大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)仿真及分析技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種可采用不 同算法對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流進(jìn)行求解與分析的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)的潮流是指在給定電源注入功率和負(fù)荷輸出功率后，電力網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生流 動(dòng)的功率流。電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算在給定電網(wǎng)和已知電網(wǎng)運(yùn)行條件的情況下，確定電力系 統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算工作，為電力系統(tǒng)短路計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算提供初值，是電力系統(tǒng)分析 的基石。潮流計(jì)算的本質(zhì)是求解一組非線性方程組。該方程組表征電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓和注 入功率或注入電流間的關(guān)系。在已知網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的情況下，以及除平衡機(jī)以外的發(fā)電機(jī)有功 出力已知的情況下，求解潮流方程組可以獲得電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓、線路輸送的 有功及無功功率、發(fā)電機(jī)無功出力及網(wǎng)絡(luò)損耗。
[0003] 由于潮流計(jì)算的重要性和電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，自上個(gè)世紀(jì)50年代開始，電力行 業(yè)的研宄人員就已投入大量的精力到潮流計(jì)算的研宄與相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)中。至今為止，世 界范圍內(nèi)已出現(xiàn)了諸多用于大規(guī)模電力系統(tǒng)潮流計(jì)算與分析系統(tǒng)，例如：美國(guó)電力研宄院 的ETSMP、ABB公司的SIMP0W、西門子電力技術(shù)國(guó)際公司開發(fā)的PSS/E、中國(guó)電力科學(xué)研宄院 開發(fā)的PSASP和PSD - BPA等。
[0004] 盡管電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的相關(guān)研宄及系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)歷了數(shù)十年的歷史，現(xiàn)階段 還是存在以下問題需要解決：
[0005] 1)潮流計(jì)算的核心模塊仍基于上個(gè)世紀(jì)60年代Tinney和Hart提出的NR(牛頓-拉夫遜）算法[Tinney W F，Hart C E. Power flow solution by Newton's method [J]. Power Apparatus and Systems，IEEE Transactions on，I967(Il) : I449-I46O.]和7〇年代 Stott和Alsac提出的PQ分解算法[Stott B，Alsa 0· Fast decoupled load flow[J]· Power Apparatus and Systems，IEEE Transactions on，1974(3) :859 - 869·]，前者利用導(dǎo)納矩 陣的稀疏性大幅減少了計(jì)算機(jī)內(nèi)存的需求，利用優(yōu)化節(jié)點(diǎn)排序技術(shù)大幅減少求解線性方程 組的計(jì)算量，因此在正常工況下可以快速可靠的收斂至系統(tǒng)潮流解；后者迭代過程中因子 表可重復(fù)使用，大幅提高了計(jì)算速度。然而，隨著輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)建，華東、華中、華北等幾大 片區(qū)電網(wǎng)將緊密連接，我國(guó)電網(wǎng)形成了大規(guī)模交直流互聯(lián)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工況復(fù)雜多樣，調(diào) 度人員和運(yùn)行方式規(guī)劃人員在得到電網(wǎng)正常的運(yùn)行方式安排前，需要經(jīng)過大量的電網(wǎng)運(yùn)行 參數(shù)調(diào)整，時(shí)常遇到電網(wǎng)參數(shù)不匹配等工況，常規(guī)牛頓法潮流計(jì)算難以收斂，而系統(tǒng)中重負(fù) 荷、小阻抗支路等因素，也會(huì)影響常規(guī)潮流計(jì)算方法的收斂性[張堯，宋文南，賀家李.臨近 電壓穩(wěn)定極限的潮流和靜穩(wěn)極限算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1994,14(6) :17 - 23.姚玉 斌，魯寶春，陳學(xué)允.小阻抗支路對(duì)牛頓法潮流的影響及其處理方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999， 23 (9) : 27 -31.姚玉斌，蔡興國(guó)，陳學(xué)允，等.PQ分解算法潮流求解含有小阻抗支路系統(tǒng)的收 斂性分析[J].繼電器，2000,4 :001.]。這些常規(guī)方法無法收斂的情況稱為病態(tài)潮流；
[0006] 2)現(xiàn)階段針對(duì)病態(tài)潮流的問題，已有一定的解決方案，如先采用PQ分解算法迭代 1~2次，將迭代后的解作為初值啟動(dòng)牛頓迭代[Stott B. Effective starting process for Newton -Raphson load flows[C]//Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. IET Digital Library，1971，118(8) :983 - 987.]，如電科院 PSD - BPA 軟件中 的潮流模塊即有該方法的選項(xiàng)[印永華，卜廣全，湯涌.PSD-BPA潮流程序用戶手冊(cè)[Z] [J]. 2007.]。但該方案對(duì)于初始PQ分解算法的迭代次數(shù)十分敏感，不同的迭代次數(shù)會(huì)直接 影響最終NR算法迭代的收斂情況。
