CN105932667A - 一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，包括以下步骤：步骤1：在电力系统基态潮流基础上，计算系统当前的网损总量；步骤2：添加系统扰动，利用步骤1获得的网损作为当前系统网损近似值，进而求解当前系统不平衡功率近似值；步骤3：依据发电机组的机电特性求得系统当前近似频差，进而修正节点信息；步骤4：利用步骤3得到的节点信息进行潮流计算，得到新的电力系统网损总量，步骤5：如果网损变量较大，修正不平衡功率变化量，返回步骤3进行迭代计算；如果网损变量足够小，得到的潮流计算结果消除了平衡节点引入的误差，达到计算精度，迭代结果足够接近真实值，迭代计算停止。

Description

一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法

技术领域

本发明属于电力系统仿真领域，尤其涉及一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法。

背景技术

目前在互联电网有功平衡层面，所涉及的仿真主要有两大类，一类是潮流计算，另一类是有功功率平衡仿真。然而，常规潮流计算只能单纯计算电力系统稳态运行情况下的潮流分布，不能反映系统的动态变化，且缺乏系统频率仿真。动态潮流这一概念的提出，刚好结合了这两大算法的优点。动态潮流的核心是潮流计算和频率计算。在动态潮流计算中，系统中由于功率扰动(切负荷、发电机增减出力)而产生的不平衡功率，按照各发电机和负荷的功频静特性系数在多台发电机及负荷之间进行分配，得到调整后的发电机出力和负荷的大小以及系统的频率连续变化的情况。相对于常规潮流算法来说,动态潮流算法能够在一段时间范围内对系统运行的实际情况进行更有效的连续潮流模拟，同时还能给出系统的频率波动情况。

现有的关于动态潮流的研究，主要是在常规潮流计算的基础上考虑了负荷和发电机的频率动态特性。然而，电力系统网损作为一种系统网络状态的依从变量，在潮流计算之前是未知的。因此，在常规潮流计算过程中，由网损变化导致的系统不平衡功率将全部由人工选定的平衡节点承担，使得计算结果依赖于平衡节点的选择。随着系统扰动的持续增加，系统中的网损也会非线性增长，而增长的网损造成的功率不平衡量仍由人工选定的平衡节点全部承担，会影响系统潮流计算以及系统频率仿真的精度，不甚合理。

发明内容

针对常规动态潮流在处理网损变量上的不足，本发明利用迭代分配方法合理地分配了网损变量。网损变量是在潮流计算的基础上得到的，是系统状态的依从变量。系统的基态潮流(即扰动发生前系统供需平衡且频率稳定的状态下的系统潮流)及添加的扰动(即节点信息变化主要指电力系统中节点i的发电机有功出力变化或有功负荷变化)是本发明中的输入量，也是已知量。具体的技术 方案是：一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，包括以下步骤：

S1：在n节点电力系统基态潮流基础上计算系统当前的网损总量节点i的机组有功出力为P_Gi ⁰，负荷有功量为P_Li ⁰；

S2：添加系统扰动：即节点i的发电机有功出力或负荷有功量突变，其中，发电机有功突变量为ΔP_Gr-i，负荷有功突变量为ΔP_Lr-i，此时系统中网损总量未知，利用步骤1获得的网损作为当前系统网损近似值，进而求解当前系统不平衡功率近似值，则当前系统不平衡功率P_acc为：

${P_{acc}}^0=(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P_{Gi}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{Gr-i})-(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P_{Li}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{Lr-i})-P_{\mathrm{\Σ}loss}^0$

S3：依据发电机组的机电特性可知：

$P_{acc}=T_{J\mathrm{\Σ}}\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}+(K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}})\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

则系统当前近似频差Δω：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}=\frac{{P_{acc}}^0}{(\frac{T_{J\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ}t}+\frac{K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}}}{2\mathrm{\π}})}$

根据发电机组机电特性、一次调节特性以及负荷静频特性，经过时间Δt，电力系统中发电机组惯性出力变化量ΔP_GTi，一次调节出力变化量ΔP_Gi，以及负荷在静频特性作用下的变化量ΔP_Li：

