CN110957723A - 一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，属于电力系统运行控制技术领域。该方法首先，设定电网运行状态量的限值，将符合电网运行状态量限值的电网运行方式存储到离线数据库；计算基于母线电压轨迹的评估电网暂态电压安全性指标TVSI；仿真分析离线数据库中每种电网运行方式对应的TVSI，并将结果补充到离线数据库中；从更新后的离线数据库中选取当前电网运行方式的临近电网运行方式，用临近电网运行方式拟合当前电网运行方式的暂态电压安全性指标，得到当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果。本发明可以快速评估电网的暂态电压安全性，可以用于在线分析和无功优化问题的稳定约束判定。

Description

一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法

技术领域

本发明涉及一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，属于电力系统运行控制技术领域。

背景技术

近年来，我国建设并投运了多条大容量远距离输电线路，形成了一批典型的送端区域电网(以下简称：送端电网)和受端区域电网(以下简称：受端电网)。受端电网依赖外部输送有功功率，其区域内部的发电量小于负荷量。因为传统的同步发电机可以用作无功源，因此受端电网的无功源容量相对较少，导致其内部的电压稳定性较差。

在现代电网中，接入了大量的间歇式可再生能源发电设备(例如：风力发电、光伏发电等)、动态响应负荷(例如：空调)以及直流换流站等动态响应特性丰富的元件，因而其暂态电压安全问题也值得关注。

对于大电网的暂态电压安全研究，目前大多依靠数值仿真软件。但仿真分析耗时较长，难以用于在线分析、无功优化问题的稳定约束判定等研究。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法。本发明可以快速评估电网的暂态电压安全性，可以用于在线分析和无功优化问题的稳定约束判定。

本发明提出一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)设定电网运行状态量的限值，包括：电网控制状态量的限值和电网潮流结果状态量的限值；随机生成电网运行方式，分别计算每种电网运行方式对应的潮流结果，将符合电网运行状态量限值的电网运行方式及其对应的电网的控制状态量集合存储到离线数据库中；具体步骤如下：

(1-1)设定电网控制状态量的限值：

定义Ω_Grid为电网中母线的集合，将Ω_Grid分为三个子集合分为记为Ω_PV、Ω_PQ、Ω_Vθ；其中，Ω_PV中的母线为PV节点，Ω_PQ中的母线为PQ节点，Ω_Vθ中的母线为Vθ节点；

定义CSV为电网控制状态量集合，表达式如下：

S_V ^sp＝{V_i ^sp|i∈Ω_PV∪Ω_Vθ}

S_θ ^sp＝{θ_i ^sp|i∈Ω_Vθ}

P_g,i ^sp,min≤P_g,i ^sp≤P_g,i ^sp,max,i∈Ω_PV

V_i ^sp,min≤V_i ^sp≤V_i ^sp,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^sp,min≤P_l,i ^sp≤P_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^sp,min≤Q_l,i ^sp≤Q_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV中母线的发电机有功出力设定值的集合，S_V ^sp为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的电压幅值设定值的集合，

为电网中母线的有功负荷量设定值的集合，

为电网中母线的无功负荷量设定值的集合，S_θ ^sp为Ω_Vθ中母线的电压相角设定值的集合；P_g,i ^sp为母线i的发电机有功出力设定值，V_i ^sp为母线i的电压幅值设定值，P_l,i ^sp为母线i的有功负荷量设定值，Q_l,i ^sp为母线i的无功负荷量设定值，θ_i ^sp为母线i的电压相角设定值；P_g,i ^sp,min是母线i的发电机无功出力设定值下限，P_g,i ^sp,max是母线i的发电机无功出力设定值上限，V_i ^sp,min是母线i的电压幅值设定值下限，V_i ^sp,max是母线i的电压幅值设定值上限，P_l,i ^sp,min是母线i的有功负荷量设定值下限，P_l,i ^sp,max是母线i的有功负荷量设定值上限，Q_l,i ^sp,min是母线i的无功负荷量设定值下限，Q_l,i ^sp,max是母线i的无功负荷量设定值上限，

