CN102044871A - 用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，属于电力系统调度自动化与仿真技术领域。本方法首先在上、下级调度中心DTS各自建立自己的培训初始教案；上级调度中心DTS为各个下级电网调度中心DTS下发它的初始教案。下级调度中心DTS将接收到的上级调度中心DTS下发的初始教案，采用一种前推、回推的潮流修正技术建立匹配上级调度中心DTS的初始教案。本发明方法适用于下级电网是辐射状运行的情况，对实现上、下级电网的联合反事故演习提供了理论和方法，对保证电网的安全运行具有重要意义。

Description

用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法

技术领域

本发明涉及一种用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，尤其涉及一种用于调度员培训的互联仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，属于电力系统调度自动化与仿真技术领域。

背景技术

电网的调度和控制通常分层的、分级、分别独立进行的。上、下级的调度员在日常运行调度和事故处理中需要相互协调配合。而调度员培训仿真系统(以下简称DTS)是培训调度员和反事故演习的主要技术手段。为了实现上、下级调度中心DTS系统的初始教案中潮流的匹配，需要下级调度中心需要通过人工方式调整本级电网模型的潮流分布式使之与上级调度中心DTS的电网模型潮流分布相匹配，即上、下级互联支路上的潮流保持一致。而以前的人工调整下级电网中负荷节点潮流的方法，不容易做到首先是调整潮流不容易做到准确，从而造成联络线上上下级潮流不匹配，当人工调整潮流的误差过大时，容易造成网络潮流发散。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，上级调度中心把仿真初始教案发给下级调度中心。下级调度中心根据上级电网的潮流分布，利用潮流匹配方法计算出与上级电网相匹配的电网潮流分布作为下级调度中心DTS的初始教案，以解决在仿真初始教案生成过程中，上、下级调度中心DTS如何实现潮流匹配的问题。

本发明提出的用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，包括以下步骤：

(1)上级电网调度中心根据上级电网实时数据，利用状态估计方法生成上级电网初始潮流参数，包括：上级电网拓扑结构，上级电网负荷的有功功率和无功功率，上级电网发电机的有功功率、无功功率和电压，上级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率以及上级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；通过广域网将上级电网初始潮流参数发送给各下级电网调度中心；

(2)下级电网调度中心根据本级电网实时数据，利用状态估计方法生成本级电网初始潮流参数，包括：本级电网拓扑结构，本级电网负荷的有功功率和无功功率，本级电网发电机有功功率、无功功率和电压，本级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率，以及本级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；

(3)下级电网调度中心接收上述上级电网初始潮流参数，并利用潮流匹配方法，修正本级电网的潮流分布，使本级电网与上级电网的边界母线电压、本级电网与上级电网的联络变压器的有功功率和无功功率以及本级电网与上级电网的联络线路的有功功率和无功功率相等，具体过程如下：

(3-1)将下级电网调度中心中的电网模型划分成两部分网络：下级电网的内部网络以及下级电网与上级电网的公用部分网络；

(3-2)将下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器的外侧的端点分裂成内外两个边界节点，并将下级电网与上级电网的联络线路的有功功率和无功功率作为边界节点的注入功率；

(3-3)将下级电网与上级电网的公用部分网络的电网潮流参数设定为上级电网调度中心下发的上级电网初始潮流参数；

(3-4)计算下级电网的内部网络的电压分布，包括如下步骤：

(3-4-1)将下级电网内部网络中的边界节点设为下级电网内部网络的根节点，根节点的电压为：V_S∠θ_S，其中V_S是根节点的电压幅值，θ_S是根节点的电压相角，设初始化时下级电网内部网络的根节点的注入有功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入有功功率的差值为零，也就是

下级电网内部网络的根节点的注入无功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入无功功率的差值为零，也就是

按照下级电网内部网络的负荷节点功率占下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上功率的比例进行功率分配，可以得到由下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器进行供电的第i个负荷节点的有功分配因子α_i和第i个负荷节点的无功分配因子β_i分别为：有功分配因子

