CN101299050A - 基于功率传输路径的电压稳定性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法。它解决了目前对电压稳定性问题检测过程复杂的问题。其方法为：一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，它的方法为，1)对电网系统进行潮流计算，获得系统中电网各节点的电压、电流、有功功率及无功功率信息；2)计算局部稳定指标，确定薄弱负荷节点集合；3)根据电气距离信息确定关键功率源点和路径参与节点，生成系统的薄弱功率传输路径集；4)对各薄弱路径分别进行等值，确定最弱功率传输路径，并得到系统的电压稳定性指标；5)确定系统的无功储备指标，利用获得的电压稳定性指标和无功储备指标，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施。

Description

基于功率传输路径的电压稳定性检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，属于电力系统运行和分析技术领域，提出了用于进行电压稳定性评估的电压稳定性指标和进行电压稳定性评估的计算方法。

背景技术

随着电力系统向大机组、大电网、高电压和远距离输电发展，世界上一些大电网相继发生了多起以电压崩溃为特征的大停电事故，使得电压稳定性问题受到了普遍的关注，电压稳定性评估已经成为电网规划设计和运行时必须考虑的一个重要方面。国内外学者从不同的角度对电压稳定性问题进行了分析，取得了一定的理论研究成果，但由于该问题在实际系统中的独特性，将各种理论研究成果应用于实际系统的电压稳定性评估，为提高系统的电压稳定性水平积累经验，显得尤为重要。

各种传统的电压稳定性分析方法如潮流多解法、最大功率法、雅可比矩阵奇异法、灵敏度分析法等，均需要不同程度的复杂计算，在线应用存在着一定困难。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前对电压稳定性问题检测过程复杂的问题，提出了一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，它在确定系统薄弱功率传输路径集的基础上，通过等值得到系统的电压稳定性指标，该指标结合无功储备指标用于确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，它的方法为，

1)对电网系统进行潮流计算，获得系统中电网各节点的电压、电流、有功功率及无功功率信息；

2)计算局部稳定指标，确定薄弱负荷节点集合；

3)根据电气距离信息确定关键功率源点和路径参与节点，生成系统的薄弱功率传输路径集；

4)对各薄弱路径分别进行等值，确定最弱功率传输路径，并得到系统的电压稳定性指标；

5)确定系统的无功储备指标，利用获得的电压稳定性指标和无功储备指标，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施。

所述步骤2)中，薄弱负荷节点集合包括薄弱无功受点集合F_Vm和有功功率受点集合F_δm；其中，薄弱无功受点集合F_Vm由指标w₁确定：

$w_1={\mathrm{\μ}}_1\frac{V_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_j}{m+1}-v_1\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}(V_j-V_i)}{m}$

式中m代表与节点i直接相连的节点总数，但不包括j＝i的情况；μ₁和v₁代表权重；V_i和V_j代表节点电压；

薄弱有功功率受点集合F_δm由指标w₂确定：

$w_2={\mathrm{\μ}}_2\frac{{\mathrm{\δ}}_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_j}{m+1}-v_2\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\δ}}_j-{\mathrm{\δ}}_i)}{m}$

式中μ₂和v₂代表权重，δ_i和δ_j代表节点有功功率的相角。

所述步骤3)中，生成系统薄弱功率传输路径集的方法为，对集合F_Vm内的节点通过计算电气距离，确定参与薄弱路径选取工作的部分无功源点的集合G_Vm和路径参与节点；其中，与集合F_Vm和F_δm中节点耦合程度高的节点为整个系统的薄弱节点，系统的薄弱功率传输路径中所包括的这些薄弱节点称为路径参与节点；按照电压幅值逐渐减小原则确定薄弱无功传输路径集；

同理通过确定包含参与薄弱路径选取工作的部分有功源点的集合G_δm和路径参与节点，确定薄弱有功传输路径集。

所述步骤4)中，确定最弱功率传输路径方法为，对薄弱功率传输路径集中的每

条路径进行等值，计算其电压稳定性指标I_PVSI，I_PVSI＝V′₂cosδ′-0.5V′₁

式中，V′₂为两点等值系统的末端电压，V₁为两点等值系统的首端电压；δ′为首、末两端的功角；

当I_PVSI≥0时，功率传输路径电压稳定；反之，电压失稳；I_PVSI＝0是路径电压稳定的临界值。

所述步骤4)中，系统的电压稳定性指标通过如下方法获得，在所有路径中，其电压稳定性指标I_PVSI最小的那条路径表征了当前系统的电压稳定性，称之为最弱功率传输路径，整个系统的电压稳定性指标I_VSI为：