是电网中母线电压相角设定值的最大值，

是电网中母线电压相角设定值的最小值；

(1-2)设定电网潮流结果状态量的限值；

定义RSV为电网的潮流结果状态量集合，表达式如下：

S_V ^Rlt＝{V_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

S_θ ^Rlt＝{θ_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

P_g,i ^Rlt,min≤P_g,i ^Rlt≤P_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

Q_g,i ^Rlt,min≤Q_g,i ^Rlt≤Q_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^Rlt,min≤P_l,i ^RltRlt≤P_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^Rlt,min≤Q_l,i ^Rlt≤Q_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

V_i ^Rlt,min≤V_i ^Rlt≤V_i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机有功出力潮流结果的集合，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机无功出力潮流结果的集合，

为电网中母线的有功负荷量潮流结果的集合，

为电网中母线的无功负荷量潮流结果的集合，S_V ^Rlt为电网中母线的电压幅值潮流结果的集合，S_θ ^Rlt为电网中母线的电压相角潮流结果的集合；P_g,i ^Rlt为母线i的发电机有功出力潮流结果，Q_g,i ^Rlt为母线i的发电机无功出力潮流结果，P_l,i ^Rlt为母线i的有功负荷量潮流结果，Q_l,i ^Rlt为母线i的发电机无功负荷量潮流结果，V_i ^Rlt为母线i的电压幅值潮流结果，θ_i ^Rlt为母线i的电压相角潮流结果；P_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机有功出力潮流结果下限，P_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机有功出力潮流结果上限，Q_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机无功出力潮流结果下限，Q_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机无功出力潮流结果上限，P_l,i ^Rlt,min是母线i的有功负荷量潮流结果下限，P_l,i ^Rlt,max是母线i的有功负荷量潮流结果上限，Q_l,i ^Rlt,min是母线i的无功负荷量潮流结果下限，Q_l,i ^Rlt,max是母线i的无功负荷量潮流结果上限，V_i ^Rlt,min是母线i的电压幅值潮流结果下限，V_i ^Rlt,max是母线i的电压幅值潮流结果上限，

是电网中母线电压相角潮流结果的最大值，

是电网中母线电压相角潮流结果的最小值；

(1-3)随机生成若干电网运行方式，筛选出潮流结果状态量和控制状态量均符合对应限值的电网运行方式，并将筛选后的电网运行方式对应的控制状态量结果作为一个样本存储到离线数据库中；

离线数据库的存储格式如下：

DB＝{Case₁,...,Case_n}

Case_i＝{i,CSV_i}

其中，Case_i是离线数据库中的第i个样本，CSV_i是该样本对应的控制状态量集合，DB是离线数据库，下标n是离线数据库中的样本数量；

(2)计算基于母线电压轨迹的评估电网暂态电压安全性指标，具体步骤如下：

(2-1)计算任一母线在任一故障下的暂态电压安全性指标，具体步骤如下：

(2-1-1)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压恢复速度分量TVSI₁：

其中，v(t)是暂态过程中的母线电压轨迹；

(2-1-2)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的低电压持续时间分量TVSI₂：

其中，T_end是暂态过程结束的时刻，S_Tspan是v(t)中电压持续低于0.75p.u.的时间段的集合，T_span,max是S_Tspan中时间跨度最长的时间段；

(2-1-3)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压振荡分量TVSI₃：

其中，

是v(t)最后1s的部分，Osc(v(t))是

的振荡幅度；

(2-1-4)计算该母线在该故障下的电网暂态电压安全性指标TVSI：

TVSI＝max(TVSI₁,TVSI₂,TVSI₃)

(2-2)重复步骤(2-1)，得到每条母线在不同故障下分别对应的TVSI；

(2-3)计算最终的暂态电压安全性指标，表达式如下：

其中，TVSI_k,j是故障j下母线k的TVSI指标，l、m分别为母线数量和故障数量；

(3)仿真分析离线数据库中电网运行方式的暂态电压安全性，把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库；具体步骤如下：

(3-1)仿真分析离线数据库中每种电网运行方式的暂态电压安全性，记录母线的电压轨迹数据；

母线的电压轨迹的具体存储格式如下：

Vt_i＝{i_Oper,j_Flt,k_Bus,v(t)}

VtDBⁱ＝{Vt₁,...,Vt_p}

其中，Vt_i是存储的第i个母线电压轨迹，i_Oper是电网运行方式的编号，j_Flt是故障的编号，k_Bus是电网中母线的编号，v(t)是母线的电压轨迹；VtDBⁱ是存储Vt的集合，下标p是VtDB中的电压轨迹数量；