${\mathrm{\ΔP}}_{GTi}=T_{Ji}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{\mathrm{\Δ}t}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Gi}=K_{Gi}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Li}=K_{Li}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

对应当前电力系统节点i的机组有功出力为P_Gi ¹、负荷有功量为P_Li ¹如下：

P_Gi ¹＝P_Gi ⁰+ΔP_Gr-i+ΔP_Gi+ΔP_GTi

P_Li ¹＝P_Li ⁰+ΔP_Lr-i+ΔP_Li

其中：Δt为仿真时间步长，单位：s，T_Ji为系统发电机组i的惯性时间常数，单位：s，T_{J Σ}为系统所有发电机组的惯性时间常数之和，单位：s，K_Gi为发电机组i的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_{G Σ}为系统所有发电机组的单位调节功率之和，单位：MW/Hz，K_Li为负荷的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_Li为系 统所有负荷的单位调节功率之和，单位：MW/Hz；

S4：利用S3中得到的各机组有功出力以及负荷有功量进行潮流计算，得到新的电力系统网损总量则相对于Δt时间前的基态潮流，当前电力系统网损的总变化量为：

${\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k=P_{\mathrm{\Σ}loss}^k-R_{\mathrm{\Σ}loss}^{k-1},(k\≥1),$

其中：k为扰动发生后潮流计算迭代次数，基态潮流对应迭代次数k＝0；

S5：设置迭代精度值ε，精度值ε越小，计算结果精确度越高；如果说明经过时间Δt后，系统网损发生变化，得到的电力系统不平衡功率近似值与实际相比误差大时，该误差近似与电力系统网损的总变化量相等，则令：

$\begin{array}{c}{P_{acc}}^k={\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k+{\mathrm{\ΔP}}_{GTi}+{\mathrm{\ΔP}}_{Gi}-{\mathrm{\ΔP}}_{Li}\\ {\mathrm{\ΔP}}_{Gi-i}=0\\ {\mathrm{\ΔP}}_{Lr-i}=0\end{array},$

潮流计算迭代次数k加1，返回步骤3进行迭代计算；

如果迭代计算停止。

网损分配系数K_{loss_i}取值为各个机组的单位调节功率K_Gi，单位：MW/Hz，占系统所有机组单位调节功率之和ΣK_Gi的百分比，即：

$K_{loss\_i}=\frac{K_{Gi}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_{Gi}}\×100\%,(1\≤i\≤N);$

当机组i参与频率调节的调节裕量为0时，令K_Gi＝0，即：机组i对应当前网损分配系数K_{loss_i}＝0。

节点信息变化主要指电力系统中节点i的发电机有功出力变化或有功负荷变化，且满足：

或

该方法中的电力系统基态潮流是指该电力系统在扰动发生前，整个系统供需平衡、频率稳定状态下的系统潮流。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，将动态潮流计算过程中由于网损变化导致的部分不平衡功率通过迭代分配给系统相应机组，而不是完全由人工选定的平衡节点承担，进而提高了潮 流计算以及系统频率仿真的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本方法的流程图；

图2为本发明方法的逻辑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1和图2所示的一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，具体包括以下步骤：

S1：在n节点电力系统基态潮流基础上计算系统当前的网损总量节点i的机组有功出力为P_Gi ⁰，负荷有功量为P_Li ⁰；

S2：添加系统扰动：即节点i的发电机有功出力或负荷有功量突变，其中，发电机有功突变量为ΔP_Gr-i，负荷有功突变量为ΔP_Lr-i，此时系统中网损总量未知，利用步骤1获得的网损作为当前系统网损近似值，进而求解当前系统不平衡功率近似值，则当前系统不平衡功率P_acc为：

${P_{acc}}^0=(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P_{Gi}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{Gr-i})-(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P_{Li}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_{Lr-i})-P_{\mathrm{\Σ}loss}^0$

S3：依据发电机组的机电特性可知：

$P_{acc}=T_{J\mathrm{\Σ}}\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}+(K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}})\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

则系统当前近似频差Δω：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}=\frac{{P_{acc}}^0}{(\frac{T_{J\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ}t}+\frac{K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}}}{2\mathrm{\π}})}$

