CN109038550B - 基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法，结合了潮流计算雅克比矩阵的最小特征值与L指标，通过电压状态对系统当前运行情况进行反映，与以往常用的单一指标相比，该评价方法不需要考虑多种负荷的变化方式来预测电压崩溃点，也能够在考虑到系统整体情况时对各节点的电压稳定状态进行监控，便于在系统运行状态发生变化时进行监测，是一种较为全面的评价方法。

Description

基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法

技术领域

本发明涉及电力系统稳定性分析技术领域，特别涉及一种基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法。

背景技术

随着电网的发展，电网的规模逐渐扩大、复杂程度逐渐加深、负荷逐渐增多，这对电力系统的安全稳定运行提出了更加严格的要求。其中，电力系统的运行稳定是其正常运行的中一个必须得到保障的环节，为了保障电网的正常运行，对电网某些与电压相关的指标进行检测是不可忽视的。

由针对系统静态电压稳定程度的评价方法对系统是否在合理的运行范围内进行判断，并一定程度上反映系统的电压稳定程度，即系统当前的运行状态距离电压崩溃状态的距离。常用的静态电压稳定指标包括：①负荷裕度指标，即系统当前节点当前功率到节点极限功率(系统崩溃临界状态的负荷)的距离，但是该指标受负荷增长的方式影响很大，实际的裕度计算并不能涵盖所有情况。②灵敏度指标，即通过系统计算方程中不同变量的微分关系来体现系统的电压是否在合理范围，常用的灵敏度指标包括了负荷节点电压幅值对该节点有功功率、无功功率的灵敏度等，不同节点的负荷水平不同，在灵敏度同样时，节点负荷对该节点电压、系统整体电压的影响程度也不一样，影响到评价效果；③雅克比矩阵特征值、奇异值指标，当系统崩溃时，潮流计算方程的雅克比矩阵奇异，故矩阵接近奇异的程度也可以用来识别系统是否运行在正常电压范围，但是该指标仅能对系统整体的运行进行判断，无法针对某一节点进行分析。④L指标，该指标通过一建立在潮流方程基础上的等式构建，体现了不同节点之间的电压接近程度，从而反映系统现在的运行点与功率极限之间的距离，该指标通常用于反映系统各节点的电压情况，估计结果可能偏保守。现有用于安全分析、优化的系统运行评判方法常通过单一类型的指标进行反映，这样带来了系统运行稳定性评价结果的计算不够精确、无法考虑到所有运行情况等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法,结合了潮流计算雅克比矩阵的最小特征值与L指标，通过电压状态对系统当前运行情况进行反映,能够克服现有技术存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法，包括以下步骤：

步骤1：读取电力系统模型数据，进行潮流计算；通过计算，获取以下数据信息：系统模型信息、系统潮流计算方程及其雅克比矩阵、系统潮流计算结果；

步骤2：通过潮流方程，提取出潮流计算方程的雅克比矩阵；具体步骤是参照发电机节点编号、负荷节点编号对雅克比矩阵进行分块，根据降阶雅克比矩阵计算公式

得到J_R，对矩阵进行特征值分解并对特征值求模，最小的特征值便作为最小特征值指标，记为I_eigen(V)；

步骤3：根据电网模型参数，计算电网的节点导纳矩阵，根据节点编号、负荷节点编号对节点导纳矩阵进行分块，并计算出相应的F矩阵:

其中，下标L指负荷节点，G指发电机节点；

各节点的L指标计算方法如下：

其中T_G为发电机节点集合，T_L为PQ节点集合；V为节点的电压幅值；选取节点L指标中取值最大的值作为系统的L指标，即：

步骤4：对最小特征值指标进行标准化处理，构造以自然底数为底数，以最小特征值为指数的指数函数，以保证最小特征值指标与L指标的变化趋势、取值范围一致：

步骤5：最小特征值指标代表了系统整体的电压稳定性，L指标则代表了系统节点的最低电压稳定程度，根据实际情况选取两个指标的权重ω₁与ω₂，得到系统电压自复性指标：

I(V)＝ω₁I'_eigen(V)+ω₂I_L(V)。

进一步，所述步骤1中，系统模型信息包括节点编号、节点类型、节点有功负荷、节点无功负荷、节点电压基准值、导纳矩阵等；系统潮流计算结果包括各节点电压幅值与相角、各节点注入功率、发电机节点出力。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于评判电力系统运行稳定程度的电压自复性指标，该评价方法结合了潮流计算雅克比矩阵的最小特征值与L指标，通过电压状态对系统当前运行情况进行反映，与以往常用的单一指标相比，该评价方法不需要考虑多种负荷的变化方式来预测电压崩溃点，也能够在考虑到系统整体情况时对各节点的电压稳定状态进行监控，便于在系统运行状态发生变化时进行监测，是一种较为全面的评价方法。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

