本發(fā)明屬于電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)領(lǐng)域，特別涉及一種基于傳輸介數(shù)的電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)方法。

背景技術(shù)：

近年來，世界范圍內(nèi)的大停電事故時(shí)有發(fā)生。多起大停電事故的調(diào)查報(bào)告表明，大停電事故的起因均是個(gè)別元件故障引發(fā)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(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。某些關(guān)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(fā)連鎖故障。因此，對電網(wǎng)中的關(guān)鍵線路進(jìn)行辨識(shí)，加強(qiáng)對關(guān)鍵線路的監(jiān)視與保護(hù)，能有效地降低大停電風(fēng)險(xiǎn)，提高電力系統(tǒng)的供電可靠性。

目前對電網(wǎng)關(guān)鍵線路的辨識(shí)方法或是無法克服節(jié)點(diǎn)間的功率按最短路徑傳輸?shù)谋锥?；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(fā)明專利現(xiàn)有的有功潮流介數(shù)的基礎(chǔ)上，考慮無功潮流的作用，提出傳輸介數(shù)概念并將其用于辨識(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵線路的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利針對目前對電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)方法上存在的忽略電流方向性以及忽略無功功率等問題，提出了一種基于傳輸介數(shù)的電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)方法。

本發(fā)明的基于傳輸介數(shù)的電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取電網(wǎng)拓?fù)浜土繙y數(shù)據(jù)，生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。

所述的電網(wǎng)拓?fù)浜土繙y數(shù)據(jù)由相應(yīng)電網(wǎng)公司提供。

所述的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式為方便程序處理的數(shù)據(jù)格式。

步驟2、采用潮流追蹤的方法，分別計(jì)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(jìn)行計(jì)算。

式中：F_Pij為線路i-j的有功潮流因子；G_P為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)集合；L_P為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；P(m,n)為發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β?；P_ij(m,n)為發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β试诰€路i-j上的分量；min(P_m,P_n)為單一有功潮流因子的權(quán)重，取發(fā)電機(jī)m和負(fù)荷n的有功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸?shù)挠泄β省?/p>

所述的無功潮流因子由公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

式中：F_Qij為線路i-j的無功潮流因子；G_Q為無功電源節(jié)點(diǎn)集合；L_Q為無功負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；Q(m,n)為無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率；Q_ij(m,n)為無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率在i-j上的分量；min(Q_m,Q_n)為單一無功潮流因子的權(quán)重，取無功電源m和無功負(fù)荷n的無功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸?shù)臒o功功率。

所述的發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β蔖(m,n)、發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β试趇-j上的分量P_ij(m,n)、無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率Q(m,n)、無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率在i-j上的分量Q_ij(m,n)可通過潮流追蹤方法進(jìn)行計(jì)算。

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

步驟2-1、根據(jù)初始狀態(tài)，計(jì)算系統(tǒng)的潮流結(jié)果，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和相角、線路首末端傳輸功率、線路損耗和發(fā)電機(jī)輸出功率等。

所述的初始狀態(tài)由步驟1生成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式獲得。

步驟2-2、對系統(tǒng)進(jìn)行無損化等值處理。對于有功損耗ΔP_ij，將線路上的有功損耗平均分配到線路的兩端節(jié)點(diǎn)，作為兩端節(jié)點(diǎn)的有功負(fù)荷，根據(jù)公式(3)得到有功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷P_i^net；對于無功損耗ΔQ_ij，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(jié)點(diǎn)，分別作為兩端節(jié)點(diǎn)的無功電源和無功負(fù)荷，根據(jù)公式(4)得到無功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的無功量

式中，P_i是節(jié)點(diǎn)i初始的有功負(fù)荷，N_i是與節(jié)點(diǎn)i有線路連接的節(jié)點(diǎn)集合，ΔP_ij是線路i-j的有功損耗。

式中，Q_i是節(jié)點(diǎn)i初始的無功負(fù)荷，N_i是與節(jié)點(diǎn)i有線路連接的節(jié)點(diǎn)集合，U_i是節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，B_ij是線路i-j的等效對地電納，ΔQ_ij是線路i-j的無功損耗。如果大于零，節(jié)點(diǎn)i應(yīng)視作無功負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；如果小于零，節(jié)點(diǎn)i應(yīng)視作無功電源節(jié)點(diǎn)。

