一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法
2023-05-26 00:52:56
專利名稱：一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法
技術領域：
本發明涉及涉及一種互聯電網中子網電壓穩定評估方法，在簡化外網模型下，結合分布式計算方法和連續潮流技術對互聯電網中子網進行電壓穩定評估。
背景技術：
在世界範圍內，電網互聯程度的不斷提高促進了電力資源的優化配置，但也帶來了一些負面影響，使電網的安全問題更為突出，這就對系統電壓穩定性分析模型和工具提出了更多更高的要求。近年來，國內外電力系統曾多次發生電壓崩潰事故，更是使得電壓穩定性問題的研究在世界範圍內引起廣泛的關注。中長期電壓穩定問題可以用靜態模型和方法來近似分析，相應的理論和算法已經成熟。但是互聯電網採用分層分級管理，模型和參數分布在各子網控制中心，互聯電網在線電壓穩定評估的分布式計算方法具有重要的研究意義。在互聯電網子網的電壓穩定評估中，需要準確計及外部電網對於內部電網電壓穩定支撐和影響。發生在外部系統中的擾動有時同樣會給內網帶來嚴重影響，甚至危及內部系統安全，國內外近期發生的大停電事故大多是由一個區域內的單一故障引發多重故障， 由局部地區擴展到廣大地區，最終導致大面積停電甚至全網崩潰。目前各個子網的在線電壓穩定監視與控制系統，採用的大多是基於斷面潮流的靜態等值模型和方法，即在離線模式下，以某一典型外網運行方式計算出外網等值模型，在線運行時就用這個固定參數的外網等值模型來模擬外網的響應。實際上，外部系統的運行方式經常發生變化，在不同的外網運行方式下，外網對於內網擾動的響應也是在不斷變化著的，因而與之對應的外網等值模型參數也應該隨之變化，採用固定的外網等值模型根本無法適應電壓穩定評估中計算系統極端負荷情形下靜態穩定臨界點的需要，所得結果不是過於樂觀，就是過於悲觀，已經成為阻礙在線電壓穩定監視和控制實用化的一個瓶頸。解決上述問題的思路有三個。一是發展和建立適合電壓穩定評估的外網等值模型。該思路存在很多困難，現有靜態等值技術都是線性等值，無法適應電壓穩定問題的強非線性以及對一系列內外部嚴重故障進行分析的需要。而主網電壓穩定評估與控制基本無法通過等值來解決。二是集中式計算。即在某個子網控制中心實時收集各區域電網所有數據， 然後進行數據集中的全網計算。這種方法有通訊量大和保密性差的缺點，給其應用帶來限制，尤其是在電力市場背景下。三是通過多控制中心之間的分布式計算來解決。隨著控制中心之間高速數據通訊網的建成使用以及標準化技術的發展，在廣域網上實現具有與完整模型集中式計算相同效果的分布式計算越來越成為熱點。其中分布式潮流作為電力系統分析計算的基礎，已經取得了較多成果。文獻一《基於異步迭代的多區域互聯繫統動態潮流分解協調計算》(電力系統自動化2003年第27卷第M期第1頁)及其補充文獻十《分布式潮流計算異步迭代模式的補充和改進》(電力系統自動化2007年第31卷第2期第12頁)在Ward等值的基礎上提出通過網絡用邊界上少量的數據交換來更新外網等值注入功率，獲得了理想的結果。進行Ward等值的目的是為保證一旦分布式計算不成功，子系統採用Ward等值獨立計算出的結果仍然可接受，即保證子系統計算的相對獨立性。但等值過程顯得較為繁瑣，尤其對於多區域互聯繫統的分布式計算。文獻二《基於ward等值的分布式潮流計算》(重慶大學學報2006年第四卷第11期第36頁)對主從區域分別進行Ward等值，通過交換邊界節點等值注入功率和電壓來實現協調統一，也獲得了較好的收斂效果。但有明顯的主從性，且仍然沒有能夠避免等值帶來的繁瑣計算。文獻三《多層電力系統的異步迭代分布式潮流計算》(電網技術2008年第32卷第 7期第19頁)披露了一種約束分解的分布式計算方法，通過各子網特徵數據的上傳和協調層統一計算後電壓數據的下發來完成協調計算。雖然避免了對外網的等值計算，但在每步外層迭代中，各子網都需要重新計算等值雅克比矩陣和另一個特徵參數。文獻四《基於網絡分割的電力系統潮流分解協調計算》(高電壓技術2007年第33卷第7期第173頁)利用支路切割法對各子網建立模型，也省去了等值的過程，但適用範圍有限。第一，該算法有並行算法的痕跡；第二，對於邊界節點是PV節點的系統，需要修改算法。