CN103904648A - 一种实现电力系统的n-1支路开断的模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法。本发明主要利用补偿法来进行N-1支路开断模拟分析，传统的补偿法的精度较高，不需要修改节点导纳矩阵，但存在着计算时间较长的不足，利用并行计算刚好可以改善这个不足。本发明节省了常规补偿法计算所需的时间，且补偿法较于其他方法具有不用改变节点导纳矩阵、精度较高的优点。本发明是一种具有较高精确度、计算时长短、简单方便、可拓展性强的实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法。

Description

一种实现电力系统的N-1支路开断的模拟方法

技术领域

本发明是一种实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法，属于电力系统安全性分析的创新领域。

背景技术

电网是关系国家能源安全和国民经济命脉的重要基础设施和公用事业，承担着为经济社会发展和国计民生提供重要的能源保障、促进经济社会可持续发展的重大责任。然而由于环保对电源建设和线路扩建的压力，还有重负荷区域的用电增加，电网的运行状态越来越接近于极限，这就给电力系统安全带来了新的问题。

所谓电力系统安全分析是对于突发事故引起的后果进行分析，通过用预想事故分析的方法预知系统是否存在安全隐患，以便及早采取相应的措施防止系统发生大的事故，包括静态安全分析和暂态安全分析，其中静态安全分析就是分析在发生预想故障后是否会对系统造成过负荷或电压越限等的影响。在进行静态安全分析中，预想故障至少包括线路断开故障，N-1支路开断模拟就是其中一种。对于开断模拟往往需要实时应用，所以对于计算速度要求较高。由于支路开断后系统的拓扑结构发生变化，所以利用常规的潮流求解需要每次都重新形成节点导纳矩阵，然后进行计算，这是无法实现实时应用的。目前主要采用的方法有直流潮流法、补偿法和灵敏度分析法。其中直流潮流法虽然速度快，但是模型不准确，误差很大，且不能体现电压和无功的问题；补偿法可以用在交流安全分析中，精度较好，在分析一条支路断开时不用重新形成因子表，计算速度快，但是在多条支路开断时计算时间长；灵敏度分析法相对而言计算速度较快一点，但是其计算精度不高。综上所述，利用GPU并行计算，采用补偿法进行分析支路开断，不仅可以保证分析的精度，还可以克服计算速度慢的缺点。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种有较高精确度、计算时长短、简单方便、可拓展性强的实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法。本发明节省了常规补偿法计算所需的时间，且补偿法较于其他方法具有不用改变节点导纳矩阵、精度较高的优点。

本发明的技术方案是：本发明实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法，其包括如下步骤：

1）利用牛顿拉夫逊法求解原始的网络潮流，得到未断开支路情况下的各个节点的节点电压；

2）进行并行计算需要在开断支路的分析之前基于OpenACC编译器将断开支路分析的任务映射到GPU中进行，并且可以将以下计算的结果返回到主机中；

3）断开一条支路相当于在该支路的两个端点上并联了一个追加支路阻抗Z_ij，利用叠加原理将研究的问题拆分为两个等效网络；

4）求解这两个网络，将结果叠加。

上述步骤2）中是基于OpenACC编译器将断开支路分析的任务映射到GPU中进行。

本发明节省了常规补偿法计算所需的时间，且补偿法较于其他方法具有不用改变节点导纳矩阵、精度较高的优点。本发明是一种具有较高精确度、计算时长短、简单方便、可拓展性强的实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法。