步驟2-3、建立有功無損網(wǎng)絡(luò)的順流分配矩陣A_dP和逆流分配矩陣A_uP，分別如公式(5)、(6)所示。建立無功無損網(wǎng)絡(luò)的順流分配矩陣A_dQ和逆流分配矩陣A_uQ，計(jì)算方法分別如公式(7)、(8)所示。

式中，P_ij是線路i-j上的有功潮流，P_Ti、P_Tj分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的總注入有功功率。

式中，Q_ij是線路i-j上的有功潮流，Q_Ti、Q_Tj分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的總注入有功功率。

步驟2-4、計(jì)算發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β蔖(m,n)和無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率Q(m,n)，計(jì)算方法分別如公式(9)、(10)所示。

式中，是有功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)n的負(fù)荷，P_Tn是節(jié)點(diǎn)n的總注入有功功率，P_m是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的有功功率，是逆流分配矩陣A_dP的逆。

式中，是無功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)n的負(fù)荷，Q_Tn是節(jié)點(diǎn)n的總注入無功功率，Q_m是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的無功功率，是逆流分配矩陣A_dQ的逆。

步驟2-5、計(jì)算發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率在i-j上的分量P_ij(m,n)和Q_ij(m,n)，計(jì)算方法分別如公式(11)、(12)所示。

式中，P_ij是有功無損網(wǎng)絡(luò)中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣A_dP的逆，是順流分配矩陣A_uP的逆。

式中，Q_ij是有無功無損網(wǎng)絡(luò)中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣A_dQ的逆，是順流分配矩陣A_uQ的逆。

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

式中，ω_P和ω_Q分別是有功潮流因子和無功潮流因子的權(quán)重系數(shù)，和分別是有功潮流因子和無功潮流因子的標(biāo)幺值。

所述的有功潮流因子和無功潮流因子的標(biāo)幺值可由式(14)計(jì)算得到。

式中，F(xiàn)_Pij和F_Qij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(F_P)和max(F_Q)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(gè)線路的傳輸介數(shù)進(jìn)行排序，以辨識(shí)線路關(guān)鍵程度，傳輸介數(shù)的數(shù)值越大表示線路越關(guān)鍵。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明在電網(wǎng)關(guān)鍵線路辨識(shí)方法中引入了傳輸介數(shù)的概念，可以更加準(zhǔn)確的辨識(shí)出電網(wǎng)中的關(guān)鍵線路。經(jīng)過實(shí)際算例驗(yàn)證，本發(fā)明的方法可靠、易行，便于推廣。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

步驟1、獲取電網(wǎng)拓?fù)浜土繙y數(shù)據(jù)，生成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。

所述的電網(wǎng)拓?fù)浜土繙y數(shù)據(jù)由相應(yīng)電網(wǎng)公司提供。

所述的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式為方便程序處理的數(shù)據(jù)格式。

步驟2、采用潮流追蹤的方法，分別計(jì)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(jìn)行計(jì)算。

式中：F_Pij為線路i-j的有功潮流因子；G_P為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)集合；L_P為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；P(m,n)為發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β?；P_ij(m,n)為發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β试趇-j上的分量；min(P_m,P_n)為單一有功潮流因子的權(quán)重，取發(fā)電機(jī)m和負(fù)荷n的有功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸?shù)挠泄β省?/p>

所述的無功潮流因子由公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

式中：F_Qij為線路i-j的無功潮流因子；G_Q為無功電源節(jié)點(diǎn)集合；L_Q為無功負(fù)荷節(jié)點(diǎn)集合；Q(m,n)為無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率；Q_ij(m,n)為無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率在i-j上的分量；min(Q_m,Q_n)為單一無功潮流因子的權(quán)重，取無功電源m和無功負(fù)荷n的無功功率中的較小值，表示m與n之間最大可傳輸?shù)臒o功功率。

