CN107294103B - 一种断面潮流控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种断面潮流控制方法及装置，通过采集预设区域的电网运行数据；对电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；基于潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；选取方差灵敏度大于预设阈值的发电机组作为关键发电机组；调整关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。本申请基于方差灵敏度来调整发电机组的出力，对过载情况有良好调整作用，而方差灵敏度可以全面评估断面线路的潮流均衡度，提高运算速度，进而提高断面潮流的均衡度和电网的安全性。

Description

一种断面潮流控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种断面潮流控制方法及装置。
背景技术
电力系统中的输电断面是指在某一基态潮流下有功潮流方向相同且电气距离相近的一组输电线路集合。
目前，电力系统中断面潮流控制方法有多种，具体包括有单纯基于灵敏度信息的控制方法，例如，直流潮流灵敏度法、功率灵敏度分析法等。
但是，传统的灵敏度一般运用在电压稳定中，对单个节点电压灵敏度进行研究，其不能分析电网运行过程中各种参数对支路潮流均衡度的影响，尤其是输电断面发电厂出力的影响情况。而断面发电厂出力因素对断面安全控制的影响较大，进而会降低输电断面潮流均衡度和供电可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种断面潮流控制方法及装置，目的在于解决现有断面潮流控制方法的均衡度和安全性较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种断面潮流控制方法，该方法包括：
采集预设区域的电网运行数据；
对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；
基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，所述方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；
选取所述方差灵敏度大于预设阈值的所述发电机组作为关键发电机组；
调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
可选地，所述基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度包括：
根据方差计算公式
Figure BDA0001358639800000021
计算有功功率方差；
根据方差灵敏度计算公式
Figure BDA0001358639800000022
计算出各个所述发电机组的方差灵敏度；
其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure BDA0001358639800000023
Figure BDA0001358639800000024
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
可选地，所述调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值包括：
以预设调整功率调整所述发电机组的出力，且每次调整后重新计算所述方差灵敏度；
根据重新计算的所述方差灵敏度，以所述预设调整功率调整所述发电机组的出力，直至所述断面潮流均衡度达到所述预设数值。
可选地，所述对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果包括：
利用潮流计算软件，对所述电网运行数据进行潮流计算，得出所述有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
此外，本发明还提供了一种断面潮流控制装置，该装置包括：
采集模块，用于采集预设区域的电网运行数据；
潮流计算模块，用于对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；
方差灵敏度计算模块，用于基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，所述方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；
选取模块，用于选取所述方差灵敏度大于预设阈值的所述发电机组作为关键发电机组；
出力调整模块，用于调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
可选地，所述方差灵敏度计算模块包括：
方差计算单元，用于根据方差计算公式
Figure BDA0001358639800000031
计算有功功率方差；
方差灵敏度计算单元，用于根据方差灵敏度计算公式
Figure BDA0001358639800000032
计算出各个所述发电机组的方差灵敏度；
其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure BDA0001358639800000033
Figure BDA0001358639800000034
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
可选地，所述调整模块包括：
重复调整单元，用于以预设调整功率调整所述发电机组的出力，且每次调整后重新计算所述方差灵敏度；根据重新计算的所述方差灵敏度，以所述预设调整功率调整所述发电机组的出力，直至所述断面潮流均衡度达到所述预设数值。
可选地，所述潮流计算模块包括：