无功分配因子

其中P_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，Q_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率，C是下级电网内部网络的负荷节点数；

(3-4-2)根据上述分配因子对下级电网内部网络进行修正，得到下级电网内部网络中的当前负荷的功率：有功功率无功功率

k为修正迭代次数，其中，α是有功分配因子，β是无功分配因子；

(3-4-3)根据上述

通过一次前推计算求得下级电网内部网络中的任意两个节点之间支路的功率分布；

(3-4-4)根据上述支路的功率分布，通过一次回推计算，求得下级电网内部网络中的任意节点上的电压分布

(3-4-5)根据上述电压分布

计算下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上的初始有功功率与下级电网内部网络中所有负荷节点功率和下级电网内部网络功率损耗之和的差值：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=P_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-P_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

$\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=Q_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-Q_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

其中，

是在已知电压分布条件下，计算出来的下级电网内部网络有功功率损耗，

是在已知电压分布

条件下，计算出来的下级电网内部网络无功功率损耗，

是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，

是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率；

(3-4-6)设定一个收敛指标ε，设ε的取值范围为：0.0001-0.001，遍历所有节点相邻两次电压计算值的差的模

取最大值

若ΔV_max小于设定的收敛指标ε，则下级电网的内部网络的电压分布为

并停止计算，若大于设定的收敛指标ε，则使k＝k+1，重复步骤(3-4-2)、(3-4-3)、(3-4-4)、(3-4-5)，直到小于设定的收敛指标ε。

本发明提出的用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，可以自动调整下级电网模型的潮流使之与上级电网模型潮流匹配，且不存在潮流收敛性问题，解决了人工调整下级电网负荷节点潮流存在的调整困难和容易造成潮流发散的缺点，适用于下级电网是辐射状运行的情况。

附图说明

图1是使用本发明方法时下级电网和上级电网的模型关系示意图。

图2是下级电网模型撕裂示意图。

图1和图2中，1是上级电网调度中心的电网模型，2是下级电网调度中心的电网模型，3是上级电网调度中心和地上级电网调度中心共用的电网模型，4是上级电网与下级电网的联络变压器，5是上级电网与下级电网的联络线路，6是下级电网的内部网络，7是边界节点。

具体实施方式

本发明提出的用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法中，下级电网和上级电网的模型关系示意图如图1所示，图1中，1是上级电网调度中心的电网模型，2是下级电网调度中心的电网模型，3是上级电网调度中心和地上级电网调度中心共用的电网模型，4是上级电网与下级电网的联络变压器，5是上级电网与下级电网的联络线路。

本发明方法包括以下步骤：

(1)上级电网调度中心根据上级电网实时数据，利用状态估计方法生成上级电网初始潮流参数，包括：上级电网拓扑结构，上级电网负荷的有功功率和无功功率，上级电网发电机的有功功率、无功功率和电压，上级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率以及上级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；通过广域网将上级电网初始潮流参数发送给各下级电网调度中心；

(2)下级电网调度中心根据本级电网实时数据，利用状态估计方法生成本级电网初始潮流参数，包括：本级电网拓扑结构，本级电网负荷的有功功率和无功功率，本级电网发电机有功功率、无功功率和电压，本级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率，以及本级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；

(3)下级电网调度中心接收上述上级电网初始潮流参数，并利用潮流匹配方法，修正本级电网的潮流分布，使本级电网与上级电网的边界母线电压、本级电网与上级电网的联络变压器的有功功率和无功功率以及本级电网与上级电网的联络线路的有功功率和无功功率相等，具体过程如下：

(3-1)将下级电网调度中心中的电网模型划分成两部分网络：下级电网内部网络以及下级电网与上级电网的公用部分网络；

(3-2)将本级电网与上级电网的联络线路或联络变压器的外侧的端点分裂成内外两个边界节点，并将本级电网与上级电网的联络线路或联络变压器的功率作为边界节点的注入功率；将下级电网与上级电网的公用部分网络与下级电网内部网络隔离开，如图2所示。图2中，6是下级电网内部网络，7是边界节点。下面描述中，把这些虚拟节点称为边界节点。

