CN110048452B - 一种电网分区功率平衡控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网分区功率平衡控制方法及系统，在发电计划、负荷预测、区外联络线计划生成的未来态潮流断面的基础上，拉伸电网分区母线负荷使不同电网分区发电、受电、负荷与网损满足功率平衡方程，计算未来态潮流分布。然后统计各电网分区网损，重新计算电网分区功率不平衡量，继续通过拉伸电网分区母线负荷分摊不平衡量，计算潮流分布。经过几次迭代，当前后两次计算的电网分区网损误差达到预设的精度要求时，即可实现电网分区联络线总加值逼近计划值，从而获得准确的未来态潮流分布。准确的未来态潮流分布是进行静态安全分析，编制满足电网安全约束发电计划的基础，对保证电网安全，提升电网安全水平有着重要的意义。

Description

一种电网分区功率平衡控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电网分区功率平衡控制方法及系统，属于电力自动化技术领域。

背景技术

在调度技术支持系统中，针对省级发电计划的安全校核技术已比较成熟，可以根据发电计划、联络线计划、母线负荷预测生成准确的未来态潮流断面，该方法通过一次潮流计算获得全网潮流分布，各分区之间或各省间联络线的潮流都是潮流计算后的结果，由于各分区负荷预测、网损的不确定性，无法保证省间联络线有功值等于计划值，不满足于实际应用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电网分区功率平衡控制方法及系统，能够保证省间联络线有功值等于计划值。

为达到上述目的，本发明提供了一种电网分区功率平衡控制方法，所述方法包括如下步骤：

A、根据电网分区的总发电功率、总受电功率估算电网分区网损；

B、根据电网分区网损计算电网分区的功率不平衡量，并将功率不平衡量分摊至所有母线负荷；

C、根据所设定的潮流计算节点进行交流潮流计算；

D、根据交流潮流计算结果统计电网分区网损，计算潮流计算前后各分区的最大网损误差；

E、将最大网损误差与设定允许值相比较：若最大网损误差大于设定允许值，则返回步骤B，重新进行功率不平衡分摊后再次潮流计算，如此迭代，直至最大网损误差不大于设定允许值或迭代次数达最大迭代值。

进一步的，所述电网分区网损估算方法采用公式(1)计算获取：

式中：

为第x个电网分区的估算网损；a_x为第x个电网分区的网损率；G_i为第i台发电机组的并网有功功率；T_j为第j条外部电网联络线的有功功率；C_x为第x个电网分区与电网内部其他电网分区交换功率之和；K_x为第x个电网分区的外部电网联络线条数；M_x为第x个电网分区的发电机组台数。

进一步的，所述电网分区的功率不平衡量采用公式(2)计算获取：

式中：ΔP_x为第x个电网分区的功率不平衡量；L_d为第d个负荷的有功功率；N_x为第x个电网分区的负荷个数；

表示第k次潮流计算后第x个电网分区网损，当k＝0时，

为第x个电网分区的估算网损。

进一步的，采用公式(3)计算功率不平衡分摊后的负荷有功功率：

式中：L'_d为第d个负荷功率不平衡分摊后的有功功率。

进一步的，所述电网分区网损采用公式(4)统计获取：

式中，S_x ^k表示第k次潮流计算后第x个电网分区网损；

表示支路b的首端有功功率；

表示支路b的末端有功功率；Q_x表示第x个电网分区的支路条数。

进一步的，所述交流潮流计算的方法包括：

根据选定的潮流计算平衡节点，生成交流潮流计算的平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

将平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵分解形成潮流计算因子分解表；

利用所述因子分解表计算获取交流潮流计算结果。

进一步的，所述方法还包括根据电网分区的个数、每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和区间联络线生成电网分区模型，估算和统计电网分区网损、分摊功率不平衡量、进行交流潮流计算。

本发明还提供了一种电网分区功率平衡控制系统，所述系统包括：

网损估算模块：用于根据电网分区的总发电功率、总受电功率估算分区网损；

分摊模块：用于根据电网分区网损计算电网分区的功率不平衡量，并将所述功率不平衡量分摊至所有母线负荷；

潮流计算模块：用于根据所设定的潮流计算节点进行交流潮流计算；

网损统计模块：用于根据交流潮流计算结果统计电网分区网损；

误差计算模块：计算当前电网分区网损与功率不平衡量分摊前电网分区网损的最大网损误差：

比较模块：用于将最大网损与设定允许值进行比较：若最大网损误差大于设定允许值，则利用分摊模块根据当前电网分区网损重新进行功率不平衡分摊，如此迭代，直至最大网损误差不大于设定允许值或迭代次数达最大迭代值。