$I_{\mathrm{VSI}}=\underset{i\∈L}{\min }\left({\mathrm{PVSI}}_i\right)$

式中i代表功率传输路径编号，L代表无功传输路径集L_V和有功传输路径集L_δ的并集；

其中，无功传输路径为从集合G_V到集合F_V，电压幅值逐渐减小的节点序列，所有的无功传输路径构成集合L_V；

有功传输路径为从集合G_δ到集合F_δ，电压相角偏移逐渐增大的节点序列，所有的有功传输路径构成集合L_δ。

所述步骤5)中，确定无功储备指标方法为，定义系统的无功储备指标I_RPRI为：

$I_{\mathrm{RPRI}}=\underset{i\∈G}{\min }\left(\frac{Q_i^{\max }-Q_i}{Q_i^{\max }}\right)$

式中i代表发电机编号，G代表所有发电机集合，Q_i ^max代表第i台发电机的最大无功限制，Q_i代表第i台发电机的无功出力；

当I_RPRI趋近于0时，表示系统中某台发电机即将达到无功极限。

所述步骤5)中，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施方法为，如果系统的电压稳定性指标I_VSI和无功储备指标I_PVSI均低于设定值，则必须进行预防性控制或者校正性控制，即投入无功备用，闭锁有载调压变压器的分接头，低电压甩负荷。

本发明涉及提出了一种适合于复杂系统的在线电压稳定性评估的新方法。在定义系统有功、无功传输路径的基础上，整个系统可以看作由若干条功率传输路径组成，应用局部稳定性指标确定薄弱负荷节点，并借助电气距离信息得到系统功率传输的薄弱路径集，通过等值判别最弱功率传输路径。将该路径的电压稳定性指标与关键发电机的无功储备指标相结合，评估整个系统的电压稳定程度。

本发明有益效果为：

1.在计算过程中无需进行戴维南等值参数的跟踪估计，具有较快的计算速度；

2.在不考虑发电机无功限制和考虑无功限制时，均能正确反映负荷增加过程中系统电压稳定性的变化趋势，具有较高的计算精度；

3.当系统的无功储备指标比较小时，系统的最弱功率传输路径可能发生改变，这种改变会极大地影响整个系统的电压稳定性，必须把系统的电压稳定性指标和无功储备指标结合运用；

4.在确定系统最弱功率传输路径的同时指出了最有效的控制方向。

附图说明

图1为功率传输路径图；

图2为两点等值系统及其相量图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，它的方法为，

1)对电网系统进行潮流计算，获得系统中电网各节点的电压、电流、有功功率及无功功率信息；

2)计算局部稳定指标，确定薄弱负荷节点集合；

3)根据电气距离信息确定关键功率源点和路径参与节点，生成系统的薄弱功率传输路径集；

4)对各薄弱路径分别进行等值，确定最弱功率传输路径，并得到系统的电压稳定性指标；

5)确定系统的无功储备指标，利用获得的电压稳定性指标和无功储备指标，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施。

所述步骤2)中，薄弱负荷节点集合包括薄弱无功受点集合F_Vm和有功功率受点集合F_δm；其中，薄弱无功受点集合F_Vm由指标w₁确定：

$w_1={\mathrm{\μ}}_1\frac{V_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_j}{m+1}-v_1\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}(V_j-V_i)}{m}$

式中m代表与节点i直接相连的节点总数，但不包括j＝i的情况；μ₁和v₁代表权重；V_i和V_j代表节点电压。

薄弱有功功率受点集合F_δm由指标w₂确定：

$w_2={\mathrm{\μ}}_2\frac{{\mathrm{\δ}}_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_j}{m+1}-v_2\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\δ}}_j-{\mathrm{\δ}}_i)}{m}$

式中μ₂和v₂代表权重，δ_i和δ_j代表节点有功功率的相角。

所述步骤3)中，生成系统薄弱功率传输路径集的方法为，对集合F_Vm内的节点通过计算电气距离，确定参与薄弱路径选取工作的部分无功源点的集合G_Vm和路径参与节点；其中，与集合F_Vm和F_δm中节点耦合程度高的节点为整个系统的薄弱节点，系统的薄弱功率传输路径中所包括的这些薄弱节点称为路径参与节点；按照电压幅值逐渐减小原则确定薄弱无功传输路径集；

同理通过确定包含参与薄弱路径选取工作的部分有功源点的集合G_δm和路径参与节点，确定薄弱有功传输路径集。

所述步骤4)中，确定最弱功率传输路径方法为，对薄弱功率传输路径集中的每条路径进行等值，计算其电压稳定性指标I_PVSI，I_PVSI＝V′₂cosδ′-0.5V′₁

