CN110460059A - 一种电力系统潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力系统潮流计算方法，包括如下步骤：根据潮流计算模型中各负荷节点变电站最近一次有载调压分接开关动作引起的电气量变化值确定ZP负荷模型参数，在形成节点导纳矩阵时，将各负荷节点ZP负荷模型恒阻抗分量的导纳值加入节点导纳矩阵对应对角元，在设定各节点电压初值后，采用ZP负荷模型中恒功率分量功率值计算负荷节点恒功率分量功率的不平衡量和电压不平衡量，进行潮流计算。

Description

一种电力系统潮流计算方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析计算技术领域，具体涉及一种电力系统潮流计算方法。

背景技术

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算。它的任务是根据给定的运行条件和网络结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压(幅值及相角)、网络中的功率分布以及功率损耗等。电力系统潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础，通过电力系统潮流计算已比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。

基于牛顿-拉夫逊的潮流计算是电力系统分析计算的一种常用方法，该方法通常将负荷节点设置为PQ节点，即负荷的有功功率和无功功率为恒定值。而在实际系统下，负荷的有功功率和无功功率随负荷节点电压值的变化而变化，因此采用恒定功率负荷模型进行潮流计算得到的结果并不符合实际。

传统的牛顿-拉夫逊在处理负荷节点时主要的不足在于：在计算功率的不平衡量时，将负荷功率与电压初值计算功率做差值，没有考虑到负荷的功率-电压特性。

发明内容

针对传统的牛顿-拉夫逊在处理负荷节点时在计算功率的不平衡量时，将负荷功率与电压初值计算功率做差值，没有考虑到负荷的功率-电压特性，分析结果不准确的问题，本发明提供一种电力系统潮流计算方法。

本发明的技术方案是：

一种电力系统潮流计算方法，包括如下步骤：根据潮流计算模型中各负荷节点变电站最近一次有载调压分接开关动作引起的电气量变化值确定ZP负荷模型参数，在形成节点导纳矩阵时，将各负荷节点ZP负荷模型恒阻抗分量的导纳值加入节点导纳矩阵对应对角元，在设定各节点电压初值后，采用ZP负荷模型中恒功率分量功率值计算负荷节点恒功率分量功率的不平衡量和电压不平衡量，进行潮流计算。

优选地，所述的根据潮流计算模型中各负荷节点变电站最近一次有载调压分接开关动作引起的电气量变化值确定ZP负荷模型参数的步骤包括：

根据有载调压分接开关变化引起变电站低压侧的特征量计算ZP负荷模型中恒阻抗分量消耗的有功、无功功率占负荷功率的比值b_p、b_q：

其中，式中U_A、U_B为主变最近一次有载调压分接开关动作前后主变低压侧电压值，ΔP₁为有载调压分接开关动作后低压侧有功功率瞬时变化值，ΔP₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，ΔQ₁为有载调压分接开关变化后低压侧无功功率瞬时变化值，ΔQ₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，P_i、Q_i为i节点负荷有功、无功功率。

优选地，根据ZP负荷模型参数计算节点导纳矩阵的具体步骤包括：

设定N个节点的电力网络，其网络方程可表示为：其中，为节点电压列向量，为节点注入电流列向量，Y为N阶节点导纳矩阵，其非对角元Y_ij可表示为：其中，z_ij为节点i，j的支路阻抗，且有i≠j；

