一種求解電力網絡靜態安全域的方法
2023-10-23 21:18:37 3
一種求解電力網絡靜態安全域的方法
【專利摘要】本發明公開了一種求解電力網絡靜態安全域的方法。該方法線性化電力網絡節點功率注入方程，建立節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係，進而得到代表所有對應於靜態安全約束的子邊界的超平面組。通過分裂電力網絡，把斷面潮流安全域等價為分裂後兩個子電力網絡分裂節點安全域的交集，間接地獲得了斷面潮流安全域邊界超平面組。所提方法採用了線性化方法，解決了電力網絡節點功率注入方程超高維數和強非線性問題，使得求解安全域邊界的計算量小，所需計算時間少，適合於實際在線應用。本發明可廣泛應用於電力網絡的靜態安全性分析。
【專利說明】—種求解電力網絡靜態安全域的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種求解電力網絡靜態安全域的方法，屬於電力系統靜態安全分析領域。
【背景技術】
[0002]電力系統安全直接影響到人們的日常生活和社會穩定。近年來世界範圍內大停電事故頻發，導致了巨大的經濟損失和社會負面影響，因此研究能夠實時在線應用的電力系統靜態安全分析方法十分必要。
[0003]電力網絡靜態安全分析是保障電力系統安全十分有效的一種工具。傳統靜態安全分析方法「逐點法」針對給定功率注入和故障條件，採用數值仿真、特徵值計算或能量函數法等方法來分析電力系統的安全性。這類方法是當前工業界進行靜態安全分析最主要和最實用的方法，但其缺點亦很多，比如功率注入給定的人為主觀性、選擇故障集的歷史經驗性和計算過程的耗時低效。另外這類方法只針對一個或多個事件，無法對系統的安全性進行全局性分析。
[0004]電力網絡靜態安全域能提供豐富的安全信息。目前擬合法是常有的計算靜態安全域的方法。該方法首先採用仿真方法獲得大量安全域邊界上的運行點，基於獲得的臨界運行點採用最小二乘法擬合來安全域邊界。然而對於大規模的電力系統，這種方法由於需要大量數值仿真造成計算負擔繁重而難以實際在線應用。而且採用仿真方法來獲得安全域邊界上的運行點，在操作上依然帶有人為主觀性的缺點。
[0005]另外，當前電力網絡靜態安全域方法都是針對電力網絡節點功率注入的，不獲得電力網絡中由幾條線路組成的斷面的安全域。而電力系統實際運行中，由幾條線路構成的某些關鍵斷面的安全性可能是調度員非常關心的。因此，研究斷面線路潮流的安全域具有十分重要的實用價值。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種求解電力網絡靜態安全域的方法，解決現有電力網絡靜態安全域分析方法的不足和不能求取電力網絡斷面線路潮流安全域的缺點。該方法解決了電力網絡節點功率注入方程超高維數和強非線性問題，使得求解安全域邊界的計算量小，所需計算時間少，適合於實際在線應用。
[0007]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
[0008]本發明提供一種求解電力網絡靜態安全域的方法，首先通過線性化電力網絡節點功率注入方程，建立節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係，得到代表靜態安全域邊界的超平面組；然後通過分裂電力網絡，將求解斷面潮流安全域轉化為求解分裂節點安全域，間接地獲得了斷面潮流安全域邊界超平面組。
[0009]本發明的具體實施步驟如下:
[0010]步驟1，輸入電力網絡數據；所述電力網絡數據包括電力網絡的結構數據、電氣數據、靜態安全約束數據；所述結構數據包括電力網絡中線路的連接關係、線路與變壓器的連接關係、發電機和負荷的位置；所述電氣數據包括線路及變壓器的電阻和電抗、發電機節點和負荷節點的功率注入；所述靜態安全約束數據包括節點電壓幅值安全約束、線路潮流安全約束；
[0011]步驟2，根據電力網絡的拓撲結構，建立節點功率注入方程，即節點有功、節點無功注入方程；
[0012]步驟3，在理想運行點(V = 1，Θ = O)的小鄰域內，線性化步驟2中建立的節點功率注入方程，得到節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係；其中，V是節點電壓幅值向量；Θ是節點電壓相角向量；
[0013]步驟4，將靜態安全約束數據代入步驟3中的節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係方程，得到由線性方程表達的電力網絡節點功率注入靜態安全域邊界；
[0014]步驟5，將電力網絡從斷面分裂開，分裂後所得的兩個子電力網絡都保留聯絡線和分裂節點；
[0015]步驟6，求解步驟5中每個子電力網絡的分裂節點的功率注入安全域，則原電力網絡斷面潮流安全域等價於兩個子網絡的分裂節點的功率注入安全域的交集。
[0016]本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0017](I)本發明通過線性化電力網絡節點功率注入方程，得到節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係，將電力網絡節點功率注入靜態安全域邊界分解為節點電壓幅值約束子邊界和線路潮流約束子邊界，解決了求解電力網絡節點功率注入靜態安全域邊界問題的超高維數和強非線性問題；
[0018](2)本發明把電力網絡從斷面裂開，把求解電力網絡斷面潮流靜態安全域邊界問題轉化為求解電力網絡節點功率注入靜態安全域邊界問題，解決了求解電力網絡斷面潮流靜態安全域邊界問題的超高維數和強非線性問題；
[0019](3)本發明通過線性化節點功率注入方程解析地求取了安全域，方法通用性強，實現方法簡單，便於推廣應用；
