CN107194535A - 一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法及系统，该方法包括按电网量测信息建立的广义并联结构模型构建立广义源网荷等效模型；由广义源网荷等效模型的阻抗模指标计算功率模指标；根据功率模指标值实时评估电网静态稳定程度。本发明提供的技术方案可实时、准确、快速的在线量化评估电网整体静态稳定态势，可广泛应用于大电网在线稳定监控、运行方式及电网规划等领域，具有较大的工程实用价值和推广前景。

Description

一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法及系统

技术领域

本发明涉及大电网静态稳定安全评估领域，具体讲涉及一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法及系统。

背景技术

能源互联网战略提出后，随着能源互联范围和可再生能源接入比例的不断扩大，电网的安全稳定运行再次面临强烈冲击。近年国内外发生的多起大停电事故造成了巨大的经济损失和严重的社会影响，同时也暴露了现有电网在线安全防控模式存在的诸多问题。

现有电网在线安全防控技术中，早期的整步功率系数静稳功角判据虽然在一定程度上适应性很强，但应用于多机系统的可靠性有待提高；基于函数的多机系统静态稳定分析方法具有优越性，但建模复杂，实现困难；基于网络模型的方法需经过大量复杂计算，在线应用困难；目前电网在线安全防控模式大多基于建模仿真和故障集预想模式，其时效性无法满足电网的在线安全防控要求，因此深入研究在线快速评估电网安全稳定裕度，和电网在线量化评估方法具有重要意义。

广域量测系统(wide area measurement system,WAMS)的广泛应用给电网在线安全防控带来了曙光。采用广域量测系统的在线安全防控方法中，基于节点导纳矩阵形式的电压稳定实时分析方法，提高了传统静态电压稳定分析方法的有效性和计算速度，具有一定优越性；基于弹性映射的方法将弹性力学映射到电网并利用该理论分析发电机的静态功角稳定性；基于映射广义弹性系数的电网静态稳定快速评估判据，从弹性力学的角度对电网整体安全稳定性进行分析，是电网安全稳定分析的进步，但是由于该方法需要对电网每条支路进行能量积分，计算量大且复杂，无法满足实际应用计算速度和准确度的要求，且虽然依据潮流信息能得出具体的广义弹性系数值，但在实际工程应用中无法获得电网广义弹性系数最大值，在电网量化评估上仍有一定不足。此外，其建立的“源-网-荷”等效模型是在弹性力学空间角度建立的，离开弹性力学空间，模型适用性不强。

为适应新技术和现有技术的发展，需要提供一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法，提高量化评估模型的适用性和实际工程的实用性。

发明内容

为满足现有技术发展的需要，本发明提供了一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法。

本发明提供的大电网静态稳定态势快速量化评估方法，所述方法包括：

按电网量测信息建立的广义并联结构模型构建立广义源网荷等效模型；

由广义源网荷等效模型的阻抗模指标计算功率模指标；

根据功率模指标值实时评估电网静态稳定程度。

进一步的，所述电网量测信息是从广域测量系统中采集的，所述电网量测信息包括发电节点功率和负荷节点功率和；

由电网量测信息建立广义并联结构模型，包括：将电网发电节点作为以广义并联结构并入电网注入功率的和将电网负荷节点作为以广义并联结构接入电网消耗功率以建立广义并联结构模型。

