CN104167732B - 一种基于联络线相角差的电网等值方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联络线相角差的电网等值方法，具体包括：首先将电网分成多个子电网，利用直流潮流法得到电网的近似潮流解，进而在该近似潮流解的基础上计算各子电网间联络线上的线路功率，最后将线路功率以注入功率的形式等值到要保留网络的边界节点上。本发明采用的直流潮流法能够保证在绝大部分情况下得到电网的近似潮流解；所提出的等值方案不依赖于电网的准确潮流结果，因此可以在电网潮流计算不收敛的情况下实现近似的静态等值；所建立的等值模型有较好的等值精度。

Description

一种基于联络线相角差的电网等值方法

技术领域

本发明属于电力系统分析领域，更具体地，涉及一种基于联络线相角差的电网等值方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，电网规模不断扩大、结构日益复杂，负荷水平不断增加，运行方式愈加复杂多变，这些都导致作为电网基本计算工作的潮流计算经常出现不收敛的情况，给电网的规划和运行造成不便。

引起这种潮流计算不收敛的原因通常有两种可能：一种是复杂电网中部分计算数据给定错误，引起潮流无解，在计算中表现为计算不收敛；另一种是因为电网规模扩大后，常用的牛顿-拉夫逊法(王锡凡等，现代电力系统分析.北京:科学出版社，2003年.pp.61-79)潮流计算由于初值原因无法保证收敛。这两种原因均可以通过将大电网分解为多个子电网分别求解的方法来解决。这其中由于要考虑不同子电网之间的相互影响，就需要解决在电网潮流未知的情况下，对各部分子电网进行近似等值的问题。

目前已有的网络静态等值方法，如Ward等值、REI等值，都需要在已知潮流结果下构建等值模型。在电网潮流计算不收敛的情况下，将无法采用这些静态等值方法对网络进行等值化简。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种不依赖于电网准确潮流解的近似等值方法。

本发明提供了一种基于联络线相角差的电网等值方法，包括下述步骤：

(1)将当前电网分成若干个子电网，若干个子电网中包括内部网络和外部网络，所述内部网络是指不需要进行等值的子电网，外部网络是指需要进行等值的子电网；

(2)采用直流潮流法获得当前电网节点i的电压相角θ_i，并根据当前电网节点i电压相角θ_i以及电压幅值的标幺值获得电网的近似潮流解

其中当前电网节点i的节点电压幅值的标幺值均为1；i为节点的序号，i＝1,2,…,n，n为当前电网中节点的总数；

(3)根据所述电网的近似潮流解获得所述内部网络和所述外部网络间各条联络线上的线路功率；

其中第i个节点与第j个节点之间的联络线上的线路功率联络线相角差θ_ij＝θ_i-θ_j，y_i0为支路i侧的对地导纳，y_ij为支路导纳，θ_i为第i个节点的电压相角，θ_j为第j个节点的电压相角；

(4)将所述线路功率以注入功率的形式等值到所述内部网络中与该线路对应的边界节点上，并获得仅包含内部网络的电网等值网络；

其中所述边界节点是指内部网络中与外部网络节点直接相连的节点。

其中，步骤(2)中获得节点i的电压相角θ_i的步骤具体包括：

设当前电网共有n个节点，其直流潮流方程为：P＝B₀θ；式中P＝[P₁,P₂,…,P_n]^T为各个节点的注入有功功率向量；θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_n]^T为各个节点的电压相角向量； $B_0=\left[\begin{array}{cccc}\frac{1}{x_{11}}& -\frac{1}{x_{12}}& ...& -\frac{1}{x_{1n}}\\ -\frac{1}{x_{12}}& \frac{1}{x_{22}}& ...& -\frac{1}{x_{2n}}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ -\frac{1}{x_{n1}}& -\frac{1}{x_{n2}}& ...& \frac{1}{x_{nn}}\end{array}\right]$ 为n×n阶节点导纳矩阵，其中的元素x_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)为电网中以节点i和节点j为端点的支路的支路电抗；由上式求得各个节点的电压相角向量。

