CN105140909B - 基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法。该方法通过将全部PV节点转化为PQ节点，令被研究发电机组单独增加或减少适当出力，然后计算两个状态断面的潮流，对关注的响应量求取两个潮流断面的结果的差值，由此可计算出，某台发电机有功或无功出力对于电网中其他线路潮流、线损、网损、节点电压的灵敏度系数。解决了常规灵敏度系数计算方法中，公式推导复杂，计算量大，容易出错，编程求解开发工作量大的问题。

Description

基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法

技术领域

本发明属于电力系统计算领域，特别涉及一种发电机出力灵敏度的计算方法。

背景技术

发电机有功和无功出力变化对电力系统中各支路潮流、节点电压以及网损变化的影响是进行电力系统有功和无功优化和控制的依据。传统的方法是建立全网的潮流方程，并将潮流方程组针对某台发电机的有功出力P或无功出力Q求导数，然后通过求解非线性方程，求解出某一响应量对发电机P或Q的导数。然而，实际上由于线路、变压器数目庞大，其响应量受全网所有发电机影响，而发电机数目往往也很多，因此采用上述传统方法要针对不同发电机的有功和无功建立大量的导数方程，非常容易出错，并且需要针对每台发电机的每个变量求解涉及全网的非线性方程，其计算求解量也很大。

此外，对于全网网损、区域网损等响应量，需要在常规潮流方程的计算上，进一步求出各支路的网损，并对各支路网损进行总加得出全网网损或区域网损公式，然后对总加后的网损求导，由于不是显示解，并受全网所有机组的影响，需要将网损的求导方程再与潮流方程组的求导方程进行联立求解。上述，求导工作量很大，并且极易出错，相应的非线性方程组求解的程序开发工作量也很大，因此发电机出力的灵敏度系数虽然在优化和控制中应该能起很重要的作用，但是实际上由于程序开发实现的难度，很少见有实际的应用。

本申请提出的方法，利用常规成熟的，并且已模块化的潮流计算程序，依据灵敏度的原始定义，通过单独改变一个变量，并保持其他注入量的不变，从而实现发电机灵敏度的方便快速计算。从而为发电机出力灵敏度在优化和控制中的广泛应用提供了基础。

发明内容

为了解决常规的发电机出力灵敏度系数计算方法中公式推导复杂，计算量大，容易出错，编程求解开发工作量大的问题。本申请提出了基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法。

本发明具体采用以下技术方案：

一种基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法，其特征在于：该方法通过将全部PV节点(即有功出力和节点电压固定的发电机节点)转化为PQ节点(即有功出力和无功出力固定的节点)，令待计算灵敏度的机组单独增加或减少适当出力，然后计算改变出力前后两个状态断面的潮流，对关注的响应量求取两个潮流断面的结果的差值，由此可计算出，某台发电机有功或无功出力对于电网中其他线路潮流、线损、网损、节点电压的灵敏度系数。

基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：

步骤1：获取需要计算灵敏度的发电机组所处的当前潮流断面参数和状态数据，以及该机组的有功或无功出力变量及其当前值；

步骤2：在需要计算灵敏度的发电机组之外，选取容量大于本电网参与自动发电控制的各发电机组容量的外网等值机组做为松弛节点，或者选取本电网中参与自动发电控制的发电机组中容量最大的1个作为松弛节点，其余发电机节点作为PV节点，负荷节点作为PQ节点，计算对应的全网潮流值；

步骤3：以步骤2中的潮流计算结果为基础，将全部PV节点转化为PQ节点，将需要计算灵敏度的发电机组i的有功p_i或无功q_i变化小的调节量适当值Δp_i或Δq_i，保持步骤2中的松弛节点的电压幅值、相角数值和PQ节点的有功和无功数值不变，计算对应的全网潮流值；

其中Δp_i或Δq_i的选取，应以不引起本电网中各支路、变压器以及发电机组有功、无功和电压越限为前提；

步骤4：计算各响应量即各支路有功、各支路无功、各支路损耗、组合断面有功、组合断面无功、总网损、区域网损、节点电压在前后两个潮流断面，即步骤2和步骤3两个潮流断面的差值，即变化量；

步骤5：用Δp_i或Δq_i除各响应量在两个断面间的变化量，由此得到机组i的有功或无功对各响应量的灵敏度系数。

本申请进一步优选以下方案：

在步骤3中，Δp_i或Δq_i选取为待计算灵敏度的发电机组额定容量的1％。

将需要计算灵敏度的发电机组i的有功p_i或无功q_i变化小的调节量适当值Δp_i或Δq_i时，优先采用增加待计算灵敏度的发电机组有功或无功出力的变化方式，若增加的有功Δp_i或无功Δq_i导致电网中任何一个设备的有功、无功或电压的越限，则采用减少Δp_i或Δq_i的变化方式；若增减Δp_i或Δq_i均导致前述越限情况的发生，则将调节量适当值减半，再继续按先增加后减少的方式寻找变化方向，直到找到的调节量适当值不引起本电网中各支路、变压器以及发电机组的有功、无功和电压越限为止。

上述方法，基于常规、成熟的潮流计算程序模块，依据灵敏度的原始定义，实现了发电机出力灵敏度的方便快速计算，降低了开发的工作量，从而为发电机出力灵敏度在优化和控制中的广泛应用提供了基础。

