CN103425866A - 一种确定线路潮流越限风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定潮流越线风险的方法，该方法包括确定不确定性系统运行风险评估效率的序列运算方法，所述方法包括以下步骤：I、获得每条线路i的潮流的最大值和最小值；II、遍历线路i，判断线路i是否有潮流越线风险；III、设置节点j=1，遍历节点；IV、获得1至j节点所引起的线路i总潮流概率性序列Line_1-j；V、去掉线路i总潮流概率性序列中不引起越线风险的部分；VI、判断是否为最后一个节点；VII、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出。该方法可加快给出未来系统可能存在的风险概率密度，辅助调度人员及时采取相应措施来降低及规避风险，保证电力系统的安全稳定运行。

Description

一种确定线路潮流越限风险的方法

技术领域

本发明涉及一种新能源发电及接入技术领域的方法，具体讲涉及一种确定潮流越线风险的方法。 

背景技术

由于间歇性能源固有的随机性、间歇性以及波动性的特点，大规模间歇性能源并网对电网运行带来了新的挑战，导致输电线路的传输功率、部分常规机组的出力以及系统旋转备用都发生了相应的变化，对电网的电压稳定以及电能质量造成了一定影响。这些风险随着间歇性能源装机容量在电网所占比例的增大而迅速增加，并且随着电网结构、运行方式的变化而变化。我们在享受采用间歇性能源进行节能减排的同时，不得不承受间歇性能源带来的潜在风险。 

在进行风险评估过程中，必须考虑间歇性能源出力的不确定性影响。序列运算理论因其物理意义明确，计算量小等特点，在考虑间歇性能源出力不确定性的分析中得到了广泛应用。在计算过程中，采用一个概率性序列来表征未来间歇性能源出力的概率分布情况。 

但未来系统可能存在的风险概率密度的计算过程复杂，占用内存较大，影响辅助调度人员及时采取相应措施来降低及规避风险，给保证电力系统的安全稳定运行带来影响。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种确定潮流越线风险的方法，所述方法包括确定不确定性系统运行风险评估效率的序列运算方法，该方法首先对系统运行的最大可能潜在风险进行预判，从而确定可能引起系统运行风险的概率部分，之后仅对该部分进行计算，直接得到系统运行的潜在风险概率密度函数。 

实现上述目的所采用的解决方案为： 

一种确定潮流越线风险的方法，所述方法包括确定不确定性系统运行风险评估效率的序列运算方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤： 

I、获得线路i的潮流的最大值和最小值； 

II、判断线路i是否有潮流越线风险； 

III、设置节点j=1，遍历节点； 

IV、获得1至j节点所引起的线路i总潮流概率性序列Line_1-j； 

V、去掉线路i总潮流概率性序列中不引起越线风险的部分； 

VI、判断是否为最后一个节点；和 

VII、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出。 

进一步的，所述步骤I包括： 

（1）、获得间歇性能源的出力概率性序列W_i、负荷的概率性序列L_i及发电机组的出力概率性序列G_i； 

（2）、当系统运行安全概率为P时，分别获得所述间歇性能源的出力概率性序列、所述负荷的概率性序列和所述发电机组的出力概率性序列的最大值及最小值

和

和 

和

（3）、分别获得每个节点最大值功率输出值、最小值功率输出值、最大功率输出矩阵和最小功率输出矩阵； 

（4）、根据网络拓扑参数，生成潮流转移因子矩阵M； 

（5）、获得潮流转移因子矩阵M的正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative； 

（6）、获得线路最大潮流矩阵Line^max＝M^positive×Node^max+M^negative×Node^min与线路最小潮流矩阵Line^min＝M^positive×Node^min+M^negative×Node^max。 

进一步的，所述步骤（1）中的间歇性能源的出力概率性序列W_i、负荷的概率性序列L_i及发电机组的出力概率性序列G_i的分别根据间歇性能源的功率预测信息、负荷的预测信息及发电机组的强迫停运率获得。 

进一步的，所述步骤（2）中的概率性序列的最大值及最小值获得方法包括： 

设概率性序列为A(i)时，所述概率性序列的最大值max满足：

所述概率性序列的最小值min满足：

进一步的，所述步骤（5）中正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative的获得方法包括：将潮流转移因子M按正负号分解，获得的正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative中每个系数的位置保持不变，空位以0代替。 