(3-2)计算电压轨迹的TVSI指标，把结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库：

定义TVSIⁱ为电网运行方式i对应的TVSI指标集合，表达式如下：

TVSIⁱ＝{TVSIⁱ _j,k|j∈S_Flt,k∈Ω_Grid}

其中，TVSIⁱ _j,k是母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标，S_Flt是电网故障的集合，Ω_Grid是电网母线的集合；

把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，更新后的离线数据库的存储格式具体如下：

DB'＝{Case'₁,...,Case'_n}

Case'_i＝{i,CSV_i,TVSIⁱ}

其中，Case'_i是更新后的离线数据库中的第i个样本，CSV_i是该样本对应的控制状态量，DB'是更新后的离线数据库；

(4)定义电网运行方式间的距离，从更新后的离线数据库中选取当前电网运行方式的临近电网运行方式，用当前电网运行方式的临近电网运行方式拟合出当前电网运行方式的暂态电压安全性指标，得到当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果；具体步骤如下：

(4-1)定义d(i₀,i₁)为电网运行方式i₀与电网运行方式i₁之间的距离，表达式如下：

ω_k,V≥0

ω_k,θ≥0

其中，

是母线k的发电机有功出力的权重，ω_k,V是母线k的电压幅值的权重，

是母线k的有功负荷量的权重，

是母线k的无功负荷量的权重，ω_k,θ是母线k的电压相角的权重；

(4-2)定义i₀为当前电网运行方式，定义S_d为i₀与更新后的离线数据库中各电网运行方式的距离的集合，表达式如下：

S_d＝{d(i₀,i)|Case'_i∈DB'}

定义S_d|_0.001大于S_d中1/1000的元素，但小于S_d中999/1000的元素；定义S_i0为与i₀的临近电网运行方式集合，表达式如下：

定义ω_i为

中的每一个样本的权重，表达式如下：

计算当前电网运行方式的暂态电压安全性指标定义

表达式如下：

其中，TVSIⁱ _j,k为母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标，

为母线k在当前电网运行方式和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标；

(4-3)根据步骤(4-2)的结果，评估当前电网运行方式的暂态电压安全性：

若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为大概率稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为不确定稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为大概率失稳；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为失稳。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明通过设定合理的电网状态量的限值，以及合理的操作步骤，快速的生成了潮流结果符合实际需求的电网运行方式。通过设定合理的存储格式，减小了离线数据库占用的存储空间。

本发明定义一种基于母线电压轨迹的评估电网暂态电压安全性的指标。从三个方面综合考虑了电网的暂态电压安全性，能更综合的反映出电网的暂态电压安全性问题，使得接下来的评估结果更准确。

本发明利用数值仿真软件仿真分析离线数据库中电网运行方式的暂态电压安全性，把结果补充到离线数据库中。通过设定合理的存储格式，减小了离线数据库占用的存储空间。

本发明定义电网运行方式间的距离，基于离线数据库，用当前电网运行方式的临近电网运行方式来拟合出当前电网运行方式的暂态电压安全性。定义的电网运行方式间距离综合考虑了电网的控制状态量，能确保相互距离近的电网运行方式的暂态电压安全性也相似。通过设定合理的加权算法，确保了拟合结果的可信度。

具体实施方式

本发明提出一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，下面结合具体实施例进一步详细说明如下。

本发明提出一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，包括以下步骤：

(1)设定电网运行状态量的限值，包括：电网控制状态量的限值和电网潮流结果状态量的限值；随机生成大量电网运行方式，将符合电网运行状态量限值的电网运行方式及其对应的电网的控制状态量集合存储到离线数据库中；具体步骤如下：

(1-1)设定电网控制状态量的限值：

定义Ω_Grid为电网中母线的集合。将电网中的母线分成三类，这三类母线的集合分别定义为Ω_PV、Ω_PQ、Ω_Vθ。Ω_PV中的母线记为PV节点，这类母线的有功功率注入和电压幅值给定，无功功率注入和电压相角待求。Ω_PQ中的母线记为PQ节点，这类母线的有功功率注入和无功功率注入给定，电压幅值和电压相角待求。Ω_Vθ中的母线记为Vθ节点，这类母线的电压幅值和电压相角给定，有功功率注入和无功功率注入待求。