文獻五《基於改進Jacobian-Free Newton GMRES (m)的電力系統分布式潮流計算》(電力系統自動化2007年第30卷第9期第5頁)披露了一種基於改進Jacobian-Free Newton-GNRES的電力系統分布式潮流計算方法。計算前對各子系統內側節點和聯絡線分別建模，各子系統僅與聯絡線系統交換邊界節點電壓向量以及功率注入。聯絡線系統根據各子系統提供的邊界節點狀態量重修正各子系統聯絡點的電壓向量和注入功率並回發給各子系統，子系統根據新的邊界節點狀態量再次進行內部迭代。通過數次內外層迭代後達到與全網統一計算相同的效果。但在實際應用時，對現有的潮流計算改動較多。文獻六《基於潮流方程組拼接模式的互聯繫統分布式潮流計算》(電力系統自動化2008年第32卷第 2期第11頁)披露了一種基於潮流方程組拼接模式的分布式計算方法，即實時收集各區域電網所有數據，然後進行數據集中的潮流計算。這種方法有數據通訊量大和數據保密性差的缺點，給其應用帶來限制，尤其是在電力市場背景下。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，在適應現有網絡通訊條件且更符合控制中心外網建模方式的基礎上，採用異步迭代模式，通過上級電網控制中心與下層各個子網控制中心之間少量的數據交換和分布式計算，在子網本地準確的進行電壓穩定評估計算，獲得與全網統一計算相同的效果，保障系統安全和經濟運行。本發明具體採用以下技術方案一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，所述互聯電網包括屬於同一個上級電網的至少兩個子網，各子網控制中心中間及各子網控制中心與上級電網控制中心之間信息互聯；該方法包括以下步驟步驟1、建立各子網外網等值模型；各子網間交換邊界節點阻抗矩陣對角元，形成電壓修正係數；定義主子網、從子網，以及主子網負荷及發電增長方式主子網定義為進行電壓穩定評估的子網，需要定義其內部負荷及發電增長方式並進行連續潮流計算，而從子網定義為其他進行普通潮流計算的子網，不參與負荷及發電增長；所述子網外網等值模型按照以下方法建立將聯絡線在各子網重複建模，並定義聯絡線一端在子網內部的節點為內邊界節點，另一端在子網外部的節點為外邊界節點，其他在子網內部的節點定義為內部節點，在子網外部的定義為外部節點；步驟2、在主子網內部進行連續潮流預測環節，計算主子網各狀態變量預測方向向量；選擇下一個預測-校正步的連續參數；判斷是否到達鼻點，如果到達則退出，否則進行下一步；步驟3、在主子網和各從子網間通過分布式計算方法進行連續潮流校正環節計算， 在每個外層迭代中判斷各子網是否滿足邊界節點電壓匹配條件，如果滿足則轉步驟2，否則繼續步驟3。步驟3中所述在主子網和各從子網間通過分布式計算方法進行連續潮流校正環節計算，具體步驟為步驟31、計算各子網外網等值注入功率；步驟32、判斷是否為首次外層循環，如果是則計算主子網電壓預測值，作為主子網校正計算的電壓初值，否則繼續下一步；步驟33、主子網連續潮流校正計算與從子網潮流計算；步驟34、外層收斂判別及邊界節點電壓信息交換協調。步驟31中所述計算各子網外網等值注入功率，具體方法為在第k次外層迭代時，用邊界節點的電壓幅值和相角來計算外邊界節點i的等值注入功率P」 =時恐化 CO^P +Bij sin^)(1)Q^ =Sin^cos^)(2)式中，Gu和Bu分別為節點i與j間的導納陣互電導和互電納；上標k表示第k次迭代；S ij = Si-Sj為節點i與j間的電壓相角差；Ui, Uj為節點i與j的電壓幅值；在每個連續潮流步的初次外層迭代中，邊界節點電壓相量取基態值，之後的外層迭代步中採用根據電壓修正係數更新得到的電壓修正值。步驟33中，所述主子網連續潮流計算，具體方法為求解以下連續潮流方程，
權利要求