本发明提供的等值方法只使用了当前电网的已知信息，并在直流潮流法潮流结果的基础上构建电网的等值网络，因此可在未知电网准确潮流解的情况下实现局部电网的近似等值；本发明在电网近似潮流解的基础上构建电网的等值模型，以等值注入功率模拟电网线路功率的方法反映了电网功率传输的特性和本质，因此本发明得到近似等值模型在不同负荷水平下均有较好的等值精度；经本方法等值后，电网节点个数显著减少，电网规模降低，方便相关分析计算。

附图说明

图1为IEEE-13节点系统；

图2为经本发明实施例提供的方法等值后的系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的是：提供一种不依赖于电网准确潮流解的静态等值方法。通过所提出的等值方法可以实现对子电网的近似等值，达到降低电网规模的目的，进而应用于相关分析计算。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

a)将当前电网分成若干个子电网，将当前需要计算分析的子电网不进行等值称为内部网络，其他需要等值的子电网称为外部网络；

其中，电网分割的方法取决于分析计算的需要，可以按电压等级、按地理分区等将当前电网分成若干个子电网。

b)采用直流潮流法求得各个节点的电压相角θ_i(i＝1,2,…,n)，其中n为当前电网节点个数，并设当前电网各个节点的节点电压幅值的标幺值均为1，由此得到电网的近似潮流解：

其中直流潮流法(张伯明等，高等电力网络分析.北京:清华大学出版社,2007年.pp.191-193)求解节点电压相角的具体过程为：

设当前电网共有n个节点，其直流潮流方程为：P＝B₀θ；式中P＝[P₁,P₂,…P_n]^T为各个节点的注入有功功率向量；θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_n]^T为各个节点的电压相角向量； $B_0=\left[\begin{array}{cccc}\frac{1}{x_{11}}& -\frac{1}{x_{12}}& ...& -\frac{1}{x_{1n}}\\ -\frac{1}{x_{12}}& \frac{1}{x_{22}}& ...& -\frac{1}{x_{2n}}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ -\frac{1}{x_{n1}}& -\frac{1}{x_{n2}}& ...& \frac{1}{x_{nn}}\end{array}\right]$ 为n×n阶节点导纳矩阵，其中的元素x_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)为电网中以节点i和节点j为端点的支路的支路电抗；由上式求得各个节点的电压相角向量。

c)利用近似潮流解由式计算内部网络和外部网络间各条联络线上的线路功率，式中θ_ij＝θ_i-θ_j为联络线两端节点电压相角差，简称联络线相角差，y_i0为支路i侧的对地导纳，y_ij为支路导纳；

d)将线路功率以注入功率的形式等值到内部网络中与该线路对应的边界节点(内部网络中与外部网络节点直接相连的节点)上，得到仅包含内部(考虑了外部网络的等值注入功率)的电网等值网络。

本发明的优点是：

1、等值方法只使用了当前电网的已知信息，并在直流潮流法潮流结果的基础上构建电网的等值网络，因此可在未知电网准确潮流解的情况下实现局部电网的近似等值；

2、直流潮流法潮流计算本质上是一个线性方程组的求解问题，该线性方程组一般有解，因此在大多数情况下直流潮流法能给出电网的近似潮流解，保证了等值方法的普遍适用性；

3、本发明在电网近似潮流解的基础上构建电网的等值模型，以等值注入功率模拟电网线路功率的方法反映了电网功率传输的特性和本质，因此本发明得到近似等值模型在不同负荷水平下均有较好的等值精度；

4、经本方法等值后，电网节点个数显著减少，电网规模降低，方便相关分析计算。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的基于联络线相角差的电网等值方法，下面结合附图以及实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例一

