CN107370149B - 确定电力系统负荷削减量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定电力系统负荷削减量的方法和系统。所述方法包括：在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度；获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围；根据负荷削减范围建立负荷削减模型，求解负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。本发明通过对灵敏度分析的方法，使确定电力系统负荷削减量范围缩小，提高负荷削减的计算精度和计算效率。

Description

确定电力系统负荷削减量的方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种确定电力系统负荷削减量的方法和系统。

背景技术

在电力系统风险评估中，当设备故障造成支路潮流越限时，采用负荷削减模型计算支路潮流越限引起的失负荷量，以客观量化设备故障造成的电网实际损失。电网风险评估考虑的预想故障场景数量众多，大量故障场景，尤其是多重故障场景存在支路潮流越限，对各个支路潮流越限故障场景均需要进行负荷削减计算。

传统的负荷削减的方法基本包括两种：一种是基于直流潮流的负荷削减方法，另一种是基于交流潮流的负荷削减方法，基于直流潮流的负荷削减方法虽然计算快，但是计算的精度差；基于交流潮流的负荷削减方法虽然改善了计算结果精度差的问题，但是由于方法复杂，计算效率低。

发明内容

基于此，提供一种确定电力系统负荷削减量的方法和系统，解决负荷削减方法不能同时兼顾计算精度和计算效率的问题。

一种确定电力系统负荷削减量的方法，所述方法包括：

在所述电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度；

获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围；

根据所述负荷削减范围建立负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。

一种确定电力系统负荷削减量的系统，包括：

灵敏度获取模块，用于在所述电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度；

削减范围确定模块，用于获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围；

负荷削减模块，用于根据所述负荷削减范围建立负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

上述确定电力系统负荷削减量的方法和系统，通过在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度，获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围；根据负荷削减范围建立负荷削减模型，求解负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。本发明的上述方案，通过灵敏度分析，使负荷削减的计算精度和计算效率同时提高。

附图说明

图1为一实施例中确定电力系统负荷削减量方法的示意性流程图；

图2为另一实施例中确定电力系统负荷削减量方法的示意性流程图；

图3为一实施例中筛选负荷削减范围的示意性流程图；

图4为IEEE24节点的接线图；

图5为一实施例中确定电力系统负荷削减量的系统的示意性结构图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。

图1为一实施例中确定电力系统负荷削减量方法的示意性流程图，如图1所示，确定电力系统负荷削减量方法的步骤包括：

S101，在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度。

S102，获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围。

S103，根据所述负荷削减范围建立负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。

由上述描述可知，本实施例中通过灵敏度分析，使负荷削减的计算精度和计算效率同时提高。

对于S101的步骤，在一实施例中，在所述电力系统故障时，获取系统故障信息，根据所述故障信息，计算所述电力系统的潮流，并判断所述电力系统的支路潮流是否越限。也就是说，在接收到故障信息时，根据电力系统网络拓扑关系、系统元件参数、发电数据、负荷数据和场景，对场景下的电力系统进行潮流计算，并判断是否存在支路潮流越限的情况。

图2为另一实施例中确定电力系统负荷削减量方法的示意性流程图，如图2所示，所述获取所述支路对节点注入功率的灵敏度的步骤，包括：

S201，获取节点注入功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J；其中灵敏度J可以表示为：

式中，H₁表示(n-1)×(n-1)阶方阵，H₁中的元素

K₁表示m×(n-1)阶方阵，K₁中元素

N₁表示(n-1)×m阶方阵，N₁中的元素

L₁表示m×m阶方阵，L₁中的元素

P_i和Q_i分别表示节点i的有功注入和无功注入功率；δ_j和V_j分别表示节点j的电压相角和电压幅值；m、n分别表示电力系统的节点数和PQ节点数。

S202，获取越限支路的功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J_s；其中灵敏度J_s可以表示为：

式中，J_s1表示第一条越限支路的功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度；J_sd表示第d条越限支路的功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度，d表示越限支路的总数。

第f(1≤f≤d)条越限支路的功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J_sf可以表示为：

J_sf＝[(cosθ_f×H_{2_f}+sinθ_f×K_{2_f})，(cosθ_f×N_{2_f}+sinθ_f×L_{2_f})]