进一步的，所述潮流计算模块包括：

矩阵生成模块：用于根据选定的潮流计算平衡节点，生成交流潮流计算的平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

因子分解表计算模块：用于将平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵分解成潮流计算因子分解表；

潮流计算子模块：用于利用所述因子分解表计算获取交流潮流计算结果。

进一步的，所述系统还包括模型生成模块：用于根据电网分区的个数、每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和区间联络线生成电网分区模型，根据电网分区模型进行交流潮流计算。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：通过多次分区母线负荷拉伸和交流潮流计算，使得前后两次电网分区网损误差能够满足设定精度要求，能够实现电网分区联络线总加值逼近计划值，从而获得准确的未来态潮流分布，准确的未来态潮流分布是进行静态安全分析，编制满足电网安全约束发电计划的基础，对保证电网安全，提升电网安全水平有着重要的意义。

附图说明

图1是具有多个电网分区的电网结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的电网功率平衡控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供的电网功率平衡控制方法及系统在发电计划、负荷预测、区外联络线计划生成的未来态潮流断面的基础上，拉升电网分区母线负荷使不同电网分区发电、受电、负荷与网损满足功率平衡方程，计算未来态潮流分布。然后统计各电网分区网损，重新计算电网分区功率不平衡量，继续通过拉升电网分区母线负荷分摊不平衡量，计算潮流分布。经过几次迭代，当前后两次计算的电网分区网损误差预设的精度要求时，即可实现电网分区联络线总加值逼近计划值，从而获得准确的未来态潮流分布。准确的未来态潮流分布是进行静态安全分析，编制满足电网安全约束发电计划的基础，对保证电网安全，提升电网安全水平有着重要的意义。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是具有多个电网分区的电网结构示意图。该电网由多个电网分区组成(图中有三个电网分区，分别用圆形灰色区域表示，分别是电网分区A、电网分区B和电网分区C)，不同电网分区之间通过多回电力线路互联而成，每个电网分区又通过电力线路与电网外部相连(图中用虚线矩形框表示外部电网)，接受外部电网输入的功率，每个电网分区电网又由若干发电机组(灰色区域内的小圆表示)、若干负荷(灰色区域内的箭头)通过电力线路组成。图1中所示电网具有通用性，适用任何级别和范围的省级及以上电网。当图1表示省级电网时，电网分区A、电网分区B和电网分区C表示省级电网的不同运行电网分区；当图1表示区域电网时，电网分区A、电网分区B和电网分区C表示组成区域电网的省级电网；当图1表示国家级电网时，电网分区A、电网分区B和电网分区C表示组成国家级电网的区域电网。因此本发明适用于任何省级以上调度中心的未来态潮流电网分区功率平衡控制功能。

假设图1所示电网共有M台发电机组，其中电网分区A有M_A台、电网分区B有M_B台、电网分区C有M_C台；共有N个负荷，其中电网分区A有N_A个、电网分区B有N_B个、电网分区C有N_C个；电网在电网分区A、电网分区B、电网分区C分别与外部电网相连，且有交换功率，设电网共有K条与外部电网的联络线，其中电网分区A有K_A条、电网分区B有K_B条、电网分区C有K_C条；电网共有Q条线路和变压器支路，电网分区A有Q_A条、电网分区B有Q_B条、电网分区C有Q_C条。设Ω表示某电网的电网分区集合，对于图1所示的电网Ω＝{A,B,C}，设第x个电网分区的发电机组台数为M_x，负荷个数为N_x，线路和变压器支路总个数Q_x，与外部电网的联络线条数为K_x，则：

设G_i表示第i台发电机组的并网有功功率，L_d表示第d个负荷的有功负荷，T_j表示第j个外部电网联络线的有功功率，S表示电力系统总网损；S_x表示第x个电网分区的网损；C_x表示第x个电网分区与电网内部其它电网分区交换功率之和。