根据发电机组机电特性、一次调节特性以及负荷静频特性，经过时间Δt，电力系统中发电机组惯性出力变化量ΔP_GTi，一次调节出力变化量ΔP_Gi，以及负荷在静频特性作用下的变化量ΔP_Li：

${\mathrm{\ΔP}}_{GTi}=T_{Ji}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{\mathrm{\Δ}t}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Gi}=K_{Gi}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Li}=K_{Li}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

对应当前电力系统节点i的机组有功出力为P_Gi ¹、负荷有功量为P_Li ¹如下：

P_Gi ¹＝P_Gi ⁰+ΔP_Gr-i+ΔP_Gi+ΔP_GTi

P_Li ¹＝P_Li ⁰+ΔP_Lr-i+ΔP_Li

其中：Δt为仿真时间步长，单位：s，T_Ji为系统发电机组i的惯性时间常数，单位：s，T_{J Σ}为系统所有发电机组的惯性时间常数之和，单位：s，K_Gi为发电机组i的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_{G Σ}为系统所有发电机组的单位调节功率之和，单位：MW/Hz，K_Li为负荷的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_Li为系统所有负荷的单位调节功率之和，单位：MW/Hz；

S4：利用S3中得到的各机组有功出力以及负荷有功量进行潮流计算，得到新的电力系统网损总量则相对于Δt时间前的基态潮流，当前电力系统网损的总变化量为：

${\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k=P_{\mathrm{\Σ}loss}^k-R_{\mathrm{\Σ}loss}^{k-1},(k\≥1),$

其中：k为扰动发生后潮流计算迭代次数，基态潮流对应迭代次数k＝0；

S5：设置迭代精度值ε，精度值ε越小，计算结果精确度越高；如果说明经过时间Δt后，系统网损发生变化，得到的电力系统不平衡功率近似值与实际相比误差大时，该误差近似与电力系统网损的总变化量相等，则令：

$\begin{array}{c}{P_{acc}}^k={\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k+{\mathrm{\ΔP}}_{GTi}+{\mathrm{\ΔP}}_{Gi}-{\mathrm{\ΔP}}_{Li}\\ {\mathrm{\ΔP}}_{Gi-i}=0\\ {\mathrm{\ΔP}}_{Lr-i}=0\end{array},$

潮流计算迭代次数k加1，返回步骤3进行迭代计算；

如果迭代计算停止。

网损分配系数K_{loss_i}取值为各个机组的单位调节功率K_Gi，单位：MW/Hz，占系统所有机组单位调节功率之和ΣK_Gi的百分比，即：

$K_{loss\_i}=\frac{K_{Gi}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_{Gi}}\×100\%,(1\≤i\≤N);$

当机组i参与频率调节的调节裕量为0时，令K_Gi＝0，即：机组i对应当前网损分配系数K_{loss_i}＝0。

该方法所采用的动态潮流算法应用于节点信息发生变化的电力系统当中，且对系统的实时变化进行仿真计算。而其中涉及的节点信息变化主要指电力系统中节点i的发电机有功出力变化或有功负荷变化，且满足：

或

该方法中的电力系统基态潮流是指该电力系统在扰动发生前，整个系统供需平衡、频率稳定状态下的系统潮流；

该方法涉及的仿真步长Δt应足够短，使得在实时仿真计算过程中，只能考虑一次调节作用，而二次调节并未开始作用，且认为一次调节在扰动发生时立即作用，即忽略一次调节的延迟时间。

实施例：

现以10机39节点系统为例，现系统负荷突减(即系统扰动)300MW。系统负荷突减时刻为0时刻，突减前系统稳定运行情况下网损为42.34MW；系统负荷突减后，不对网损进行处理以及采用本方法对网损进行处理，结果如下：

本发明通过对系统网损总变化量的迭代分配，消除了由人工选定的平衡节点承担系统网损变化量导致的计算误差，同时通过迭代算法，使得网损变化量的分配结果达到无限趋近于系统实际运行状态的网损分配结果，提高了动态潮流在仿真过程中的精度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：在n节点电力系统基态潮流基础上计算系统当前的网损总量节点i的机组有功出力为P_Gi ⁰，负荷有功量为P_Li ⁰；

