專利名稱：一種基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涉及一種互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，在簡化外網(wǎng)模型下，結(jié)合分布式計(jì)算方法和連續(xù)潮流技術(shù)對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)進(jìn)行電壓穩(wěn)定評(píng)估。
背景技術(shù)：
在世界范圍內(nèi)，電網(wǎng)互聯(lián)程度的不斷提高促進(jìn)了電力資源的優(yōu)化配置，但也帶來了一些負(fù)面影響，使電網(wǎng)的安全問題更為突出，這就對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析模型和工具提出了更多更高的要求。近年來，國內(nèi)外電力系統(tǒng)曾多次發(fā)生電壓崩潰事故，更是使得電壓穩(wěn)定性問題的研究在世界范圍內(nèi)引起廣泛的關(guān)注。中長期電壓穩(wěn)定問題可以用靜態(tài)模型和方法來近似分析，相應(yīng)的理論和算法已經(jīng)成熟。但是互聯(lián)電網(wǎng)采用分層分級(jí)管理，模型和參數(shù)分布在各子網(wǎng)控制中心，互聯(lián)電網(wǎng)在線電壓穩(wěn)定評(píng)估的分布式計(jì)算方法具有重要的研究意義。在互聯(lián)電網(wǎng)子網(wǎng)的電壓穩(wěn)定評(píng)估中，需要準(zhǔn)確計(jì)及外部電網(wǎng)對(duì)于內(nèi)部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定支撐和影響。發(fā)生在外部系統(tǒng)中的擾動(dòng)有時(shí)同樣會(huì)給內(nèi)網(wǎng)帶來嚴(yán)重影響，甚至危及內(nèi)部系統(tǒng)安全，國內(nèi)外近期發(fā)生的大停電事故大多是由一個(gè)區(qū)域內(nèi)的單一故障引發(fā)多重故障， 由局部地區(qū)擴(kuò)展到廣大地區(qū)，最終導(dǎo)致大面積停電甚至全網(wǎng)崩潰。目前各個(gè)子網(wǎng)的在線電壓穩(wěn)定監(jiān)視與控制系統(tǒng)，采用的大多是基于斷面潮流的靜態(tài)等值模型和方法，即在離線模式下，以某一典型外網(wǎng)運(yùn)行方式計(jì)算出外網(wǎng)等值模型，在線運(yùn)行時(shí)就用這個(gè)固定參數(shù)的外網(wǎng)等值模型來模擬外網(wǎng)的響應(yīng)。實(shí)際上，外部系統(tǒng)的運(yùn)行方式經(jīng)常發(fā)生變化，在不同的外網(wǎng)運(yùn)行方式下，外網(wǎng)對(duì)于內(nèi)網(wǎng)擾動(dòng)的響應(yīng)也是在不斷變化著的，因而與之對(duì)應(yīng)的外網(wǎng)等值模型參數(shù)也應(yīng)該隨之變化，采用固定的外網(wǎng)等值模型根本無法適應(yīng)電壓穩(wěn)定評(píng)估中計(jì)算系統(tǒng)極端負(fù)荷情形下靜態(tài)穩(wěn)定臨界點(diǎn)的需要，所得結(jié)果不是過于樂觀，就是過于悲觀，已經(jīng)成為阻礙在線電壓穩(wěn)定監(jiān)視和控制實(shí)用化的一個(gè)瓶頸。解決上述問題的思路有三個(gè)。一是發(fā)展和建立適合電壓穩(wěn)定評(píng)估的外網(wǎng)等值模型。該思路存在很多困難，現(xiàn)有靜態(tài)等值技術(shù)都是線性等值，無法適應(yīng)電壓穩(wěn)定問題的強(qiáng)非線性以及對(duì)一系列內(nèi)外部嚴(yán)重故障進(jìn)行分析的需要。而主網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估與控制基本無法通過等值來解決。二是集中式計(jì)算。即在某個(gè)子網(wǎng)控制中心實(shí)時(shí)收集各區(qū)域電網(wǎng)所有數(shù)據(jù)， 然后進(jìn)行數(shù)據(jù)集中的全網(wǎng)計(jì)算。這種方法有通訊量大和保密性差的缺點(diǎn)，給其應(yīng)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(jì)算來解決。隨著控制中心之間高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)的建成使用以及標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的發(fā)展，在廣域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)具有與完整模型集中式計(jì)算相同效果的分布式計(jì)算越來越成為熱點(diǎn)。