非负荷节点的对角元Y_ii等于各个节点与该节点所连导纳的总和：当j＝0时，z_ij为节点对地导纳；

负荷节点i的对角元Y_ii等于各个节点与该节点所连导纳的总和再加上ZP负荷模型中恒阻抗分量的导纳值：

式中，i≠j，当j＝0时，z_ij为节点对地导纳，Y_Li可由下式计算得出：

式中，U_i为负荷节点电压值，P_i、Q_i为负荷功率，b_p、b_q该节点ZP负荷模型中恒阻抗分量消耗的有功、无功功率占负荷功率的比值。

优选地，设定各节点电压初始值的步骤包括：

设定各节点电压初值实部虚部f_i ⁽⁰⁾，通常设定为节点电压额定值，f_i ⁽⁰⁾为0。

优选地，根据设定的电压初始值或电压修正值计算负荷节点功率不平衡量和电压不平衡量的步骤包括：

将各节点电压初值或上次修正计算值代入下式e_i、f_i，求负荷节点恒功率分量功率的不平衡量ΔP_i、ΔQ_i和电压不平衡量ΔU_i：

式中，(1-b_p)P_i、(1-b_q)Q_i分别为去除ZP负荷模型中恒阻抗分量负荷的负荷有功、无功功率，e_i、f_i分别为节点电压实部、虚部，G_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素实部，B_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素虚部。

优选地，计算各节点电压修正量及电压修正值的步骤具体包括：

将各节点电压初值代入，计算修正方程式系数矩阵元素，系数矩阵元素表达式如下：

当j＝i

当j≠i

R_ij＝S_ij＝0

计算各节点电压的修正量：

计算各节点电压修正值公式如下：

优选地，判断是否满足收敛条件具体为：

若不满足上式的收敛条件，则以各节点电压修正值作为初值，返回步骤：根据设定的电压初始值或电压修正值计算负荷节点功率不平衡量和电压不平衡量进行下一轮迭代，ε为收敛精度，可根据实际要求设定。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：实际工作过程中，由于负荷存在功率-电压特性，当系统电压变化时负荷功率随之变化，本方法解决了传统的方法当电压变化时，负荷功率保持不变的问题，本发明计算潮流结果负荷节点功率随电压降低而降低，较为符合实际情况，为后续的电力系统的分析提供可靠的参考。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电力系统稳定性分析方法的示意性流程图。

图2是本发明实施例的算例模型图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种电力系统潮流计算方法，包括如下步骤：

S1：确定ZP负荷模型参数；

本步骤中，利用各负荷节点变电站与当前时间最近一次有载调压分接开关变化确定ZP负荷模型参数，步骤具体包括：

根据有载调压分接开关变化引起变电站低压侧的特征量计算ZP负荷模型中恒阻抗分量消耗的有功、无功功率占负荷功率的比值b_p、b_q：

其中，式中U_A、U_B为主变最近一次有载调压分接开关动作前后主变低压侧电压值，ΔP₁为有载调压分接开关动作后低压侧有功功率瞬时变化值，ΔP₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，ΔQ₁为有载调压分接开关变化后低压侧无功功率瞬时变化值，ΔQ₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，P_i、Q_i为i节点负荷有功、无功功率。

S2：根据ZP负荷模型参数计算节点导纳矩阵；

具体步骤包括：

设定N个节点的电力网络，其网络方程可表示为：其中，为节点电压列向量，为节点注入电流列向量，Y为N阶节点导纳矩阵，其非对角元Y_ij可表示为：其中，z_ij为节点i，j的支路阻抗，且有i≠j；

非负荷节点的对角元Y_ii等于各个节点与该节点所连导纳的总和：当j＝0时，z_ij为节点对地导纳；

负荷节点i的对角元Y_ii等于各个节点与该节点所连导纳的总和再加上ZP负荷模型中恒阻抗分量的导纳值：

式中，i≠j，当j＝0时，z_ij为节点对地导纳，Y_Li可由下式计算得出：

式中，U_i为负荷节点电压值，P_i、Q_i为负荷功率，b_p、b_q该节点ZP负荷模型中恒阻抗分量消耗的有功、无功功率占负荷功率的比值。

S3：设定各节点电压初始值；设定各节点电压初值实部虚部f_i ⁽⁰⁾，通常设定为节点电压额定值，f_i ⁽⁰⁾为0。

S4：根据设定的电压初始值或电压修正值计算负荷节点功率不平衡量和电压不平衡量；

将各节点电压初值或上次修正计算值代入下式e_i、f_i，求负荷节点恒功率分量功率的不平衡量ΔP_i、ΔQ_i和电压不平衡量ΔU_i：

式中，(1-b_p)P_i、(1-b_q)Q_i分别为去除ZP负荷模型中恒阻抗分量负荷的负荷有功、无功功率，e_i、f_i分别为节点电压实部、虚部，G_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素实部，B_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素虚部。