S2：添加系统扰动：即节点i的发电机有功出力或负荷有功量突变，其中，发电机有功突变量为ΔP_Gr-i，负荷有功突变量为ΔP_Lr-i，此时系统中网损总量未知，利用步骤1获得的网损作为当前系统网损近似值，进而求解当前系统不平衡功率近似值，则当前系统不平衡功率P_acc为：

${P_{acc}}^0=(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P_{Gi}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_{Gr-i})-(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P_{Li}}^0+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_{Lr-i})-P_{\mathrm{\Σ}loss}^0$

S3：依据发电机组的机电特性可知：

$P_{acc}=T_{J\mathrm{\Σ}}\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}+(K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}})\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

则系统当前近似频差Δω：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}=\frac{{P_{acc}}^0}{(\frac{T_{J\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ}t}+\frac{K_{G\mathrm{\Σ}}+K_{L\mathrm{\Σ}}}{2\mathrm{\π}})}$

根据发电机组机电特性、一次调节特性以及负荷静频特性，经过时间Δt，电力系统中发电机组惯性出力变化量ΔP_GTi，一次调节出力变化量ΔP_Gi，以及负荷在静频特性作用下的变化量ΔP_Li：

${\mathrm{\ΔP}}_{GTi}=T_{Ji}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{\mathrm{\Δ}t}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Gi}=K_{Gi}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\ΔP}}_{Li}=K_{Li}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}$

对应当前电力系统节点i的机组有功出力为P_Gi ¹、负荷有功量为P_Li ¹如下：

P_Gi ¹＝P_Gi ⁰+ΔP_Gr-i+ΔP_Gi+ΔP_GTi

P_Li ¹＝P_Li ⁰+ΔP_Lr-i+ΔP_Li

其中：Δt为仿真时间步长，单位：s，T_Ji为系统发电机组i的惯性时间常数，单位：s，T_JΣ为系统所有发电机组的惯性时间常数之和，单位：s，K_Gi为发电机组i的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_G∑为系统所有发电机组的单位调节功率之和，单位：MW/Hz，K_Li为负荷的单位调节功率，单位：MW/Hz，K_Li为系统所有负荷的单位调节功率之和，单位：MW/Hz；

S4：利用S3中得到的各机组有功出力以及负荷有功量进行潮流计算，得到新的电力系统网损总量则相对于Δt时间前的基态潮流，当前电力系统网损的总变化量为：

${\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k=P_{\mathrm{\Σ}loss}^k-P_{\mathrm{\Σ}loss}^{k-1},(k\≥1),$

其中：k为扰动发生后潮流计算迭代次数，基态潮流对应迭代次数k＝0；

S5：设置迭代精度值ε，精度值ε越小，计算结果精确度越高；如果说明经过时间Δt后，系统网损发生变化，得到的电力系统不平衡功率近似值与实际相比误差大时，该误差近似与电力系统网损的总变化量相等，则令：

${P_{acc}}^k={\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{\Σ}loss}^k+{\mathrm{\ΔP}}_{GTi}+{\mathrm{\ΔP}}_{Gi}-{\mathrm{\ΔP}}_{Li}$

ΔP_Gr-i＝0，

ΔP_Lr-i＝0

潮流计算迭代次数k加1，返回步骤3进行迭代计算；

如果迭代计算停止。

2.根据权利要求1所述的一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，其特征还在于：

网损分配系数K_{loss_i}取值为各个机组的单位调节功率K_Gi，单位：MW/Hz，占系统所有机组单位调节功率之和ΣK_Gi的百分比，即：

$K_{loss\_i}=\frac{K_{Gi}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_{Gi}}\×100\%,(1\≤i\≤N);$

当机组i参与频率调节的调节裕量为0时，令K_Gi＝0，即：机组i对应当前网损分配系数K_{loss_i}＝0。

3.根据权利要求1所述的一种考虑网损分配的动态潮流仿真方法，其特征还在于：

节点信息变化主要指电力系统中节点i的发电机有功出力变化或有功负荷变化，且满足：

或

该方法中的电力系统基态潮流是指该电力系统在扰动发生前，整个系统供需平衡、频率稳定状态下的系统潮流。