CN111799781B - 一种电力系统分析及处理的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力系统分析及处理的方法及装置,所述方法包括对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数;对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数;根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。利用本方法能对电力基础设施受打击过程进行分析,实时分析电力系统故障发生的方式,在有限的时间内得到有效解决措施,满足军事需求的综合性、快速计算和对打击手段的广泛适用性。

Description

一种电力系统分析及处理的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力基础设施防护领域,特别涉及一种电力系统分析及处理的方法及装置。
背景技术
在现代城市体系中,电力是非常重要的能源形式,一旦发生大面积停电,不仅会造成巨大经济损失,很多关键设施都无法使用,引起城市功能紊乱,民众也会陷入混乱。因此,电力基础设施已成为重要的战略打击设施,受到世界各国的密切关注。
电力系统遭受局部打击后之所以能造成大面积停电,是因为电力系统是一个发、输、配、用电实时平衡的控制系统,当电力系统中发生某个结构变化或某个元件停止工作时,可能导致无法控制,进而引发严重故障。
为提升城市电力基础设施抗打击能力,需要研发城市电力基础设施攻防的分析及电力调度方案,以支持各种行动样式的研究、演练和指挥训练,但随着分布式电源的大量接入,交直流联合输电线路日益增多,电力系统逐渐呈现小阻抗支路和重负荷等病态特征,传统的交流最优潮流,无论是在求解效率还是对于病态电力系统的处理能力上,都难以满足现代电力系统的要求,并且也无法满足特定的战略打击所需求的综合性、快速计算,以及对打击手段的广泛适用性。
因此,提出有效快速的电力系统分析方法具有十分重要的现实意义。
发明内容
随着分布式电源的大量接入,交直流联合输电线路日益增多,电力系统逐渐呈现小阻抗支路和重负荷等病态特征,传统的交流最优潮流,无论是在求解效率还是对于病态电力系统的处理能力上,都难以满足现代电力系统的要求,并且也无法满足特定的战略打击所需求的综合性、快速计算,以及对打击手段的广泛适用性,为了解决上述问题,本发明提供一种电力系统分析及处理的方法。
本发明第一方面提供一种电力系统分析及处理的方法,所述电力系统包括建模的输电网和配电网,所述方法包括:
对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
可选地,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
可选地,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000021
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行。
可选地,根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
可选地,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000022
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000023
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;
根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流。
可选地,确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
可选地,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000031
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax,其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
可选地,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000032
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
可选地,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
可选地,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
本发明第二方面提供一种电力系统分析及处理设备,所述设备包括:
存储器,用于存储指令;
处理器,用于读取所述存储器中的指令,执行下列过程:
对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
可选地,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
可选地,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000041
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行。
可选地,所述处理器根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
可选地,所述处理器利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000043
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000044
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;
根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流。
可选地,所述处理器确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
可选地,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000042
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax,其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
可选地,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000051
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
可选地,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
可选地,所述处理器利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
本发明第三方面提供一种电力系统分析及处理装置,所述装置包括:
第一电力损失参数确定模块,用于对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
第二电力损失参数确定模块,用于对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
综合评估指标确定模块,用于根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
削减模块,用于根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
可选地,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
可选地,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000061
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行。
可选地,所述处理器根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
可选地,所述第一电力损失参数确定模块利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000062
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000063
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;
根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流。
可选地,所述第一电力损失参数确定模块确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
可选地,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000064
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax,其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
可选地,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000065
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
可选地,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
可选地,所述第二电力损失参数确定模块利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机可读存储介质被处理器执行时实现本发明第一方面提供的任一所述的方法。
利用本发明提供的一种电力系统分析及处理的方法,能够基于最优直流潮流的发输电网打击后果量化计算,实现对于电力系统潮流的实时分析,并根据电力系统潮流的实时分析因打击受到的损耗电量,并基于最小路径算法计算各类配电系统的因打击受到的损耗电量,最终根据输电网与配电网累积的损耗电量利用分支定界法的确定的电压等级来计算相应的配电变压器的切除策略。
附图说明
图1为一种电力系统的示意图;
图2为一种电力系统分析及处理的方法流程示意图;
图3为一种网损等值负荷模型图;
图4为一种单侧电源双回供电高压配电网的示意图;
图5为与图4对应的元件连接框图;
图6为110kV变电站——10kV配电变压器的连接示意图;
图7为一种电力系统分析及处理设备结构图;
图8为一种电力系统分析及处理装置模块图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
下面结合说明书附图对申请实施例作进一步详细描述。应当理解,此处所描述的实施例仅用于说明和解释本申请,并不用于限定本申请。
为了方便理解,下面对本发明实施例中涉及的名词进行解释:
(1)最优潮流(Optimal Power Flow,OPF),是指当系统的结构参数和负荷情况都已给定时,调节可利用的控制变量(如发电机输出功率、可调变压器抽头等)来找到能满足所有运行约束条件的,并使系统的某一性能指标(如发电成本或网络损耗)达到最优值下的潮流分布。优潮流是一个典型的非线性优化问题,且由于约束的复杂性使得其训一算复杂,难度较大。虽然人们已经提出了许多种方法,并且在部分场合有所应用,但是要大规模实用化,满足电力系统的运行要求还有不少问题要解决。
(2)P-Q分解法,是潮流计算的一种简化方法,在电力系统中得到广泛应用。从牛顿-拉夫逊法潮流计算中可知牛顿-拉夫逊法的雅可比矩阵在每一次的迭代过程中都有变化,需要重新形成和求解,这占据了牛顿-拉夫逊法潮流计算的大部分时间,成为牛顿-拉夫逊法计算速度不能提高的原因。
(3)内点法(Interior Point Method),是一种求解线性规划或非线性凸优化问题的算法。
(4)松弛变量(Slack Variable),松弛变量的引入常常是为了便于在更大的可行域内求解。若为0,则收敛到原有状态,若大于零,则约束松弛。
对线性规划问题的研究是基于标准型进行的。因此对于给定的非标准型线性规划问题的数学,则需要将其化为标准型。一般地,对于不同形式的线性规划,可以采用一些方法将其化为标准型。其中,当约束条件为“≤”(“≥”)类型的线性规划问题,可在不等式左边加上(或者减去)一个非负的新变量,即可化为等式。这个新增的非负变量称为松弛变量(或剩余变量),也可统称为松弛变量,在目标函数中一般认为新增的松弛变量的系数为零。
(5)最小路径法,在本实施例中,在建立元件连接框图后,便可求取电源点到负荷点之间的最小路径。最小路径也是基本供电通路,但是应保证路中任一元件故障时,该路断开。与配电网不同,由于变电站运行方式的多样,电源点到负荷点之间的最小路径往往不唯一。
(6)分支定界法(Branch And Bound),基本思想是把原问题不断地分解为许多个较小的子问题并对其求解,一直到子问题不能再分解或得不出最优解。具体说来就是,某个带约束的最优化问题,若其可行解的个数有限,则通过引入线性松弛把整个可行解空间反复地分割为越来越小的可行解子集域,称为分支。然后利用较小工作量给子问题的目标函数值定一个“界”或求出其最优解,对于求最大规划问题定上界,求最小规划问题定下界,此称为定界,定界的目的是为了测定解的趋势。留下有价值的或者还不能判定的分支,删除界限不优于已知可行解集目标值的那些子集,即肯定不存在最优解的分支,称之为剪支,以此来加速收敛、简化运算。当所有的子问题都已处理完毕,原问题的最优解便可从已得的整数可行解中找到。分支定界法的基本步骤就是松弛原问题并将其分支为几个子问题、确定子问题的解值界限并剪去非优的子问题、再进行新的分支的反复过程。综上所述,分支定界法的实质就是以“松弛”、“分支”、“定界”、“剪支”为基础,不断划分原问题的可行解集域,将求解原问题的最优转化为求解多个松弛子问题的方法。对于同一问题,若采用不同的分支和定界规则就会形成不同的分支定界法。
在现代战争体系中,电力是城市非常重要的能源形式,一旦发生大面积停电,不仅会造成巨大经济损失,很多关键设施都无法使用,引起城市功能紊乱,民众也会陷入混乱,更会引起国际舆论的关注。为此,电力基础设施已成为重要的军事打击目标,受到世界各国的密切关注。
电力系统遭受局部打击后之所以能造成大面积停电,是因为电力系统是一个发、输、配、用电实时平衡的控制系统,当发生系统结构变化或元件停止工作时,可能导致无法控制,进而引发严重故障。
因此为了进一步对电力基础设施受打击过程进行分析,提出一种电力系统分析及处理的方法具有重要的意义。
本发明提供一种应用于电力系统的分析及处理的方法,如图1所示,为一种电力系统的示意图,其中,电力系统中包括:输电网101、配电网102、配电变压器103以及用电设备104,输电网101用于向配电网102实时输电,配电网102用于向各个配电变压器103供电,配电变压器103上连接多个用电设备104完成完整的电网供电流程。