进一步的，所述广义源网荷等效模型的建立包括：

(1)广义源网荷等效模型的源点功率如下式所示：

式中，P_Gi、Q_Gi：分别为各发电节点有功功率、无功功率；j:表示虚数单位；i：为发电节点编号；

(2)广义源网荷等效模型的荷点功率如下式所示：

式中，P_Li、Q_Li分别为各负荷节点有功功率、无功功率。

进一步的，所述功率模指标的计算包括：

按下式计算所述阻抗模指标K：

式中，发电电压；负荷电压；发电机注入功率的共轭值；总负荷的共轭值；发电机向负荷侧的等值阻抗；负荷阻抗；

发电电流等于负荷电流可得发电电压如下式所示：

其中，()^*：表示复数共轭运算；

进一步的，按下式简化所述阻抗模指标：

式中，P_G：电网发电有功功率；P_L：电网负荷有功功率；Q_G：电网发电无功功率；Q_L：电网负荷无功功率；

根据广义源网荷等效模型，得所述功率模指标如下式所示：

进一步的，根据功率模指标值评估电网静态稳定程度，逐步增加电网荷点负荷直到电网静态稳定极限，则电网功率模指标值由1逐渐下降并接近0。

进一步的，由指标具体数值及指标曲线趋势实时评估电网静态稳定程度。

一种大电网静态稳定态势快速量化评估系统，所述系统包括：

建模模块，用于根据广义并联结构模型建立广义源网荷等效模型；所述广义并联结构模型根据电网量测信息建立；

推算模块，用于根据广义源网荷等效模型的阻抗模指标推算功率模指标；

评估模块，用于结合电网广义源网荷等效模型与功率模指标，实时评估电网静态安全稳定程度。

进一步的，所述建模模块包括：

采集子模块，用于从广域测量系统中采集电网实时量测信息。

进一步的，所述评估模块包括：

计算子模块，用于根据广义源网荷等效模型源点功率、荷点功率和节点功率模指标计算电网静态稳定指标值。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果；

(1)本发明提供的技术方案按电网量测信息建立的广义并联结构模型构建立广义源网荷等效模型；结合广义源网荷等效模型与功率模指标；实时评估电网静态稳定程度；该方法结合广域量测信息，建立了电网广义并联等效模型，提出了电网广义“源-网-荷”等效模型，从“源”、“网”、“荷”角度实现了真正意义上的大电网简化等效，该等效方法实用性强、适用范围广，可应用于电网简化分析等多个场景。

(2)本发明提供的技术方案在阻抗模指标的基础上提出了只需发电功率和负荷功率，不需要计算输电网阻抗、负荷阻抗的功率模指标，采用单时间断面量测数据，适用于电网在线安全稳定分析，极大地简化了电网计算。

(3)本发明提供的技术方案将电网“源-网-荷”等效方法和功率模指标相结合提出的大电网整体静态稳定态势量化评估方法，其指标位于0到1之间，调度人员可直接通过该值判断电网整体静态稳定状况，该方法完全针对广域测量信息进行简单代数计算，避免了具有不确定因素的戴维南等效参数辨识环节，计算速度快、可靠性高，正真实现了大电网的静态安全稳定态势量化评估，具有广泛的工程实用价值。

(4)本发明提供的技术方案可实时、准确、快速的在线量化评估电网整体静态稳定态势，可广泛应用于大电网在线稳定监控、运行方式及电网规划等领域，具有较大的工程实用价值和推广前景。

附图说明

图1为本发明提供的电网整体静态安全稳定在线监测流程图；

图2为本发明提供的技术方案的电网广义并联结构示意图；

图3为本发明提供的技术方案的电网源网荷等效模型示意图；

图4为本发明提供的评估方法所测得电网静态稳定指标曲线。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

本发明提供的基于广义“源-网-荷”等效的大电网整体静态稳定态势量化评估方法，在建立的电网广义并联结构基础上，依据电路原理，将电网发电节点、负荷节点分别凝聚成一个点，将大电网等效为“源-网-荷”支路，实现了真正意义上的“源-网-荷”等效。在此基础上，由阻抗模指标映射得到了功率模指标，运用该指标对“源-网-荷”等效支路进行静态稳定态势评估。简化了求解过程，满足在线应用要求。所得指标位于0到1之间，实现了真正工程意义上的量化评估。本发明所提供的“源-网-荷”等效模型还可直接应用于电网其他研究工作，模型应用性强、适用范围广。调度人员可以根据该在线量化评估方法快速、直观的对电网整体安全性或各分区安全稳定性进行分析，判断其稳定程度，在紧急情况下快速、及时的采取相应措施，保障电网安全稳定运行。

为实现上述目的，本发明提供一种基于广义源网荷等效模型的电网静态稳定量化评估方法，方法流程图如图1所示，所述方法包括如下步骤：

(1).从广域量测系统(WAMS)中得到所研究电网实时量测信息。

从广域量测系统(WAMS)中得到本发明计算所需要的电网所有发电节点功率，所有负荷节点功率以及各支路充电功率。

(2).建立电网广义并联结构模型，如图2的广义并联结构模型示意图所示，为下一步建立电网广义源网荷等效模型提供基础支撑。

将电网所有发电节点看作是以广义并联的结构并入电网注入功率的，将电网所有负荷节点看作广义并联结构接入电网消耗功率的，进而建立电网的广义并联结构模型。

(3).附图3为电网广义源网荷等效模型示意图，将所有发电节点功率相加，将所有支路充电功率相加，二者的总和即为广义源网荷等效模型的源点功率。源点功率计算公式如下：

其中P_Gi、Q_Gi分别为各发电节点有功功率、无功功率；j:表示虚数单位；i：为发电节点编号；

由电路原理，电路并联支路的功率具有可加性，将所有发电节点功率相加。由于支路充电功率也是向电网注入功率的，故再加上所有支路充电功率，得到源网荷等效系统的源点功率。

(4).将所有负荷节点功率相加，得到广义源网荷等效模型的荷点功率。荷点功率计算公式如下：

其中P_Li、Q_Li分别为各负荷节点有功功率、无功功率。

由电路原理，电路并联支路负荷具有可加性，将所有负荷节点功率相加，得到等效系统的荷点功率。

(5).由阻抗模指标推导得出具有等价意义的功率模指标。阻抗模指标形式为

其中，发电电压；负荷电压；发电机注入功率的共轭值；总负荷的共轭值；发电机向负荷侧的等值阻抗；负荷阻抗；由于发电电流与负荷电流相等，可得发电电压与负荷电压有如下关系：