进一步的，所述步骤II中的判断方法包括： 

（1）、根据线路传输极限矩阵Line^limit、线路最大潮流矩阵Line^max和线路最小潮流矩阵Line^min，获得潮流越限风险的线路及其越限的方向； 

（2）、获得线路i潮流的最大值

最小值

和线路传输极限值

（3）、比较

若

采用序列运算理论对线路潮流概率密度函数进行计算； 

若 ${\mathrm{Line}}_i^{\min }<{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 进入步骤IV。 

进一步的，所述步骤IV的计算方法包括： 

（1）将节点j引起的线路潮流与1至j-1节点所引起的线路总潮流进行卷和运算，得到1至j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j； 

（2）从中减去节点j引起的最小线路潮流

${\mathrm{Line}}_i^{\min }={\mathrm{Line}}_i^{\min }-{\mathrm{Line}}_{\mathrm{ij}}^{\min },$ 即得到剩余节点所引起线路潮流的最小值； 

（3）比较1至j节点所引起的线路总潮流最大值

剩余节点所引起线路潮流的最小值

和线路传输极限值

若 ${\mathrm{Line}}_{1-j}^{\max }+{\mathrm{Line}}_i^{\min }\&le;{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 则执行步骤VII； 

若 ${\mathrm{Line}}_{1-j}^{\max }+{\mathrm{Line}}_i^{\min }>{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 则去掉概率性序列Line_1-j中取值大于 ${\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}}\_{\mathrm{Line}}_i^{\min }$ 的部分，所去除的部分概率不会引起潮流越限风险。 

进一步的，所述线路传输极限矩阵表示为线路所能传输的最大值。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

（1）本发明提出了一种仅计算可能产生风险的部分概率序列运算方法，将不会产生风险的部分概率进行忽略，利用序列运算中计算量与概率序列长度之间相关的特点，缩小计算量，提高计算速度。 

（2）本发明的运算过程忽略了不会引起系统运行风险的部分，因此计算效率大大提高，从而为提前发现系统运行的潜在风险，及时采取相应决策提供了时间上的保证。同时，整个过程没有任何近似，所得风险的概率密度函数与直接采用序列运算进行计算完全相同。 

（3）本发明虽以计算直流线路潮流越限风险为例进行说明，但该方法同样适用于备用越限风险、电压越限风险等运行风险评估中。 

（4）本发明的方法为提前发现系统运行的潜在风险，及时采取相应决策提供了时间上的保证。 

（5）本发明的方法也可应用于所有含潮流越限风险约束、备用越限风险约束以及电压越限风险约束等的优化调度模型求解中，大幅提高此类模型的求解速度，为考虑随机变量的优化调度模型实用化提供时间上的保证。 

附图说明

图1为确定潮流越线风险的方法的流程图； 

图2为确定潮流越线风险的方法的详细流程图； 

图3为IEEE-30网络拓扑结构图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。 

如图1所示，图1为确定潮流越线风险的方法的流程图； 

一种确定潮流越线风险的方法包括以下步骤： 

I、获得每条线路i潮流的最大值和最小值； 

II、判断线路i是否有潮流越线风险；若有则进入步骤III，否则进入步骤VII； 

III、设节点j=1，遍历节点； 

IV、获得1至j节点所引起的线路i总潮流概率性序列Line_1-j； 

V、从线路i的线路最小潮流矩阵

中去掉当前线路i总潮流概率性序列中不引起越线风险的部分；即从线路i的线路最小潮流矩阵中减去节点j引起的最小线路潮流 

获得剩余节点所引起线路潮流的最小值； 

VI、判断是否为最后一个节点； 

VII、判断是否为最后一条线路； 

VIII、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出； 

如图2所示，图2为确定潮流越线风险的方法的详细流程图；确定潮流越线风险的方法包括以下步骤： 

1、计算每个节点功率的最大值和最小值； 

2、遍历线路i，获得每条线路i的潮流的最大值和最小值； 

3、判断线路i是否有潮流越线风险； 

4、设节点j=1，遍历节点； 

5、获得1至j节点所引起的线路i总潮流概率性序列Line_1-j； 

6、判断是否有不会引起越限风险的部分； 

7、去掉当前线路i总潮流概率性序列Line_1-j中不会引起越限风险的部分； 

8、判断是否为最后一个节点； 

9、判断是否为最后一个线路； 

10、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出。 

具体来说 

步骤1中获得功率的最大值和最小值的方法包括：a、根据每个间歇性能源的功率预测信息，形成每个间歇性能源的出力概率性序列W_i；根据每个负荷的预测信息，形成每个负荷的概率性序列L_i；根据每个发电机组的强迫停运率，形成每个发电机组的出力概率性序列G_i； 