其中分布式潮流作為電力系統(tǒng)分析計(jì)算的基礎(chǔ)，已經(jīng)取得了較多成果。文獻(xiàn)一《基于異步迭代的多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)潮流分解協(xié)調(diào)計(jì)算》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2003年第27卷第M期第1頁)及其補(bǔ)充文獻(xiàn)十《分布式潮流計(jì)算異步迭代模式的補(bǔ)充和改進(jìn)》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2007年第31卷第2期第12頁)在Ward等值的基礎(chǔ)上提出通過網(wǎng)絡(luò)用邊界上少量的數(shù)據(jù)交換來更新外網(wǎng)等值注入功率，獲得了理想的結(jié)果。進(jìn)行Ward等值的目的是為保證一旦分布式計(jì)算不成功，子系統(tǒng)采用Ward等值獨(dú)立計(jì)算出的結(jié)果仍然可接受，即保證子系統(tǒng)計(jì)算的相對(duì)獨(dú)立性。但等值過程顯得較為繁瑣，尤其對(duì)于多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的分布式計(jì)算。文獻(xiàn)二《基于ward等值的分布式潮流計(jì)算》(重慶大學(xué)學(xué)報(bào)2006年第四卷第11期第36頁)對(duì)主從區(qū)域分別進(jìn)行Ward等值，通過交換邊界節(jié)點(diǎn)等值注入功率和電壓來實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)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(jì)算。文獻(xiàn)三《多層電力系統(tǒng)的異步迭代分布式潮流計(jì)算》(電網(wǎng)技術(shù)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(jì)算方法，通過各子網(wǎng)特征數(shù)據(jù)的上傳和協(xié)調(diào)層統(tǒng)一計(jì)算后電壓數(shù)據(jù)的下發(fā)來完成協(xié)調(diào)計(jì)算。雖然避免了對(duì)外網(wǎng)的等值計(jì)算，但在每步外層迭代中，各子網(wǎng)都需要重新計(jì)算等值雅克比矩陣和另一個(gè)特征參數(shù)。文獻(xiàn)四《基于網(wǎng)絡(luò)分割的電力系統(tǒng)潮流分解協(xié)調(diào)計(jì)算》(高電壓技術(shù)2007年第33卷第7期第173頁)利用支路切割法對(duì)各子網(wǎng)建立模型，也省去了等值的過程，但適用范圍有限。第一，該算法有并行算法的痕跡；第二，對(duì)于邊界節(jié)點(diǎn)是PV節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，需要修改算法。文獻(xiàn)五《基于改進(jìn)Jacobian-Free Newton GMRES (m)的電力系統(tǒng)分布式潮流計(jì)算》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2007年第30卷第9期第5頁)披露了一種基于改進(jìn)Jacobian-Free Newton-GNRES的電力系統(tǒng)分布式潮流計(jì)算方法。計(jì)算前對(duì)各子系統(tǒng)內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)絡(luò)線分別建模，各子系統(tǒng)僅與聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)交換邊界節(jié)點(diǎn)電壓向量以及功率注入。聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)根據(jù)各子系統(tǒng)提供的邊界節(jié)點(diǎn)狀態(tài)量重修正各子系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓向量和注入功率并回發(fā)給各子系統(tǒng)，子系統(tǒng)根據(jù)新的邊界節(jié)點(diǎn)狀態(tài)量再次進(jìn)行內(nèi)部迭代。通過數(shù)次內(nèi)外層迭代后達(dá)到與全網(wǎng)統(tǒng)一計(jì)算相同的效果。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對(duì)現(xiàn)有的潮流計(jì)算改動(dòng)較多。