定义CSV为电网控制状态量集合，表达式如下：

S_V ^sp＝{V_i ^sp|i∈Ω_PV∪Ω_Vθ}

S_θ ^sp＝{θ_i ^sp|i∈Ω_Vθ}

P_g,i ^sp,min≤P_g,i ^sp≤P_g,i ^sp,max,i∈Ω_PV

V_i ^sp,min≤V_i ^sp≤V_i ^sp,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^sp,min≤P_l,i ^sp≤P_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^sp,min≤Q_l,i ^sp≤Q_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV中母线的发电机有功出力设定值的集合，S_V ^sp为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的电压幅值设定值的集合，

为电网中母线的有功负荷量设定值的集合，

为电网中母线的无功负荷量设定值的集合，S_θ ^sp为Ω_Vθ中母线的电压相角设定值的集合。P_g,i ^sp为母线i的发电机有功出力设定值，V_i ^sp为母线i的电压幅值设定值，P_l,i ^sp为母线i的有功负荷量设定值，Q_l,i ^sp为母线i的无功负荷量设定值，θ_i ^sp为母线i的电压相角设定值。P_g,i ^sp,min是母线i的发电机无功出力设定值下限，P_g,i ^sp,max是母线i的发电机无功出力设定值上限，V_i ^sp,min是母线i的电压幅值设定值下限，V_i ^sp,max是母线i的电压幅值设定值上限，P_l,i ^sp,min是母线i的有功负荷量设定值下限，P_l,i ^sp,max是母线i的有功负荷量设定值上限，Q_l,i ^sp,min是母线i的无功负荷量设定值下限，Q_l,i ^sp,max是母线i的无功负荷量设定值上限，

是电网中母线电压相角设定值的最大值，

是电网中母线电压相角设定值的最小值。

(1-2)设定电网潮流结果状态量的限值；

定义RSV为电网的潮流结果状态量集合，表达式如下：

S_V ^Rlt＝{V_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

S_θ ^Rlt＝{θ_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

P_g,i ^Rlt,min≤P_g,i ^Rlt≤P_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

Q_g,i ^Rlt,min≤Q_g,i ^Rlt≤Q_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^Rlt,min≤P_l,i ^RltRlt≤P_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^Rlt,min≤Q_l,i ^Rlt≤Q_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

V_i ^Rlt,min≤V_i ^Rlt≤V_i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机有功出力潮流结果的集合，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机无功出力潮流结果的集合，

为电网中母线的有功负荷量潮流结果的集合，

为电网中母线的无功负荷量潮流结果的集合，S_V ^Rlt为电网中母线的电压幅值潮流结果的集合，S_θ ^Rlt为电网中母线的电压相角潮流结果的集合。P_g,i ^Rlt为母线i的发电机有功出力潮流结果，Q_g,i ^Rlt为母线i的发电机无功出力潮流结果，P_l,i ^Rlt为母线i的有功负荷量潮流结果，Q_l,i ^Rlt为母线i的发电机无功负荷量潮流结果，V_i ^Rlt为母线i的电压幅值潮流结果，θ_i ^Rlt为母线i的电压相角潮流结果。P_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机有功出力潮流结果下限，P_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机有功出力潮流结果上限，Q_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机无功出力潮流结果下限，Q_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机无功出力潮流结果上限，P_l,i ^Rlt,min是母线i的有功负荷量潮流结果下限，P_l,i ^Rlt,max是母线i的有功负荷量潮流结果上限，Q_l,i ^Rlt,min是母线i的无功负荷量潮流结果下限，Q_l,i ^Rlt,max是母线i的无功负荷量潮流结果上限，V_i ^Rlt,min是母线i的电压幅值潮流结果下限，V_i ^Rlt,max是母线i的电压幅值潮流结果上限，

是电网中母线电压相角潮流结果的最大值，

是电网中母线电压相角潮流结果的最小值。

(1-3)随机生成若干电网运行方式，筛选出潮流结果状态量和控制状态量均符合对应限值的电网运行方式，并将筛选后的电网运行方式对应的控制状态量结果存储到离线数据库中。