b、根据允许系统运行的安全概率P，计算在该概率下，每个变量的最大值和最小值，所述变量包括

变量的概率性序列为A(i)，最大值max满足：

最小值min满足：  $\underset{i=0}{\overset{\min }{\mathrm{\&Sigma;}}}A\left(i\right)=\frac{(1-P)}{2};$ 所述A(i)表示任意变量

的概率性序列； 

c、获得每个节点的最大功率输出值

与最小功率输出值

从而获得节点最大功率输出矩阵Node^max和节点最小功率输出矩阵Node^min。 

步骤2中获得每条线路i的潮流的最大值和最小值的方法包括：a、根据网络拓扑参数，生成潮流转移因子矩阵M； 

b、根据潮流转移因子矩阵M中每一个系数的正负号，将M分解成正系数矩阵M^positive和 负系数矩阵M^negative，在新矩阵中，每个系数的原位置保持不变，空位用0代替； 

c、计算线路i潮流的最大值

与最小值

本实施例中，采用直流潮流法计算线路潮流，即用潮流矩阵乘以节点功率矩阵，当潮流矩阵中的值为负时，则得出的结果将小于0，表示该潮流方向与计算时定义的潮流方向相反；计算方法包括： 

分别获得线路i最大潮流矩阵：Line^max＝M^positive×Node^max+M^negative×Node^min； 

线路i最小潮流矩阵：Line^min＝M^positive×Node^min+M^negative×Node^max； 

从而获得线路i潮流的最大值与最小值

步骤3中判断线路i是否有潮流越线风险的方法包括： 

a、根据线路传输极限矩阵Line^limit（所述线路传输极限是线路参数，表示该线路所能传输的最大值），以及Line^max和Line^min，获得具有潮流越限风险的线路及其越限的方向；判断是否有越线风险的线路： 

若无越限风险的线路，则表示该系统不存在潮流越限风险或存在的潮流越限风险是可以接受的，将结果进行显示并退出此次风险评估操作； 

若有越限风险的线路，则将仅针对这些线路的越限风险概率密度函数进行计算； 

以下，本实施例中以具有越限风险时，线路i在正方向存在越限风险为例进行具体说明； 

b、获得线路i潮流的最大值

与最小值

c、比较线路i潮流的最小值

和线路i传输极限值

若

则线路i潮流越限的概率为100%，直接采用序列运算理论对线路潮流概率密度函数进行计算；所述线路潮流概率密度函数采用序列运算理论进行计算，所得的结果为该支路潮流的概率性序列，反映该支路潮流的概率分布情况； 

若则仅有一部分概率会引起潮流越限，仅对越限部分的概率密度函数进行计算；执行步骤4； 

步骤4，设节点j=1，遍历节点； 

步骤5中获得1至j-1节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j的方法包括： 

将节点j引起的线路潮流与1至j-1节点所引起的线路总潮流进行卷和运算，获得1至 j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j；并获得1至j-1节点所引起的线路总潮流的最大值

所述总潮流的概率性序列的获得方法为：通过对每个节点的有功输出序列以及潮流转移因子矩阵进行序列运算； 

步骤6判断是否有不会引起越限风险的部分的方法包括： 

a、从线路i潮流的最小值中减去节点j引起的最小线路潮流

即 

获得剩余节点所引起线路潮流的最小值； 

b、比较1至j-1节点所引起的线路总潮流的最大值

剩余节点所引起线路潮流的最小值

与线路传输极限值

若

则没有不会引起潮流越限风险的部分，无法进行简化操作，采用常规方法进行后续计算，执行步骤10； 

若

则有不会引起潮流越限风险，去掉这部分后再进行后续计算；即，从概率性序列Line_1-j中去掉取值大于

的部分，所去除的部分概率不会引起潮流越限风险；即为步骤7中去掉当前线路i总潮流概率性序列Line_1-j中不会引起越限风险的部分的方法，获得引起概率潮流越限风险的潮流概率性序列，将该潮流概率性序列替代原潮流概率性序列，对潮流概率性序列进行计算，获得潮流越线风险的概率密度函数； 