文獻(xiàn)六《基于潮流方程組拼接模式的互聯(lián)系統(tǒng)分布式潮流計(jì)算》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2008年第32卷第 2期第11頁)披露了一種基于潮流方程組拼接模式的分布式計(jì)算方法，即實(shí)時(shí)收集各區(qū)域電網(wǎng)所有數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)集中的潮流計(jì)算。這種方法有數(shù)據(jù)通訊量大和數(shù)據(jù)保密性差的缺點(diǎn)，給其應(yīng)用帶來限制，尤其是在電力市場背景下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，在適應(yīng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通訊條件且更符合控制中心外網(wǎng)建模方式的基礎(chǔ)上，采用異步迭代模式，通過上級(jí)電網(wǎng)控制中心與下層各個(gè)子網(wǎng)控制中心之間少量的數(shù)據(jù)交換和分布式計(jì)算，在子網(wǎng)本地準(zhǔn)確的進(jìn)行電壓穩(wěn)定評(píng)估計(jì)算，獲得與全網(wǎng)統(tǒng)一計(jì)算相同的效果，保障系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案一種基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，所述互聯(lián)電網(wǎng)包括屬于同一個(gè)上級(jí)電網(wǎng)的至少兩個(gè)子網(wǎng)，各子網(wǎng)控制中心中間及各子網(wǎng)控制中心與上級(jí)電網(wǎng)控制中心之間信息互聯(lián)；該方法包括以下步驟步驟1、建立各子網(wǎng)外網(wǎng)等值模型；各子網(wǎng)間交換邊界節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣對(duì)角元，形成電壓修正系數(shù)；定義主子網(wǎng)、從子網(wǎng)，以及主子網(wǎng)負(fù)荷及發(fā)電增長方式主子網(wǎng)定義為進(jìn)行電壓穩(wěn)定評(píng)估的子網(wǎng)，需要定義其內(nèi)部負(fù)荷及發(fā)電增長方式并進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，而從子網(wǎng)定義為其他進(jìn)行普通潮流計(jì)算的子網(wǎng)，不參與負(fù)荷及發(fā)電增長；所述子網(wǎng)外網(wǎng)等值模型按照以下方法建立將聯(lián)絡(luò)線在各子網(wǎng)重復(fù)建模，并定義聯(lián)絡(luò)線一端在子網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)為內(nèi)邊界節(jié)點(diǎn)，另一端在子網(wǎng)外部的節(jié)點(diǎn)為外邊界節(jié)點(diǎn)，其他在子網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)定義為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，在子網(wǎng)外部的定義為外部節(jié)點(diǎn)；步驟2、在主子網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)潮流預(yù)測環(huán)節(jié)，計(jì)算主子網(wǎng)各狀態(tài)變量預(yù)測方向向量；選擇下一個(gè)預(yù)測-校正步的連續(xù)參數(shù)；判斷是否到達(dá)鼻點(diǎn)，如果到達(dá)則退出，否則進(jìn)行下一步；步驟3、在主子網(wǎng)和各從子網(wǎng)間通過分布式計(jì)算方法進(jìn)行連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)計(jì)算， 在每個(gè)外層迭代中判斷各子網(wǎng)是否滿足邊界節(jié)點(diǎn)電壓匹配條件，如果滿足則轉(zhuǎn)步驟2，否則繼續(xù)步驟3。步驟3中所述在主子網(wǎng)和各從子網(wǎng)間通過分布式計(jì)算方法進(jìn)行連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)計(jì)算，具體步驟為步驟31、計(jì)算各子網(wǎng)外網(wǎng)等值注入功率；步驟32、判斷是否為首次外層循環(huán)，如果是則計(jì)算主子網(wǎng)電壓預(yù)測值，作為主子網(wǎng)校正計(jì)算的電壓初值，否則繼續(xù)下一步；步驟33、主子網(wǎng)連續(xù)潮流校正計(jì)算與從子網(wǎng)潮流計(jì)算；步驟34、外層收斂判別及邊界節(jié)點(diǎn)電壓信息交換協(xié)調(diào)。