CN104485661A - 一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法，旨在调整因无功功率不平衡导致的潮流计算不收敛。包括：当无功功率不平衡导致系统潮流计算不收敛时，将系统中的所有PQ节点设置为PV节点类型，进行潮流计算，潮流计算收敛。求得上述节点的无功缺额指标，根据指标值将节点逐渐恢复为PQ节点，反复进行潮流计算，确定无法恢复的节点。本发明提供的调整方法对于无功功率不平衡和轻微有功功率不平衡导致的潮流计算不收敛，均有良好的效果；所得结果给工作人员提供了潮流调整的依据，也为潮流合理性调整奠定了基础；算法调整速度快，适用于大规模系统。

Description

一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法
技术领域
本发明属于电力系统分析领域，更具体地，涉及一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法。
背景技术
近年来，为了满足经济发展的需要，我国电力事业迅速发展，电网建设正朝着大电网、超高压和远距离输电的方向发展；与此同时，随着用电量剧增，电力系统负荷水平越来越重，发、输电设备的使用强度逐渐接近其极限值。在此背景下，对电网方式计算工作中手工生成的初始系统运行方式进行潮流计算时，会遇到不收敛的情况。
针对这种情况，工作人员通常只能凭借经验对数据做出判断，通过不断试探，反复计算得到满足要求的潮流结果，将大量时间和精力浪费在潮流调整上。现阶段的人工调整方法缺点明显：对调整人员要求高、调整效率低下。为此，有必要研究潮流计算不收敛的自动调整方法。为了满足实际工作需要，调整方法必须适应大规模系统，且调整速度要快。
目前，带有最优乘子的牛顿潮流算法已从算法上保证了潮流计算过程的收敛性，即解决了病态潮流的计算问题。因此，潮流收敛性调整研究主要针对潮流方程本身没有实数解的情况。现有的潮流收敛性调整算法主要可以归纳为以下两类。(1)基于灵敏度的方法：经某种手段找到潮流近似解，利用近似解通过灵敏度计算找出需要调整的节点，从而给工作人员提供潮流调整的依据。该法能否应用于大系统尚待检验。(2)基于内点法的方法：将潮流计算不收敛问题看作非线性规划问题，使用内点法求解该非线性规划问题。由于计算过程中不需要求解潮流方程，因此该法不依赖于潮流算法的收敛性。但因计算矩阵维数多达节点数的几倍，该法应用于大系统时需要较长计算时间。因此，现有算法或受限于应用范围，或受限于计算速度，均难以满足实际工作需求。
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基于节点类型转换的潮流自动调整方法，旨在解决现有技术中计算时间长，不适用于大规模系统的问题。
本发明提供了一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法，包括下述步骤：
(1)当系统潮流计算不收敛时，将系统中的所有PQ节点设置为PV节点，节点电压幅值设为标幺值1，进行潮流计算，当计算收敛时，进入下面步骤；
(2)根据公式获得待恢复节点的无功缺额指标Qvac，并将待恢复节点按无功缺额指标值进行排序；
其中，待恢复节点指在初始系统中为PQ节点类型，调整过程中被设置为PV节点类型后未恢复为PQ节点类型的节点；无功缺额指标反映节点对无功功率的需求，并考虑了节点电压对无功功率需求的影响；
其中Qin表示待恢复节点的节点注入无功功率；QG和QL分别表示待恢复节点上的发电机无功出力和无功负荷；UN表示节点电压幅值；Uben表示参考电压幅值；
(3)在排序后的待恢复节点中，选取无功缺额指标值较小的部分节点；
其中选取方法由用户按需求选择，可以考虑引入数学上的方法，如二分法、黄金分割法等；
(4)将上一步骤选取的部分节点设置为PQ节点，并进行潮流计算；
(5)判断潮流计算是否收敛，若是，则返回至步骤(2)；若否，则判断正恢复的节点的个数是否大于预设的阈值，若是，则在未成功恢复的节点中选取无功缺额指标值较小的部分节点，并返回至步骤(4)；若否，则将这些节点固定为PV节点类型，并执行下一步；
(6)判断待恢复节点的个数是否等于0，若是，则输出固定为PV节点类型的节点；若否，则返回至步骤(2)；