8、判断是否为最后一个节点；若执行到最后一个节点，则显示潮流越限风险的概率密度函数并退出；否则j=j+1,执行步骤5； 

9、判断是否为最后一个线路； 

10、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出； 

所述潮流越限风险的概率密度函数的获得方法包括：将待计算节点的有功输出序列，乘以对应的潮流转移因子，所得结果与之前获得的潮流概率性序列进行卷和运算，完成对该节点的计算。 

举例说明 

如图3所示，图3为IEEE-30节点系统结构图，使用本发明的方法对EEE-30节点系统进行仿真计算，以验证本发明的有效性。图中，节点22和27分别接入了容量为50MW和80MW的风电场。该系统的支路和节点负荷信息为IEEE-30系统标准值，各机组的出力计划以及风 电场的出力上限值如表1所示，不考虑机组的强迫停运率。假设负荷服从正态分布，标准差取预测值的5%，风电场有功预测值如表2所示。 

表1机组出力计划和风电场出力上限值 

表2风电场功率预测表 

当不采用本发明时，计算流程为： 

1、计算潮流转移因子矩阵M； 

2、计算每个负荷及风电场出力的概率性序列； 

3、计算每个节点的有功输出序列； 

4、设i=1(表示线路)； 

5、设j=1（表示节点），并将线路潮流的概率性序列设置为0； 

6、将第j个节点的有功输出序列乘以潮流转移因子矩阵中的M(i,j)，得到节点j引起的线路潮流； 

7、将节点j引起的线路潮流与1至j-1节点所引起的线路总潮流进行卷和运算，得到1 至j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j； 

8、判断是否为最后一个节点，若不是，则j=j+1，继续执行第6步；若是，则Line_1-j即为线路i的潮流概率性序列。计算线路i的越限概率； 

9、判断是否为最后一条线路，若不是，则i=i+1，继续执行第5步；若是，则已完成全部线路的潮流计算； 

10、显示结果，退出。 

当完全采用本发明时，计算流程为： 

1、计算潮流转移因子矩阵M； 

2、计算每个负荷及风电场出力的概率性序列，及其最大值与最小值； 

3、计算每个节点的有功输出序列，及其最大值与最小值； 

4、设i=1(表示线路)； 

5、计算线路i的潮流的最大值与最小值；若最大值与最小值均在安全范围内，则进行第11步；否则进行第6步； 

6、设j=1（表示节点），并将线路潮流的概率性序列设置为0； 

7、将第j个节点的有功输出序列乘以潮流转移因子矩阵中的M(i,j)，得到节点j引起的线路潮流； 

8、将节点j引起的线路潮流与1至j-1节点所引起的线路总潮流进行卷和运算，得到1至j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j； 

9、判断1至j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j是否有不会引起越限风险的部分；若有，则将该部分去掉； 

10、判断是否为最后一个节点，若不是，则j=j+1，执行第7步；若是，则Line_1-j即为线路i的潮流概率性序列；计算线路i的越限概率； 

11、判断是否为最后一条线路，若不是，则i=i+1，执行第5步；若是，则已完成全部线路的潮流计算； 

12、显示结果，退出。 

采用序列运算理论对该系统的线路潮流越限风险进行评估，其中序列运算的离散化步长为0.1MW。表3显示了不采用本发明和采用本发明的风险评估结果。 

方法	时间(s)	线路25-27的越限概率
			不采用本发明	2.24	96.50
只采用本发明的越限线路判断方法	0.10	96.50
			完全采用本发明	0.09	96.50

表3表示不采用本发明和采用本发明的风险评估结果 

当采用本发明提供的方法进行计算时时，首先采用95%的概率区间计算每个风电和负荷的最大值与最小值，并按本发明提供的方法对可能产生越限风险的线路进行判断。计算的结果为仅有线路25-27有产生越限风险的可能，因此只需对该线路进行序列运算。若不采用本发明提供的方法，则需要对该系统共41条线路进行计算，计算量较大；并且计算的结果是，除线路25-27外，其他所有线路越限风险均近似等于0。同时，在计算线路25-27的越限概率时，采用本发明的方法，可以在计算过程中，将不会产生越限风险的概率部分舍去，从而缩小了概率序列长度，提供了计算效率。如表3所示，采用该方法可以将计算时间从0.10s减小到0.09s。此外，该方法在计算越限概率时没有任何近似，所得结果与不采用该方法完全相同。从而进一步证明了本发明提供方法的正确性。 