计算单元，用于利用潮流计算软件，对所述电网运行数据进行潮流计算，得出所述有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
本发明所提供的一种断面潮流控制方法及装置，通过采集预设区域的电网运行数据；对电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；基于潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；选取方差灵敏度大于预设阈值的发电机组作为关键发电机组；调整关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。本申请基于方差灵敏度来调整发电机组的出力，对过载情况有良好调整作用，而方差灵敏度可以全面评估断面线路的潮流均衡度，提高运算速度，进而提高断面潮流的均衡度和电网的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的断面潮流控制方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的某地区电网断面接线图；
图3为本发明实施例提供的断面潮流控制方法的另一种具体实施方式的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的方差灵敏度的计算流程图；
图5为本发明实施例提供的断面潮流控制装置的结构示意框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的断面潮流控制方法的一种具体实施方式的流程示意图，该方法包括以下步骤：
步骤101：采集预设区域的电网运行数据。
可以理解，上述预设区域可以具体为某一个地区，即采集该地区的电网运行数据。
步骤102：对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果。
潮流计算具体可以基于相应的潮流计算软件，故在本发明的一些实施例中，上述对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果的过程可以具体为：利用潮流计算软件，对所述电网运行数据进行潮流计算，得出所述有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
上述潮流计算软件可以为但不限于MATPOWER，潮流计算的具体过程为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
步骤103：基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，所述方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值。
需要说明，上述方差灵敏度为线路方差灵敏度，具体为
Figure BDA0001358639800000051
σ2为断面线路的有功功率的方差，Pgk为发电机机组节点输出功率。
引入了概率统计中的方差概念，利用线路负载率方差作为断面潮流的均衡度的指标，可以直观反映电网运行的安全水平。
在本发明的一些实施例中，上述基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度的过
程可以具体为：根据方差计算公式
Figure BDA0001358639800000052
计算有功功率方差；根据方差灵敏度计算公式
Figure BDA0001358639800000053
计算出各个所述发电机组的方差灵敏度；其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure BDA0001358639800000054
Figure BDA0001358639800000055
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
上述
Figure BDA0001358639800000056
为方差对各支路潮流求偏导，
Figure BDA0001358639800000057
为各支路对某一个发电厂处理球微分，对
Figure BDA0001358639800000058
进一步展开，得到
Figure BDA0001358639800000059
该式子表示单条支路潮流对某一个发电厂的灵敏度推导。
Figure BDA00013586398000000510
的可以由下面的多个式子推导出来。
电力系统中支路潮流公式
Figure BDA00013586398000000511
I* ij为断面支路电流的共轭值，Sij为断面支路的视在功率。对I* ij展开，得到
Figure BDA00013586398000000512
即Sij＝Vi(cosθi+jsinθj){[Vi(cosθi+jsinθi)-Vj(cosθj+jsinθj)](Gij+jBij)}*。
而无功功率可以就地补偿，故可以考虑发电厂输送有功功率对断面支路潮流均衡度的影响，故可以得出Pij＝2GijVj-ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij)，其中，θij＝θi-θj，θij为电压Vi、Vj之间的相角差。
利用Pij＝2GijVj-ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij)，分别对相应的参数求偏导，即可以得出：
Figure BDA0001358639800000061
Figure BDA0001358639800000062
步骤104：选取所述方差灵敏度大于预设阈值的所述发电机组作为关键发电机组。
可以理解，方差灵敏度较大的发电机机组对断面潮流的均衡度影响程度较大，故可将方差灵敏度最大的一个或较大的几个作为关键机组。而由于方差灵敏度有正有负，则比较方差灵敏度间的大小应是比较方差灵敏度的绝对值大小。
上述预设阈值可以根据需求、经验人为设定，在此不作限定。