任意电网的潮流分布应满足公式(4)的功率平衡方程，

对于第x个电网分区，其潮流分布应满足公式(5)表示的功率平衡方程，

对于图1所示电网，电网分区A从电网分区B、电网分区C输入的交换计划为C_AB、C_AC，电网分区B从电网分区A、电网分区C输入的交换计划为C_BA、C_BC，电网分区C从电网分区A、电网分区B输入的交换计划为C_CA、C_CB。因为C_AB＝-C_BA、C_AC＝-C_CA、C_BC＝-C_CB，则图1所示电网各电网分区之间交换功率满足公式(6)，即电网内部各电网分区之间交换总功率等于0。

C_A+C_B+C_C＝0 (6)

式中：C_A表示电网分区A与其它电网分区交换功率之和；C_B表示电网分区B与其它电网分区交换功率之和；C_C表示电网分区C与其它电网分区交换功率之和。

一般的，对任意电网，其所有电网分区之间的联络线交换功率之和等于零，即满足公式

当电网各电网分区之间的联络线功率满足公式(7)时，利用公式(5)依次对每个电网分区进行功率平衡调整，则全网功率满足公式(4)。即只要保证每个电网分区功率各自平衡，就能保证全网功率平衡。

如图2所示，是本发明实施例提供的一种电网功率平衡控制方法的流程图，包括如下步骤：

步骤一、生成电网分区模型：

电网的电网分区模型包括电网分区的个数，每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和电网分区之间的联络线。

步骤二、功率平衡预处理：

在进行未来断面潮流计算之前，电网中的不同电网分区的发电计划和联络线计划是根据系统负荷编制的，母线负荷的预测总加与系统负荷之间存在一定误差、电网分区的网损是未知的，因此全网功率不满足公式(4)，电网分区功率不满足公式(5)，为避免功率不平衡导致的潮流计算不收敛，需要对功率平衡进行预处理。预处理的第一步是估算各电网分区的网损，设S_x ⁰表示第x个电网分区的估算网损，其计算方法为：

公式(8)中，

为第x个电网分区的估算网损；a_x为第x个电网分区的网损率；G_i为第i台发电机组的并网有功功率；T_j为第j条外部电网联络线的有功功率；C_x为第x个电网分区与电网内部其他电网分区交换功率之和；K_x为第x个电网分区的外部电网联络线条数；M_x为第x个电网分区的发电机组台数。

根据上面估算的电网分区网损，利用公式(9)、公式(10)、公式(11)计算第x个电网分区的功率不平衡量。

式中：ΔP_x为第x个电网分区的功率不平衡量；L_d为第d个负荷的有功功率；N_x为第x个电网分区的负荷个数

将不平衡量分摊至所有母线负荷，分配方法采用公式(10)，分摊完成后，电网全网功率不平衡量为零。

式中：L'_d为第d个负荷功率不平衡分摊后的有功功率。

步骤三、潮流计算

Step301:潮流计算首先要选定平衡节点、设置PQ和PV节点，设置潮流计算初始值。本发明实施例中将所有发电机组节点设置为PV节点，其余节点设置为PQ节点。

PV节点的有功功率由发电计划给定，电压幅值可设置为额定电压，或直接使用参考断面的电压。平衡节点的电压幅值可设置为额定电压或参考断面的电压、电压相角设置为零。

PQ节点的无功采用公式(11)计算得到。

式中，P_e为节点e的有功功率,Q_e为节点e的无功功率，

为功率因数角，

为功率因数。

Step302:根据选定的平衡节点生成交流潮流计算的节点导纳矩阵和雅克比矩阵，将矩阵分解生成因子分解表，供交流计算时使用。

Step303:本发明中后面的步骤中可能需要进行多次的交流潮流计算，而在整个计算过程中网络拓扑不发生变化，仅仅是节点注入功率不同，当修正完节点注入功率之后，直接利用因子分解表进行前代和回代即可快速获得交流潮流结果，潮流计算结果包括：平衡节点的有功、无功，PV节点的无功、电压相角，PQ节点的电压幅值、电压相角，输电线路和变压器支路的有功、无功、电流。