所述的發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β蔖(m,n)、發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β试趇-j上的分量P_ij(m,n)、無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率Q(m,n)、無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率在i-j上的分量Q_ij(m,n)可通過潮流追蹤方法進(jìn)行計(jì)算。

所述的潮流追蹤方法包括以下步驟：

步驟2-1、根據(jù)初始狀態(tài)，計(jì)算系統(tǒng)的潮流結(jié)果，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和相角、線路首末端傳輸功率、線路損耗和發(fā)電機(jī)輸出功率等。

所述的初始狀態(tài)由步驟1生成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式獲得。

步驟2-2、對系統(tǒng)進(jìn)行無損化等值處理。對于有功損耗ΔP_ij，將線路上的有功損耗平均分配到線路的兩端節(jié)點(diǎn)，作為兩端節(jié)點(diǎn)的有功負(fù)荷，根據(jù)公式(3)得到有功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷P_i^net；對于無功損耗ΔQ_ij，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(jié)點(diǎn)，分別作為兩端節(jié)點(diǎn)的無功電源和無功負(fù)荷，根據(jù)公式(4)得到無功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)i的無功量

式中，P_i是節(jié)點(diǎn)i初始的有功負(fù)荷，N_i是與節(jié)點(diǎn)i有線路連接的節(jié)點(diǎn)集合，ΔP_ij是線路i-j的有功損耗。

式中，Q_i是節(jié)點(diǎn)i初始的無功負(fù)荷，N_i是與節(jié)點(diǎn)i有線路連接的節(jié)點(diǎn)集合，U_i是節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值，B_ij是線路i-j的等效對地電納，ΔQ_ij是線路i-j的無功損耗。如果大于零，節(jié)點(diǎn)i應(yīng)視作無功負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；如果小于零，節(jié)點(diǎn)i應(yīng)視作無功電源節(jié)點(diǎn)。

步驟2-3、建立有功無損網(wǎng)絡(luò)的順流分配矩陣A_dP和逆流分配矩陣A_uP，分別如公式(5)、(6)所示。建立無功無損網(wǎng)絡(luò)的順流分配矩陣A_dQ和逆流分配矩陣A_uQ，計(jì)算方法分別如公式(7)、(8)所示。

式中，P_ij是線路i-j上的有功潮流，P_Ti、P_Tj分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的總注入有功功率。

式中，Q_ij是線路i-j上的有功潮流，Q_Ti、Q_Tj分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的總注入有功功率。

步驟2-4、計(jì)算發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β蔖(m,n)和無功電源m到無功負(fù)荷n所傳輸?shù)臒o功功率Q(m,n)，計(jì)算方法分別如公式(9)、(10)所示。

式中，是有功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)n的負(fù)荷，P_Tn是節(jié)點(diǎn)n的總注入有功功率，P_m是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的有功功率，是逆流分配矩陣A_dP的逆。

式中，是無功無損網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)n的負(fù)荷，Q_Tn是節(jié)點(diǎn)n的總注入無功功率，Q_m是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m的無功功率，是逆流分配矩陣A_dQ的逆。

步驟2-5、計(jì)算發(fā)電機(jī)m到負(fù)荷n所傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率在i-j上的分量P_ij(m,n)和Q_ij(m,n)，計(jì)算方法分別如公式(11)、(12)所示。

式中，P_ij是有功無損網(wǎng)絡(luò)中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣A_dP的逆，是順流分配矩陣A_uP的逆。

式中，Q_ij是有無功無損網(wǎng)絡(luò)中線路i-j的有功潮流，是逆流分配矩陣A_dQ的逆，是順流分配矩陣A_uQ的逆。

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

式中，ω_P和ω_Q分別是有功潮流因子和無功潮流因子的權(quán)重系數(shù)，和分別是有功潮流因子和無功潮流因子的標(biāo)幺值。

所述的有功潮流因子和無功潮流因子的標(biāo)幺值可由式(14)計(jì)算得到。

式中，F(xiàn)_Pij和F_Qij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(F_P)和max(F_Q)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(gè)線路的傳輸介數(shù)進(jìn)行排序，以辨識(shí)線路關(guān)鍵程度，數(shù)值越大表示線路越關(guān)鍵。