步骤105：调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
由于断面潮流方差具有非线性特性，即每次调整关键发电机组的出力后，具体为增加或减少一定的发电机出力，各个发电机组的方差会改变，故可以在每次调整出力后，重新计算各个发电机机组的方差灵敏度，再进行相应调整，依次循环，直至潮流的均衡度达到预设数值为止。
上述预设数值可以是指断面潮流均衡度的最优值，该最优值可以根据经验值、需求人为设定，在此不作限定。
在本发明的一些实施例中，上述调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值的过程可以具体为：以预设调整功率调整所述发电机组的出力，且每次调整后重新计算所述方差灵敏度；根据重新计算的所述方差灵敏度，以所述预设调整功率调整所述发电机组的出力，直至所述断面潮流均衡度达到所述预设数值。
上述预设调整功率可以根据经验、需求人为设定，例如，其可以为5MW，此时，每次都增加或减少关键发电机组出力5MW，每次调整后，重新计算新的方差灵敏度，继续调整5MW,依次类推。
本实施例所提供的种断面潮流控制方法，通过采集预设区域的电网运行数据；对电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；基于潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；选取方差灵敏度大于预设阈值的发电机组作为关键发电机组；调整关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。基于方差灵敏度来调整发电机组的出力，对过载情况有良好调整作用，而方差灵敏度可以全面评估断面线路的潮流均衡度，提高运算速度，进而提高断面潮流的均衡度和电网的安全性。
为更具体形象地介绍本实施例提供的断面潮流方法，下面将结合图2和图3进行介绍，图2为本发明实施例提供的某地区电网断面接线图，图3为本发明实施例提供的断面潮流控制方法的另一种具体实施方式的流程示意图。
如图2所示，该地区电网节点数为31个，其中，节点1、2、3、4、31为发电机组节点；潮流断面包括6条输电支路，分别为节点7到节点5间的3条支路；节点9与节点6间的3条支路。
而节点7到节点5间原来只有2条线路，后期因为供电小区加装一条，加装的与前期两条线路参数不同，故实际运行中，三条输电线路的输送功率不同，容易使某一条线路或两条线路过载。
基于图2中的断面进行潮流控制的过程可以包括以下步骤：
步骤201：获取电网运行数据，并对电网运行数据进行潮流计算，得出计算结果。
上述电网运行数据可以具体为电网阻抗信息、状态信息等相关信息数据。
步骤202：在潮流计算的基础上，计算各个发电机组的断面潮流的方差灵敏度，并根据方差灵敏度的绝对值大小确定关键发电机组。
根据潮流计算得出的断面各个线路的有功功率，可以计算出各个发电机组的方差灵敏度，具体计算过程可以具体为如图4所示，参见图4可以包括：
步骤A1:输入潮流结果，计算雅各比矩阵，并对雅各比矩阵求逆；
步骤A2：根据控制变量和参数变量设置
Figure BDA0001358639800000071
步骤A3：回代计算过程
Figure BDA0001358639800000072
求出状态变量；
步骤A4：提取与断面线路相关支路的状态变量，计算出支路潮流灵敏度；
步骤A5：根据方差灵敏度公式，计算出方差灵敏度；
为了进一步提高断面潮流的均衡度，可以根据各个潮流支路的权重、正负来进行选择，故还可以包括：
步骤A6：计算个支路潮流对方差的权重；
步骤A7：判断最大潮流支路的权重是否小于最小支路潮流的权重，若是，则进入步骤A8，若否，则进入步骤A10。
步骤A8：判断最大潮流支路的灵敏度是否和最小潮流支路的灵敏度异号，若是，进入步骤A9，若否，进入步骤A10。
步骤A9：除去最小潮流支路；
步骤A10：重新计算出各个发电机组的方差灵敏度。
计算出各个发电机组的方差灵敏度后，根据方差灵敏度的绝对值确定出关键发电机组。例如，根据如表1的各个发电机组的方差灵敏度，可以将发电机节点4确定为关键发电机组。
表1
Figure BDA0001358639800000081
步骤203：改变关键发电机组的出力，以调整断面潮流。
例如，基于上述表1，改变节点4的出力，具体可以每调整发电机组出力5MW后，重新计算断面潮流和方差灵敏度，再根据新的方差灵敏度去调整发电机出力情况。其具体可以如表2所示：
表2
Figure BDA0001358639800000082
可以看出，调整发电机组的出力，降低关键发电机组的方差灵敏度，且可以控制断面潮流提高输电裕度，提高输电可靠性和安全性。具体可以参见表3。
表3
Figure BDA0001358639800000091
本实施例提供的断面潮流控制方法，通过方差灵敏度控制断面潮流，可以提高潮流的输出裕度、提高输电安全性和可靠性。
下面对本发明实施例提供的一种断面潮流控制装置进行介绍，下文描述的一种断面潮流控制装置与上文描述的一种断面潮流控制方法可相互对应参照。
请参考图5，图5为本发明实施例提供的断面潮流控制装置的结构示意框图，该装置可以包括：
采集模块51，用于采集预设区域的电网运行数据；
潮流计算模块52，用于对电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；
方差灵敏度计算模块53，用于基于潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；
选取模块54，用于选取方差灵敏度大于预设阈值的发电机组作为关键发电机组；
出力调整模块55，用于调整关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
在本发明的一些实施例中，方差灵敏度计算模块可以包括：
方差计算单元，用于根据方差计算公式
Figure BDA0001358639800000101
计算有功功率方差；
方差灵敏度计算单元，用于根据方差灵敏度计算公式
Figure BDA0001358639800000102