(3-3)将下级电网与上级电网的公用部分网络的电网潮流参数设定为上级电网调度中心下发的上级电网初始潮流参数；

(3-4)计算下级电网内部网络的电压分布，包括如下步骤：

(3-4-1)在下级电网内部网络中，每个根节点需要修正四组变量：节点电压幅值、电压相角、注入有功功率、注入无功功率。其中，注入有功功率和注入无功功率与对应的下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器的有功功率和无功功率分别相等。本步骤的目的是通过调整下级电网内部网络的负荷节点的有功功率和无功功率，使得下级电网内部网络根节点的注入有功功率、注入无功功率、节点电压幅值和电压相角与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入有功功率P_S、注入无功功率Q_S、节点电压幅值V_S和电压相角θ_S相等。

由于下级电网是辐射状运行的电网，可以采用以边界节点为根节点的辐射状电网的前推、回代潮流来计算，包括以下步骤：

将下级电网内部网络的边界节点设为下级电网内部网络的根节点，下级电网内部网络的根节点的电压为：V_S∠θ_S，设初始化时下级电网内部网络的根节点的注入有功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入有功功率的差值为零，也就是

初始化时下级电网内部网络的根节点的注入无功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入无功功率的差值为零，也就是

按照负荷节点功率占下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上功率的比例进行功率分配，可以得到由下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器进行供电的第i个负荷节点的有功分配因子α_i和第i个负荷节点的无功分配因子β_i分别为：有功分配因子

无功分配因子

其中P_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，Q_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率，C是下级电网内部网络的负荷节点数；

(3-4-2)根据上述分配因子对下级电网进行修正，得到下级电网内部网络中的当前负荷的功率：有功功率

无功功率

k为修正迭代次数，其中，α是有功分配因子，β是无功分配因子；

(3-4-3)根据上述当前负荷

和

通过一次前推计算求得下级电网中的支路功率分布。前推计算是根据网络中末端节点的有功功率和无功功率以及末端节点的电压值来计算首端节点的有功功率和无功功率以及首端节点的电压值的一种算法，对于辐射状电网：

首先从电网末端开始，逐层向上计算每个节点的注入电流

i＝1，2，...，n。其中

是节点i在第k-1次迭代所得的电压，S_i是节点i的注入功率，Y_i是节点i所有接地支路的导纳和；

然后，从电网的末端向根节点逐层向上计算每一条支路的电流，支路l的电流J_l的计算公式

(3-4-4)根据上述下级电网中的支路功率分布，通过一次回推计算，求得下级电网的电压分布

回推计算是根据网络中首端节点的有功功率和无功功率以及首端节点的电压值来计算末端节点的有功功率和无功功率以及末端节点的电压值的一种算法，对于辐射状电网中的根节点的电压开始向末端逐层更新节点电压。假设节点j与上一层节点i的联络线为l，则求解节点j的电压的第k次迭代为：其中Z_l是支路l的阻抗，

(3-4-5)根据上述电压分布计算下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上的初始有功功率与下级电网内部网络中所有负荷节点功率和下级电网内部网络功率损耗之和的差值：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=P_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-P_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

$\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=Q_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-Q_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

其中，

是在已知电压分布条件下，计算出来的下级电网内部网络有功功率损耗，

是在已知电压分布

条件下，计算出来的下级电网内部网络无功功率损耗，

是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，

是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率；

(3-4-6)设定一个收敛指标ε，设ε的取值范围为：0.0001-0.001，遍历所有节点相邻两次电压计算值的差的模

取其最大值

若ΔV_max小于设定的收敛指标ε，则下级电网的内部网络的电压分布为

停止计算，若大于设定的收敛指标ε，则使k＝k+1，重复步骤(3-4-2)、(3-4-3)、(3-4-4)、(3-4-5)，直到小于设定的收敛指标ε。

Claims (1)

