CN106410788B - 基于传输介数的电网关键线路辨识方法 - Google Patents

基于传输介数的电网关键线路辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于传输介数的电网关键线路辨识方法。本发明包括如下步骤：步骤1、获取电网拓扑和量测数据，生成标准数据格式；步骤2、采用潮流追踪的方法，分别计算所有线路的有功潮流因子和无功潮流因子；步骤3、计算各线路的传输介数；步骤4、对各个线路的传输介数进行排序，以辨识线路关键程度。与现有方法相比，本发明在电网关键线路辨识方法中引入了传输介数的概念，可以更加准确的辨识出电网中的关键线路。本发明的方法可靠、易行，便于推广。

Description

基于传输介数的电网关键线路辨识方法
技术领域
本发明属于电网关键线路辨识领域，特别涉及一种基于传输介数的电网关键线路辨识方法。
背景技术
近年来，世界范围内的大停电事故时有发生。多起大停电事故的调查报告表明，大停电事故的起因均是个别元件故障引发的连锁故障。输电线路作为电能的传输媒介，对维持电力系统稳定运行起着重要作用。某些关键线路故障将迅速改变潮流分布，造成其他线路跳闸、电压崩溃，继而引发连锁故障。因此，对电网中的关键线路进行辨识，加强对关键线路的监视与保护，能有效地降低大停电风险，提高电力系统的供电可靠性。
目前对电网关键线路的辨识方法或是无法克服节点间的功率按最短路径传输的弊端；或是没有考虑线路中电流的方向性；亦或是均以线路传输有功功率为研究对象，却忽视了线路在传输无功潮流方面的作用。针对以上不足，本发明专利现有的有功潮流介数的基础上，考虑无功潮流的作用，提出传输介数概念并将其用于辨识系统的关键线路的方法。
发明内容
本发明专利针对目前对电网关键线路辨识方法上存在的忽略电流方向性以及忽略无功功率等问题，提出了一种基于传输介数的电网关键线路辨识方法。
本发明的基于传输介数的电网关键线路辨识方法，包括如下步骤：
步骤1、获取电网拓扑和量测数据，生成标准数据格式。
所述的电网拓扑和量测数据由相应电网公司提供。
所述的标准数据格式为方便程序处理的数据格式。
步骤2、采用潮流追踪的方法，分别计算所有线路的有功潮流因子和无功潮流因子。
所述的有功潮流因子由公式(1)进行计算。
式中：FPij为线路i-j的有功潮流因子；GP为发电机节点集合；LP为负荷节点集合；P(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率；Pij(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率在线路i-j上的分量；min(Pm,Pn)为单一有功潮流因子的权重，取发电机m和负荷n的有功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的有功功率。
所述的无功潮流因子由公式(2)进行计算。
式中：FQij为线路i-j的无功潮流因子；GQ为无功电源节点集合；LQ为无功负荷节点集合；Q(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率；Qij(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量；min(Qm,Qn)为单一无功潮流因子的权重，取无功电源m和无功负荷n的无功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的无功功率。
所述的发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)、发电机m到负荷n所传输的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)、无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)、无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量Qij(m,n)可通过潮流追踪方法进行计算。
所述的潮流追踪方法，参看文献[1]Bialek J.Tracing the flow ofelectricity[J].Generation,Transmission and Distribution,IEE Proceedings-,1996,143(4):313-320和文献[2]罗静.无功功率潮流跟踪的模型与算法研究[J].重庆大学学报:自然科学版,2009,32(3):247-251。该方法包括以下步骤：
步骤2-1、根据初始状态，计算系统的潮流结果，得到每个节点的电压和相角、线路首末端传输功率、线路损耗和发电机输出功率等。