如图2所示,为一种电力系统分析及处理的方法流程示意图,所述电力系统包括建模的输电网和配电网,所述方法包括如下步骤:
步骤S201,对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
对于输电网的电力调度是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效的管理手段,当发输电网遭受军事攻击,电力设备的损毁会导致发电和用电不平衡,此时调度中心能够根据在线潮流,快速调整发电机组出力,削减不重要负荷,从而确保电网持续安全稳定运行,因此提高调度中心在紧急状态下的调控能力,是提高电力系统输电网韧性的重要手段,但随着分布式电源的大量接入,交直流联合输电线路日益增多,电力系统逐渐呈现小阻抗支路和重负荷等病态特征,传统的交流最优潮流,无论是在求解效率还是对于病态电力系统的处理能力上,都难以满足现代电力系统的对于快速调整的要求,直流最优潮流(Direct Current Optimal Power Flow,DCOPF)将复杂的非线性问题线性化处理,具有求解速度快、无收敛性问题等优点,在求解大型互联电力系统的最优潮流分布问题时得到广泛应用。综上所述,考虑到对计算时间的需要以及对未来电力系统适用性需要,本实施例提出了基于网损等值负荷的改进直流最优潮流(Modified Direct Current Optimal Power Flow,MDCOPF)算法,该算法可以通过网损迭代的方式得到等值负荷的大小,提高了故障状态下电力系统优化调度准确度,减少打击损失。
首先建立输电网,通过模拟军事打击手段的第一打击参数能够分析电力系统的损失,获得根据军事打击的确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去。
具体的,电力系统的第一道防线由继电保护构成,在PSD-BPA(电力系统分析程序)中设置短路故障和相应的继电保护装置,通过仿真测试发现当发输电网发生故障,继电保护装置能够在0.2s内切除故障线路,防止故障扩散。因此假定继电保护装置能够正常动作,军事打击对于输电网的毁伤可以映射为对网络结构的删减,根据打击对象区分,分为支路移去和节点消去两种。
(1)支路移去
移去一条支路,等效于添加一条负阻抗支路,可以采用支路追加法对原阻抗矩阵进行修正。当移去连枝时,阻抗矩阵阶次不变,但阻抗矩阵的所有元素都需要修正。当移去树枝时,阻抗矩阵降低一阶,和树枝的端节点对应的行列应划去,其余部分不变。
(2)节点消去
若要消去网络中的节点,可以等效为移除与节点相关的支路,并在移除支路后阻抗矩阵降低一阶,节点消去对应的行列应划去。
对所述输电网进行仿真打击测试,确定被打击的输电网的中对应的被打击的支路和节点,利用支路移去和节点消去确定当前的输电网的电路拓扑结构,根据当前的电路拓扑结构和初始建模时的输电网的电路拓扑结构确定损失的第一电力损失参数,利用输电网的电路拓扑结构确定输电功率的方式,本领域技术人员应当知晓,这里不再赘述。
步骤S202,对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
其中,配电网主要是指从高压配电网上级变电站(220kV变电站)的出线母线起始,到高压变电站(110kV变电站)低压侧母线为止,其间所有的电网设备均为该环节的物理元件。中压配电网的电网环节主要是指从高压配电网变电站(110kV变电站)的出线母线起始,到用户侧为止,其间所有的电网设备均为该环节的物理元件,以及从高压变电站(110kV变电站)的出线母线起始,到各级配电变电器为止。
高压配电网与中压配电网的连接环节主要是指从高压配电网变电站的低压侧起始,与中压配电网起始出线的衔接,形成一个复合元件。将高压电网最小路径的终点作为中压配电网最小路径的起点。通过该接口,将高压配电网的故障影响计入中压配网中。
(1)建立配电网,通过模拟军事打击手段的第二打击参数能够分析电力系统的损失,获得军事打击的确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件,所述负荷点间的损失元件包括:母线、电源、输电线路这些关键元器件。
具体的,首先根据建模模型中的配电网建立元件连接框图,将电气主接线图转化为表征各元器件功能连接关系的配电网各元件连接框图,并在建立元件连接框图时根据具体的评估情况,对连接框图进行不同程度的化简。
(2)求取电源点到负荷点之间的最小路径
在建立元件连接框图后,基于配电网中各负荷点间的损失元件,确定电源点到负荷点之间的最小路径,由于变电站运行方式的多样,电源点到负荷点之间的最小路径往往不唯一。
(3)基于配电网运行方式进行最小路径组合
由于上述求得的最小路径仅为其中的任一电源点到负荷点两点间单一通路的集合,从中任意去除一条弧路径后将不再构成通路,并没有涉及电力系统中配电网的运行方式以及负荷转供等等,因此需要给出配电网的运行方式,进行最小路径的组合,得到第二电力损失参数。
