CN107565571B - 一种判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置。所述方法包括：获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性。本发明实施例考虑各区间电压水平不相同的情况，利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权获得加权电压熵，进而利用加权电压熵来判断电力系统静态电压的稳定性；无需知道电力系统的具体参数，计算量小，简单高效，而且不会随着电力系统规模的增大而增加计算量。

Description

一种判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电力系统技术领域，更具体地，涉及一种判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置。

背景技术

近年来，国内外电力系统多次发生电压崩溃事故，长时间大面积的停电和巨大的经济损失使得电压稳定问题的研究在世界范围内引起了广泛的关注。为了防止电压失稳和电压崩溃事故，必须制定一个确定电压稳定程度的指标，以便调度运行人员做出正确的判断，采取相应的对策。电力系统的电压稳定性是指在给定的初始运行条件下，遭受扰动后电力系统在所有母线上保持电压稳定的能力。引起电压不稳定的主要因素是电力系统因缺乏合适的电压支持而没有能力维持无功功率的平衡，电压不稳定性受负荷特性影响较大。从物理本质上来说，不管哪种静态分析方法，都是把网络传输极限功率时的运行状态当作静态电压稳定的极限状态，不同之处在于抓住极限运行状态的不同特征作为临界点的判据。

目前，分析电力系统静态电压稳定性的方法有灵敏度分析法、负荷裕度法、最小奇异值法等。这几种方法各有缺陷：灵敏度法是通过计算在某种扰动下系统变量对扰动的灵敏度来判别系统的稳定性，物理概念明确，求解方便，因此在电压稳定分析的初期受到了很大的重视，对简单系统的分析也较为理想，但是随着电力系统规模的增大，现在己不再是静态电压稳定分析的主流方法；负荷裕度是最基本的、被广泛接受的电压崩溃指标，但是负荷裕度需要进行大量的潮流计算，负荷裕度要求假定负荷增长的方式，不同的负荷增长方式得到的裕度不尽相同，而且有时这个信息是不易获取的；最小奇异值法用潮流雅可比矩阵的最小奇异值作为电压稳定性指标，其缺陷在于计算量随着系统规模的增大而增大，对崩溃点的预测度较差。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种判断电力系统静态电压稳定性的方法，包括：

获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性。

进一步，所述基于给定的电压序列，获取电力系统中各节点电压在所述电压序列的不同电压区间的分布概率，进一步包括：

基于电力系统的所有节点，获取各节点的电压值；

给定一个电压序列，以所述电压序列的相邻两个电压值为一个区间，获得多个不同的电压区间；

基于所述多个不同的电压区间，获取节点电压值处于不同的电压区间的节点个数的分布概率。

具体的，通过下式表示所述节点个数的分布概率：

其中，N为电力系统的节点总数，k表示第k个电压区间；P(k)表示电压值在第k个电压区间的分布概率；t为电压值在第k个电压区间的节点数，且n为电压序列中的电压个数。

进一步，所述利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进一步包括：

利用公式计算所述不同电压区间的权值，其中，W(k)为第k个电压区间的权重；t表示第k个电压区间的节点个数；V_k,i表示第k个电压区间内的第i个节点的电压值；

利用所述不同电压区间的权值对相对应的电压区间的分布概率进行加权，从而获得加权电压熵。

具体的，通过下式表示所述加权电压熵：

其中，H_w为加权电压熵；C为常数量，取C＝1/ln(n-1)；n为电压序列中的电压个数；W(k)为第k个电压区间的权重；P(k)表示电压值在第k个电压区间的节点数占节点总数的比例，当P(k)＝0时，P(k)ln(P(k))＝0。

进一步，所述判断所述电力系统静态电压的稳定性，进一步包括：

若所述加权电压熵小于特定电压熵阈值，则确认所述电力系统静态电压稳定；否则，确认所述电力系统静态电压不稳定；

其中，所述特定电压熵阈值为电压崩溃点的加权电压熵的值。

进一步，所述特定电压熵阈值通过以下方法获取：

设置所述电力系统的负荷按照预定比例匀速增长；

基于每一次增长，计算所述电力系统的加权电压熵，直至到达电压崩溃点。

进一步，通过连续潮流法获得所述特定电压熵阈值。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供一种判断电力系统静态电压稳定性的装置，包括分布概率模块和稳定性判定模块；

所述分布概率模块，用于获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

所述稳定性判定模块，用于利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性。

本发明实施例提出一种判断电力系统静态电压稳定性的方法及装置，考虑各区间电压水平不相同的情况，利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权获得加权电压熵，进而利用加权电压熵来判断电力系统静态电压的稳定性；无需知道电力系统的具体参数，计算量小，简单高效，而且不会随着电力系统规模的增大而增加计算量。

附图说明

图1为本发明实施例一种判断电力系统静态电压稳定性的方法流程示意图；

图2为本发明实施例判断电力系统静态电压稳定性的方法流程图；

图3为本发明实施例电力系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明实施例一种判断电力系统静态电压稳定性的方法流程示意图，如图1所示，一种判断电力系统静态电压稳定性的方法，包括：