步骤四、网损统计与功率不平衡修正

由于在步骤二中进行功率平衡预处理时，使用的是估算网损，因此步骤三潮流计算完成后，该潮流分布下的真实网损值与估算的网损值存在一定误差。统计步骤三得到的潮流结果中各电网分区的网损值，计算方法是计算所有支路(线路、变压器、串联补偿设备)的首端和末端有功功率之和。电网分区网损用公式(12)计算。

公式(13)中，

分别表示支路b的首端和末端有功功率，k表示第k次潮流计算，S_x ^k表示第k次潮流计算后第x个电网分区的网损统计，当k等于0时，

为第x个电网分区的估算网损；Q_x表示第x个电网分区的支路条数。

接下来，统计潮流计算后的电网分区网损与前一次功率平衡处理时使用的估算网损的误差，网损误差采用公式(13)、公式(14)计算。

ΔS^k≤ΔS^G (15)

式中：

表示第x个电网分区在第k次潮流计算后的网损与第k-1次潮流计算后的网损误差，ΔS^k表示第k潮流计算后的网损误差，ΔS^G为网损允许误差。

根据公式(15)判断网损误差是否满足计算要求，ΔS^G为计算精度要求，可以根据实际应用要求设定，如大电网设定为1MW。当公式(15)成立时，电网分区联络线的有功值与给定的计划值的偏差小于ΔS^G，满足应用要求。

当公式(15)不成立时，则采用公式(9)重新计算各电网分区的不平衡量，计算时将公式中S_x ⁰用S_x ^k替换，然后，仍然采用公式(10)的计算方法将不平衡量分配至所有负荷。重复步骤三和步骤四直到前后两次计算网损误差满足公式(15)，停止计算。

网损允许误差是本发明方法的终止计算条件，当电网分区预估网损或前一次潮流计算后的电网分区网损与本次潮流计算后统计的网损偏差均小于设定的网损允许误差时，则本方法流程退出迭代，终止计算。为了保证程序的可靠退出，另外设置最大迭代次数，当迭代次数超过最大迭代次数时，也退出本流程。

本发明还提供了一种电网功率平衡控制系统，所述系统能够用于实现前述的电网功率平衡控制方法，具体包括：

潮流计算模块：用于根据所设定的潮流计算节点进行交流潮流计算；

网损统计模块：用于根据交流潮流计算结果统计电网分区网损；

分摊模块：用于根据电网分区网损计算电网分区的功率不平衡量，并将所述功率不平衡量分摊至所有母线负荷；

误差计算模块：计算当前电网分区网损与功率不平衡量分摊前电网分区网损的最大网损误差：

比较模块：用于将最大网损与设定允许值进行比较：若最大网损误差大于设定允许值，则利用分摊模块根据当前电网分区网损重新进行功率不平衡分摊，如此迭代，直至最大网损误差不大于设定允许值或迭代次数达最大迭代值。

所述系统还包括预处理模块：用于对电网功率平衡进行预处理，使电网全网功率不平衡量为零。

更具体的，所述潮流计算模块包括：

矩阵生成模块：用于根据选定的潮流计算平衡节点，生成交流潮流计算的平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

因子分解表计算模块：用于将平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵分解成潮流计算因子分解表；

潮流计算子模块：用于利用所述因子分解表计算获取交流潮流计算结果。

所述系统还包括模型生成模块：用于根据电网分区的个数、每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和区间联络线生成电网分区模型，根据电网分区模型进行交流潮流计算。

本发明通过设定最小网损误差允许值，通过有限次数的迭代，不断缩小前后两次网损的误差，达到控制电网分区联络线的功率，使之与计划值的误差满足应用要求，能够实现电网分区联络线总加值逼近计划值，从而获得准确的未来态潮流分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电网分区功率平衡控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A、根据电网分区的总发电功率、总受电功率估算电网分区网损；

B、根据电网分区网损计算电网分区的功率不平衡量，并将功率不平衡量分摊至所有母线负荷；

C、根据所设定的潮流计算节点进行交流潮流计算；

D、根据交流潮流计算结果统计电网分区网损，计算潮流计算前后各分区的最大网损误差；

E、将最大网损误差与设定允许值相比较：若最大网损误差大于设定允许值，则返回步骤B，重新进行功率不平衡分摊后再次潮流计算，如此迭代，直至最大网损误差不大于设定允许值或迭代次数达最大迭代值；

