Ni是與節點i有線路連接的節點集合，Ui是節點i的電壓幅值，Bij是線路i-j的等效對地電納，ΔQij是線路i-j的無功損耗。如果大於零，節點i應視作無功負荷節點；如果小於零，節點i應視作無功電源節點。

步驟2-3、建立有功無損網絡的順流分配矩陣AdP和逆流分配矩陣AuP，分別如公式(5)、(6)所示。建立無功無損網絡的順流分配矩陣AdQ和逆流分配矩陣AuQ，計算方法分別如公式(7)、(8)所示。

式中，Pij是線路i-j上的有功潮流，PTi、PTj分別為節點i和節點j的總注入有功功率。

式中，Qij是線路i-j上的有功潮流，QTi、QTj分別為節點i和節點j的總注入有功功率。

步驟2-4、計算發電機m到負荷n所傳輸的有功功率P(m,n)和無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率Q(m,n)，計算方法分別如公式(9)、(10)所示。

式中，是有功無損網絡中節點n的負荷，PTn是節點n的總注入有功功率，Pm是發電機節點m的有功功率，是逆流分配矩陣AdP的逆。

式中，是無功無損網絡中節點n的負荷，QTn是節點n的總注入無功功率，Qm是發電機節點m的無功功率，是逆流分配矩陣AdQ的逆。

步驟2-5、計算發電機m到負荷n所傳輸的有功功率和無功功率在i-j上的分量Pij(m,n)和Qij(m,n)，計算方法分別如公式(11)、(12)所示。

式中，Pij是有功無損網絡中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣AdP的逆，是順流分配矩陣AuP的逆。

式中，Qij是有無功無損網絡中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣AdQ的逆，是順流分配矩陣AuQ的逆。

步驟3、計算各線路的傳輸介數。線路i-j的傳輸介數Bij的計算方式如公式(13)所示。

式中，ωP和ωQ分別是有功潮流因子和無功潮流因子的權重係數，和分別是有功潮流因子和無功潮流因子的標么值。

所述的有功潮流因子和無功潮流因子的標么值可由式(14)計算得到。

式中，FPij和FQij分別是式(2)和式(3)定義的有功潮流因子和無功潮流因子，max(FP)和max(FQ)分別表示全部線路的有功潮流因子和無功潮流因子的最大值。

步驟4、對各個線路的傳輸介數進行排序，以辨識線路關鍵程度，傳輸介數的數值越大表示線路越關鍵。

本發明的有益效果在於：

本發明在電網關鍵線路辨識方法中引入了傳輸介數的概念，可以更加準確的辨識出電網中的關鍵線路。經過實際算例驗證，本發明的方法可靠、易行，便於推廣。

具體實施方式

下面對本發明作進一步的說明。

步驟1、獲取電網拓撲和量測數據，生成標準數據格式。

所述的電網拓撲和量測數據由相應電網公司提供。

所述的標準數據格式為方便程序處理的數據格式。

步驟2、採用潮流追蹤的方法，分別計算所有線路的有功潮流因子和無功潮流因子。

所述的有功潮流因子由公式(1)進行計算。

式中：FPij為線路i-j的有功潮流因子；GP為發電機節點集合；LP為負荷節點集合；P(m,n)為發電機m到負荷n所傳輸的有功功率；Pij(m,n)為發電機m到負荷n所傳輸的有功功率在i-j上的分量；min(Pm,Pn)為單一有功潮流因子的權重，取發電機m和負荷n的有功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸的有功功率。

所述的無功潮流因子由公式(2)進行計算。

式中：FQij為線路i-j的無功潮流因子；GQ為無功電源節點集合；LQ為無功負荷節點集合；Q(m,n)為無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率；Qij(m,n)為無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率在i-j上的分量；min(Qm,Qn)為單一無功潮流因子的權重，取無功電源m和無功負荷n的無功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸的無功功率。

所述的發電機m到負荷n所傳輸的有功功率P(m,n)、發電機m到負荷n所傳輸的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)、無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率Q(m,n)、無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率在i-j上的分量Qij(m,n)可通過潮流追蹤方法進行計算。

所述的潮流追蹤方法包括以下步驟：

步驟2-1、根據初始狀態，計算系統的潮流結果，得到每個節點的電壓和相角、線路首末端傳輸功率、線路損耗和發電機輸出功率等。

所述的初始狀態由步驟1生成的標準數據格式獲得。

步驟2-2、對系統進行無損化等值處理。對於有功損耗ΔPij，將線路上的有功損耗平均分配到線路的兩端節點，作為兩端節點的有功負荷，根據公式(3)得到有功無損網絡中節點i的有功負荷Pinet；對於無功損耗ΔQij，將線路等效為π型模型，將線路的充電功率和無功損耗平均分配到線路的兩端節點，分別作為兩端節點的無功電源和無功負荷，根據公式(4)得到無功無損網絡中節點i的無功量

式中，Pi是節點i初始的有功負荷，Ni是與節點i有線路連接的節點集合，ΔPij是線路i-j的有功損耗。

式中，Qi是節點i初始的無功負荷，Ni是與節點i有線路連接的節點集合，Ui是節點i的電壓幅值，Bij是線路i-j的等效對地電納，ΔQij是線路i-j的無功損耗。如果大於零，節點i應視作無功負荷節點；如果小於零，節點i應視作無功電源節點。

步驟2-3、建立有功無損網絡的順流分配矩陣AdP和逆流分配矩陣AuP，分別如公式(5)、(6)所示。建立無功無損網絡的順流分配矩陣AdQ和逆流分配矩陣AuQ，計算方法分別如公式(7)、(8)所示。

式中，Pij是線路i-j上的有功潮流，PTi、PTj分別為節點i和節點j的總注入有功功率。

式中，Qij是線路i-j上的有功潮流，QTi、QTj分別為節點i和節點j的總注入有功功率。

步驟2-4、計算發電機m到負荷n所傳輸的有功功率P(m,n)和無功電源m到無功負荷n所傳輸的無功功率Q(m,n)，計算方法分別如公式(9)、(10)所示。

式中，是有功無損網絡中節點n的負荷，PTn是節點n的總注入有功功率，Pm是發電機節點m的有功功率，是逆流分配矩陣AdP的逆。

式中，是無功無損網絡中節點n的負荷，QTn是節點n的總注入無功功率，Qm是發電機節點m的無功功率，是逆流分配矩陣AdQ的逆。

步驟2-5、計算發電機m到負荷n所傳輸的有功功率和無功功率在i-j上的分量Pij(m,n)和Qij(m,n)，計算方法分別如公式(11)、(12)所示。

式中，Pij是有功無損網絡中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣AdP的逆，是順流分配矩陣AuP的逆。

式中，Qij是有無功無損網絡中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣AdQ的逆，是順流分配矩陣AuQ的逆。

步驟3、計算各線路的傳輸介數。線路i-j的傳輸介數Bij的計算方式如公式(13)所示。

式中，ωP和ωQ分別是有功潮流因子和無功潮流因子的權重係數，和分別是有功潮流因子和無功潮流因子的標么值。

所述的有功潮流因子和無功潮流因子的標么值可由式(14)計算得到。

式中，FPij和FQij分別是式(2)和式(3)定義的有功潮流因子和無功潮流因子，max(FP)和max(FQ)分別表示全部線路的有功潮流因子和無功潮流因子的最大值。

步驟4、對各個線路的傳輸介數進行排序，以辨識線路關鍵程度，數值越大表示線路越關鍵。