所述的初始状态由步骤1生成的标准数据格式获得。
步骤2-2、对系统进行无损化等值处理。对于有功损耗ΔPij，将线路上的有功损耗平均分配到线路的两端节点，作为两端节点的有功负荷，根据公式(3)得到有功无损网络中节点i的有功负荷Pi net；对于无功损耗ΔQij，将线路等效为π型模型，将线路的充电功率和无功损耗平均分配到线路的两端节点，分别作为两端节点的无功电源和无功负荷，根据公式(4)得到无功无损网络中节点i的无功量
式中，Pi是节点i初始的有功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，ΔPij是线路i-j的有功损耗。
式中，Qi是节点i初始的无功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，Ui是节点i的电压幅值，Bij是线路i-j的等效对地电纳，ΔQij是线路i-j的无功损耗。如果大于零，节点i应视作无功负荷节点；如果小于零，节点i应视作无功电源节点。
步骤2-3、建立有功无损网络的顺流分配矩阵AdP和逆流分配矩阵AuP，分别如公式(5)、(6)所示。建立无功无损网络的顺流分配矩阵AdQ和逆流分配矩阵AuQ，计算方法分别如公式(7)、(8)所示。
式中，Pij是线路i-j上的有功潮流，PTi、PTj分别为节点i和节点j的总注入有功功率。
式中，Qij是线路i-j上的有功潮流，QTi、QTj分别为节点i和节点j的总注入有功功率。
步骤2-4、计算发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)和无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)，计算方法分别如公式(9)、(10)所示。
式中，是有功无损网络中节点n的负荷，PTn是节点n的总注入有功功率，Pm是发电机节点m的有功功率，是逆流分配矩阵AdP的逆。
式中，是无功无损网络中节点n的负荷，QTn是节点n的总注入无功功率，Qm是发电机节点m的无功功率，是逆流分配矩阵AdQ的逆。
步骤2-5、计算发电机m到负荷n所传输的有功功率和无功功率在i-j上的分量Pij(m,n)和Qij(m,n)，计算方法分别如公式(11)、(12)所示。
式中，Pij是有功无损网络中线路i-j的有功潮流，是逆流分配矩阵AdP的逆，是顺流分配矩阵AuP的逆。
式中，Qij是有无功无损网络中线路i-j的有功潮流，是逆流分配矩阵AdQ的逆，是顺流分配矩阵AuQ的逆。
步骤3、计算各线路的传输介数。线路i-j的传输介数Bij的计算方式如公式(13)所示。
式中，ωP和ωQ分别是有功潮流因子和无功潮流因子的权重系数，和分别是有功潮流因子和无功潮流因子的标幺值。
所述的有功潮流因子和无功潮流因子的标幺值可由式(14)计算得到。
式中，FPij和FQij分别是式(2)和式(3)定义的有功潮流因子和无功潮流因子，max(FP)和max(FQ)分别表示全部线路的有功潮流因子和无功潮流因子的最大值。
步骤4、对各个线路的传输介数进行排序，以辨识线路关键程度，传输介数的数值越大表示线路越关键。
本发明的有益效果在于：
本发明在电网关键线路辨识方法中引入了传输介数的概念，可以更加准确的辨识出电网中的关键线路。经过实际算例验证，本发明的方法可靠、易行，便于推广。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明。
步骤1、获取电网拓扑和量测数据，生成标准数据格式。
所述的电网拓扑和量测数据由相应电网公司提供。
所述的标准数据格式为方便程序处理的数据格式。
步骤2、采用潮流追踪的方法，分别计算所有线路的有功潮流因子和无功潮流因子。
所述的有功潮流因子由公式(1)进行计算。
式中：FPij为线路i-j的有功潮流因子；GP为发电机节点集合；LP为负荷节点集合；P(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率；Pij(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率在i-j上的分量；min(Pm,Pn)为单一有功潮流因子的权重，取发电机m和负荷n的有功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的有功功率。
所述的无功潮流因子由公式(2)进行计算。
式中：FQij为线路i-j的无功潮流因子；GQ为无功电源节点集合；LQ为无功负荷节点集合；Q(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率；Qij(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量；min(Qm,Qn)为单一无功潮流因子的权重，取无功电源m和无功负荷n的无功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的无功功率。