附图说明

图1为算法流程图；

图2为补偿法原理图

图3为网络变化前的等效网络示意图；

图4为只有节点i,j有输入电流的等效网络示意图；

图5为图4的戴维南等效图。

具体实施方式

在电力系统支路断开的情况下，补偿法原理是假设支路没有断开，而是在元件断开处加上一定的电流或功率补偿量，用来模拟支路断开对电网产生的影响。补偿法具体步骤如下。

利用牛顿拉夫逊法求解出原始电网的潮流得到各节点电压 ${\stackrel{\·}{V}}^{\left(0\right)}={({{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(0\right)},{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(0\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_i}^{\left(0\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_j}^{\left(0\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_n}^{\left(0\right)})}^T.$ 如图2所示，假设网络中节点i和节点j之间的支路开断，则等效于在i、j两个节点上并联一个阻抗Z_ij，该追加支路阻抗等于支路ij阻抗的负值。图2中的I_ij表示附加一条阻抗支路产生的注入电流。利用叠加原理将图2的网络拆分为2个等效网络(等效网络图1和等效网络图2分别如图3、4所示)。其中图3网络就是网络变化前的，该网络的各节点电压就是原始潮流解

关键在于求解图4的网络。根据公式I＝YV,在Y的因子表已知情况下可以求解出图4网络中当I_ij＝1时的各节点电压

${\stackrel{\·}{V}}^{\left(\mathrm{ij}\right)}={({{\stackrel{\·}{V}}_1}^{\left(\mathrm{ij}\right)},{{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\left(\mathrm{ij}\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_i}^{\left(\mathrm{ij}\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_j}^{\left(\mathrm{ij}\right)}...{{\stackrel{\·}{V}}_n}^{\left(\mathrm{ij}\right)})}^T.$ 根据叠加原理，只要知道I_ij的值,图4的网络中，各节点电压即为

将图4的网络利用戴维南等效为如图5所示，图中

为空载电势，Z_T为等值内阻抗。其中空载时也就是未并联Z_ij阻抗，所以

等值内阻抗应为从i、j看进去的输入阻抗，即节点i、j分别注入和流出单位电流后二节点的电压降，故 $Z_T={{\stackrel{\·}{V}}_i}^{\left(\mathrm{ij}\right)}-{{\stackrel{\·}{V}}_j}^{\left(\mathrm{ij}\right)}.$ 由此可以求得 $I_{\mathrm{ij}}=\frac{\stackrel{\·}{E}}{Z_T+Z_{\mathrm{ij}}}=\frac{{{\stackrel{\·}{V}}_i}^{\left(0\right)}-{{\stackrel{\·}{V}}_j}^{\left(0\right)}}{{{\stackrel{\·}{V}}_i}^{\left(\mathrm{ij}\right)}-{{\stackrel{\·}{V}}_j}^{\left(\mathrm{ij}\right)}+Z_{\mathrm{ij}}}.$ 最终 $\stackrel{\·}{V}={\stackrel{\·}{V}}^{\left(0\right)}+I_{\mathrm{ij}}*{\stackrel{\·}{V}}^{\left(\mathrm{ij}\right)}.$

由于静态安全分析需要对每一条支路断线进行分析，计算量比较大，所以采用并行计算来加快计算速度。

由于每条支路的开断分析之间互不影响，故可以基于OpenACC实现并行计算。相对基于CUDA的并行计算，这种方法具有效率高，实现方便的优点。

Claims (3)

1.一种实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法，其特征在于包括有如下步骤：

1）利用牛顿拉夫逊法求解原始的网络潮流，得到未断开支路情况下的各个节点的节点电压；

2）进行并行计算需要在开断支路的分析之前基于OpenACC编译器将断开支路分析的任务映射到GPU中进行，并且可以将以下计算的结果返回到主机中；

3）断开一条支路相当于在该支路的两个端点上并联了一个追加支路阻抗                                                ，利用叠加原理将研究的问题拆分为两个等效网络；

4）求解这两个网络，将结果叠加。

2.根据权利要求1所述的实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法，其特征在于上述步骤2）中是基于OpenACC编译器将断开支路分析的任务映射到GPU中进行。

3.根据权利要求1所述的实现电力系统的N-1支路开断的模拟分析方法，其特征在于利用补偿法能很快地实现N-1支路开断模拟分析。

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