式中，H_{2_f}表示1×(n-1)矩阵，H_{2_f}中的元素

K_{2_f}表示1×(n-1)矩阵，K_{2_f}中的元素

N_{2_f}表示1×m矩阵，N_{2_f}中的元素

L_{2_f}表示1×m矩阵，L_{2_f}中的元素

其中，P_f和Q_f分别为越限支路f的有功功率和无功功率；δ_j和V_j分别表示节点j的电压相角和电压幅值；θ_f表示越限支路f的功率因素角，可选的，可以根据

获取cosθ_f和sinθ_f。

S203，根据所述灵敏度J和所述灵敏度J_s，得到越限支路的功率对节点注入功率的灵敏度矩阵T。

对于S203的步骤，在一实施例中，可以将所述灵敏度J的逆和所述灵敏度J_s做乘法运算，得到所述灵敏度矩阵T。其中，灵敏度矩阵T可以表示为：

T＝J_s×J^-1

对于S102的步骤，在一实施例中，可以通过以下方式获取在预设的灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统负荷的削减范围：将所述灵敏度矩阵T中第i行中的灵敏度按升序排列；获取所述第i行中灵敏度不为正值的高灵敏度的矩阵T_i；获取第i行对应越限支路的越限量以及第i行各个高灵敏度所对应节点的有功负荷量；在矩阵T_i中前n_k个高灵敏度与前n_k个高灵敏度对应节点的有功负荷量的乘积之和的绝对值不小于所述越限量时，得到前n_k个的高灵高敏度对应节点所在的电力系统母线，根据所述电力系统母线构成的集合，得到所述电力系统负荷的削减范围。

图3为一实施例中筛选负荷削减范围的示意性流程图，具体的，可以通过以下方式筛选负荷削减范围。

S301，获取越限支路数d，并且设置i＝1。

S302，将灵敏度筛选结果矩阵T的第i行按升序排列形成T_i，去除T_i数值为正的灵敏度。

S303，设置循环次数k＝1。

S304，计算T_i中前n_k个灵敏度与该灵敏度对应节点有功负荷量的乘积之和的绝对值L_k，其中n_k＝k×l，l为常正整数，可以根据实际需要进行调整。

S305，判断L_k与越限支路i的功率越限量的大小，若满足L_k大于或等于越限支路i的功率越限量，则将T_i前n_k个灵敏度对应的母线构成越限支路i的负荷削减范围。若L_k小于越限支路i的功率越限量，则置k＝k+1，并返回步骤S304继续计算。

S306，判断i与越限支路条数d的大小，若i<d，则i＝i+1，并返回步骤S302继续计算，否则结束计算。

具体的，可以通过以下方式筛选电力系统负荷的削减范围。

通过上述实施例筛选负荷削减范围之后，还需要去除其中重复的母线，才能得到最终的负荷削减范围。

对于S103的步骤，在一实施例中，可以通过以下方式建立削减范围的负荷削减模型：确定目标函数，其中，所述目标函数为各个所述节点的负荷削减量加权求和最小；确定约束条件；其中，所述约束条件包括：节点功率平衡、设备负载能力、节点电压上下限、发电机出力上下限和/或节点削减量上限；根据所述削减范围、目标函数以及约束条件，建立非线性负荷削减模型。

具体的，目标函数可以为：

式中，β_j表示负荷的重要度；X_ij表示i节点j类负荷的削减量，n_range表示负荷削减范围。

约束条件具体包括等式约束和不等式约束。其中等式约束可以表示为：

式中，P_gj和Q_gj分别表示节点i的发电机有功出力和无功出力；P_di和Q_lj分别表示节点i负荷削减前的有功负荷和负荷削减后的无功负荷；θ_ij表示节点i和j之间的电压相角差；g_ij和b_ij分别表示支路i-j的电导和电纳。

不等式约束可以表示为：

式中，

和

分别表示发电机有功出力的下限和上限；

和

分别表示发电机无功出力的下限和上限；

和

分别表示节点i的电压幅值下限和上限；λ_ij和Q_di分别表示各个负荷节点一二三类负荷占比和负荷削减前节点i的无功负荷；P_ij、Q_ij和|S_ijmax|分别表示支路i-j传输的有功功率、无功功率和容量极限。

根据上述等式约束条件和不等式约束条件建立考虑负荷削减范围的负荷削减模型。

在另一实施例中，可以通过以下方式求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量：根据原对偶内点法求解所述负荷削减模型，得到所述各个节点的负荷削减量，根据各个节点的负荷削减量，得到电力系统的负荷削减量。

下面以IEEE24节点系统为例，对本发明确定电力系统负荷削减量的方法做详细的说明，图4为IEEE24节点的接线图。

S401，输入IEEE24节点系统信息，同时设置故障场景为：支路2-4断开，支路4-9的容量上限设置为70MVA。对上述故障场景下的IEEE24节点系统进行潮流计算，计算结果显示支路4-9潮流越限，并且越限量为5.505MVA。

S402，通过灵敏度分析的方法分别计算节点注入功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J、越限支路功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J_s，然后根据林敏度J和灵敏度J_s计算得到越限支路4-9的功率对节点注入功率的灵敏度T，如表1所示：