电网的电网运行方式由控制状态量唯一的确定。具体步骤如下。

(1-3-1)随机生成电网的控制状态量，构成一个CSV集合。

(1-3-2)对该CSV集合中的所有元素进行判定：

如果CSV中的元素均满足对应限值要求，则进入步骤(1-3-3)；否则，放弃该CSV集合，重新返回步骤(1-3-1)。

(1-3-3)用数值仿真软件计算电网潮流，读取潮流结果状态量，构成RSV集合。

(1-3-4)对RSV集合中的所有元素进行判定：

如果RSV中的所有元素均满足对应限值要求，则进入步骤(1-3-5)；否则，重新返回步骤(1-3-3)。

(1-3-5)将CSV集合作为第i个样本存储到离线数据库。具体的存储格式如下。

DB＝{Case₁,...,Case_n}

Case_i＝{i,CSV_i}

其中，Case_i是离线数据库中的第i个样本，i是该样本的编号，CSV_i是该样本对应的控制状态量集合。DB是离线数据库，下标n是离线数据库中的样本数量。

如果i＜10000，则令i＝i+1，然后重新返回步骤(3-1-1)；否则，结束计算。

需要注意的是，常见的电网数据仿真软件都能完成本步骤的计算。例如电力系统分析综合程序(PSASP)，软件的使用方法见说明书。

(2)计算基于母线电压轨迹的评估电网暂态电压安全性指标，以评估多个故障下电网中母线的暂态电压安全性；具体步骤如下：(2-1)计算任一母线在任一故障下的暂态电压安全性指标，具体步骤如下：

(2-1-1)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压恢复速度分量；

定义TVSI₁为暂态电压安全性指标的电压恢复速度分量，表达式如下：

其中，v(t)是暂态过程中的母线电压轨迹。

(2-1-2)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的低电压持续时间分量；

定义TVSI₂为暂态电压安全性指标的低电压持续时间分量，表达式如下：

其中，T_end是暂态过程结束的时刻，S_Tspan是v(t)中电压持续低于0.75p.u.的时间段的集合，T_span,max是S_Tspan中时间跨度最长的时间段。

(2-3)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压振荡分量；

定义TVSI₃为暂态电压安全性指标的电压振荡分量，表达式如下：

其中，

是v(t)最后1s的部分，Osc(v(t))是

的振荡幅度。

(2-1-4)计算该母线在该故障下的电网暂态电压安全性指标；

定义TVSI为电网暂态电压安全性指标，表达式如下：

TVSI＝max(TVSI₁,TVSI₂,TVSI₃)

需要注意的是，这里的TVSI对应于一个母线在一个故障下的电压轨迹，如果需要考虑的母线或故障数量多于1个，则需要对TVSI做进一步处理。

(2-2)重复步骤(2-1)，得到每条母线在不同故障下分别对应的TVSI；

(2-3)计算最终的暂态电压安全性指标，表达式如下：

其中，TVSI_k,j是故障j下母线k的TVSI指标，l、m分别是考虑的母线数量和故障数量，TVSI是考虑了多个母线和故障情况下的暂态电压安全性指标。

(3)利用数值仿真软件仿真分析离线数据库中电网运行方式的暂态电压安全性，把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库；具体步骤如下：

(3-1)仿真分析离线数据库中每种电网运行方式的暂态电压安全性，记录母线的电压轨迹数据；

常见的电网数据仿真软件都能完成本步骤的计算。例如电力系统分析综合程序(PSASP)，软件的使用方法见说明书。

母线的电压轨迹的具体存储格式如下：

Vt_i＝{i_Oper,j_Flt,k_Bus,v(t)}

VtDBⁱ＝{Vt₁,...,Vt_p}

其中，Vt_i是存储的第i个母线电压轨迹，i_Oper是电网运行方式的编号，j_Flt是故障的编号，k_Bus是电网中母线的编号，v(t)是母线的电压轨迹。VtDBⁱ是存储Vt的集合，下标p是VtDB中的电压轨迹数量。