所述的发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)、发电机m到负荷n所传输的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)、无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)、无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量Qij(m,n)可通过潮流追踪方法进行计算。
所述的潮流追踪方法包括以下步骤：
步骤2-1、根据初始状态，计算系统的潮流结果，得到每个节点的电压和相角、线路首末端传输功率、线路损耗和发电机输出功率等。
所述的初始状态由步骤1生成的标准数据格式获得。
步骤2-2、对系统进行无损化等值处理。对于有功损耗ΔPij，将线路上的有功损耗平均分配到线路的两端节点，作为两端节点的有功负荷，根据公式(3)得到有功无损网络中节点i的有功负荷Pi net；对于无功损耗ΔQij，将线路等效为π型模型，将线路的充电功率和无功损耗平均分配到线路的两端节点，分别作为两端节点的无功电源和无功负荷，根据公式(4)得到无功无损网络中节点i的无功量
式中，Pi是节点i初始的有功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，ΔPij是线路i-j的有功损耗。
式中，Qi是节点i初始的无功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，Ui是节点i的电压幅值，Bij是线路i-j的等效对地电纳，ΔQij是线路i-j的无功损耗。如果大于零，节点i应视作无功负荷节点；如果小于零，节点i应视作无功电源节点。
步骤2-3、建立有功无损网络的顺流分配矩阵AdP和逆流分配矩阵AuP，分别如公式(5)、(6)所示。建立无功无损网络的顺流分配矩阵AdQ和逆流分配矩阵AuQ，计算方法分别如公式(7)、(8)所示。
式中，Pij是线路i-j上的有功潮流，PTi、PTj分别为节点i和节点j的总注入有功功率。
式中，Qij是线路i-j上的有功潮流，QTi、QTj分别为节点i和节点j的总注入有功功率。
步骤2-4、计算发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)和无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)，计算方法分别如公式(9)、(10)所示。
式中，是有功无损网络中节点n的负荷，PTn是节点n的总注入有功功率，Pm是发电机节点m的有功功率，是逆流分配矩阵AdP的逆。
式中，是无功无损网络中节点n的负荷，QTn是节点n的总注入无功功率，Qm是发电机节点m的无功功率，是逆流分配矩阵AdQ的逆。
步骤2-5、计算发电机m到负荷n所传输的有功功率和无功功率在i-j上的分量Pij(m,n)和Qij(m,n)，计算方法分别如公式(11)、(12)所示。
式中，Pij是有功无损网络中线路i-j的有功潮流，是逆流分配矩阵AdP的逆，是顺流分配矩阵AuP的逆。
式中，Qij是有无功无损网络中线路i-j的有功潮流，是逆流分配矩阵AdQ的逆，是顺流分配矩阵AuQ的逆。
步骤3、计算各线路的传输介数。线路i-j的传输介数Bij的计算方式如公式(13)所示。
式中，ωP和ωQ分别是有功潮流因子和无功潮流因子的权重系数，和分别是有功潮流因子和无功潮流因子的标幺值。
所述的有功潮流因子和无功潮流因子的标幺值可由式(14)计算得到。
式中，FPij和FQij分别是式(2)和式(3)定义的有功潮流因子和无功潮流因子，max(FP)和max(FQ)分别表示全部线路的有功潮流因子和无功潮流因子的最大值。
步骤4、对各个线路的传输介数进行排序，以辨识线路关键程度，数值越大表示线路越关键。

Claims (3)

1.基于传输介数的电网关键线路辨识方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、获取电网拓扑和量测数据，生成标准数据格式；
步骤2、采用潮流追踪的方法，分别计算所有线路的有功潮流因子和无功潮流因子；
步骤3、计算各线路的传输介数；
步骤4、对各个线路的传输介数进行排序，以辨识线路关键程度；
所述的有功潮流因子由公式(1)进行计算；