节点	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													T	0.00	0.00	0.00	-0.98	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
节点	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
													T	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

表1越限支路4-9的功率对节点注入功率的灵敏度T

设置l＝1，由于|(-0.98)×74|＝72.52＞5.505，且越限支路仅有一条，所以最终的负荷削减范围是灵敏度-0.98对应的母线节点4，即负荷削减对象由原来的24个节点转换成对节点4进行负荷削减。

S403，建立涉及负荷削减范围的负荷削减模型，设置一二三类负荷重要度分别为2.0、1.5、1.0，通过原对偶内点法求借得到在该故障场景下，IEEE24节点系统节点4削减了第三类负荷5.21MW。

基于与上述实施例中的确定电力系统负荷削减量的方法相同的思想，本发明还提供确定电力系统负荷削减量的系统，该系统可用于执行上述确定电力系统负荷削减量的方法。为了便于说明，确定电力系统负荷削减量的系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图5为一实施例中确定电力系统负荷削减量的系统的示意性结构图，如图5所示，确定电力系统负荷削减量的系统包括：

灵敏度获取模块501，用于在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度。

削减范围确定模块502，用于获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围.

负荷削减模块503，用于根据所述负荷削减范围建立负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量。

在一实施例中，确定电力系统负荷削减量的系统还包括：潮流越限判断模块，用于在所述电力系统故障时，获取系统故障信息，根据所述故障信息，计算所述电力系统的潮流，并判断所述电力系统的支路潮流是否越限。

在一实施例中，灵敏度获取模块501还用于所述根据所述灵敏度J和所述灵敏度J_s，得到所述越限支路的功率对所述母线节点注入功率的灵敏度T的步骤包括：将所述灵敏度J的逆和所述灵敏度J_s做乘法运算，得到所述灵敏度矩阵T。

可选的，所述灵敏度获取模块501还用于将所述灵敏度J的逆和所述灵敏度J_s做乘法运算，得到所述灵敏度矩阵T。

在另一可选的实施例中，削减范围确定模块502还用于将所述灵敏度矩阵T中第i行中的灵敏度按升序排列；获取所述第i行中灵敏度不为正值的高灵敏度的矩阵T_i；获取第i行对应越限支路的越限量以及第i行各个高灵敏度所对应节点的有功负荷量；在矩阵T_i中前n_k个高灵敏度与前n_k个高灵敏度对应节点的有功负荷量的乘积之和的绝对值不小于所述越限量时，得到前n_k个的高灵高敏度对应节点所在的电力系统母线，根据所述电力系统母线构成的集合，得到所述电力系统负荷的削减范围。

在一实施例中，负荷削减模块503还用于确定目标函数，其中，所述目标函数为各个所述节点的负荷削减量加权求和最小；确定约束条件；其中，所述约束条件包括：节点功率平衡、设备负载能力、节点电压上下限、发电机出力上下限和/或节点削减量上限；根据所述削减范围、目标函数以及约束条件，建立非线性负荷削减模型。

在一实施例中，负荷削减模块503还用于根据原对偶内点法求解所述负荷削减模型，得到所述各个节点的负荷削减量，根据各个节点的负荷削减量，得到电力系统的负荷削减量。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

在一实施例中，所述存储介质还可设置于计算机设备中，所述计算机设备还包括处理器。所述处理器执行所述存储介质中的程序时可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，所述方法包括：

在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度；

获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围，所述预设灵敏度范围为越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度矩阵T，所述预设灵敏度范围内的高灵敏度为所述灵敏度矩阵T中第i行中灵敏度不为正值的高灵敏度的矩阵T_i；

根据所述负荷削减范围、目标函数以及约束条件建立负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量；

所述根据所述削减范围，建立所述削减范围的负荷削减模型的步骤，包括：

确定目标函数，其中，所述目标函数为各个所述节点的负荷削减量加权求和最小；

确定约束条件；其中，所述约束条件包括：节点功率平衡、设备负载能力、节点电压上下限、发电机出力上下限和/或节点削减量上限；

根据所述削减范围、目标函数以及约束条件，建立非线性负荷削减模型；

所述目标函数为：

式中，β_j表示负荷的重要度；X_ij表示i节点j类负荷的削减量，n_range表示负荷削减范围；

所述约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为：

其中，P_gj和Q_gj分别表示节点i的发电机有功出力和无功出力；P_di和Q_lj分别表示节点i负荷削减前的有功负荷和负荷削减后的无功负荷；θ_ij表示节点i和j 之间的电压相角差；g_ij和b_ij分别表示支路i-j的电导和电纳；

