CN111758198B - 交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法 - Google Patents

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Abstract

一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，首先根据交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式；再结合参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型；继而利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵；然后根据该节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量；最后根据无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性，为实现支路轮断式静态安全性检验提供了一种快速准确方法。

Description

交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法
技术领域
本发明涉及电力工程领域，尤其涉及一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法和计算机可读存储介质。
背景技术
交流电力网的支路开断型静态安全性检验是其安全运行的重要保障。由于实际电力网的支路数以千计，且电力电子化快速反映的特性日益突出，亟待研究既快速又准确的支路开断型静态安全性检验新方法。
现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验的方法，要么基于直流潮流方程建立线路潮流与节点源荷有功之间的近似线性表达式实现，要么基于交流潮流的雅可比矩阵建立线路潮流与节点源荷有功和无功之间的局部线性表达式实现。前者由于以近似线性表达式为基础且忽略节点源荷无功功率对线路潮流的影响而不准确，后者因为以局部线性表达式为基础也不准确。若基于完整潮流计算来进行电力网支路开断型静态安全性检验，则又因为计算量巨大而不实用。
因此，现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验方法要么不准确，要么不快速，难以适应电力电子化快速反应的现代电力网安全运行的要求。
发明内容
本发明实施例提供一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法和计算机可读存储介质，旨在解决现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验方法存在不准确和不快速的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，包括：
根据交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式；
根据所述节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式、以及参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型；
根据所述交流电力网稳态的线性非对称模型，利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵；
根据所述无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量；
根据所述无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及所述支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性。
本发明实施例第二方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法的步骤。
上述交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法在实施过程中最后根据无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性。一方面，这种方法中支路开断引起的非参考节点平移电压增量和电压相位增量基于无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵修正得到，避免了重新求解常规逆矩阵，大大减小了计算量；另一方面，它同时计入了有功和无功全变量(而非增量)的影响，使获取的支路开断后完好支路潮流值准确。从而解决了现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验方法不准确和不快速的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的交流电力网通用模型的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参见图1和图2，本发明实施例提供的一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，包括以下步骤：
步骤S101,根据交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式；
步骤S102,根据所述节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式、以及参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型；
步骤S103,根据所述交流电力网稳态的线性非对称模型，利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵；
步骤S104,根据所述无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量；
步骤S105,根据所述无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及所述支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性。
对交流电力网中的全部支路轮流开断，按上述方法即可实现电力网静态安全性的扫描检验。这种方法给出的支路开断后完好支路潮流值，基于无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵修正(而非重新计算逆矩阵)求取、大大减小了计算量，而且还同时计入了有功和无功全变量(而非增量)的影响、结果准确。从而解决了现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验方法不准确和不快速的问题。
步骤S101中，所述根据所述交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式的方法具体为：
按照如下关系式建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式：
其中，i和j均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1,2,…,n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；所述Pi等于接于节点i的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qi等于接于节点i的电源无功功率减去负荷无功功率；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳；θi和θj分别为节点i和节点j的电压相位；υi和υj分别为节点i和节点j的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压。
步骤S102中，所述根据所述节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式、以及参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型的方法具体为：
按照如下关系式建立交流电力网稳态的线性非对称模型：
且先置零、再扫描支路按下式累加构建：/>