式中：FPij为线路i-j的有功潮流因子；GP为发电机节点集合；LP为负荷节点集合；P(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率；Pij(m,n)为发电机m到负荷n所传输的有功功率在线路i-j上的分量；min(Pm,Pn)为单一有功潮流因子的权重，取发电机m和负荷n的有功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的有功功率；
所述的无功潮流因子由公式(2)进行计算；
式中：FQij为线路i-j的无功潮流因子；GQ为无功电源节点集合；LQ为无功负荷节点集合；Q(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率；Qij(m,n)为无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量；min(Qm,Qn)为单一无功潮流因子的权重，取无功电源m和无功负荷n的无功功率中的较小值，表示m与n之间最大可传输的无功功率；
根据步骤2所述潮流追踪法，计算出发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)、发电机m到负荷n所传输的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)和无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)、无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量Qij(m,n)，以及定义的一些量：有功无损网络中节点i的有功负荷Pi net，无功无损网络中节点i的无功量有功无损网络的顺流分配矩阵AdP和逆流分配矩阵AuP，无功无损网络的顺流分配矩阵AdQ和逆流分配矩阵AuQ；其具体过程如下：
有功无损网络中节点i的有功负荷Pi net的计算：
式中，Pi是节点i初始的有功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，ΔPij是线路i-j的有功损耗；
所述的无功无损网络中节点i的无功量的计算：
式中，Qi是无功无损网络中节点i初始的无功负荷，Ni是与节点i有线路连接的节点集合，Ui是节点i的电压幅值，Bij是线路i-j的等效对地电纳，ΔQij是线路i-j的无功损耗；
所述的有功无损网络的顺流分配矩阵AdP和逆流分配矩阵AuP的计算：
式中，Pij是有功无损网络中线路i-j上的有功潮流，PTi、PTj分别为有功无损网络中节点i和节点j的总注入有功功率；
所述的无功无损网络的顺流分配矩阵AdQ和逆流分配矩阵AuQ的计算：
式中，Qij是无功无损网络中线路i-j上的无功潮流，QTi、QTj分别为无功无损网络中节点i和节点j的总注入无功功率；
根据求出的Pi net、AdP、AuP、AdQ和AuQ，计算出P(m,n)、Pij(m,n)、Q(m,n)和Qij(m,n)；
所述的发电机m到负荷n所传输的有功功率P(m,n)的计算：
式中，是有功无损网络中节点n的负荷，PTn是节点n的总注入有功功率，Pm是发电机节点m的有功功率，是逆流分配矩阵AdP的逆；
所述的无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率Q(m,n)的计算：
式中，是无功无损网络中节点n的负荷，QTn是节点n的总注入无功功率，Qm是发电机节点m的无功功率，是逆流分配矩阵AdQ的逆；
所述的发电机m到负荷n所传输的有功功率在i-j上的分量Pij(m,n)的计算：
式中，Pij是有功无损网络中线路i-j的有功潮流，是逆流分配矩阵AdP的逆，是顺流分配矩阵AuP的逆；
所述的无功电源m到无功负荷n所传输的无功功率在i-j上的分量Qij(m,n)的计算：
式中，Qij是无功无损网络中线路i-j的无功潮流，是逆流分配矩阵AdQ的逆，是顺流分配矩阵AuQ的逆。
2.根据权利要求1所述的基于传输介数的电网关键线路辨识方法，其特征在于步骤3所述的传输介数具体计算如下的：
为了计算出线路i-j的传输介数Bij，需定义如下变量：有功潮流因子的权重系数ωP、无功潮流因子的权重系数ωQ，有功潮流因子的标幺值FPij*和无功潮流因子的标幺值FQij*；
所述的有功潮流因子和无功潮流因子的标幺值可由以下方法计算得到：
式中，max(FP)和max(FQ)分别表示全部线路的有功潮流因子和无功潮流因子的最大值；
所述的线路i-j的传输介数Bij可由以下方法计算得到：
3.根据权利要求2所述的基于传输介数的电网关键线路辨识方法，其特征在于步骤4根据各个线路的传输介数辨识线路关键程度的具体方法是传输介数数值越大的线路越关键。
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