所述不等式约束为：

其中，

和

分别表示发电机有功出力的下限和上限；

和

分别表示发电机无功出力的下限和上限；U_i ^min和U_i ^max分别表示节点i的电压幅值下限和上限；λ_ij和Q_di分别表示各个负荷节点一二三类负荷占比和负荷削减前节点i的无功负荷；P_ij、Q_ij和|S_ijmax|分别表示支路i-j传输的有功功率、无功功率和容量极限。

2.根据权利要求1所述的确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，还包括：

在所述电力系统故障时，获取系统故障信息，根据所述故障信息，计算所述电力系统的潮流，并判断所述电力系统的支路潮流是否越限。

3.根据权利要求1所述的确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，所述获取所述支路对节点注入功率的灵敏度的步骤，包括：

获取节点注入功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J；获取越限支路的功率对节点电压相角和电压幅值的灵敏度J_s；

根据所述灵敏度J和所述灵敏度J_s，得到越限支路的功率对节点注入功率的灵敏度矩阵T。

4.根据权利要求3所述的确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，

所述根据所述灵敏度J和所述灵敏度J_s，得到所述越限支路的功率对节点注入功率的灵敏度矩阵T的步骤包括：

将所述灵敏度J的逆和所述灵敏度J_s做乘法运算，得到所述灵敏度矩阵T。

5.根据权利要求3所述的确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，所述获取在预设的灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统负荷的削减范围的步骤，包括：

将所述灵敏度矩阵T中第i行中的灵敏度按升序排列；获取所述第i行中灵敏度不为正值的高灵敏度，得到矩阵T_i；

获取灵敏度矩阵T中第i行对应越限支路的越限量以及第i行各个高灵敏度所对应节点的有功负荷量；得到矩阵T_i中前n_k个高灵敏度对应节点的有功负荷量；

在矩阵T_i中前n_k个高灵敏度与前n_k个高灵敏度对应节点的有功负荷量的乘积之和的绝对值不小于所述越限量时，得到矩阵T_i中前n_k个的高灵高敏度对应节点所在的电力系统母线，根据所述电力系统母线构成的集合，得到所述电力系统负荷的削减范围。

6.根据权利要求1-5任一项所述的确定电力系统负荷削减量的方法，其特征在于，所述求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量的步骤，包括：

根据原对偶内点法求解所述负荷削减模型，得到各个节点的负荷削减量，根据各个节点的负荷削减量，得到电力系统的负荷削减量。

7.一种确定电力系统负荷削减量的系统，其特征在于，包括：

灵敏度获取模块，用于在电力系统的支路潮流越限时，获取越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度；

削减范围确定模块，用于获取在预设灵敏度范围内的高灵敏度，根据所述高灵敏度以及高灵敏度节点对应越限支路的越限量，得到电力系统的负荷削减范围，所述预设灵敏度范围为越限支路的功率对电力系统中节点注入功率的灵敏度矩阵T，所述预设灵敏度范围内的高灵敏度为所述灵敏度矩阵T中第i行中灵敏度不为正值的高灵敏度的矩阵T_i；

负荷削减模块，用于根据所述负荷削减范围、目标函数以及约束条件建立非线性负荷削减模型，求解所述负荷削减模型，得到电力系统的负荷削减量，所述目标函数为各个所述节点的负荷削减量加权求和最小，所述约束条件包括：节点功率平衡、设备负载能力、节点电压上下限、发电机出力上下限和/或节点削减量上限；

所述目标函数为：

式中，β_j表示负荷的重要度；X_ij表示i节点j类负荷的削减量，n_range表示负荷削减范围；

所述约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为：

其中，P_gj和Q_gj分别表示节点i的发电机有功出力和无功出力；P_di和Q_lj分别表示节点i负荷削减前的有功负荷和负荷削减后的无功负荷；θ_ij表示节点i和j之间的电压相角差；g_ij和b_ij分别表示支路i-j的电导和电纳；

所述不等式约束为：

其中，

和

分别表示发电机有功出力的下限和上限；

和

分别表示发电机无功出力的下限和上限；U_i ^min和U_i ^max分别表示节点i的电压幅值下限和上限；λ_ij和Q_di分别表示各个负荷节点一二三类负荷占比和负荷削减前节点i的无功负荷；P_ij、Q_ij和|S_ijmax|分别表示支路i-j传输的有功功率、无功功率和容量极限。

8.根据权利要求7 所述的确定电力系统负荷削减量的系统，其特征在于，还包括潮流越限判断模块；

所述潮流越限判断模块，用于在所述电力系统故障时，获取系统故障信息，根据所述故障信息，计算所述电力系统的潮流，并判断所述电力系统的支路潮流是否越限。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6任一所述方法的步骤。

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