由于最小路径上的关键元器件的突发扩大性故障引起的共同失效模式,使得最小路径也会发生变化,因最小路径的变化,原配电网相比于打击后的配电网能够配置的电量也会受到损耗,需要利用最小路径计算第二电力损失参数,所述利用最小路径计算第二电力损失参数的方式本领域人员应该知晓,这里不再赘述。
步骤S203,根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
电力系统分析及处理计算的核心思想在于将电力系统故障映射到最低供电单元上的状态变化,包含两部分内容:一是根据重要性向上累计的原则,输电网、变电站重要性需考虑下游配电网综合评估指标;二是配电网需要根据输电网停电信号大小,向下搜索需要切除的配电变压器。
配电变压器的综合评估指标与其所述供电区域的负荷重要程度直接相关,负荷重要程度综合评价指标体系通过反映负荷本身的特性以及负荷中断可能带来的影响,全面评估负荷在地区内的综合评估指标。
影响各配电变压器的综合评估指标的方式可以由配电变压器上负荷的重要程度评价指标确定,例如,重要程度评价指标可以包括:负荷性质、缺电成本、负荷密度、负荷率、年最大负荷利用小时等指标。
利用改进序关系法计算各配电变压器上的负荷重要程度,并根据所述负荷重要程度确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标。
具体的,各指标的具体含义如下:
(1)本实施例中将配电变压器上连接的负荷的性质分为3类,第一类是与军事活动相关的负荷,第二类是基础设施负荷,第三类是常规负荷,包括居民负荷和商业负荷,类别越高,相应的负荷越重要,配电变压器越重要。
(2)缺电成本是指因电力供应中断或不足而发生断电或限电时给连接配电变压器的用户造成的经济损失。缺电成本越大,供电中断造成的损失越大,负荷越重要,配电变压器越重要。
(3)负荷密度是指配电变压器的供电区域内最高负荷时平均单位面积的负荷值,如下式所示,用来表征配电变压器的负荷分布密集程度的量化参数。负荷密度大的地区往往位于城市中心,是商业、金融活动频繁的地区。
Figure BDA0002558999470000121
式中,d为配电变压器的负荷密度;Pmax为配电变压器的年最大有功负荷;S为配电变压器电力供应的用地面积。
(4)负荷率是指在统计期间内的配电变压器的连接的平均负荷与最大负荷之比的百分数,可用于描述负荷分布的不均衡程度。负荷率高意味着负荷曲线比较平缓,峰谷差较小,负荷处于较为平稳的水平,难以削减或中断。
Figure BDA0002558999470000122
式中,α为负荷率,Pav和Pmax分别为统计期间内的配电变压器的连接的平均负荷和最高负荷。
(5)年最大负荷利用小时是指配电变压器连接的电力负荷按年最大负荷持续运行,消耗配电变压器连接的电力负荷的年用电量所需的时间。其计算公式为:
Figure BDA0002558999470000123
式中,Tmax为年最大负荷利用小时数,Q为配电变压器连接的电力负荷的年用电量。
作为一种可选的实施方式,采用改进序关系法计算各负荷重要程度评价指标的权重,过程如下:
利用改进序关系法,根据各重要程度评价指标的影响综合评估指标的不同权重系数,确定各配电变压器的综合评估指标。
具体的,若存在n个配电变压器,m项负荷重要程度评价指标。对负荷重要程度评价指标对应的原始数据进行预处理,并采用传统序关系法初步确定各个指标权重,其中,预处理的方式可以为将各所述原始数据映射到多个数据区间中,根据所述数据区间确定原始数据对应的负荷重要程度评价指标大小。
计算上述的指标贡献率并确定序关系,C1>C1>>Cm,确定各配电变压器中各指标之间的互相贡献率:
Figure BDA0002558999470000124
其中,wj为各负荷重要程度评价指标的权重系数,xij为重要程度评价指标。
并对贡献率cj重新求解,计算公式为:
Figure BDA0002558999470000131
通过上述规划问题的最优解可求得各指标贡献率cj,再计算权重系数为:
Figure BDA0002558999470000132
Figure BDA0002558999470000133
利用改进序关系分析法得出的各项指标权重,计算出各配电变压器的重要程度综合评估指标为:
Figure BDA0002558999470000134
Y为综合评估指标,wk为各负荷重要程度评价指标的权重系数,xk为重要程度评价指标。
步骤S204,根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
当输电网、配电网遭受军事打击后,制定对应的负荷切除指令,变电站需根据切负荷指令要求,切除下游的配电变压器,为减少故障损失,需要对10kV配电变压器的负荷重要程度进行综合评估,按综合评估指标制定配电变压器切除策略。
配电变压器切除是一个典型的大规模整数0-1规划问题,针对0-1规划问题,常见求解方法有变换法、穷举法和隐枚举法,变换法用于解特殊的0-1规划问题,穷举法就是检查变量取值为0或1的每一种组合,比较目标函数值来求最优解,这就需要检查变量取值的个组合,对于n>10的情况,这几乎是办不到的。因此,本实施例中采用分支定界法,通过检查变量取值组合的一部分,得到问题的最优解,本领域技术人员应该知晓利用分支定界法确定问题的最优解的求解方法,这里不做赘述。