如图1所示，基于联络线相角差的电网等值方法，该方法包含下列步骤：

a)将测试电网分成两个子电网。子电网A由节点1、2、3、4、6、7、8、13构成，其中4和8为边界节点；子电网B由节点5、9、10、11、12构成，其中5和9为边界节点；支路4-5和支路8-9为子系统间的联络线；

b)设电网中所有节点的电压幅值为1，采用直流潮流法求得各节点的电压相角θ_i(i＝1,2,…13)；

c)根据所得到的直流潮流解，计算支路4-5上的线路功率和支路8-9上的线路功率将作为等值注入功率分别接与节点4和节点8上。

d)得到仅包含子电网A及子电网B等值注入功率的电网等值网络，如图2所示。

对等值后的电网进行潮流计算，并将此时的潮流结果与等值前对应各节点的潮流结果进行比较，如表1所示。

由表中数据可以看出，子电网A中所有节点的电压幅值和相角误差均在4％以内，说明所提等值模型和方法满足近似等值的需求。

表1子电网A中各节点近似潮流结果与真实值的对比

实施例二

在实施例一的基础上，将系统负荷水平逐渐从1.0倍提高3.0倍，对等值后的电网进行潮流计算，将此时的近似潮流结果与等值前的准确潮流结果进行对比，得到表2。

由表中结果可以看出，随着负荷水平的提高，所有节点的电压幅值和相角误差均在4％以内，说明所提等值模型和方法在不同负荷水平下均有较好的等值精度。

表2不同负荷水平下子电网A中各节点的潮流结果对比

以上计算和分析结果表明，运用所提出的等值模型和计算方法可以在电网准确潮流解未知的情况下对局部电网进行近似等值，所得到的等值网络可以用于进一步的电网分析和计算中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于联络线相角差的电网等值方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将当前电网分成若干个子电网，若干个子电网中包括内部网络和外部网络，所述内部网络是指不需要进行等值的子电网，外部网络是指需要进行等值的子电网；

(2)采用直流潮流法获得当前电网节点i的电压相角θ_i，并根据当前电网节点i电压相角θ_i以及电压幅值的标幺值获得电网的近似潮流解

其中当前电网节点i的节点电压幅值的标幺值均为1；i为节点的序号，i＝1,2,…,n，n为当前电网中节点的总数；

(3)根据所述电网的近似潮流解获得所述内部网络和所述外部网络间各条联络线上的线路功率；

其中第i个节点与第j个节点之间的联络线上的线路功率联络线相角差θ_ij＝θ_i-θ_j，y_i0为支路i侧的对地导纳，y_ij为支路导纳，θ_i为第i个节点的电压相角，θ_j为第j个节点的电压相角；

(4)将所述线路功率以注入功率的形式等值到所述内部网络中与该线路对应的边界节点上，并获得仅包含内部网络的电网等值网络；

其中所述边界节点是指内部网络中与外部网络节点直接相连的节点。

2.如权利要求1所述的电网等值方法，其特征在于，步骤(2)中获得节点i的电压相角θ_i的步骤具体包括：

设当前电网共有n个节点，其直流潮流方程为：P＝B₀θ；式中P＝[P₁,P₂,…,P_n]^T为各个节点的注入有功功率向量；θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_n]^T为各个节点的电压相角向量； $B_0=\left[\begin{array}{cccc}\frac{1}{x_{11}}& -\frac{1}{x_{12}}& ...& -\frac{1}{x_{1n}}\\ -\frac{1}{x_{12}}& \frac{1}{x_{22}}& ...& -\frac{1}{x_{2n}}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ -\frac{1}{x_{n1}}& -\frac{1}{x_{n2}}& ...& \frac{1}{x_{nn}}\end{array}\right]$ 为n×n阶节点导纳矩阵，其中的元素x_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)为电网中以节点i和节点j为端点的支路的支路电抗；由上式求得各个节点的电压相角向量