CN108270248A - 一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法，包括：(1)构建电网数学模型；(2)设置预想事故集；(3)计算准稳态有功类灵敏度；(4)确定有功安全校正控制方案。本发明基于电网数学模型和准稳态灵敏度分析的基本理论，考虑到支路功率发生改变时引起电网设备的准稳态物理响应，通过引入了发电机分担系数的概念，对常规灵敏度分析模型进行优化，解决了不平衡功率在发电机节点上的再分配问题，进而得到了以调整量最小为目标的有功安全校正控制方案。本发明克服了常规灵敏度分析方法在实时控制应用中不符合电力系统实际物理响应并且受制于平衡节点选择的局限性，提高了电力系统有功安全校正控制的实用性和准确性。

Description

一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法

技术领域

本发明属于电网运行与调度控制领域，具体涉及一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法。

背景技术

电力系统有功安全校正控制是安全控制的一项重要内容，是保证系统安全稳定、优质运行的重要手段之一。针对系统运行过程中出现的线路有功潮流越限情况，有功安全校正控制通过对相关节点有功注入的再安排(例如调整发电机出力或甚至采用一定的切负荷方案)来消除线路的过负荷。灵敏度分析方法是有功安全校正控制的一种主要分析方法，它首先将各机组按照消除越限的灵敏度系数大小排序，然后根据排序依次对机组进行加出力和减出力的匹配和调整，直至所有越限支路的潮流降至其限值内。然而，这种常规的灵敏度分析方法假定在新的稳态运行点，全系统的功率不平衡量都是由平衡节点的发电机来承担的，这不符合电力系统实际的物理响应；另外这种常规方法计算得到的灵敏度系数结果与电网数学物理模型中平衡节点的选择有关，选择不同的节点作为平衡节点将得到不同的灵敏度系数。并且随着电网规模的扩大，由此计算出的灵敏度可能与实际情况相去甚远，难以满足电网调度部门对有功安全校正控制的准确性要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：基于准稳态灵敏度分析的基本理论，提供一种适用于实际电网的有功安全校正控制实用方法，克服常规灵敏度分析方法受制于平衡节点的缺陷，提高电力系统有功安全校正控制的实用性和准确性。

为了实现上述发明目的，本发明提出的一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法，包括以下步骤：

步骤1、构建电网数学模型：根据指定系统的设备参数、运行数据和拓扑结构，通过直流潮流算法构建电网数学模型如下：

P＝B'θ (1)

式(1)中：

P＝[P₁,P₂,…,P_s-1,P_s+1,…,P_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点注入功率向量；其中元素P_i＝P_Gi-P_Di，这里P_Gi和P_Di为节点i的发电机出力和负荷；N为全网节点总数；θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_s-1,θ_s+1,…,θ_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点电压相角向量，由系统的运行数据直接得到；B'为去除平衡节点s后的(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵；

步骤2、设置预想事故集：针对系统运行过程中出现的线路有功潮流越限情况，设置一条或多条线路故障作为预想事故集，表示如下：

Fault＝[F_P1,F_P2,…F_Pk,…,F_Pm] (3)

式(3)中，元素F_Pk表示支路k发生了有功潮流越限故障，并且潮流越限量为F_Pk；m为故障总数；

步骤3、计算准稳态有功类灵敏度包括：

①根据步骤1建立的电网数学模型，将(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵B'扩展到包括平衡节点s的矩阵，并在平衡节点s的行和列处置大数inf，化为N×N阶矩阵B；

②针对支路k，计算所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数，公式为：

式(4)中，A_k为支路k的N维节点-支路关联向量，其中，支路k两端节点位置处分别置为+1和-1，其余元素皆为0；x_k为支路k的支路电抗，根据指定系统的设备参数直接得到；

③提取所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数S_k中发电机节点对应位置处的灵敏度系数，得到所有发电机节点对支路k的常规有功类灵敏度系数为：

S_k-G＝[S_k-1,S_k-2,…,S_k-i,…,S_k-g] (5)