(7)在初始系统中将输出的节点由PQ节点类型改为PV节点类型后系统潮流计算便能收敛。
更进一步地，在步骤(5)中所述阈值由用户按需求确定，所述阈值的取值越小，最终输出节点个数越少。其中，阈值可以为1-5。
本发明所提无功缺额指标计算所需信息少，通过该指标将全网的潮流调整问题转化为有限个节点的功率调整问题，大大简化了调整的难度，使其能适用于大规模系统，并减少了单次调整的时间；本发明采用基于二分法的节点恢复规则大大减少了调整的次数。因此，本发明调整速度快，且可用于大规模系统。
附图说明
图1为IEEE 39节点标准测试系统；
图2为本发明提供的调整方法的具体流程。
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。
本发明提供了一种能适用于大规模电力系统的潮流自动调整方法。解决了人工调整效率低下的问题，克服了现有算法计算矩阵维数多，计算时间长的问题，使调整方法适用于大规模电力系统。本发明提供的调整方法对于无功功率不平衡和轻微有功功率不平衡导致的潮流计算不收敛均有很好的效果，所得结果给工作人员提供了潮流调整的依据，也为潮流合理性调整奠定了基础；另外本发明提供的调整方法调整速度快，适用于大规模系统。
本发明提供了一种能适用于大规模电网系统的潮流自动调整方法；通过所提出的调整方法可以找到电网中无功功率不足的节点，所得结果给工作人员提供了潮流调整的依据，也为潮流合理性调整奠定了基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
当初始系统潮流计算不收敛时，将系统的所有PQ节点设置为PV节点类型，节点电压幅值设为标幺值1，重新进行潮流计算。若计算收敛，进入本方法调整步骤；若计算不收敛，则用其他方法进行调整。
(1)根据式求得待恢复节点的无功缺额指标Qvac，并将待恢复节点按无功缺额指标值排序。
其中，待恢复节点指在初始系统中为PQ节点类型，调整过程中被设置为PV节点类型后未恢复为PQ节点类型的节点；无功缺额指标反映节点对无功功率的需求，并考虑了节点电压对无功功率需求的影响；
其中Qin表示待恢复节点的节点注入无功功率；QG和QL分别表示待恢复节点上的发电机无功出力和无功负荷；UN表示节点电压幅值；Uben表示参考电压幅值；
(2)按一定方法选取无功缺额指标值较小的部分待恢复节点；
其中节点选取方法由用户按需求选择，可以考虑引入数学上的方法，如二分法、黄金分割法等；
(3)将取出的节点恢复为PQ节点类型，进行潮流计算；
(4)若潮流收敛，返回步骤(1)；若潮流不收敛，判断正恢复的节点的个数，若该值大于设定值，在未成功恢复的节点中选取无功缺额指标值较小的部分节点，执行步骤(3)；若该值小于等于设定值，认为正在恢复的节点不可恢复，将这些节点固定为PV节点类型，不再属于待恢复节点，并执行下一步；
其中设定值由用户按需求确定，取值越小，最终输出节点个数越少，一般可取1-5，不宜过大；节点选取方法同步骤(2)；
(5)判断待恢复节点的个数，若该值不是0，返回步骤(1)；否则，结束调整，输出固定为PV节点类型的节点；
(6)在初始系统中将输出的节点由PQ节点类型改为PV节点类型系统潮流计算便能收敛。
本发明的优点是：
(1)本发明提出的节点无功缺额指标能够较好地反映节点为PQ节点类型时电压降落的程度，确保了所得结果的必要性；而在程序上的逻辑处理，保证了所得结果的充分性；
(2)所提调整方法引入了数学上的方法，保证了算法的速度，使其适用于大规模系统；
(3)所提调整方法搜索所得结果给工作人员提供了潮流调整的依据，也为潮流合理性调整奠定了基础。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的电力系统潮流计算不收敛自动调整方法，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
本实施例采用的是IEEE 39节点标准测试系统，系统结构如附图1所示，该系统包括10台发电机，39个节点，12台变压器，34条线路，节点31为平衡节点。这个系统代表美国新英格兰州的一个电力网络，其中节点39上的发电机是一个等值机，代表了与这个系统相连的加拿大部分的电力网络。系统基准功率为100MVA。