步驟31中所述計(jì)算各子網(wǎng)外網(wǎng)等值注入功率，具體方法為在第k次外層迭代時(shí)，用邊界節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角來計(jì)算外邊界節(jié)點(diǎn)i的等值注入功率P” =時(shí)恐化 CO^P +Bij sin^)(1)Q^ =Sin^cos^)(2)式中，Gu和Bu分別為節(jié)點(diǎn)i與j間的導(dǎo)納陣互電導(dǎo)和互電納；上標(biāo)k表示第k次迭代；S ij = Si-Sj為節(jié)點(diǎn)i與j間的電壓相角差；Ui, Uj為節(jié)點(diǎn)i與j的電壓幅值；在每個(gè)連續(xù)潮流步的初次外層迭代中，邊界節(jié)點(diǎn)電壓相量取基態(tài)值，之后的外層迭代步中采用根據(jù)電壓修正系數(shù)更新得到的電壓修正值。步驟33中，所述主子網(wǎng)連續(xù)潮流計(jì)算，具體方法為求解以下連續(xù)潮流方程，
權(quán)利要求
1.一種基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，所述互聯(lián)電網(wǎng)包括屬于同一個(gè)上級(jí)電網(wǎng)的至少兩個(gè)子網(wǎng)，各子網(wǎng)控制中心中間及各子網(wǎng)控制中心與上級(jí)電網(wǎng)控制中心之間信息互聯(lián)；其特征在于，該方法包括以下步驟步驟1、建立各子網(wǎng)外網(wǎng)等值模型；各子網(wǎng)間交換邊界節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣對(duì)角元，形成電壓修正系數(shù)；定義主子網(wǎng)、從子網(wǎng)，以及主子網(wǎng)負(fù)荷及發(fā)電增長方式主子網(wǎng)定義為進(jìn)行電壓穩(wěn)定評(píng)估的子網(wǎng)，需要定義其內(nèi)部負(fù)荷及發(fā)電增長方式并進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，而從子網(wǎng)定義為其他進(jìn)行普通潮流計(jì)算的子網(wǎng)，不參與負(fù)荷及發(fā)電增長；所述子網(wǎng)外網(wǎng)等值模型按照以下方法建立將聯(lián)絡(luò)線在各子網(wǎng)重復(fù)建模，并定義聯(lián)絡(luò)線一端在子網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)為內(nèi)邊界節(jié)點(diǎn)，另一端在子網(wǎng)外部的節(jié)點(diǎn)為外邊界節(jié)點(diǎn)，其他在子網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)定義為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)， 在子網(wǎng)外部的定義為外部節(jié)點(diǎn)；步驟2、在主子網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)潮流預(yù)測環(huán)節(jié)，計(jì)算主子網(wǎng)各狀態(tài)變量預(yù)測方向向量； 選擇下一個(gè)預(yù)測-校正步的連續(xù)參數(shù)；判斷是否到達(dá)鼻點(diǎn)，如果到達(dá)則退出，否則進(jìn)行下一步驟3、在主子網(wǎng)和各從子網(wǎng)間通過分布式計(jì)算方法進(jìn)行連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)計(jì)算，在每個(gè)外層迭代中判斷各子網(wǎng)是否滿足邊界節(jié)點(diǎn)電壓匹配條件，如果滿足則轉(zhuǎn)步驟2，否則繼續(xù)步驟3 ο
2.如權(quán)利要求1所述基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，其特征在于，步驟3中所述在主子網(wǎng)和各從子網(wǎng)間通過分布式計(jì)算方法進(jìn)行連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)計(jì)算，具體步驟為步驟31、計(jì)算各子網(wǎng)外網(wǎng)等值注入功率；步驟32、判斷是否為首次外層循環(huán)，如果是則計(jì)算主子網(wǎng)電壓預(yù)測值，作為主子網(wǎng)校正計(jì)算的電壓初值，否則繼續(xù)下一步；步驟33、主子網(wǎng)連續(xù)潮流校正計(jì)算與從子網(wǎng)潮流計(jì)算； 步驟34、外層收斂判別及邊界節(jié)點(diǎn)電壓信息交換協(xié)調(diào)。