(3-2)计算电压轨迹的TVSI指标，把结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库：

定义TVSIⁱ为电网运行方式i对应的TVSI指标集合，表达式如下：

TVSIⁱ＝{TVSIⁱ _j,k|j∈S_Flt,k∈Ω_Grid}

其中，TVSIⁱ _j,k是母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标。S_Flt是电网故障的集合，Ω_Grid是电网母线的集合。

把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，更新后的离线数据库的存储格式具体如下：

DB'＝{Case'₁,...,Case'_n}

Case'_i＝{i,CSV_i,TVSIⁱ}

其中，Case'_i是更新后的离线数据库中的第i个样本，i是该样本的编号，CSV_i是该样本对应的控制状态量。DB'是更新后的离线数据库，下标n是离线数据库中的样本数量。

(4)定义电网运行方式间的距离，基于更新后的离线数据库，从更新后的离线数据库中选取当前电网运行方式的临近电网运行方式，用当前电网运行方式的临近电网运行方式拟合当前电网运行方式的暂态电压安全性指标，得到当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果；具体步骤如下：

(4-1)定义电网运行方式间的距离：

定义d(i₀,i₁)为电网运行方式i₀与电网运行方式i₁之间的距离，表达式如下：

ω_k,V≥0

ω_k,θ≥0

其中，

是母线k的发电机有功出力的权重，ω_k,V是母线k的电压幅值的权重，

是母线k的有功负荷量的权重，

是母线k的无功负荷量的权重，ω_k,θ是母线k的电压相角的权重。默认情况下，各权重系数都设定为1。如果更关注某一类电网状态变量(例如发电机有功出力)，可以增加该类电网状态变量的权重系数。下标0对应电网运行方式i₀，下标1对应电网运行方式i₁。

(4-2)定义当前电网运行方式的临近电网运行方式集合，并定义拟合公式：

定义i₀为当前电网运行方式，定义S_d为i₀与更新后的离线数据库中各电网运行方式的距离的集合，表达式如下：

S_d＝{d(i₀,i)|Case'_i∈DB'}

其中，i为DB'中的一个电网运行方式，Case'_i为DB'中的一个样本。

定义S_d|_0.001大于S_d中1/1000的元素，但小于S_d中999/1000的元素。定义

为与i₀的临近电网运行方式集合，表达式如下：

其中，i为DB'中的一个电网运行方式，Case'_i为DB'中的一个样本。

定义ω_i为

中的每一个样本的权重，表达式如下：

其中，i为

中的一个电网运行方式。

定义

为当前电网运行方式的暂态电压安全性指标，表达式如下：

其中，TVSIⁱ _j,k为母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标，

为母线k在当前电网运行方式和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标。

(4-3)评估当前电网运行方式的暂态电压安全性：

定义评估当前电网运行方式的暂态电压安全性的判据，具体表述如表所示：

表1当前电网运行方式的暂态电压安全性评估表

Claims (1)

1.一种数据驱动的在线快速评估电网暂态电压安全性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)设定电网运行状态量的限值，包括：电网控制状态量的限值和电网潮流结果状态量的限值；随机生成电网运行方式，分别计算每种电网运行方式对应的潮流结果，将符合电网运行状态量限值的电网运行方式及其对应的电网的控制状态量集合存储到离线数据库中；具体步骤如下：

(1-1)设定电网控制状态量的限值：

定义Ω_Grid为电网中母线的集合，将Ω_Grid分为三个子集合分为记为Ω_PV、Ω_PQ、Ω_Vθ；其中，Ω_PV中的母线为PV节点，Ω_PQ中的母线为PQ节点，Ω_Vθ中的母线为Vθ节点；

定义CSV为电网控制状态量集合，表达式如下：

S_V ^sp＝{V_i ^sp|i∈Ω_PV∪Ω_Vθ}

S_θ ^sp＝{θ_i ^sp|i∈Ω_Vθ}

P_g,i ^sp,min≤P_g,i ^sp≤P_g,i ^sp,max,i∈Ω_PV

V_i ^sp,min≤V_i ^sp≤V_i ^sp,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^sp,min≤P_l,i ^sp≤P_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^sp,min≤Q_l,i ^sp≤Q_l,i ^sp,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV中母线的发电机有功出力设定值的集合，S_V ^sp为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的电压幅值设定值的集合，

