一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法。該方法線性化電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程，建立節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系，進(jìn)而得到代表所有對(duì)應(yīng)于靜態(tài)安全約束的子邊界的超平面組。通過(guò)分裂電力網(wǎng)絡(luò)，把斷面潮流安全域等價(jià)為分裂后兩個(gè)子電力網(wǎng)絡(luò)分裂節(jié)點(diǎn)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。所提方法采用了線性化方法，解決了電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程超高維數(shù)和強(qiáng)非線性問(wèn)題，使得求解安全域邊界的計(jì)算量小，所需計(jì)算時(shí)間少，適合于實(shí)際在線應(yīng)用。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于電力網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)安全性分析。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，屬于電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)安全直接影響到人們的日常生活和社會(huì)穩(wěn)定。近年來(lái)世界范圍內(nèi)大停電事故頻發(fā)，導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響，因此研究能夠?qū)崟r(shí)在線應(yīng)用的電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析方法十分必要。
[0003]電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全分析是保障電力系統(tǒng)安全十分有效的一種工具。傳統(tǒng)靜態(tài)安全分析方法“逐點(diǎn)法”針對(duì)給定功率注入和故障條件，采用數(shù)值仿真、特征值計(jì)算或能量函數(shù)法等方法來(lái)分析電力系統(tǒng)的安全性。這類(lèi)方法是當(dāng)前工業(yè)界進(jìn)行靜態(tài)安全分析最主要和最實(shí)用的方法，但其缺點(diǎn)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(jīng)驗(yàn)性和計(jì)算過(guò)程的耗時(shí)低效。另外這類(lèi)方法只針對(duì)一個(gè)或多個(gè)事件，無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行全局性分析。
[0004]電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域能提供豐富的安全信息。目前擬合法是常有的計(jì)算靜態(tài)安全域的方法。該方法首先采用仿真方法獲得大量安全域邊界上的運(yùn)行點(diǎn)，基于獲得的臨界運(yùn)行點(diǎn)采用最小二乘法擬合來(lái)安全域邊界。然而對(duì)于大規(guī)模的電力系統(tǒng)，這種方法由于需要大量數(shù)值仿真造成計(jì)算負(fù)擔(dān)繁重而難以實(shí)際在線應(yīng)用。而且采用仿真方法來(lái)獲得安全域邊界上的運(yùn)行點(diǎn)，在操作上依然帶有人為主觀性的缺點(diǎn)。
[0005]另外，當(dāng)前電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域方法都是針對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入的，不獲得電力網(wǎng)絡(luò)中由幾條線路組成的斷面的安全域。而電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，由幾條線路構(gòu)成的某些關(guān)鍵斷面的安全性可能是調(diào)度員非常關(guān)心的。因此，研究斷面線路潮流的安全域具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，解決現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域分析方法的不足和不能求取電力網(wǎng)絡(luò)斷面線路潮流安全域的缺點(diǎn)。該方法解決了電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程超高維數(shù)和強(qiáng)非線性問(wèn)題，使得求解安全域邊界的計(jì)算量小，所需計(jì)算時(shí)間少，適合于實(shí)際在線應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，首先通過(guò)線性化電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程，建立節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系，得到代表靜態(tài)安全域邊界的超平面組；然后通過(guò)分裂電力網(wǎng)絡(luò)，將求解斷面潮流安全域轉(zhuǎn)化為求解分裂節(jié)點(diǎn)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(fā)明的具體實(shí)施步驟如下:
[0010]步驟1，輸入電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；所述電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)、靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)；所述結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)中線路的連接關(guān)系、線路與變壓器的連接關(guān)系、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的位置；所述電氣數(shù)據(jù)包括線路及變壓器的電阻和電抗、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率注入；所述靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)電壓幅值安全約束、線路潮流安全約束；
[0011]步驟2，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立節(jié)點(diǎn)功率注入方程，即節(jié)點(diǎn)有功、節(jié)點(diǎn)無(wú)功注入方程；
[0012]步驟3，在理想運(yùn)行點(diǎn)(V = 1，Θ = O)的小鄰域內(nèi)，線性化步驟2中建立的節(jié)點(diǎn)功率注入方程，得到節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系；其中，V是節(jié)點(diǎn)電壓幅值向量；Θ是節(jié)點(diǎn)電壓相角向量；
[0013]步驟4，將靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)代入步驟3中的節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系方程，得到由線性方程表達(dá)的電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界；
[0014]步驟5，將電力網(wǎng)絡(luò)從斷面分裂開(kāi)，分裂后所得的兩個(gè)子電力網(wǎng)絡(luò)都保留聯(lián)絡(luò)線和分裂節(jié)點(diǎn)；
[0015]步驟6，求解步驟5中每個(gè)子電力網(wǎng)絡(luò)的分裂節(jié)點(diǎn)的功率注入安全域，則原電力網(wǎng)絡(luò)斷面潮流安全域等價(jià)于兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的分裂節(jié)點(diǎn)的功率注入安全域的交集。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0017](I)本發(fā)明通過(guò)線性化電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程，得到節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系，將電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界分解為節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界問(wèn)題的超高維數(shù)和強(qiáng)非線性問(wèn)題；
[0018](2)本發(fā)明把電力網(wǎng)絡(luò)從斷面裂開(kāi)，把求解電力網(wǎng)絡(luò)斷面潮流靜態(tài)安全域邊界問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界問(wèn)題，解決了求解電力網(wǎng)絡(luò)斷面潮流靜態(tài)安全域邊界問(wèn)題的超高維數(shù)和強(qiáng)非線性問(wèn)題；