S100，获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

S200，利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性。

本发明实施例考虑各区间电压水平不相同的情况，利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权获得加权电压熵，进而利用加权电压熵来判断电力系统静态电压的稳定性；无需知道电力系统的具体参数，计算量小，简单高效，而且不会随着电力系统规模的增大而增加计算量。

在一个可选的实施例中，S100，所述获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率，进一步包括：

基于电力系统的所有节点，获取各节点的电压值；

给定一个电压序列，以所述电压序列的相邻两个电压值为一个区间，获得多个不同的电压区间；其中，所述电压序列的最大值大于各节点的电压值的最大值，且所述电压序列的最小值小于各节点的电压值的最小值；

基于所述多个不同的电压区间，获取节点电压值处于不同的电压区间的节点个数的分布概率。

本发明实施例中，假定电力系统有N个节点，其中节点i的电压为V_i，给定电压序列U＝[U₁,U₂,…,U_n],其中U₁≤min(V_i)，Un≥max(V_i)。则对于给定电压序列U＝[U₁,U₂,…,Un]，共有n-1个电压区间，分别为[[U₁,U₂]，…，[U_n-1,U_n]。若节点i的电压为V_i属于电力区间[U₁,U₂]，则电力区间[U₁,U₂]的节点个数加1；等等，以此类推，将N个节点按照电压值的大小分在不同的电压区间，则可得到每个电压区间的节点个数，从而获得不同的电压区间的节点个数的分布概率。

基于上述实施例，在一个可选的实施例中，通过下式表示所述节点个数的分布概率：

其中，N为电力系统的节点总数，k表示第k个电压区间[U_k,U_k+1]；P(k)表示电压值在第k个电压区间的分布概率，即电压值在第k个电压区间的节点数占节点总数的比例；t为电压值在第k个电压区间[U_k,U_k+1]的节点数，且n为电压序列中的电压个数。

在一个可选的实施例中，S200中，所述利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进一步包括：

利用下式计算所述不同电压区间的权值：

其中，W(k)为第k个电压区间的权重；t表示第k个电压区间的节点个数；V_k,i表示第k个电压区间内的第i个节点的电压值；

利用所述不同电压区间的权值对相对应的电压区间的分布概率进行加权，从而获得加权电压熵。

本发明实施例中，对分布概率进行加权获得加权电压熵，利用加权电压熵判断电力系统的稳定，可避免现有技术中忽视了各区间节点电压水平不一样从而导致判断不准确的问题。

基于上述实施例，在一个可选的实施例中，通过下式表示所述加权电压熵：

其中，H_w为加权电压熵；C为常数量，取C＝1/ln(n-1)；n为电压序列中的向量数；W(k)为第k个电压区间的权重；P(k)表示电压值在第k个电压区间的节点数占节点总数的比例，当P(k)＝0时，P(k)ln(P(k))＝0。

在一个可选的实施例中，S200中，所述判断所述电力系统静态电压的稳定性，进一步包括：

若所述加权电压熵小于特定电压熵阈值，则确认所述电力系统静态电压稳定；否则，确认所述电力系统静态电压不稳定；其中，所述特定电压熵阈值为电压崩溃点的加权电压熵的值。

本发明实施例中，假定所述特定电压熵阈值为a，则可通过下式进行判断：

H_w＜a (4)

若该式成立，则可判定所述电力系统静态电压稳定；否则，可判定所述电力系统静态电压不稳定。

那么，特定电压熵阈值为a是如何得到的呢？在一个可选的实施例中，所述特定电压熵阈值通过以下方法获取：

设置所述电力系统的负荷按照预定比例匀速增长；

基于每一次增长，计算所述电力系统的加权电压熵，直至到达电压崩溃点；获取电压崩溃点的加权电压熵的值作为所述特定电压熵阈值。

具体的，设置电力系统的负荷按照一定的比例匀速增长，每增长一次，计算一次系统的加权电压熵，系统的加权电压熵应一直增大，直至到达电压崩溃点，此时的加权电压熵的值即为阈值a；若H_w小于a，则电力系统静态电压稳定，反之，则不稳定。

在一个可选的实施例中，通过连续潮流法获得所述特定电压熵阈值。具体的，连续潮流法又称为延拓潮流，是电力系统电压稳定性分析的有力工具，它通过在常规潮流基础上引入一个负荷增长系数来克服雅可比矩阵奇异，从而克服接近稳定极限运行状态时的收敛问题，解决了常规潮流在崩溃点外无解和在崩溃点附近不能可靠收敛的问题。连续潮流法是从初始稳定工作点开始，随着负荷缓慢变化，沿相应的PV曲线对下一工作点进行预估、校正，直至勾勒出完整的PV曲线。

图2为本发明实施例判断电力系统静态电压稳定性的方法流程图，如图2所示，实施例判断电力系统静态电压稳定性的流程如下：

1)根据电力系统的运行数据得到各节点的电压，然后计算各节点电压在不同电压区间内的概率P(k)。

2)计算各电压区间的权重W(k)。

3)计算加权电压熵H_w。

4)判断加权电压熵H_w是否小于阈值a，若H_w小于a，则电力系统静态电压稳定，反之，则不稳定。

图3为本发明实施例电力系统示意图，以这样一个给定的电力系统作为本发明实施例的基础，来说明本发明实施例所述的判断电力系统静态电压稳定性的方法，包括：

本发明实施以IEEE33节点配电系统为基础，在节点13和节点29处并联电容器组C₁和C₂，系统接线如图2所示。系统电压数据为对系统进行无功优化后的数据，静态电压稳定阈值a为3，可利用连续潮流法提前计算得到。