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种确定潮流越线风险的方法，所述方法包括确定不确定性系统运行风险评估效率的序列运算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、获得线路i的潮流的最大值和最小值；

II、判断线路i是否有潮流越线风险；

III、设置节点j=1，遍历节点；

IV、获得1至j节点所引起的线路i总潮流概率性序列Line_1-j；

V、去掉线路i总潮流概率性序列中不引起越线风险的部分；

VI、判断是否为最后一个节点；和

VII、显示潮流越限风险的概率密度函数并退出。

2.如权利要求1所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤I包括：

（1）、获得间歇性能源的出力概率性序列W_i、负荷的概率性序列L_i及发电机组的出力概率性序列G_i；

（2）、当系统运行安全概率为P时，分别获得所述间歇性能源的出力概率性序列、所述负荷的概率性序列和所述发电机组的出力概率性序列的最大值及最小值和

和

和

（3）、分别获得每个节点最大值功率输出值、最小值功率输出值、最大功率输出矩阵和最小功率输出矩阵；

（4）、根据网络拓扑参数，生成潮流转移因子矩阵M；

（5）、获得潮流转移因子矩阵M的正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative；

（6）、获得线路最大潮流矩阵Line^max＝M^positive×Node^max+M^negative×Node^min与线路最小潮流矩阵Line^min＝M^positive×Node^min+M^negative×Node^max。

3.如权利要求2所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的间歇性能源的出力概率性序列W_i、负荷的概率性序列L_i及发电机组的出力概率性序列G_i的分别根据间歇性能源的功率预测信息、负荷的预测信息及发电机组的强迫停运率获得。

4.如权利要求2所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的概率性序列的最大值及最小值获得方法包括：

设概率性序列为A(i)时，所述概率性序列的最大值max满足：所述概率性序列的最小值min满足：

5.如权利要求1所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤（5）中正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative的获得方法包括：将潮流转移因子M按正负号分解，获得的正系数矩阵M^positive和负系数矩阵M^negative中每个系数的位置保持不变，空位以0代替。

6.如权利要求1所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤II中的判断方法包括：

（1）、根据线路传输极限矩阵Line^limit、线路最大潮流矩阵Line^max和线路最小潮流矩阵Line^min，获得潮流越限风险的线路及其越限的方向；

（2）、获得线路i潮流的最大值

最小值

和线路传输极限值

（3）、比较

若

采用序列运算理论对线路潮流概率密度函数进行计算；

若 ${\mathrm{Line}}_i^{\min }<{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 进入步骤IV。

7.如权利要求1所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述步骤IV的计算方法包括：

（1）将节点j引起的线路潮流与1至j-1节点所引起的线路总潮流进行卷和运算，得到1至j节点所引起的线路总潮流概率性序列Line_1-j；

（2）从

中减去节点j引起的最小线路潮流

${\mathrm{Line}}_i^{\min }={\mathrm{Line}}_i^{\min }-{\mathrm{Line}}_{\mathrm{ij}}^{\min },$ 即得到剩余节点所引起线路潮流的最小值；

（3）比较1至j节点所引起的线路总潮流最大值剩余节点所引起线路潮流的最小值

和线路传输极限值

若 ${\mathrm{Line}}_{1-j}^{\max }+{\mathrm{Line}}_i^{\min }\&le;{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 则执行步骤VII；

若 ${\mathrm{Line}}_{1-j}^{\max }+{\mathrm{Line}}_i^{\min }>{\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}},$ 则去掉概率性序列Line_1-j中取值大于 ${\mathrm{Line}}_i^{\mathrm{limit}}\_{\mathrm{Line}}_i^{\min }$ 的部分，所去除的部分概率不会引起潮流越限风险。

8.如权利要求1所述的一种确定潮流越线风险的方法，其特征在于：所述线路传输极限矩阵表示为线路所能传输的最大值。

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