CN111092453B - 一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，包括获取电网的直流潮流网络模型；遍历直流潮流网络模型中各“发电‑负荷”对，对各“发电‑负荷”对中发电节点和负荷节点分别注入单位电流元和单位负荷，并记录此时各线路电流变化量；判断各“发电‑负荷”中的发电节点和负荷节点是否存在光伏电源接入，并根据判断结果更新发电节点和/或负荷节点的功率权重，计算发电节点与负荷节点之间的传输功率权重；计算各线路的改进电气介数值；将各线路的改进电气介数值排序。本发明能够对多点接入光伏电源的电网关键线路进行辨识，符合未来智能电网安全发展的需要。

Description

一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法
技术领域
本发明属于涉及新能源并网系统运行与稳定技术领域，具体涉及一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法。
背景技术
随着电网大规模发展，电力网拓扑结构日益复杂，大范围停电事件也与日俱增，从世纪初的美加大停电到去年的巴西大停电无不举世皆惊。研究表明，电网中个别元件、线路发生故障继而引起连锁故障导致整片区域网络迅速崩溃是大停电主因，而其中极少具有长程连接的线路往往起到了推波助澜的作用。随着清洁能源发展，光伏电源在电网中的比例逐年攀增，光伏发电系统并网对系统也会产生影响。因此，在系统有光伏电源接入时能够快速、精准的辨识出系统关键线路，对于建立预防措施、制定电网运行方式，规避大规模停电事故造成危害具有重大理论依据和现实意义。
近年来研究可知国内外电网均具有明显小世界特性，其中电网关键线路推波助澜引起连锁故障快速传播便是该特性使然，通过对电网元件进行不同类型攻击可发现电网既有鲁棒性又有脆弱性的特性。复杂网络理论在电网脆弱性评估得到了广泛应用，其中度和介数用于辨识中心节点和关键线路。在此基础上，有学者在考虑网络拓扑和电气特性的同时，提出了电气介数和网络效能指标来辨识电网关键线路。
近年来，随着光伏电源的持续快速发展，其在电网中的渗透率不断提高，如今储能技术的发展使光伏电源具有随机性和波动性的特性得到改善，但是多数量的光伏电源由于各自入网计划的不同，仍会影响连接节点注入功率、节点电压、电网潮流。而电网电气介数指标通常依赖于潮流结果，因此各线路的电气介数指标也将随着潮流的改变而变化。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，能够对多点接入光伏电源的电网关键线路进行辨识，符合现阶段新能源并网的能源发展方向，符合未来智能电网安全发展的需要。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，包括：
(1)获取电网的直流潮流网络模型；
(2)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，对各“发电-负荷”对中的发电节点注入单位电流元，对负荷节点注入单位负荷，并记录各节点对注入单位电流元和单位负荷时电网所有线路产生的电流变化量；
(3)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，判断各“发电-负荷”中的发电节点和负荷节点是否存在光伏电源接入，并根据判断结果更新发电节点和/或负荷节点的功率权重，然后计算出发电节点与负荷节点之间的传输功率权重；
(4)基于步骤(2)和(3)中得到的数据，计算出各线路的改进电气介数值；
(5)对各线路的改进电气介数值进行排序，完成多点接入光伏电源的电网关键线路辨识。
可选地，所述直流潮流网络模型为无向加权图G＝(V，E，Z，P，B)，其中，点集V包含电网的发电机、联络节点、负荷节点；边集E包含电网的变压器支路和输电线路；边权值集Z包含输电线路的电抗值；传输值集P包含输电线路的最大传输功率；邻接矩阵B表示代表电网的结构关系。
可选地，所述直流潮流网络模型是基于复杂网络理论获得的。
可选地，若判断出某发电节点接入光伏电源，则按照下式计算出发电节点的功率权重：
Figure GDA0002412355320000021
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；SG是光伏电源接入发电节点产生的节点功率注入增量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重。
可选地，若判断出某负荷节点接入光伏电源，则：
Figure GDA0002412355320000022
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重；Sw是光伏电源接入负荷节点产生的节点功率注入增量，G和W分别为发电节点、负荷节点集合。