为电网中母线的有功负荷量设定值的集合，

为电网中母线的无功负荷量设定值的集合，S_θ ^sp为Ω_Vθ中母线的电压相角设定值的集合；P_g,i ^sp为母线i的发电机有功出力设定值，V_i ^sp为母线i的电压幅值设定值，P_l,i ^sp为母线i的有功负荷量设定值，Q_l,i ^sp为母线i的无功负荷量设定值，θ_i ^sp为母线i的电压相角设定值；P_g,i ^sp,min是母线i的发电机无功出力设定值下限，P_g,i ^sp,max是母线i的发电机无功出力设定值上限，V_i ^sp,min是母线i的电压幅值设定值下限，V_i ^sp,max是母线i的电压幅值设定值上限，P_l,i ^sp,min是母线i的有功负荷量设定值下限，P_l,i ^sp,max是母线i的有功负荷量设定值上限，Q_l,i ^sp,min是母线i的无功负荷量设定值下限，Q_l,i ^sp,max是母线i的无功负荷量设定值上限，

是电网中母线电压相角设定值的最大值，

是电网中母线电压相角设定值的最小值；

(1-2)设定电网潮流结果状态量的限值；

定义RSV为电网的潮流结果状态量集合，表达式如下：

S_V ^Rlt＝{V_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

S_θ ^Rlt＝{θ_i ^Rlt|i∈Ω_Grid}

P_g,i ^Rlt,min≤P_g,i ^Rlt≤P_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

Q_g,i ^Rlt,min≤Q_g,i ^Rlt≤Q_g,i ^Rlt,max,i∈Ω_PV∪Ω_Vθ

P_l,i ^Rlt,min≤P_l,i ^RltRlt≤P_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

Q_l,i ^Rlt,min≤Q_l,i ^Rlt≤Q_l,i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

V_i ^Rlt,min≤V_i ^Rlt≤V_i ^Rlt,max,i∈Ω_Grid

其中，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机有功出力潮流结果的集合，

为Ω_PV和Ω_Vθ中母线的发电机无功出力潮流结果的集合，

为电网中母线的有功负荷量潮流结果的集合，

为电网中母线的无功负荷量潮流结果的集合，S_V ^Rlt为电网中母线的电压幅值潮流结果的集合，S_θ ^Rlt为电网中母线的电压相角潮流结果的集合；P_g,i ^Rlt为母线i的发电机有功出力潮流结果，Q_g,i ^Rlt为母线i的发电机无功出力潮流结果，P_l,i ^Rlt为母线i的有功负荷量潮流结果，Q_l,i ^Rlt为母线i的发电机无功负荷量潮流结果，V_i ^Rlt为母线i的电压幅值潮流结果，θ_i ^Rlt为母线i的电压相角潮流结果；P_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机有功出力潮流结果下限，P_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机有功出力潮流结果上限，Q_g,i ^Rlt,min是母线i的发电机无功出力潮流结果下限，Q_g,i ^Rlt,max是母线i的发电机无功出力潮流结果上限，P_l,i ^Rlt,min是母线i的有功负荷量潮流结果下限，P_l,i ^Rlt,max是母线i的有功负荷量潮流结果上限，Q_l,i ^Rlt,min是母线i的无功负荷量潮流结果下限，Q_l,i ^Rlt,max是母线i的无功负荷量潮流结果上限，V_i ^Rlt,min是母线i的电压幅值潮流结果下限，V_i ^Rlt,max是母线i的电压幅值潮流结果上限，

是电网中母线电压相角潮流结果的最大值，

是电网中母线电压相角潮流结果的最小值；

(1-3)随机生成若干电网运行方式，筛选出潮流结果状态量和控制状态量均符合对应限值的电网运行方式，并将筛选后的电网运行方式对应的控制状态量结果作为一个样本存储到离线数据库中；