1.一种用于调度员培训的仿真系统中上下级电网潮流匹配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)上级电网调度中心根据上级电网实时数据，利用状态估计方法生成上级电网初始潮流参数，包括：上级电网拓扑结构，上级电网负荷的有功功率和无功功率，上级电网发电机的有功功率、无功功率和电压，上级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率以及上级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；通过广域网将上级电网初始潮流参数发送给各下级电网调度中心；

(2)下级电网调度中心根据本级电网实时数据，利用状态估计方法生成本级电网初始潮流参数，包括：本级电网拓扑结构，本级电网负荷的有功功率和无功功率，本级电网发电机有功功率、无功功率和电压，本级电网母线电压、线路的有功功率和无功功率，以及本级电网变压器的有功功率、无功功率和分头档位；

(3)下级电网调度中心接收上述上级电网初始潮流参数，并利用潮流匹配方法，修正本级电网的潮流分布，使本级电网与上级电网的边界母线电压、本级电网与上级电网的联络变压器的有功功率和无功功率以及本级电网与上级电网的联络线路的有功功率和无功功率相等，具体过程如下：

(3-1)将下级电网调度中心中的电网模型划分成两部分网络：下级电网的内部网络以及下级电网与上级电网的公用部分网络；

(3-2)将下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器的外侧的端点分裂成内外两个边界节点，并将下级电网与上级电网的联络线路的有功功率和无功功率作为边界节点的注入功率；

(3-3)将下级电网与上级电网的公用部分网络的电网潮流参数设定为上级电网调度中心下发的上级电网初始潮流参数；

(3-4)计算下级电网的内部网络的电压分布，包括如下步骤：

(3-4-1)将下级电网内部网络中的边界节点设为下级电网内部网络的根节点，根节点的电压为：V_S∠θ_S，其中V_S是根节点的电压幅值，θ_S是根节点的电压相角，设初始化时下级电网内部网络的根节点的注入有功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入有功功率的差值为零，也就是

下级电网内部网络的根节点的注入无功功率与上级电网调度中心下发的上级电网对应的边界节点注入无功功率的差值为零，也就是

按照下级电网内部网络的负荷节点功率占下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上功率的比例进行功率分配，可以得到由下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器进行供电的第i个负荷节点的有功分配因子α_i和第i个负荷节点的无功分配因子β_i分别为：有功分配因子

无功分配因子其中P_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，Q_Di是下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率，C是下级电网内部网络的负荷节点数；

(3-4-2)根据上述分配因子对下级电网内部网络进行修正，得到下级电网内部网络中的当前负荷的功率：有功功率

无功功率

k为修正迭代次数，其中，α是有功分配因子，β是无功分配因子；

(3-4-3)根据上述

和

通过一次前推计算求得下级电网内部网络中的任意两个节点之间支路的功率分布；

(3-4-4)根据上述支路的功率分布，通过一次回推计算，求得下级电网内部网络中的任意节点上的电压分布

(3-4-5)根据上述电压分布计算下级电网与上级电网的联络线路或联络变压器上的初始有功功率与下级电网内部网络中所有负荷节点功率和下级电网内部网络功率损耗之和的差值：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=P_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-P_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

$\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}^{(k+1)}=Q_S-\underset{i\∈C}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{\mathrm{Di}}^{(k+1)}-Q_{\mathrm{loss}}\left({\stackrel{\·}{V}}^{(k+1)}\right)$

其中，

是在已知电压分布

条件下，计算出来的下级电网内部网络有功功率损耗，

是在已知电压分布条件下，计算出来的下级电网内部网络无功功率损耗，是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的有功功率，

是第k+1次迭代过程中，下级电网内部网络中第i个负荷节点的无功功率；(3-4-6)设定一个收敛指标ε，设ε的取值范围为：0.0001-0.001，遍历所有节点相邻两次电压计算值的差的模

取最大值若ΔV_max小于设定的收敛指标ε，则下级电网的内部网络的电压分布为并停止计算，若大于设定的收敛指标ε，则使k＝k+l，重复步骤(3-4-2)、(3-4-3)、(3-4-4)、(3-4-5)，直到小于设定的收敛指标ε。

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