可选地，所述改进电气介数值的计算公式为：
Figure GDA0002412355320000023
其中，Be(m，n)为改进电气介数；Iij(m，n)为“发电-负荷”节点对(i,j)间增加单位电流元，负荷节点j增加单位负荷时线路(m,n)的电流变化量；Pmnmax是线路(m,n)的最大传输功率，Wis为发电节点i的功率权重，Wjs为负荷节点j的功率权重，
Figure GDA0002412355320000024
为发电节点与负荷节点之间的传输功率权重。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明对多点接入光伏电源的电网关键线路进行辨识，符合现阶段新能源并网的能源发展方向，符合未来智能电网安全发展的需要。
2、本发明引入了线路自身的最大传输功率，提高了辨识精度；同时，该方法综合考虑了电网的拓扑结构、发电容量、负荷容量及其分布特征，能够更真实有效地评估电网脆弱性。
3、本发明研究发现不同光伏电源渗透率情况下系统关键线路的变化情况，就当下光伏渗透率的日益提高，对于避免电网大停电事故具有一定的指导意义。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明方法的流程图。
图2为IEEE-39节点系统接线图。
图3为多光伏电源在发电节点并网的线路电气介数结果图。
图4为多光伏电源在负荷节点并网的线路电气介数结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，包括：
(1)获取电网的直流潮流网络模型；
(2)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，对各“发电-负荷”对中的发电节点注入单位电流元，对负荷节点注入单位负荷，并记录各节点对注入单位电流元和单位负荷时电网所有线路产生的电流变化量；
(3)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，判断各“发电-负荷”中的发电节点和负荷节点是否存在光伏电源接入，并根据判断结果更新发电节点和/或负荷节点的功率权重，然后计算出发电节点与负荷节点之间的传输功率权重；
(4)基于步骤(2)和(3)中得到的数据，计算出各线路的改进电气介数值；
(5)对各线路的改进电气介数值进行排序，完成多点接入光伏电源的电网关键线路辨识。
在本发明的一种具体实施例中，所述直流潮流网络模型是基于复杂网络理论获得的。所述直流潮流网络模型为无向加权图G＝(V，E，Z，P，B)，其中，点集V包含电网的发电机、联络节点、负荷节点；边集E包含电网的变压器支路和输电线路；边权值集Z包含输电线路的电抗值；传输值集P包含输电线路的最大传输功率；邻接矩阵B表示代表电网的结构关系。
在本发明的一种具体实施例中，若判断出某发电节点接入光伏电源，则按照下式计算出发电节点的功率权重：
Figure GDA0002412355320000041
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；SG是光伏电源接入发电节点产生的节点功率注入增量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重。
若判断出某负荷节点接入光伏电源，则：
Figure GDA0002412355320000042
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重；Sw是光伏电源接入负荷节点产生的节点功率注入增量，G和W分别为发电节点、负荷节点集合。
在本发明的一种具体实施例中，所述改进电气介数值的计算公式为：
Figure GDA0002412355320000043
其中，Be(m，n)为改进电气介数；Iij(m，n）为“发电-负荷”节点对(i,j)间增加单位电流元，负荷节点j增加单位负荷时线路(m,n)的电流变化量；Pmnmax是线路(m,n)的最大传输功率，Wis为发电节点i的功率权重，Wjs为负荷节点j的功率权重，
Figure GDA0002412355320000044
为发电节点与负荷节点之间的传输功率权重。
下面结合附图2中的IEEE-39节点系统为例，对本发明中提出的多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法进行详细说明，验证了本发明方法的辨识有效性。具体步骤如下：
步骤1：根据IEEE-39节点系统，对发电节点多点接入光伏电源的电网关键线路辨识进行仿真；
IEEE-39节点系统中有46条线路，10台发电机节点和19个负荷节点，选取节点31作为该系统的平衡节点。