附图说明

图1基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

如图1所示为基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法流程图。依据本发明所提出的基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法所开发的灵敏度计算模块运行于电力调度控制中心的SCADA/EMS平台，并可被其他优化控制应用的算法所调用，例如有功优化和无功优化应用。对于同一运行断面的不同发电机出力需要分别调用本算法，无功和有功出力的灵敏度也应分别计算。当运行断面改变时，通常应该重新计算上述灵敏度，但是在实际应用中，当网络结构没有变化，并且运行点即各机组和负荷的功率变化不大时，可以仍然使用之前计算出的灵敏度来做优化或控制决策，从而减少计算量。本发明所提出的优化算法的具体实施步骤如下：

步骤1：获取被研究机组所处的当前潮流断面参数(例如：线路、变压器、电容器、电抗器阻抗，变压器分接头档位设置、发电机出力上下限)和状态数据(PV发电机有功和电压幅值、Vθ发电机电压幅值和相角、负荷有功和无功)，以及需要计算灵敏度的机组和相应的有功或无功变量；

步骤2：在需要计算灵敏度的发电机组之外，首先选取容量大于本电网参与自动发电控制的各发电机组容量的外网等值机组作为松弛节点，若无外网等值机组，则从网内参与自动发电控制的发电机组中选取容量最大的1个作为松弛节点，其余发电机节点作为PV节点，负荷节点作为PQ节点，针对这一状态断面计算对应的全网潮流值，确定各母线电压幅值和相角、各支路有功无功和线损，以及全网的网损；

步骤3：以步骤2中的潮流计算结果为基础，将全部PV节点转化为PQ节点，将待计算灵敏度的发电机组i的有功p_i或无功q_i变化小的适当值Δp_i或Δq_i，保持步骤2中的松弛节点的电压幅值、相角数值和PQ节点的有功和无功数值不变，计算该断面对应的全网潮流值；

其中Δp_i或Δq_i的选取，应以不引起电网中各线路、变压器以及发电机有功、无功和电压越限为限；

步骤4：计算各响应量即各支路有功、各支路无功、各支路损耗、组合断面有功、组合断面无功、总网损、区域网损、节点电压在前后两个潮流断面，即步骤2和步骤3两个潮流断面的差值，即变化量；

步骤5：用Δp_i或Δq_i除各响应量在两个断面间的变化量，由此得到机组i的有功或无功对各响应量的灵敏度系数。

其中，在步骤3中，Δp_i或Δq_i选取为待计算灵敏度的发电机组额定容量的1％。

将待计算灵敏度的发电机组的有功pi或无功q_i变化小的适当值Δp_i或Δq_i时，优先采用增加待计算灵敏度的发电机组有功或无功出力的变化方式，若增加的有功Δp_i或无功Δq_i导致电网中任何一个设备的有功、无功或电压的越限，则采用减少Δp_i或Δq_i的变化方式；若增减Δp_i或Δq_i均导致前述越限情况的发生，则将调节量Δpi或Δqi减半，再继续按前述方法寻找变化方向，直到找到的Δpi或Δqi不引起电网中任何一个设备的有功、无功和电压越限为止。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法，该方法通过将全部PV节点即有功出力和节点电压固定的节点转化为PQ节点即有功出力和无功出力固定的节点，令待计算灵敏度的机组单独增加或减少适当出力，然后计算改变出力前后两个状态断面的潮流，对关注的响应量求取两个潮流断面的结果的差值，由此可计算出，某台发电机有功或无功出力对于电网中其他线路潮流、线损、网损、节点电压的灵敏度系数；其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：

步骤1：获取需要计算灵敏度的发电机组所处的当前潮流断面参数和状态数据，以及该机组的有功或无功出力变量及其当前值；

步骤2：在需要计算灵敏度的发电机组之外，选取容量大于本电网参与自动发电控制的各发电机组容量的外网等值机组做为松弛节点，或者选取本电网中参与自动发电控制的发电机组中容量最大的1个作为松弛节点，其余发电机节点作为PV节点，负荷节点作为PQ节点，计算对应的全网潮流值；

步骤3：以步骤2中的潮流计算结果为基础，将全部PV节点转化为PQ节点，将需要计算灵敏度的发电机组i的有功p_i或无功q_i变化小的调节量适当值Δp_i或Δq_i，保持步骤2中的松弛节点的电压幅值、相角数值和PQ节点的有功和无功数值不变，计算对应的全网潮流值；

其中Δp_i或Δq_i的选取，应以不引起本电网中各支路、变压器以及发电机组有功、无功和电压越限为前提；

步骤4：计算各响应量即各支路有功、各支路无功、各支路损耗、组合断面有功、组合断面无功、总网损、区域网损、节点电压在前后两个潮流断面，即步骤2和步骤3两个潮流断面的差值，即变化量；

步骤5：用Δp_i或Δq_i除各响应量在两个断面间的变化量，由此得到机组i的有功或无功对各响应量的灵敏度系数。

2.根据权利要求1所述的基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法，其特征在于：

在步骤3中，Δp_i或Δq_i选取为待计算灵敏度的发电机组额定容量的1％。

3.根据权利要求2所述的基于启发式潮流计算的发电机出力灵敏度计算方法，其特征在于：

将需要计算灵敏度的发电机组i的有功p_i或无功q_i变化小的调节量适当值Δp_i或Δq_i时，优先采用增加待计算灵敏度的发电机组有功或无功出力的变化方式，若增加的有功Δp_i或无功Δq_i导致电网中任何一个设备的有功、无功或电压的越限，则采用减少Δp_i或Δq_i的变化方式；若增减Δp_i或Δq_i均导致前述越限情况的发生，则将调节量适当值减半，再继续按先增加后减少的方式寻找变化方向，直到找到的调节量适当值不引起本电网中各支路、变压器以及发电机组的有功、无功和电压越限为止。