式(5)中，S_k-i表示发电机节点i对支路k的常规有功类灵敏度系数，G表示发电机节点集合，g为发电机节点总数；

④计算所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数，公式为：

式(6)中，I_G为g×g阶单位矩阵；1_G为g维全1列向量；α_G为发电机对功率不平衡量的分担系数，计算公式如下：

式(7)中，P_i表示发电机节点i的发电容量，α_G的每一个元素即表示该元素对应发动机节点在整个电网系统中的发电占比；

步骤4、确定有功安全校正控制方案：

针对预想事故集中支路k发生的有功潮流越限故障及其越限量F_Pk，根据步骤3中得到的所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数通过对发电机节点有功注入的再安排得到有功安全校正控制方案为：

式(8)中，为所有发电机注入节点的调整量，即表示基于准稳态灵敏度分析模型得到的能消除支路k过负荷的有功安全校正控制方案。

本发明技术方案的有关公式中记载的上角码T均表示对应变量的转置。

进一步讲，本发明步骤1中，

其中元素的计算公式为：

式(2)中，x_ij为节点i和j之间的支路电抗，根据系统的设备参数和拓扑结构直接得到；符号j∈i,j≠i表示节点j为所有和节点i相连但不包括j＝i的情况。

步骤3中，N×N阶矩阵B的表达如下：

本发明在常规有功安全校正控制的灵敏度分析方法的基础上，基于准稳态灵敏度分析的基本理论，考虑到电力系统中支路功率发生改变时引起的电网设备准稳态物理响应，引出支路功率变化后产生的不平衡功率在所有发电机节点上的再分配问题，并通过引入发电机对不平衡功率的分担系数α_G完成了对传统灵敏度分析模型的优化解决这一问题。通过优化后的准稳态灵敏度系数计算得到的以调整量最小为目标的有功安全校正控制方案，克服了常规灵敏度分析方法在实时控制应用中不符合电力系统实际物理响应并且受制于平衡节点选择的局限性，提高了电力系统有功安全校正控制的实用性和准确性。采用本发明可以满足电网实际调度部门对有功安全校正控制的实用性要求，对电网运行调度起到指导作用。

具体实施方式

本发明提出的一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法。包括以下步骤：

步骤1、构建电网数学模型：

根据指定系统的设备参数、运行数据和拓扑结构，通过直流潮流算法构建电网数学模型如下：

P＝B'θ (1)

式(1)中变量说明：

P＝[P₁,P₂,…,P_s-1,P_s+1,…,P_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点注入功率向量；其中元素P_i＝P_Gi-P_Di，这里P_Gi和P_Di为节点i的发电机出力和负荷；N为全网节点总数；

θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_s-1,θ_s+1,…,θ_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点电压相角向量，由系统的运行数据直接得到；

为去除平衡节点s后的(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵，其中元素的计算公式为：

式(2)中，x_ij为节点i和j之间的支路电抗，根据系统的设备参数和拓扑结构直接得到；符号j∈i,j≠i表示节点j为所有和节点i相连但不包括j＝i的情况。

步骤2、设置预想事故集：

本发明中的预想事故是针对系统运行过程中出现的线路有功潮流越限情况，可设置一条或多条线路故障作为预想事故集，表示如下：

Fault＝[F_P1,F_P2,…F_Pk,…,F_Pm] (3)

式(3)中，元素F_Pk表示支路k发生了有功潮流越限故障，并且潮流越限量为F_Pk；m为故障总数。

步骤3、计算准稳态有功类灵敏度包括：

①根据步骤1建立的电网数学模型，将(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵B'扩展到包括平衡节点s的矩阵，并在平衡节点s的行和列处置大数inf，化为N×N阶矩阵B即：

②针对支路k，计算所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数，公式为：

式(4)中，A_k为支路k的N维节点-支路关联向量，其中，支路k两端节点位置处分别置为+1和-1，其余元素皆为0；x_k为支路k的支路电抗，可根据指定系统的设备参数直接得到；

③提取所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数S_k中发电机节点对应位置处的灵敏度系数，得到所有发电机节点对支路k的常规有功类灵敏度系数为：

S_k-G＝[S_k-1,S_k-2,…,S_k-i,…,S_k-g] (5)