[0019](3)本發(fā)明通過(guò)線性化節(jié)點(diǎn)功率注入方程解析地求取了安全域，方法通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，便于推廣應(yīng)用；
[0020](4)本發(fā)明中安全域邊界計(jì)算量小速度快，適合大電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線靜態(tài)安全分析。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0022]圖2是IEEE14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)。
[0023]圖3是IEEE14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)8的電壓幅值約束子安全域超平面組；(b)為考慮節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)8的線路潮流約束子安全域超平面組。
[0024]圖4是IEEE14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)8的有功功率注入空間安全域。
[0025]圖5是電力網(wǎng)絡(luò)分裂方法示意圖，其中，(a)為兩區(qū)域互聯(lián)電力網(wǎng)絡(luò)；(b)為分裂后的子網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0026]圖6是IEEE18節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)。
[0027]圖7是IEEE18節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)斷面中線路23至24和線路30至38潮流安全域。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱(chēng)元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，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，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0030]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0032]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，線性化電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程，建立節(jié)點(diǎn)電壓 幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系，得到代表靜態(tài)安全域邊界的超平面組；通過(guò)分裂電力網(wǎng)絡(luò)，將求解斷面潮流安全域轉(zhuǎn)化為求解分裂節(jié)點(diǎn)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(fā)明一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法的具體實(shí)施步驟如下:
[0034]步驟1，輸入電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；所述電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)、靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)；所述結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)中線路的連接關(guān)系、線路與變壓器的連接關(guān)系、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的位置；所述電氣數(shù)據(jù)包括線路及變壓器的電阻和電抗、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率注入；所述靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)電壓幅值向量；Θ是節(jié)點(diǎn)電壓相角向量；Vmin為節(jié)點(diǎn)電壓幅值下限約束向量；Vmax為節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣。
[0039]步驟2，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立節(jié)點(diǎn)功率注入方程，即節(jié)點(diǎn)有功、節(jié)點(diǎn)無(wú)功注入方程，具體如下:
【權(quán)利要求】
1.一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，其特征在于，首先通過(guò)線性化電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程，建立節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系，得到代表靜態(tài)安全域邊界的超平面組；然后通過(guò)分裂電力網(wǎng)絡(luò)，將求解斷面潮流安全域轉(zhuǎn)化為求解分裂節(jié)點(diǎn)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(shí)施步驟如下: 步驟I，輸入電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)； 步驟2，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立節(jié)點(diǎn)功率注入方程，即節(jié)點(diǎn)有功、節(jié)點(diǎn)無(wú)功注入方程； 步驟3，在理想運(yùn)行點(diǎn)的小鄰域內(nèi)，線性化步驟2中建立的節(jié)點(diǎn)功率注入方程，得到節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系； 步驟4，將靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)代入步驟3中的節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角和節(jié)點(diǎn)功率注入之間的線性關(guān)系方程，得到由線性方程表達(dá)的電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界； 步驟5，將電力網(wǎng)絡(luò)從斷面分裂開(kāi)，分裂后所得的兩個(gè)子電力網(wǎng)絡(luò)都保留聯(lián)絡(luò)線和分裂節(jié)點(diǎn)； 步驟6，求解步驟5中每個(gè)子電力網(wǎng)絡(luò)的分裂節(jié)點(diǎn)的功率注入安全域，則原電力網(wǎng)絡(luò)斷面潮流安全域等價(jià)于兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的分裂節(jié)點(diǎn)的功率注入安全域的交集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，其特征在于，步驟I中所述電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)、靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)；所述結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)中線路的連接關(guān)系、線路與變壓器的連接關(guān)系、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的位置；所述電氣數(shù)據(jù)包括線路及變壓器的電阻和電抗、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率注入；所述靜態(tài)安全約束數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)電壓幅值安全約束、線路潮流安全約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，其特征在于，步驟3中在理想運(yùn)行點(diǎn)的小鄰域內(nèi)，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功率注入方程在進(jìn)行線性化，進(jìn)而可采用超平面組來(lái)近似節(jié)點(diǎn)功率注入靜態(tài)安全域邊界。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種求解電力網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)安全域的方法，其特征在于，步驟3中所述理想運(yùn)行點(diǎn)是(V= 1，Θ =0)，其中，V是節(jié)點(diǎn)電壓幅值向量；Θ是節(jié)點(diǎn)電壓相角向量。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104008279SQ201410201937
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】吳英俊 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)