[0007] 現(xiàn)代的電力系統(tǒng)負(fù)荷日益加重，大區(qū)域間的互聯(lián)不斷增強(qiáng)，特別是"三華"（華中-華東-華北）特高壓交/直流電網(wǎng)的互聯(lián)，使運(yùn)行工況變得復(fù)雜多變；此外，在負(fù)荷不斷增 大的同時(shí)，電網(wǎng)中的發(fā)電設(shè)備的使用越來越接近其使用極限，這些因素都導(dǎo)致病態(tài)潮流問 題的產(chǎn)生，使常規(guī)潮流計(jì)算方法難以收斂的情況變得越來越常見。
[0008] 另一方面，電力系統(tǒng)的運(yùn)行需要絕對(duì)的安全、穩(wěn)定，一旦發(fā)生了大范圍的故障，其 造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。而電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算作為電力系統(tǒng)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)， 在電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行中充當(dāng)基石的作用。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，需要及時(shí)對(duì)故障 進(jìn)行診斷分析，從而進(jìn)行改變運(yùn)行方式或切負(fù)荷等操作來切除故障。然而，當(dāng)故障導(dǎo)致系統(tǒng) 中元器件過負(fù)荷后，可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使故障擴(kuò)大，進(jìn)而出現(xiàn)病態(tài)潮流的問題。若在此 時(shí)無法求得正確的潮流解，會(huì)影響故障的分析診斷和及時(shí)切除，進(jìn)一步惡化故障的范圍，最 終甚至引發(fā)電網(wǎng)解裂以及大范圍停電。因此，為了保證系統(tǒng)在極限運(yùn)行工況下的安全穩(wěn)定 運(yùn)行，亟需解決常規(guī)潮流算法在求解病態(tài)潮流時(shí)出現(xiàn)的收斂性問題。
[0009] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN104091092A，公開（公告）日 2014. 10. 08,公開了一種大規(guī)模電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的特征值分析系統(tǒng)，包括：用于實(shí)現(xiàn) BPA數(shù)據(jù)文件的無縫讀寫操作的BPA數(shù)據(jù)接口模塊、用于實(shí)現(xiàn)小干擾穩(wěn)定性特征值分析中 的稀疏矩陣相關(guān)處理的稀疏矩陣計(jì)算模塊、潮流計(jì)算模塊、系統(tǒng)建模及其線性化模塊、狀態(tài) 矩陣計(jì)算模塊、全部特征值計(jì)算引擎模塊、部分特征值計(jì)算引擎模塊和振蕩模式提取和分 析模塊，采用TTQRE、多種計(jì)算方案的IRAM及JDM，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際大規(guī)模電網(wǎng)進(jìn)行全方位、無遺 漏的小干擾穩(wěn)定性特征值仿真分析。但該技術(shù)采用常規(guī)的NR法，面對(duì)求解Jacobian矩陣 接近奇異的情況會(huì)出現(xiàn)不收斂的問題，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，本發(fā)明與該現(xiàn)有技術(shù)相 比的本質(zhì)性進(jìn)步為：采用Levenberg -Marquardt(LM)方法解決了大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流 求解與分析問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流分析系 統(tǒng)，引入新的方法解決極限運(yùn)行工況下的病態(tài)潮流求解問題：根據(jù)PSD - BPA格式的電網(wǎng)數(shù) 據(jù)文件（*. dat)，采用常規(guī)的NR算法及PQ分解算法，快速高效地得到電力系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié) 果；采用PQ分解算法迭代數(shù)次后作為NR算法初值的方法，解決部分潮流不收斂的情況；采 用Levenberg -Marquardt(LM)方法，有效解決極限運(yùn)行工況下的病態(tài)潮流求解與分析問 題。
[0011] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 本發(fā)明涉及一種大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流分析系統(tǒng)，包括：BPA數(shù)據(jù)接口模塊、用 于實(shí)現(xiàn)潮流計(jì)算中的稀疏矩陣相關(guān)處理的稀疏矩陣計(jì)算模塊、系統(tǒng)建模模塊、潮流計(jì)算模 塊和潮流結(jié)果分析模塊，其中：BPA數(shù)據(jù)接口模塊接收電網(wǎng)數(shù)據(jù)文件，并分別與潮流計(jì)算模 塊和系統(tǒng)建模模塊相連并提供API (Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程 接口）；稀疏矩陣計(jì)算模塊與潮流計(jì)算模塊相連并提供API，實(shí)現(xiàn)計(jì)算過程中大規(guī)模稀疏矩 陣求解的計(jì)算功能；系統(tǒng)建模模塊根據(jù)BPA數(shù)據(jù)接口模塊提供的API，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電力系統(tǒng) 建模，即生成各電力元器件的已知量并形成初始潮流方程；潮流計(jì)算模塊根據(jù)BPA數(shù)據(jù)接 口模塊以及稀疏矩陣計(jì)算模塊提供的API，依據(jù)預(yù)設(shè)配置選取對(duì)應(yīng)算法，對(duì)系統(tǒng)建模模塊形 成的潮流方程進(jìn)行求解，并形成潮流計(jì)算結(jié)果至潮流結(jié)果分析模塊；潮流結(jié)果分析模塊對(duì) 潮流計(jì)算結(jié)果收斂情況進(jìn)行分析，并根據(jù)結(jié)果中的靜態(tài)最低、最高電壓指標(biāo)，完成病態(tài)潮流 的電壓穩(wěn)定性分析，輸出各節(jié)點(diǎn)的電壓、功率、各支路的功率流動(dòng)以及電壓穩(wěn)定性等潮流分 析結(jié)果。該系統(tǒng)具備大規(guī)模電力系統(tǒng)病態(tài)潮流的求解及分析能力，能夠解決常規(guī)潮流求解 系統(tǒng)在計(jì)算病態(tài)潮流時(shí)不收斂的問題，在現(xiàn)