当I_PVSI≥0时，功率传输路径电压稳定；反之，电压失稳；I_PVSI＝0是路径电压稳定的临界值。

所述步骤4)中，系统的电压稳定性指标通过如下方法获得，在所有路径中，其电压稳定性指标I_PVSI最小的那条路径表征了当前系统的电压稳定性，称之为最弱功率传输路径，整个系统的电压稳定性指标I_VSI为：

$I_{\mathrm{VSI}}=\underset{i\∈L}{\min }\left({\mathrm{PVSI}}_i\right)$

式中i代表功率传输路径编号，L代表无功传输路径集L_V和有功传输路径集L_δ的并集；

其中，无功传输路径为从集合G_V到集合F_V，电压幅值逐渐减小的节点序列，所有的无功传输路径构成集合L_V；

有功传输路径为从集合G_δ到集合F_δ，电压相角偏移逐渐增大的节点序列，所有的有功传输路径构成集合L_δ。

所述步骤5)中，确定无功储备指标方法为，定义系统的无功储备指标I_RPRI为：

$I_{\mathrm{RPRI}}=\underset{i\∈G}{\min }\left(\frac{Q_i^{\max }-Q_i}{Q_i^{\max }}\right)$

式中i代表发电机编号，G代表所有发电机集合，Q_i ^max代表第i台发电机的最大无功限制，Q_i代表第i台发电机的无功出力。

所述步骤5)中，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施方法为，如果系统的电压稳定性指标I_VSI和无功储备指标I_PVSI均低于设定值，则必须进行预防性控制或者校正性控制，即投入无功备用，闭锁有载调压变压器的分接头，低电压甩负荷。

所述步骤5)中，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施方法为，如果系统的电压稳定性指标I_VSI和无功储备指标I_PVSI均低于设定值，则必须进行预防性控制或者校正性控制，即投入无功备用，闭锁有载调压变压器的分接头，低电压甩负荷。

在本发明中各指标的获得过程为：

一、电压稳定性指标：

整个系统可以看作由若干条功率传输路径组成，系统的电压稳定性可以由系统中最易于电压失稳的功率传输路径的电压稳定性来表征。从两节点系统的电压稳定性出发，在功率传输路径定义的基础上，结合等值导出系统的电压稳定性指标如下。

(1)功率传输路径的电压稳定性指标：

系统的功率传输路径如图1所示。

路径首端的电压、功率和电流分别为

P1+jQ1和I1，各负荷节点上的电压、负荷功率分别为

Pi+jQi(i＝2～n)。

基于网络等值的一般特点，如图2所示的功率传输路径可以等值为如图2所示的两点等值系统，借助于等效后的两点等值系统，可定义无功、有功传输路径的电压稳定性指标I_PVSI为：

I_PVSI＝V′₂cosδ′-0.5V′₁

当I_PVSI≥0时，功率传输路径电压稳定；反之，电压失稳；I_PVSI＝0是路径电压稳定的临界值。

(2)整个系统的电压稳定性指标：

所有路径中，其电压稳定性指标I_PVSI最小的那条路径表征了当前系统的电压稳定性，称之为最弱功率传输路径，所以进一步定义整个系统的电压稳定性指标I_VSI为：

$I_{\mathrm{VSI}}=\underset{i\∈L}{\min }\left({\mathrm{PVSI}}_i\right)$

式中i代表功率传输路径编号，L代表无功传输路径集L_V和有功传输路径集L_δ的并集。

(3)系统的无功储备指标：

发电机的无功极限对系统的电压稳定性有着重要的影响，其极限值通常与励磁绕组发热极限和电枢绕组发热极限有关。重负荷条件下，发电机的无功功率随着负荷的增加而增大以维持其机端电压恒定，继续增加负荷，当无功功率达到极限值时，发电机失去电压控制能力。由于这种变化将会导致系统模型的非连续性变化，故很难预测变化对系统电压稳定性的影响。所以在运行过程中，有必要连续地监视发电机的无功储备指标。

定义系统的无功储备指标I_RPRI(Reactive Power Reserve Indicator)为：

$I_{\mathrm{RPRI}}=\underset{i\∈G}{\min }\left(\frac{Q_i^{\max }-Q_i}{Q_i^{\max }}\right)$

式中i代表发电机编号，G代表所有发电机集合，Q_i ^max代表第i台发电机的最大无功限制，Q_i代表第i台发电机的无功出力。

当I_RPRI趋近于0时，表示系统中某台发电机即将达到无功极限。

本发明根据电气距离信息，从无功、有功传输路径两方面确定系统的薄弱节点和参与源点集合，得到系统功率传输的薄弱路径集；通过对薄弱路径进行等值衡量其电压稳定性，确定最弱功率传输路径，进而得到系统的电压稳定性指标；该指标与各个发电机的无功储备指标相结合，用于确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施，系统的最弱功率传输路径同时指出了最有效的控制方向。