3.如權(quán)利要求2所述基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，其特征在于，步驟31中所述計(jì)算各子網(wǎng)外網(wǎng)等值注入功率，具體方法為在第k次外層迭代時(shí)，用邊界節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角來計(jì)算外邊界節(jié)點(diǎn)i的等值注入功率
4.如權(quán)利要求2所述基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，其特征在于，步驟33中，所述主子網(wǎng)連續(xù)潮流計(jì)算，具體方法為求解以下連續(xù)潮流方程，式中，Δ U為連續(xù)潮流的步長；Uk和Uk,。ld分別為節(jié)點(diǎn)k的電壓當(dāng)前值和前一步校正環(huán)節(jié)取值；U，δ分別為子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角向量；λ為負(fù)荷參數(shù)； 所述從子網(wǎng)潮流計(jì)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(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角向量。
5.如權(quán)利要求2所述基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，其特征在于，步驟33中所述從子網(wǎng)潮流計(jì)算，采用牛頓潮流與最優(yōu)乘子潮流相切換的策略在進(jìn)行子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估時(shí)，如出現(xiàn)從子網(wǎng)先于主子網(wǎng)電壓崩潰的情形，則將從子網(wǎng)的潮流計(jì)算方法由牛頓潮流發(fā)散轉(zhuǎn)換為最優(yōu)乘子潮流方法繼續(xù)計(jì)算，通過主子網(wǎng)電壓值的不斷更新， 使得各子網(wǎng)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(quán)利要求2所述基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟34具體包括以下步驟步驟3401、偏移相角修正對(duì)于具有相同邊界節(jié)點(diǎn)集合B12的兩個(gè)子網(wǎng)1和子網(wǎng)2，設(shè)B12中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為η，首先按照下式計(jì)算子網(wǎng)1與子網(wǎng)2在相同邊界節(jié)點(diǎn)上的電壓相角差α 12
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于分布式計(jì)算的互聯(lián)電網(wǎng)中子網(wǎng)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法。本發(fā)明方法首先在互聯(lián)電網(wǎng)各子網(wǎng)上建立僅保留區(qū)域聯(lián)絡(luò)線的簡化外網(wǎng)模型。然后在進(jìn)行電壓穩(wěn)定評(píng)估計(jì)算的主子網(wǎng)上采用連續(xù)潮流來計(jì)算負(fù)荷裕度，其余相鄰子網(wǎng)配合以牛頓法潮流計(jì)算。通過外層循環(huán)中邊界節(jié)點(diǎn)電壓信息的交換和協(xié)調(diào)計(jì)算，不斷修正各子網(wǎng)外邊界節(jié)點(diǎn)等值注入功率，最終在主子網(wǎng)本地獲得與全網(wǎng)統(tǒng)一計(jì)算相同的子網(wǎng)負(fù)荷裕度。本發(fā)明方法采用的各子網(wǎng)簡化外網(wǎng)模型，無需Ward等值過程，減輕了協(xié)調(diào)層的參與程度與計(jì)算量；計(jì)算模式與當(dāng)前EMS中計(jì)算模式基本一致，且各子網(wǎng)獨(dú)立計(jì)算精度較高；可以較好的計(jì)及外部電網(wǎng)對(duì)于內(nèi)部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的支撐和影響。
文檔編號(hào)H02J3/06GK102354981SQ201110294628
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者徐鵬, 石飛, 趙晉泉 申請人:河海大學(xué)