利用加权电压熵判断电力系统静态电压稳定性的具体步骤如下：

1)读取系统网络拓扑，确定节点数N＝33；读取系统电压数据，按照公式(1)计算出位于不同电压区间内的节点数占总节点数的比例P(k)。

2)根据公式(2)计算不同电压区间的权重W(k)。

3)根据公式(3)计算系统的加权电压熵H_w。

4)根据公式(4)判断系统的加权电压熵H_w是否小于阈值a，若H_w小于a，则该系统静态电压稳定，反之，则不稳定。

实施例中IEEE33节点配电系统经无功优化后的加权电压熵H_w为1.73，小于阈值3，判断此系统静态电压稳定。

本发明实施例还提供一种判断电力系统静态电压稳定性的装置，包括分布概率模块和稳定性判定模块；

所述分布概率模块，用于获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

所述稳定性判定模块，用于利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性。

本发明实施例所述的判断电力系统静态电压稳定性的装置，是与本发明实施例所述的判断电力系统静态电压稳定性的方法完全对应的装置权利要求，具有本发明实施例所述的判断电力系统静态电压稳定性的方法完全相同的技术特征和技术效果，在此不再赘述。

综上所述，针对现有技术中大多用负荷裕度指标和最小奇异值指标来判断电力系统的静态电压稳定性，但是这两种方法都有计算量大，判断不是很准确的缺点，本发明提出了一种基于加权电压熵指标判断电力系统静态电压稳定性的方法，该方法通过计算电力系统各节点电压的加权电压熵来判断电力系统的静态电压稳定性，简单高效，判断准确，计算量小，而且计算量不因系统规模的增大而增大，可以为以后判断电力系统静态电压稳定性提供一定的参考。

本发明提出采用加权电压熵指标来衡量电力系统的静态电压稳定性，其原理是当系统各节点的电压分布较为均衡时，系统的运行状态较为稳定。加权电压熵指标只需要知道电力系统当前的电压分布，无需知道电力系统的具体参数，计算量小，简单高效，而且不会随着电力系统规模的增大而增加计算量，具有良好的有益效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种判断电力系统静态电压稳定性的方法，其特征在于，包括：

获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性；

所述利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进一步包括：

利用公式计算所述不同电压区间的权值，其中，W(k)为第k个电压区间的权重；t表示第k个电压区间的节点个数；V_k,i表示第k个电压区间内的第i个节点的电压值；

利用所述不同电压区间的权值对相对应的电压区间的分布概率进行加权，从而获得加权电压熵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率，进一步包括：

基于电力系统的所有节点，获取各节点的电压值；

给定一个电压序列，以所述电压序列的相邻两个电压值为一个区间，获得多个不同的电压区间；

基于所述多个不同的电压区间，获取节点电压值处于不同的电压区间的节点个数的分布概率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过下式表示所述节点个数的分布概率：

其中，N为电力系统的节点总数，k表示第k个电压区间；P(k)表示电压值在第k个电压区间的分布概率；t为电压值在第k个电压区间的节点数，且n为电压序列中的电压个数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式表示所述加权电压熵：

其中，H_w为加权电压熵；C为常数量，取C＝1/ln(n-1)；n为电压序列中的电压个数；W(k)为第k个电压区间的权重；P(k)表示电压值在第k个电压区间的节点数占节点总数的比例，当P(k)＝0时，P(k)ln(P(k))＝0。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述判断所述电力系统静态电压的稳定性，进一步包括：

若所述加权电压熵小于特定电压熵阈值，则确认所述电力系统静态电压稳定；否则，确认所述电力系统静态电压不稳定；

其中，所述特定电压熵阈值为电压崩溃点的加权电压熵的值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述特定电压熵阈值通过以下方法获取：

设置所述电力系统的负荷按照预定比例匀速增长；

基于每一次增长，计算所述电力系统的加权电压熵，直至到达电压崩溃点。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过连续潮流法获得所述特定电压熵阈值。

8.一种判断电力系统静态电压稳定性的装置，其特征在于，包括分布概率模块和稳定性判定模块；

所述分布概率模块，用于获取电力系统中各节点电压在不同电压区间的分布概率；

所述稳定性判定模块，用于利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进而判断所述电力系统静态电压的稳定性；

其中，所述利用所述不同电压区间的权值对所述分布概率进行加权，获得加权电压熵，进一步包括：

利用公式计算所述不同电压区间的权值，其中，W(k)为第k个电压区间的权重；t表示第k个电压区间的节点个数；V_k,i表示第k个电压区间内的第i个节点的电压值；

利用所述不同电压区间的权值对相对应的电压区间的分布概率进行加权，从而获得加权电压熵。