计算出各个发电机组的方差灵敏度；
其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure BDA0001358639800000103
Figure BDA0001358639800000104
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
在本发明的一些实施例中，调整模块可以包括：
重复调整单元，用于以预设调整功率调整发电机组的出力，且每次调整后重新计算方差灵敏度；根据重新计算的方差灵敏度，以预设调整功率调整发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
在本发明的一些实施例中，潮流计算模块可以包括：
计算单元，用于利用潮流计算软件，对电网运行数据进行潮流计算，得出有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
本实施例所提供的断面潮流控制装置，基于方差灵敏度来调整发电机组的出力，对过载情况有良好调整作用，而方差灵敏度可以全面评估断面线路的潮流均衡度，提高运算速度，进而提高断面潮流的均衡度和电网的安全性。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的断面潮流控制方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种断面潮流控制方法，其特征在于，包括：
采集预设区域的电网运行数据；
对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；
基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，所述方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；
选取所述方差灵敏度大于预设阈值的所述发电机组作为关键发电机组；
调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
2.如权利要求1所述的断面潮流控制方法，其特征在于，所述基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度包括：
根据方差计算公式
Figure FDA0002235987680000011
计算有功功率方差；
根据方差灵敏度计算公式
Figure FDA0002235987680000012
计算出各个所述发电机组的方差灵敏度；
其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；m、n为断面支路的首、末电压节点的数目；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure FDA0002235987680000013
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
3.如权利要求2所述的断面潮流控制方法，其特征在于，所述调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值包括：
以预设调整功率调整所述关键发电机组的出力，且每次调整后重新计算所述方差灵敏度；
根据重新计算的所述方差灵敏度，以所述预设调整功率调整所述关键发电机组的出力，直至所述断面潮流均衡度达到所述预设数值。
4.如权利要求1所述的断面潮流控制方法，其特征在在于，所述对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果包括：
利用潮流计算软件，对所述电网运行数据进行潮流计算，得出所述有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
5.一种断面潮流控制装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集预设区域的电网运行数据；
潮流计算模块，用于对所述电网运行数据进行潮流计算，得出潮流计算结果；
方差灵敏度计算模块，用于基于所述潮流计算结果的各个断面线路的有功功率，分别计算各个发电机组的方差灵敏度，其中，所述方差灵敏度为各个断面线路的有功功率方差对发电机机组节点输出功率的求导得出的值；
选取模块，用于选取所述方差灵敏度大于预设阈值的所述发电机组作为关键发电机组；
出力调整模块，用于调整所述关键发电机组的出力，直至断面潮流均衡度达到预设数值。
6.如权利要求5所述的断面潮流控制装置，其特征在于，所述方差灵敏度计算模块包括：
方差计算单元，用于根据方差计算公式
Figure FDA0002235987680000021
计算有功功率方差；
方差灵敏度计算单元，用于根据方差灵敏度计算公式
Figure FDA0002235987680000022
计算出各个所述发电机组的方差灵敏度；
其中，N为断面支路数；i、j为断面支路的首、末电压节点；m、n为断面支路的首、末电压节点的数目；Pij为断面支路上实际传输的有功功率；
Figure FDA0002235987680000023
Figure FDA0002235987680000024
为平均负载率；Pgk为发电机组节点的输出功率。
7.如权利要求6所述的断面潮流控制装置，其特征在于，所述出力调整模块包括：
重复调整单元，用于以预设调整功率调整所述关键发电机组的出力，且每次调整后重新计算所述方差灵敏度；根据重新计算的所述方差灵敏度，以所述预设调整功率调整所述关键发电机组的出力，直至所述断面潮流均衡度达到所述预设数值。
8.如权利要求5所述的断面潮流控制装置，其特征在于，所述潮流计算模块包括：
计算单元，用于利用潮流计算软件，对所述电网运行数据进行潮流计算，得出所述有功功率、无功功率及电压在电网中的分布。
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