式(5)中，S_k-i表示发电机节点i对支路k的常规有功类灵敏度系数，G表示发电机节点集合，g为发电机节点总数；

④计算所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数，公式为：

式(6)中，I_G为g×g阶单位矩阵；1_G为g维全1列向量；α_G为发电机对功率不平衡量的分担系数，计算公式如下：

式(7)中，P_i表示发电机节点i的发电容量，α_G的每一个元素即表示该元素对应发动机节点在整个电网系统中的发电占比；

步骤4、确定有功安全校正控制方案：

针对预想事故集中支路k发生的有功潮流越限故障及其越限量F_Pk，根据步骤3中得到的所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数通过对发电机节点有功注入的再安排得到有功安全校正控制方案为：

式(8)中，为所有发电机注入节点的调整量，即表示基于准稳态灵敏度分析模型得到的能消除支路k过负荷的有功安全校正控制方案。

Claims (3)

1.一种基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法，包括以下步骤：

步骤1、构建电网数学模型：

根据指定系统的设备参数、运行数据和拓扑结构，通过直流潮流算法构建电网数学模型如下：

P＝B'θ (1)

式(1)中：

P＝[P₁,P₂,…,P_s-1,P_s+1,…,P_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点注入功率向量；其中元素P_i＝P_Gi-P_Di，这里P_Gi和P_Di为节点i的发电机出力和负荷；N为全网节点总数；

θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_s-1,θ_s+1,…,θ_N]^T为去除平衡节点s后的N-1维节点电压相角向量，由系统的运行数据直接得到；

B'为去除平衡节点s后的(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵；

步骤2、设置预想事故集：

针对系统运行过程中出现的线路有功潮流越限情况，设置一条或多条线路故障作为预想事故集，表示如下：

Fault＝[F_P1,F_P2,…F_Pk,…,F_Pm] (3)

式(3)中，元素F_Pk表示支路k发生了有功潮流越限故障，并且潮流越限量为F_Pk；m为故障总数；

步骤3、计算准稳态有功类灵敏度包括：

①根据步骤1建立的电网数学模型，将(N-1)×(N-1)阶节点导纳矩阵B'扩展到包括平衡节点s的矩阵，并在平衡节点s的行和列处置大数inf，化为N×N阶矩阵B；

②针对支路k，计算所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数，公式为：

式(4)中，A_k为支路k的N维节点-支路关联向量，其中，支路k两端节点位置处分别置为+1和-1，其余元素皆为0；x_k为支路k的支路电抗，根据指定系统的设备参数直接得到；

③提取所有节点对支路k的常规有功类灵敏度系数S_k中发电机节点对应位置处的灵敏度系数，得到所有发电机节点对支路k的常规有功类灵敏度系数为：

S_k-G＝[S_k-1,S_k-2,…,S_k-i,…,S_k-g] (5)

式(5)中，S_k-i表示发电机节点i对支路k的常规有功类灵敏度系数，G表示发电机节点集合，g为发电机节点总数；

④计算所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数，公式为：

式(6)中，I_G为g×g阶单位矩阵；1_G为g维全1列向量；α_G为发电机对功率不平衡量的分担系数，计算公式如下：

式(7)中，P_i表示发电机节点i的发电容量，α_G的每一个元素即表示该元素对应发动机节点在整个电网系统中的发电占比；

步骤4、确定有功安全校正控制方案：

针对预想事故集中支路k发生的有功潮流越限故障及其越限量F_Pk，根据步骤3中得到的所有发电机节点对支路k的准稳态有功类灵敏度系数通过对发电机节点有功注入的再安排得到有功安全校正控制方案为：

式(8)中，为所有发电机注入节点的调整量。

2.根据权利要求1所述基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法，其特征在于，步骤1中，其中元素的计算

公式为：

式(2)中，x_ij为节点i和j之间的支路电抗，根据系统的设备参数和拓扑结构直接得到；符号j∈i,j≠i表示节点j为所有和节点i相连但不包括j＝i的情况。

3.根据权利要求1所述基于准稳态灵敏度分析的有功安全校正控制方法，其特征在于，步骤3中，N×N阶矩阵B的表达如下：