现有的电压稳定分析程序大多基于静态电压稳定分析，可以给出当前系统运行状态的电压稳定裕度，指出系统中影响电压崩溃的关键因素和可能首先发生电压崩溃的区域等。系统自复性指标适用于衡量系统运行稳定程度，本发明的基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法，包括以下步骤：

步骤1：读取电力系统模型数据，进行潮流计算；通过计算，获取以下数据信息：系统模型信息、系统潮流计算方程及其雅克比矩阵、系统潮流计算结果；其中，系统模型信息包括节点编号、节点类型、节点有功负荷、节点无功负荷、节点电压基准值、导纳矩阵等；系统潮流计算结果包括各节点电压幅值与相角、各节点注入功率、发电机节点出力。

步骤2：通过潮流方程，提取出潮流计算方程的雅克比矩阵；具体步骤是参照发电机节点编号、负荷节点编号对雅克比矩阵进行分块，根据降阶雅克比矩阵计算公式

得到J_R，对矩阵进行特征值分解并对特征值求模，最小的特征值便作为最小特征值指标，记为I_eigen(V)；

步骤3：根据电网模型参数，计算电网的节点导纳矩阵，根据节点编号、负荷节点编号对节点导纳矩阵进行分块，并计算出相应的F矩阵:

其中，下标L指负荷节点，G指发电机节点；

各节点的L指标计算方法如下：

其中T_G为发电机节点集合，T_L为PQ节点集合；V为节点的电压幅值；选取节点L指标中取值最大的值作为系统的L指标，即：

步骤4：对最小特征值指标进行标准化处理，构造以自然底数为底数，以最小特征值为指数的指数函数，以保证最小特征值指标与L指标的变化趋势、取值范围一致：

步骤5：最小特征值指标代表了系统整体的电压稳定性，L指标则代表了系统节点的最低电压稳定程度，根据实际情况选取两个指标的权重ω₁与ω₂，得到系统电压自复性指标：

I(V)＝ω₁I'_eigen(V)+ω₂I_L(V)。

总体而言，本发明对于自复性指标的计算过程包括：计算电网潮流方程的降阶雅克比矩阵最小特征值以及系统各节点的L指标，对各指标进行预处理保证变化范围、方向一致，对处理后的指标进行加权计算，行程系统自复性指标。该方法既能通过潮流方程运算结果考虑到系统整体的稳定水平，又能实现对系统最脆弱节点的运行情况进行监控，从而对电网的运行稳定程度进行综合的评价，并对系统在不同运行状态下的稳定裕度进行监测，可以应用在电力系统优化调度、安全分析等方面。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.基于电压静态稳定性的电力系统自复性指标计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：读取电力系统模型数据，进行潮流计算；通过计算，获取以下数据信息：系统模型信息、系统潮流计算方程及其雅克比矩阵、系统潮流计算结果；系统模型信息包括节点编号、节点类型、节点有功负荷、节点无功负荷、节点电压基准值、导纳矩阵；系统潮流计算结果包括各节点电压幅值与相角、各节点注入功率、发电机节点出力；

步骤2：通过潮流方程，提取出潮流计算方程的雅克比矩阵；具体步骤是参照发电机节点编号、负荷节点编号对雅克比矩阵进行分块，根据降阶雅克比矩阵计算公式

得到J_R，对矩阵进行特征值分解并对特征值求模，最小的特征值便作为最小特征值指标，记为I_eigen(V)；

步骤3：根据电网模型参数，计算电网的节点导纳矩阵，根据节点编号、负荷节点编号对节点导纳矩阵进行分块，并计算出相应的F矩阵:

其中，下标L指负荷节点，G指发电机节点；

各节点的L指标计算方法如下：

其中T_G为发电机节点集合，T_L为PQ节点集合；V为节点的电压幅值，选取节点L指标中取值最大的值作为系统的L指标，即：

步骤4：对最小特征值指标进行标准化处理，构造以自然底数为底数，以最小特征值为指数的指数函数，以保证最小特征值指标与L指标的变化趋势、取值范围一致：

步骤5：最小特征值指标代表了系统整体的电压稳定性，L指标则代表了系统节点的最低电压稳定程度，根据实际情况选取两个指标的权重ω₁与ω₂，得到系统电压自复性指标：

I(V)＝ω₁I′_eigen(V)+ω₂I_L(V)。