其中，i和j均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1,2,…,n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；编号为n的节点是已知的参考节点；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；所述P1等于接于节点1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Q1等于接于节点1的电源无功功率减去负荷无功功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；所述Pi等于接于节点i的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qi等于接于节点i的电源无功功率减去负荷无功功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率；所述Pn-1等于接于节点n-1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qn-1等于接于节点n-1的电源无功功率减去负荷无功功率；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳；θ1、θi和θn-1分别为节点1、节点i和节点n-1的电压相位；υ1、vi和vn-1分别为节点1、节点i和节点n-1的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压；是2(n-1)×2(n-1)维无支路开断型丢参考节点的节点导纳矩阵；/> 都分别是所述节点导纳矩阵/>中第2i-1行第2i-1列、第2i-1行第2i列、第2i-1行第2j-1列、第2i-1行第2j列、第2i行第2i-1列、第2i行第2i列、第2i行第2j-1列、第2i行第2j列的元素。
上述电力网稳态模型是线性的，且参考节点的源荷功率、平移电压和电压相位都未被列入该模型中，非参考节点的源荷功率与参考节点的源荷功率未被等同对待，这正是称之为线性非对称模型的缘故。
步骤S103中，所述根据所述交流电力网稳态的线性非对称模型，利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵的方法具体为：
按照如下关系式获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵：
其中，i为交流电力网中节点的编号，且属于连续自然数的集合{1,2,…,n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；和/>分别为无支路开断型节点1、节点i和节点n-1的电压相位；/>和/>分别为无支路开断型节点1、节点i和节点n-1的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；所述P1等于接于节点1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Q1等于接于节点1的电源无功功率减去负荷无功功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；所述Pi等于接于节点i的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qi等于接于节点i的电源无功功率减去负荷无功功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率；所述Pn-1等于接于节点n-1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qn-1等于接于节点n-1的电源无功功率减去负荷无功功率；/>是2(n-1)×2(n-1)维无支路开断型丢参考节点的节点导纳矩阵，且/>是它的常规逆矩阵；/>是无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵。
步骤S104中，根据所述无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量的具体步骤包括：
先将无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵赋值给支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵：并利用修正矩阵的常规逆计算公式按下述两式交替迭代计算出一条支路开断后丢参考节点的节点阻抗矩阵增量。
Δdkh∈{支路ml开断后产生的节点导纳矩阵的全部非零增量元素}
再按下式计算一条支路开断后非参考节点平移电压增量和电压相位增量；
其中，m和l均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1,2,…,n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；ml是已知的一条原来连接在节点i和节点j之间的开断支路；是无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵；/>和/>分别是支路ml开断后丢参考节点的节点阻抗矩阵及其增量；k和h分别是所述节点阻抗矩阵/>的列号和行号；Δdkh是支路ml开断后产生的节点导纳矩阵第k行第h列的非零增量元素；/>和/>分别是所述节点阻抗矩阵/>中第k列向量、第h行向量、第h行第k列元素；/>和分别为支路ml开断后节点1、节点i和节点n-1的电压相位增量；/>和分别为支路ml开断后节点1、节点i和节点n-1的平移电压增量，且都是平移-1.0后的标幺值电压；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；所述P1等于接于节点1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Q1等于接于节点1的电源无功功率减去负荷无功功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；所述Pi等于接于节点i的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qi等于接于节点i的电源无功功率减去负荷无功功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率；所述Pn-1等于接于节点n-1的电源有功功率减去负荷有功功率，所述Qn-1等于接于节点n-1的电源无功功率减去负荷无功功率。
步骤S105中，根据所述无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及所述支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性的具体步骤包括：
先按下式计算一条支路开断后任意一条完好支路的潮流。
再对全部完好支路的潮流检验是否满足若满足则该支路开断后电力网是静态安全的，否则是静态不安全的。
其中，i、j、m和l均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1,2,…,n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；ml是已知的一条原来连接在节点i和节点j之间的开断支路；是支路ml开断后支路ij上的有功潮流；/>是支路ij能够传输的有功潮流上限值；/>和/>分别是无支路开断型节点i和节点j的电压相位；/>和/>分别是支路ml开断后节点i和节点j的电压相位增量；/>和/>分别是无支路开断型节点i和节点j的平移电压，/>和/>分别是支路ml开断后节点i和节点j的平移电压增量，且它们都是平移-1.0后的标幺值电压；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳。
上述交流电力网支路开断型静态安全性检验方法，是基于交流电力网稳态的线性非对称模型实现的。这正是称本发明为交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法的缘故。这种方法，不仅支路开断引起的非参考节点平移电压增量和电压相位增量基于无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵修正得到、避免了重新求解常规逆矩阵、大大减小了计算量，还同时计入了有功和无功全变量(而非增量)的影响、使获取的支路开断后完好支路潮流值准确，从而解决了现有的交流电力网支路开断型静态安全性检验方法不准确和不快速的问题。