S5：将各节点电压初值代入，求计算修正方程式系数矩阵元素；

将各节点电压初值代入，计算修正方程式系数矩阵元素，系数矩阵元素表达式如下：

当j＝i

当j≠i

R_ij＝S_ij＝0

S6：计算各节点电压修正量；

计算各节点电压的修正量：

S7：计算电压修正值修正各节点电压初值；计算各节点电压修正值公式如下：

S8：判断是否满足收敛条件若是，执行步骤S9；

若不满足上式的收敛条件，则各节点电压修正值作为初值，返回步骤S4：根据电压修正值计算负荷节点恒功率分量功率不平衡量和电压不平衡量进行下一轮迭代，ε为收敛精度，可根据实际要求设定。

S9：输出计算结果。

实施例1

本发明实施例如图2所示选用IEEE9节点系统来进行测试，对比分析现有技术和本发明潮流计算结果。

表1给出了各负荷节点ZP负荷模型参数；表2给出了BUS1发电机电压为100％额定值时，现有技术潮流计算功率、电压值；表3给出了BUS1发电机电压为90％额定值时，现有技术和本发明潮流计算功率、电压值比较。

表1各负荷节点ZP负荷模型参数

表2 BUS1发电机电压为额定值100％时潮流计算电压值比较

表3 BUS1发电机电压为额定值90％时潮流计算电压值比较

由表2和表3可看出，降低BUS1发电机电压后，系统各节点电压均下降。由于负荷存在功率-电压特性，当电压降低时，负荷功率响应降低。比较表2、表3现有技术计算潮流结果，负荷节点BUS5、BUS6、BUS8有功、无功功率并没有随电压降低而降低，本发明计算潮流结果负荷节点功率随电压降低而降低，较为符合实际情况。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电力系统潮流计算方法，其特征在于：根据潮流计算模型中各负荷节点变电站最近一次有载调压分接开关动作引起的电气量变化值确定ZP负荷模型参数，在形成节点导纳矩阵时，将各负荷节点ZP负荷模型恒阻抗分量的导纳值加入节点导纳矩阵对应对角元，在设定各节点电压初值后，采用ZP负荷模型中恒功率分量功率值计算负荷节点恒功率分量功率的不平衡量和电压不平衡量，进行潮流计算。

2.如权利要求1所述的一种电力系统潮流计算方法，其特征在于：对于潮流计算中的负荷节点i，其对应ZP负荷模型中恒阻抗分量消耗的有功、无功功率占负荷功率的比值b_p、b_q可根据下式计算：

式(1)、式(2)中U_A、U_B为主变最近一次有载调压分接开关动作前后主变低压侧电压值，ΔP₁为有载调压分接开关动作后低压侧有功功率瞬时变化值，ΔP₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，ΔQ₁为有载调压分接开关变化后低压侧无功功率瞬时变化值，ΔQ₂为功率瞬时变化后恢复到功率稳定的变化量，P_i、Q_i为i节点负荷有功、无功功率。

3.如权利要求1所述的一种电力系统潮流计算方法，其特征在于：在形成节点导纳矩阵时，对于负荷节点i，其对角元Y_ii等于各个节点与该节点所连导纳的总和加上ZP负荷模型中恒阻抗分量的导纳值。

4.如权利要求2所述的一种电力系统潮流计算方法，其特征在于：在计算功率不平衡量时，采用ZP负荷模型中恒功率分量功率值计算负荷节点恒功率分量功率的不平衡量

式中，(1-b_p)P_i、(1-b_q)Q_i分别为去除ZP负荷模型中恒阻抗分量负荷的负荷有功、无功功率，e_i、f_i分别为节点电压实部、虚部，G_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素实部，B_ij为节点导纳矩阵第i行第j列元素虚部。