Claims (7)

1.一种基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：它的方法为，

1)对电网系统进行潮流计算，获得系统中电网各节点的电压、电流、有功功率及无功功率信息；

2)计算局部稳定指标，确定薄弱负荷节点集合；

3)根据电气距离信息确定关键功率源点和路径参与节点，生成系统的薄弱功率传输路径集；

4)对各薄弱路径分别进行等值，确定最弱功率传输路径，并得到系统的电压稳定性指标；

5)确定系统的无功储备指标，利用获得的电压稳定性指标和无功储备指标，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施。

2、根据权利要求1所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤2)中，薄弱负荷节点集合包括薄弱无功受点集合F_Vm和有功功率受点集合F_δm；其中，薄弱无功受点集合F_Vm由指标w₁确定：

$w_1={\mathrm{\μ}}_1\frac{V_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{V}_j}{m+1}-v_1\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}(V_j-V_i)}{m}$

式中m代表与节点i直接相连的节点总数，但不包括j＝i的情况；μ₁和v₁代表权重；V_i和V_j代表节点电压；

薄弱有功功率受点集合F_δm由指标w₂确定：

$w_2={\mathrm{\μ}}_2\frac{{\mathrm{\δ}}_i+\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}{\text{\δ}}_j}{m+1}-v_2\frac{\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{\δ}}_j-{\mathrm{\δ}}_i)}{m}$

式中μ₂和v₂代表权重，δ_i和δ_j代表节点有功功率的相角。

3、根据权利要求1或2所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤3)中，生成系统薄弱功率传输路径集的方法为，对集合F_Vm内的节点通过计算电气距离，确定参与薄弱路径选取工作的部分无功源点的集合G_Vm和路径参与节点；其中，与集合F_Vm和F_δm中节点耦合程度高的节点为整个系统的薄弱节点，系统的薄弱功率传输路径中所包括的这些薄弱节点称为路径参与节点；按照电压幅值逐渐减小原则确定薄弱无功传输路径集；

同理通过确定包含参与薄弱路径选取工作的部分有功源点的集合G_δm和路径参与节点，确定薄弱有功传输路径集。

4、根据权利要求1所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤4)中，确定最弱功率传输路径方法为，对薄弱功率传输路径集中的每条路径进行等值，计算其电压稳定性指标I_PVSI，I_PVSI＝V′₂cosδ′-0.5V′₁

式中，V′₂为两点等值系统的末端电压，V₁为两点等值系统的首端电压；δ′为首、末两端的功角；

当I_PVSI≥0时，功率传输路径电压稳定；反之，电压失稳；I_PVSI＝0是路径电压稳定的临界值。

5、根据权利要求1或4所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤4)中，系统的电压稳定性指标通过如下方法获得，在所有路径中，其电压稳定性指标I_PVSI最小的那条路径表征了当前系统的电压稳定性，称之为最弱功率传输路径，整个系统的电压稳定性指标I_VSI为：

$I_{\mathrm{VSI}}=\underset{i\∈L}{\min }\left({\mathrm{PVSI}}_i\right)$

式中i代表功率传输路径编号，L代表无功传输路径集L_V和有功传输路径集L_δ的并集；

其中，无功传输路径为从集合G_V到集合F_V，电压幅值逐渐减小的节点序列，所有的无功传输路径构成集合L_V；

有功传输路径为从集合G_δ到集合F_δ，电压相角偏移逐渐增大的节点序列，所有的有功传输路径构成集合L_δ。

6、根据权利要求1或4所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤5)中，确定无功储备指标方法为，定义系统的无功储备指标I_RPRI为：

$I_{\mathrm{RPRI}}=\underset{i\∈G}{\min }\left(\frac{Q_i^{\max }-Q_i}{Q_i^{\max }}\right)$

式中i代表发电机编号，G代表所有发电机集合，Q_i ^max代表第i台发电机的最大无功限制，Q_i代表第i台发电机的无功出力；

当I_RPRI趋近于0时，表示系统中某台发电机即将达到无功极限。

7、根据权利要求1或4所述的基于功率传输路径的电压稳定性检测方法，其特征是：所述步骤5)中，确定系统的电压稳定程度以及是否需要采取相应的控制措施方法为，如果系统的电压稳定性指标I_VSI和无功储备指标I_PVSI均低于设定值，则必须进行预防性控制或者校正性控制，即投入无功备用，闭锁有载调压变压器的分接头，低电压甩负荷。

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