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，是存储有计算机程序的介质。所述计算机程序可以为源代码程序、对象代码程序、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机程序被处理器执行时实现如上实施例所述交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法的步骤。所述计算机可读存储介质可以包括能够携带所述计算机程序的任何实体或装置，例如U盘、移动硬盘、光盘、计算机存储器、随机存取存储器等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，包括：
根据交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式；
根据所述节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式、以及参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型；
根据所述交流电力网稳态的线性非对称模型，利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵；
根据所述无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量；
根据所述无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及所述支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性。
2.根据权利要求1所述的交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，所述根据交流电力网中节点源荷功率和支路导纳建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式的方法具体为：
按照如下关系式建立节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式：
其中，i和j均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1，2，…，n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳；θi和θj分别为节点i和节点j的电压相位；υi和υj分别为节点i和节点j的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压。
3.根据权利要求1所述的交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，所述根据所述节点源荷功率关于节点平移电压和电压相位的线性表达式、以及参考节点编号建立交流电力网稳态的线性非对称模型的方法具体为：
按照如下关系式建立交流电力网稳态的线性非对称模型：
且先置零、再扫描支路按下式累加构建：/>
其中，i和j均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1，2，…，n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；编号为n的节点是已知的参考节点；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳；θ1、θi和θn-1分别为节点1、节点i和节点n-1的电压相位；υ1、υi和υn-1分别为节点1、节点i和节点n-1的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压；是2(n-1)×2(n-1)维无支路开断型丢参考节点的节点导纳矩阵；/> 都是所述节点导纳矩阵/>和的元素。
4.根据权利要求1所述的交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，所述根据所述交流电力网稳态的线性非对称模型，利用常规逆矩阵获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵的方法具体为：
按照如下关系式获取无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位以及丢参考节点的节点阻抗矩阵：
其中，i为交流电力网中节点的编号，且属于连续自然数的集合{1，2，…，n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；和/>分别为无支路开断型节点1、节点i和节点n-1的电压相位；/>和/>分别为无支路开断型节点1、节点i和节点n-1的平移电压，且都是平移-1.0后的标幺值电压；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率；/>是2(n-1)×2(n-1)维无支路开断型丢参考节点的节点导纳矩阵，且/>是它的常规逆矩阵；/>是无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵。
5.根据权利要求1所述的交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，所述根据所述无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵和一条开断支路，利用修正矩阵的常规逆计算公式获取支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量的步骤包括：
先将无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵赋值给支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵：并利用修正矩阵的常规逆计算公式按下述两式交替迭代计算出一条支路开断后丢参考节点的节点阻抗矩阵增量；
Δdkh∈{支路ml开断后产生的节点导纳矩阵的全部非零增量元素}
再按下式计算一条支路开断后非参考节点平移电压增量和电压相位增量；
其中，m和l均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1，2，…，n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；ml是已知的一条原来连接在节点i和节点j之间的开断支路；是无支路开断型丢参考节点的节点阻抗矩阵；/>和/>分别是支路ml开断后丢参考节点的节点阻抗矩阵及其增量；k和h分别是所述节点阻抗矩阵/>的列号和行号；Δdkh是支路ml开断后产生的节点导纳矩阵第k行第h列的非零增量元素；/>和/>分别是所述节点阻抗矩阵/>中第k列向量、第h行向量、第h行第k列元素；/>和分别为支路ml开断后节点1、节点i和节点n-1的电压相位增量；/>和分别为支路ml开断后节点1、节点i和节点n-1的平移电压增量，且都是平移-1.0后的标幺值电压；P1和Q1分别为接于节点1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点1的源荷功率；Pi和Qi分别为接于节点i的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点i的源荷功率；Pn-1和Qn-1分别为接于节点n-1的源荷有功功率和源荷无功功率，且统称为节点n-1的源荷功率。
6.根据权利要求1所述的交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法，其特征在于，所述根据所述无支路开断型非参考节点平移电压和电压相位、以及所述支路开断型非参考节点平移电压增量和电压相位增量检验电力网静态安全性的步骤包括：
先按下式计算一条支路开断后任意一条完好支路的潮流；
再对全部完好支路的潮流检验是否满足若满足则该支路开断后电力网是静态安全的，否则是静态不安全的；
其中，i、j、m和l均为交流电力网中节点的编号，且都属于连续自然数的集合{1，2，…，n}；n为所述交流电力网中节点的总个数；ml是已知的一条原来连接在节点i和节点j之间的开断支路；是支路ml开断后支路ij上的有功潮流；/>是支路ij能够传输的有功潮流上限值；/>和/>分别是无支路开断型节点i和节点j的电压相位；/>和/>分别是支路ml开断后节点i和节点j的电压相位增量；/>和/>分别是无支路开断型节点i和节点j的平移电压，/>和/>分别是支路ml开断后节点i和节点j的平移电压增量，且它们都是平移-1.0后的标幺值电压；gij和bij分别是连接在节点i和节点j之间的支路ij的电导和电纳，且统称为支路ij的导纳。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述交流电力网支路开断型静态安全性检验的线性非对称方法的步骤。
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