1.一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，所述互聯電網包括屬於同一個上級電網的至少兩個子網，各子網控制中心中間及各子網控制中心與上級電網控制中心之間信息互聯；其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟1、建立各子網外網等值模型；各子網間交換邊界節點阻抗矩陣對角元，形成電壓修正係數；定義主子網、從子網，以及主子網負荷及發電增長方式主子網定義為進行電壓穩定評估的子網，需要定義其內部負荷及發電增長方式並進行連續潮流計算，而從子網定義為其他進行普通潮流計算的子網，不參與負荷及發電增長；所述子網外網等值模型按照以下方法建立將聯絡線在各子網重複建模，並定義聯絡線一端在子網內部的節點為內邊界節點，另一端在子網外部的節點為外邊界節點，其他在子網內部的節點定義為內部節點， 在子網外部的定義為外部節點；步驟2、在主子網內部進行連續潮流預測環節，計算主子網各狀態變量預測方向向量； 選擇下一個預測-校正步的連續參數；判斷是否到達鼻點，如果到達則退出，否則進行下一步驟3、在主子網和各從子網間通過分布式計算方法進行連續潮流校正環節計算，在每個外層迭代中判斷各子網是否滿足邊界節點電壓匹配條件，如果滿足則轉步驟2，否則繼續步驟3 ο
2.如權利要求1所述基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，其特徵在於，步驟3中所述在主子網和各從子網間通過分布式計算方法進行連續潮流校正環節計算，具體步驟為步驟31、計算各子網外網等值注入功率；步驟32、判斷是否為首次外層循環，如果是則計算主子網電壓預測值，作為主子網校正計算的電壓初值，否則繼續下一步；步驟33、主子網連續潮流校正計算與從子網潮流計算； 步驟34、外層收斂判別及邊界節點電壓信息交換協調。
3.如權利要求2所述基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，其特徵在於，步驟31中所述計算各子網外網等值注入功率，具體方法為在第k次外層迭代時，用邊界節點的電壓幅值和相角來計算外邊界節點i的等值注入功率
4.如權利要求2所述基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，其特徵在於，步驟33中，所述主子網連續潮流計算，具體方法為求解以下連續潮流方程，式中，Δ U為連續潮流的步長；Uk和Uk,。ld分別為節點k的電壓當前值和前一步校正環節取值；U，δ分別為子網節點電壓幅值和相角向量；λ為負荷參數； 所述從子網潮流計算，具體方法為 求解以下普通潮流方程 f(U, δ) = 0，式中，U，δ分別為子網節點電壓幅值和相角向量。
5.如權利要求2所述基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，其特徵在於，步驟33中所述從子網潮流計算，採用牛頓潮流與最優乘子潮流相切換的策略在進行子網電壓穩定評估時，如出現從子網先於主子網電壓崩潰的情形，則將從子網的潮流計算方法由牛頓潮流發散轉換為最優乘子潮流方法繼續計算，通過主子網電壓值的不斷更新， 使得各子網修正的電壓值不斷向真值逼近，最終獲得外層迭代的收斂。
6.如權利要求2所述基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法，其特徵在於，所述步驟34具體包括以下步驟步驟3401、偏移相角修正對於具有相同邊界節點集合B12的兩個子網1和子網2，設B12中的節點個數為η，首先按照下式計算子網1與子網2在相同邊界節點上的電壓相角差α 12
全文摘要
本發明公開了一種基於分布式計算的互聯電網中子網電壓穩定評估方法。本發明方法首先在互聯電網各子網上建立僅保留區域聯絡線的簡化外網模型。然後在進行電壓穩定評估計算的主子網上採用連續潮流來計算負荷裕度，其餘相鄰子網配合以牛頓法潮流計算。通過外層循環中邊界節點電壓信息的交換和協調計算，不斷修正各子網外邊界節點等值注入功率，最終在主子網本地獲得與全網統一計算相同的子網負荷裕度。本發明方法採用的各子網簡化外網模型，無需Ward等值過程，減輕了協調層的參與程度與計算量；計算模式與當前EMS中計算模式基本一致，且各子網獨立計算精度較高；可以較好的計及外部電網對於內部電網電壓穩定的支撐和影響。
文檔編號H02J3/06GK102354981SQ201110294628
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者徐鵬, 石飛, 趙晉泉 申請人:河海大學