本发明设定多个光伏电源分别接入节点39、30、37、35和32，光伏电源出力设定为200MW，其中设定光伏电源的出力波动由储能系统平抑。根据本发明提出的辨识方法，排序结果其中排名为前20的线路如表1所示，所得线路改进电气介数结果如图3所示。
表1
Figure GDA0002412355320000051
从表1可以发现，脆弱性较高的线路除了系统中的中长程传输线路、连接多个节点的线路即连接重负荷节点线路以外，光伏电源出口附近的线路也是排名靠前的线路，如线路21-22、线路13-14、线路1-2、线路1-39和线路6-11，这些线路出现故障将导致部分光伏电源或发电机的输出功率对系统局部网络功率供给不足。而排名靠前的线路16-17、线路16-29等线路属于系统拓扑结构中的中长程传输线路，连接较多节点线路，这些线路发生故障将导致发电机33、34、35和36的功率传输出现问题，导致系统局部区域电源供应短缺。可以发现，本发明提出的辨识方法可以反映电网自身的网络拓扑结构，也可以反映多个数量的光伏电源并网后对系统的影响情况。
步骤2：根据IEEE-39节点系统，对负荷节点多点接入光伏电源的系统关键线路辨识进行仿真；
本发明设定多个光伏电源分别接入节点4、3、25、29和16，光伏电源出力设定为200MW，其中设定光伏电源的出力波动由储能系统平抑。根据本发明提出的辨识方法，排序结果其中排名为前20的线路如表2所示，所得线路改进电气介数结果如图4所示。
表2
Figure GDA0002412355320000061
从表2可以发现，光伏电源接入负荷节点相对于光伏电源接入发电节点产生的影响更大。排名靠前的线路其排序变化较小，但线路的电气介数值均发生变化，而且光伏电源出口线路如3-4、线路3-18、线路25-26、线路16-17和线路16-24的电气介数值变化较为明显。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，其特征在于，包括：
(1)获取电网的直流潮流网络模型；
(2)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，对各“发电-负荷”对中的发电节点注入单位电流元，对负荷节点注入单位负荷，并记录向各节点对注入单位电流元和单位负荷时电网所有线路产生的电流变化量；
(3)遍历所述直流潮流网络模型中的所有“发电-负荷”对，判断各“发电-负荷”中的发电节点和负荷节点是否存在光伏电源接入，并根据判断结果更新发电节点和/或负荷节点的功率权重，然后计算出发电节点与负荷节点之间的传输功率权重；
(4)基于步骤(2)和(3)中得到的数据，计算出各线路的改进电气介数值；
(5)对各线路的改进电气介数值进行排序，完成多点接入光伏电源的电网关键线路辨识；
若判断出某发电节点接入光伏电源，则按照下式计算出发电节点的功率权重：
Figure FDA0004075696070000011
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；SG是光伏电源接入发电节点产生的节点功率注入增量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重；
若判断出某负荷节点接入光伏电源，则：
Figure FDA0004075696070000012
其中，Wis为发电节点i的功率权重；Wi为发电节点i的权重，取发电机额定容量；Wj为负荷节点j的权重，取实际负荷；Wjs为负荷节点j的功率权重；Sw是光伏电源接入负荷节点产生的节点功率注入增量，G和W分别为发电节点、负荷节点集合；
所述改进电气介数值的计算公式为：
Figure FDA0004075696070000013
其中，Bes(m，n)为改进电气介数；Iij(m，n)为“发电-负荷”节点对(i,j)间增加单位电流元，负荷节点j增加单位负荷时线路(m,n)的电流变化量；Pmnmax是线路(m,n)的最大传输功率，Wis为发电节点i的功率权重，Wjs为负荷节点j的功率权重，
Figure FDA0004075696070000014
为发电节点与负荷节点之间的传输功率权重。
2.根据权利要求1所述的一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，其特征在于：所述直流潮流网络模型为无向加权图G＝(V，E，Z，P，B)，其中，点集V包含电网的发电机、联络节点、负荷节点；边集E包含电网的变压器支路和输电线路；边权值集Z包含输电线路的电抗值；传输值集P包含输电线路的最大传输功率；邻接矩阵B表示代表电网的结构关系。
3.根据权利要求2所述的一种多点接入光伏电源的电网关键线路辨识方法，其特征在于：所述直流潮流网络模型是基于复杂网络理论获得的。
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