其中，()^*：表示复数共轭运算；

代入上式可将阻抗模指标进一步简化为如下形式：

其中，P_G：电网发电有功功率；P_L：电网负荷有功功率；Q_G：电网发电无功功率；Q_L：电网负荷无功功率。

最终可得所示的功率模指标

因此，在实际工程应用中，可用功率模指标代替阻抗模指标，进一步简化电网分析计算。

由阻抗模指标推导出了具有等价意义的功率指标，省去了中间复杂的戴维南等值采纳数辨识过程，简化了电网计算，所有过程不需要求解等值系统的电流、等效电压，只需知道等效系统总发电功率，总负荷功率即可。

(6).根据上述计算得到的电网广义源网荷等效模型源点功率、荷点负荷和节点功率模指标进行电网的静态稳定计算，指标位于0到1之间，逐步增加电网中的荷点负荷使电网到达电网静态稳定度最高的静态稳定极限，电网静态稳定指标由1逐渐下降并接近0，说明指标为1代表电网静态稳定度最高，指标为0时代表电网静态稳定度最低。如附图4为用本发明提供的评估方法测得的电网静态稳定指标曲线，由指标具体数值大小以及指标曲线趋势即可对电网静态稳定程度进行实时评估，保障电网的安全稳定运行。因此可以由指标数值大小来判断电网整体静态稳定性，实时评估电网运行状态，保障电网安全稳定运行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大电网静态稳定态势快速量化评估方法，其特征在于，所述方法包括：

按电网量测信息建立的广义并联结构模型构建立广义源网荷等效模型；

由广义源网荷等效模型的阻抗模指标计算功率模指标；

根据功率模指标值实时评估电网静态稳定程度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网量测信息是从广域测量系统中采集的，所述电网量测信息包括发电节点功率和负荷节点功率和；

由电网量测信息建立广义并联结构模型，包括：将电网发电节点作为以广义并联结构并入电网注入功率的和将电网负荷节点作为以广义并联结构接入电网消耗功率以建立广义并联结构模型。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广义源网荷等效模型的建立包括：

(1)广义源网荷等效模型的源点功率如下式所示：

式中，P_Gi、Q_Gi：分别为各发电节点有功功率、无功功率；j:表示虚数单位；i：为发电节点编号；

(2)广义源网荷等效模型的荷点功率如下式所示：

式中，P_Li、Q_Li分别为各负荷节点有功功率、无功功率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率模指标的计算包括：

按下式计算所述阻抗模指标K：

式中，发电电压；负荷电压；发电机注入功率的共轭值；总负荷的共轭值；发电机向负荷侧的等值阻抗；负荷阻抗；

发电电流等于负荷电流可得发电电压如下式所示：

其中，()^*：表示复数共轭运算。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按下式简化所述阻抗模指标：

式中，P_G：电网发电有功功率；P_L：电网负荷有功功率；Q_G：电网发电无功功率；Q_L：电网负荷无功功率；

根据广义源网荷等效模型，得所述功率模指标如下式所示：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据功率模指标值评估电网静态稳定程度，逐步增加电网荷点负荷直到电网静态稳定极限，则电网功率模指标值由1逐渐下降并接近0。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，由指标具体数值及指标曲线趋势实时评估电网静态稳定程度。

8.一种大电网静态稳定态势快速量化评估系统，其特征在于，所述系统包括：

建模模块，用于根据广义并联结构模型建立广义源网荷等效模型；所述广义并联结构模型根据电网量测信息建立；

推算模块，用于根据广义源网荷等效模型的阻抗模指标推算功率模指标；

评估模块，用于根据结合电网广义源网荷等效模型与功率模指标，实时评估电网静态稳定程度。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述建模模块包括：

采集子模块，用于从广域测量系统中采集电网实时量测信息。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述评估模块包括：

计算子模块，用于根据广义源网荷等效模型源点功率、荷点功率和节点功率模指标计算电网静态稳定指标值。