所述电网分区网损估算方法采用公式(1)计算获取：

式中：

为第x个电网分区的估算网损；a_x为第x个电网分区的网损率；G_i为第i台发电机组的并网有功功率；T_j为第j条外部电网联络线的有功功率；C_x为第x个电网分区与电网内部其他电网分区交换功率之和；K_x为第x个电网分区的外部电网联络线条数；M_x为第x个电网分区的发电机组台数；

所述电网分区的功率不平衡量采用公式(2)计算获取：

式中：ΔP_x为第x个电网分区的功率不平衡量；L_d为第d个负荷的有功功率；N_x为第x个电网分区的负荷个数；S_x ^k表示第k次潮流计算后第x个电网分区网损，当k＝0时，

为第x个电网分区的估算网损；

采用公式(3)计算功率不平衡分摊后的负荷有功功率：

式中：L'_d为第d个负荷功率不平衡分摊后的有功功率；

所述方法还包括根据电网分区的个数、每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和区间联络线生成电网分区模型，估算和统计电网分区网损、分摊功率不平衡量、进行交流潮流计算。

2.根据权利要求1所述的电网分区功率平衡控制方法，其特征在于，所述电网分区网损采用公式(4)统计获取：

式中，S_x ^k表示第k次潮流计算后第x个电网分区网损；

表示支路b的首端有功功率；

表示支路b的末端有功功率；Q_x表示第x个电网分区的支路条数。

3.根据权利要求1所述的电网分区功率平衡控制方法，其特征在于，所述交流潮流计算的方法包括：

根据选定的潮流计算平衡节点，生成交流潮流计算的平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

将平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵分解形成潮流计算因子分解表；

利用所述因子分解表计算获取交流潮流计算结果。

4.一种电网分区功率平衡控制系统，其特征在于，所述系统包括：

网损估算模块：用于根据电网分区的总发电功率、总受电功率估算分区网损；

分摊模块：用于根据电网分区网损计算电网分区的功率不平衡量，并将所述功率不平衡量分摊至所有母线负荷；

潮流计算模块：用于根据所设定的潮流计算节点进行交流潮流计算；

网损统计模块：用于根据交流潮流计算结果统计电网分区网损；

误差计算模块：计算当前电网分区网损与功率不平衡量分摊前电网分区网损的最大网损误差：

比较模块：用于将最大网损与设定允许值进行比较：若最大网损误差大于设定允许值，则利用分摊模块根据当前电网分区网损重新进行功率不平衡分摊，如此迭代，直至最大网损误差不大于设定允许值或迭代次数达最大迭代值；

模型生成模块：用于根据电网分区的个数、每个电网分区的发电机组、负荷、区外联络线和区间联络线生成电网分区模型，根据电网分区模型进行交流潮流计算；

其中，所述电网分区网损估算方法采用公式(1)计算获取：

式中：

为第x个电网分区的估算网损；a_x为第x个电网分区的网损率；G_i为第i台发电机组的并网有功功率；T_j为第j条外部电网联络线的有功功率；C_x为第x个电网分区与电网内部其他电网分区交换功率之和；K_x为第x个电网分区的外部电网联络线条数；M_x为第x个电网分区的发电机组台数；

所述电网分区的功率不平衡量采用公式(2)计算获取：

式中：ΔP_x为第x个电网分区的功率不平衡量；L_d为第d个负荷的有功功率；N_x为第x个电网分区的负荷个数；S_x ^k表示第k次潮流计算后第x个电网分区网损，当k＝0时，

为第x个电网分区的估算网损；

采用公式(3)计算功率不平衡分摊后的负荷有功功率：

式中：L'_d为第d个负荷功率不平衡分摊后的有功功率。

5.根据权利要求4所述的电网分区功率平衡控制系统，其特征在于，所述潮流计算模块包括：

矩阵生成模块：用于根据选定的潮流计算平衡节点，生成交流潮流计算的平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵；

因子分解表计算模块：用于将平衡节点导纳矩阵和雅克比矩阵分解成潮流计算因子分解表；

潮流计算子模块：用于利用所述因子分解表计算获取交流潮流计算结果。

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