[0020](4)本發明中安全域邊界計算量小速度快，適合大電力系統的實時在線靜態安全分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的方法流程圖。
[0022]圖2是IEEE14節點標準電力網絡。
[0023]圖3是IEEE14節點標準電力網絡中節點3和節點8的電壓幅值約束子安全域和線路潮流約束子安全域，其中，(a)為考慮節點3和節點8的電壓幅值約束子安全域超平面組；(b)為考慮節點3和節點8的線路潮流約束子安全域超平面組。
[0024]圖4是IEEE14節點標準電力網絡中節點3和節點8的有功功率注入空間安全域。
[0025]圖5是電力網絡分裂方法示意圖，其中，(a)為兩區域互聯電力網絡；(b)為分裂後的子網絡示意圖。
[0026]圖6是IEEE18節點標準電力網絡。
[0027]圖7是IEEE18節點標準電力網絡斷面中線路23至24和線路30至38潮流安全域。
【具體實施方式】
[0028]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0029]本【技術領域】技術人員可以理解的是，除非特意聲明，這裡使用的單數形式「一」、「一個」、「所述」和「該」也可包括複數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭「包括」是指存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被「連接」或「耦接」到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裡使用的「連接」或「耦接」可以包括無線連接或耦接。這裡使用的措辭「和/或」包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。
[0030]本【技術領域】技術人員可以理解的是，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
[0031]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
[0032]本發明設計一種求解電力網絡靜態安全域的方法，線性化電力網絡節點功率注入方程，建立節點電壓 幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係，得到代表靜態安全域邊界的超平面組；通過分裂電力網絡，將求解斷面潮流安全域轉化為求解分裂節點安全域，間接地獲得了斷面潮流安全域邊界超平面組。
[0033]如圖1所示，本發明一種求解電力網絡靜態安全域的方法的具體實施步驟如下:
[0034]步驟1，輸入電力網絡數據；所述電力網絡數據包括電力網絡的結構數據、電氣數據、靜態安全約束數據；所述結構數據包括電力網絡中線路的連接關係、線路與變壓器的連接關係、發電機和負荷的位置；所述電氣數據包括線路及變壓器的電阻和電抗、發電機節點和負荷節點的功率注入；所述靜態安全約束數據包括節點電壓幅值安全約束、線路潮流安全約束。
[0035]其中，電壓幅值安全約束和線路潮流安全約束為:
[0036]Vmin ^ V ^ V— (I)
[0037]- δ ^ At Θ ^ δ (2)
[0038]式中，V是節點電壓幅值向量；Θ是節點電壓相角向量；Vmin為節點電壓幅值下限約束向量；Vmax為節點電壓幅值上限約束向量；δ為線路最大允許相角差；Α為電力網絡節點支路關聯矩陣。
[0039]步驟2，根據電力網絡的拓撲結構，建立節點功率注入方程，即節點有功、節點無功注入方程，具體如下:
【權利要求】
1.一種求解電力網絡靜態安全域的方法，其特徵在於，首先通過線性化電力網絡節點功率注入方程，建立節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係，得到代表靜態安全域邊界的超平面組；然後通過分裂電力網絡，將求解斷面潮流安全域轉化為求解分裂節點安全域，間接地獲得了斷面潮流安全域邊界超平面組；具體實施步驟如下: 步驟I，輸入電力網絡數據； 步驟2，根據電力網絡的拓撲結構，建立節點功率注入方程，即節點有功、節點無功注入方程； 步驟3，在理想運行點的小鄰域內，線性化步驟2中建立的節點功率注入方程，得到節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係； 步驟4，將靜態安全約束數據代入步驟3中的節點電壓幅值與相角和節點功率注入之間的線性關係方程，得到由線性方程表達的電力網絡節點功率注入靜態安全域邊界； 步驟5，將電力網絡從斷面分裂開，分裂後所得的兩個子電力網絡都保留聯絡線和分裂節點； 步驟6，求解步驟5中每個子電力網絡的分裂節點的功率注入安全域，則原電力網絡斷面潮流安全域等價於兩個子網絡的分裂節點的功率注入安全域的交集。
2.根據權利要求1所述的一種求解電力網絡靜態安全域的方法，其特徵在於，步驟I中所述電力網絡數據包括電力網絡的結構數據、電氣數據、靜態安全約束數據；所述結構數據包括電力網絡中線路的連接關係、線路與變壓器的連接關係、發電機和負荷的位置；所述電氣數據包括線路及變壓器的電阻和電抗、發電機節點和負荷節點的功率注入；所述靜態安全約束數據包括節點電壓幅值安全約束、線路潮流安全約束。
3.根據權利要求1所述的一種求解電力網絡靜態安全域的方法，其特徵在於，步驟3中在理想運行點的小鄰域內，對電力網絡節點功率注入方程在進行線性化，進而可採用超平面組來近似節點功率注入靜態安全域邊界。
4.根據權利要求1所述的一種求解電力網絡靜態安全域的方法，其特徵在於，步驟3中所述理想運行點是(V= 1，Θ =0)，其中，V是節點電壓幅值向量；Θ是節點電壓相角向量。
【文檔編號】G06F19/00GK104008279SQ201410201937
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】吳英俊 申請人:南京郵電大學