针对单个节点无功功率不足、多个节点无功功率不足、轻微有功功率不平衡这三种情况，用本发明提供的调整方法进行调整，调整步骤如附图2所示。
单个节点无功功率不足指将节点12无功负荷由88Mvar扩大到880Mvar；多个节点无功功率不足指将节点7、8、15、26无功负荷分别扩大到2000Mvar；轻微有功功率不平衡指将节点4有功负荷由500MW扩大到5000MW，同时各发电机有功出力成比例提高，保持发电机有功出力和有功负荷保持一致。
表1IEEE 39节点标准测试系统仿真结果
由表中结果可以看出：
(1)单个节点无功功率不足导致系统潮流计算不收敛时，本发明提供的调整方法能准确找到无功功率不足的节点；
(2)N个节点无功功率不足导致系统潮流计算不收敛时，本发明提供的调整方法能找到不多于N个无功功率不足的节点。这是因为多个联系紧密的节点无功功率不足时，保持其中一个为PV节点类型，其他节点能从该节点获得所缺无功功率。从附图1可知，节点7、8联系紧密，当节点7有充足无功功率时，节点8能从节点7获得所需无功功率，故节点8能成功恢复为PQ节点；
(3)轻微有功不平衡导致的系统潮流计算不收敛时，本发明提供的调整方法能找到有功功率不足的节点，但此时电网大量节点的电压不满足实际运行要求。
实施例二
本实施例采用的是韶关市电网2013年丰大运行方式下的数据。该系统包括125台发电机，454个节点，167条交流线路。对该系统实施以上实验，得到表2仿真结果。表中单个节点无功功率不足指将黄牵37KV母线无功负荷由1.5Mvar扩大到80Mvar；多个节点无功功率不足指将樟市、新丰、金鹏、顿岗10.5KV母线无功负荷分别扩大到80Mvar；轻微有功功率不平衡指将铸锻10.5KV母线有功负荷由19MW扩大到100MW。
表2韶关市电网仿真结果
由表中结果可以看出，本发明提供的调整方法应用于大规模系统时，对于无功功率不平衡和轻微有功功率不平衡导致的系统潮流计算不收敛，都有良好的效果；且算法速度较快。
以上计算和分析结果表明，本发明提供的调整方法应用于不同规模的系统，处理无功功率不平衡和轻微有功功率不平衡导致的系统潮流计算不收敛时，效果良好；且算法速度满足要求。
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 (3)

1.一种基于节点类型转换的潮流自动调整方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)当系统潮流计算不收敛时，将系统中的所有PQ节点设置为PV节点，节点电压幅值设为标幺值1，进行潮流计算，当计算收敛时，进入下面步骤；
(2)根据公式获得待恢复节点的无功缺额指标Qvac，并将待恢复节点按无功缺额指标值进行排序；
其中待恢复节点指在初始系统中为PQ节点类型，调整过程中被设置为PV节点类型后未恢复为PQ节点类型的节点；无功缺额指标反映节点对无功功率的需求，并考虑了节点电压对无功功率需求的影响；
其中Qin表示待恢复节点的节点注入无功功率；QG和QL分别表示待恢复节点上的发电机无功出力和无功负荷；UN表示节点电压幅值；Uben表示参考电压幅值；
(3)在排序后的待恢复节点中，选取无功缺额指标值较小的部分节点；
(4)将上一步骤选取的部分节点设置为PQ节点，并进行潮流计算；
(5)判断潮流计算是否收敛，若是，则返回至步骤(2)；若否，则判断正恢复的节点的个数是否大于预设的阈值，若是，则在未成功恢复的节点中选取无功缺额指标值较小的部分节点，并返回至步骤(4)；若否，则将这些节点固定为PV节点类型，并执行下一步；
(6)判断待恢复节点的个数是否等于0，若是，则输出固定为PV节点类型的节点；若否，则返回至步骤(2)；
(7)在初始系统中将输出的节点由PQ节点类型改为PV节点类型后系统潮流计算便能收敛。
2.如权利要求1所述的潮流自动调整方法，其特征在于，在步骤(5)中所述阈值由用户按需求确定，所述阈值的取值越小，最终输出节点个数越少。
3.如权利要求2所述的潮流自动调整方法，其特征在于，所述阈值为1-5。
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