离线数据库的存储格式如下：

DB＝{Case₁,...,Case_n}

Case_i＝{i,CSV_i}

其中，Case_i是离线数据库中的第i个样本，CSV_i是该样本对应的控制状态量集合，DB是离线数据库，下标n是离线数据库中的样本数量；

(2)计算基于母线电压轨迹的评估电网暂态电压安全性指标，具体步骤如下：

(2-1)计算任一母线在任一故障下的暂态电压安全性指标，具体步骤如下：

(2-1-1)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压恢复速度分量TVSI₁：

其中，v(t)是暂态过程中的母线电压轨迹；

(2-1-2)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的低电压持续时间分量TVSI₂：

其中，T_end是暂态过程结束的时刻，S_Tspan是v(t)中电压持续低于0.75p.u.的时间段的集合，T_span,max是S_Tspan中时间跨度最长的时间段；

(2-1-3)计算该母线在该故障下的暂态电压安全性指标的电压振荡分量TVSI₃：

其中，

是v(t)最后1s的部分，Osc(v(t))是

的振荡幅度；

(2-1-4)计算该母线在该故障下的电网暂态电压安全性指标TVSI：

TVSI＝max(TVSI₁,TVSI₂,TVSI₃)

(2-2)重复步骤(2-1)，得到每条母线在不同故障下分别对应的TVSI；

(2-3)计算最终的暂态电压安全性指标，表达式如下：

其中，TVSI_k,j是故障j下母线k的TVSI指标，l、m分别为母线数量和故障数量；

(3)仿真分析离线数据库中电网运行方式的暂态电压安全性，把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库；具体步骤如下：

(3-1)仿真分析离线数据库中每种电网运行方式的暂态电压安全性，记录母线的电压轨迹数据；

母线的电压轨迹的具体存储格式如下：

VtDBⁱ＝{Vt₁,...,Vt_p}

其中，Vt_i是存储的第i个母线电压轨迹，i_Oper是电网运行方式的编号，j_Flt是故障的编号，k_Bus是电网中母线的编号，v(t)是母线的电压轨迹；VtDBⁱ是存储Vt的集合，下标p是VtDB中的电压轨迹数量；

(3-2)计算电压轨迹的TVSI指标，把结果补充到离线数据库中，得到更新后的离线数据库：

定义TVSIⁱ为电网运行方式i对应的TVSI指标集合，表达式如下：

TVSIⁱ＝{TVSIⁱ _j,k|j∈S_Flt,k∈Ω_Grid}

其中，TVSIⁱ _j,k是母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标，S_Flt是电网故障的集合，Ω_Grid是电网母线的集合；

把每种电网运行方式对应的TVSI结果补充到离线数据库中，更新后的离线数据库的存储格式具体如下：

DB'＝{Case'₁,...,Case'_n}

Case'_i＝{i,CSV_i,TVSIⁱ}

其中，Case'_i是更新后的离线数据库中的第i个样本，CSV_i是该样本对应的控制状态量，DB'是更新后的离线数据库；

(4)定义电网运行方式间的距离，从更新后的离线数据库中选取当前电网运行方式的临近电网运行方式，用当前电网运行方式的临近电网运行方式拟合出当前电网运行方式的暂态电压安全性指标，得到当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果；具体步骤如下：

(4-1)定义d(i₀,i₁)为电网运行方式i₀与电网运行方式i₁之间的距离，表达式如下：

ω_k,V≥0

ω_k,θ≥0

其中，

是母线k的发电机有功出力的权重，ω_k,V是母线k的电压幅值的权重，

是母线k的有功负荷量的权重，

是母线k的无功负荷量的权重，ω_k,θ是母线k的电压相角的权重；

(4-2)定义i₀为当前电网运行方式，定义S_d为i₀与更新后的离线数据库中各电网运行方式的距离的集合，表达式如下：

S_d＝{d(i₀,i)|Case'_i∈DB'}

定义S_d|_0.001大于S_d中1/1000的元素，但小于S_d中999/1000的元素；定义

为与i₀的临近电网运行方式集合，表达式如下：

定义ω_i为

中的每一个样本的权重，表达式如下：

计算当前电网运行方式的暂态电压安全性指标定义

表达式如下：

其中，TVSIⁱ _j,k为母线k在电网运行方式i和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标，

为母线k在当前电网运行方式和故障j下对应的电压轨迹的TVSI指标；

(4-3)根据步骤(4-2)的结果，评估当前电网运行方式的暂态电压安全性：

若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为大概率稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为不确定稳定；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为大概率失稳；若

则当前电网运行方式的暂态电压安全性评估结果为失稳。