作为一种可选的实施方式,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
由于整个电力系统中,输电网与配电网相连,在输电网上的第一电力损失参数也会影响到配电网,因此,利用第一电力损失参数和第二电力损失参数计算根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷,以确定需要削减的负荷。
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
作为一种可选的实施方式,根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
具体的,计算电力系统交流潮流的输电网节点有功功率方程为:
Figure BDA0002558999470000141
输电网支路有功潮流可表达为:
Pi=ViVj(Gijcosθij+Bijsinθij)-tijGijVi 2
式中,tij为输电网中支路ij的变压器非标准变比;θij为输电网中支路ij两端节点电压的相角差θij=θij
Gij、Bij为输电网中节点导纳矩阵元素的实部与虚部。
Figure BDA0002558999470000142
式中:rij、xij为输电网中支路ij的电阻和电抗,当i=j时,有:
Figure BDA0002558999470000143
作为一种可选的实施方式,基于输电网中直流支路,在输电网的支路两端并入对地电阻requ,ij,建立如图3所示的网损等值负荷,其中,Pi′和Pj′分别为输电网中支路电抗xij两侧虚拟节点i′和j′的有功功率。
由于Vi≈Vj≈1.0,当requ,ij=2/Ploss,ij时,每个对地电阻消耗的有功功率均为2/Ploss,ij,因此输电网中支路网损就可以通过对地等值负荷的形式进行等效。由于该涉及了支路网损,使得输电网支路两端的有功功率满足Pi=Pj+Ploss,ij,因此无论是宏观上对于整个系统,还是微观上对于每条支路,有功平衡结果都近似于实际交流系统,此不仅可以提高算法的计算精度,而且能改善直流潮流分布。
对于不具备交流潮流解或者交流潮流不收敛的输电网,可通过迭代的方式得到网损等值负荷。首先,求解直流潮流的有功功率方程,得到输电网各节点电压相角,然后根据以下公式求出网损等值负荷的各支路i′j′的有功功率Pij′:
Figure BDA0002558999470000144
输电网各支路的有功损耗可通过以下公式求解:
Figure BDA00025589994700001510
式中:Ir,ij为流过输电网的支路电阻rij的电流大小;Sij′为输电网的支路i′j′视在功率幅值;αij为输电网的支路视在功率幅值与有功功率幅值的比例因子。基于直流潮流简化原理Vi≈Vj≈1.0,cosθij′≈1和sinθij′≈θij′,可得输电网的支路有功、无功功率之间的关系近似为:
Figure BDA0002558999470000151
因此,支路视在功率幅值与有功功率幅值的关系可用如下公式近似表示:
Figure BDA0002558999470000152
综上,根据上式中αij与其输电网所在支路电阻、电抗的比值之间的代数关系,可以计算出输电网的每条支路的αij,从而保证了的计算精度。
作为一种可选的实施方式,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
首先利用如下公式计算输电网的各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000153
并利用如下公式计算输电网的各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为输电网的各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000154
为支路两端相角差向量,Bl为由输电网的各支路导纳组成的对角矩阵,l为输电网中的支路个数,P为节点注入功率向量,θ为输电网中节点电压相角向量,B为输电网中节点导纳矩阵的虚部;
根据所述输电网的各支路的支路直流有功潮流和所述输电网的各节点的节点直流有功潮流,确定输电网的直流有功潮流。
具体的,将交流潮流根据P-Q分解法的简化条件进行简化,就可以得到如下直流潮流方程:
Figure BDA0002558999470000155
上式可知
Figure BDA0002558999470000156
但为了应用方便,我们定义:
Figure BDA0002558999470000157
因此,
Figure BDA0002558999470000158
最后,得到:
Figure BDA0002558999470000159
写成矩阵形式,为:P=Bθ
式中:P为输电网中节点注入的功率向量,其中元素Pi=PGi-PDi,这里PGi和PDi分别为在输电网中节点i的发电机出力和负荷;θ为输电网节点电压相角向量;B为输电网节点导纳矩阵的虚部P=Bθ也可写成另一种形式:
θ=XP
式中:X为B的逆矩阵:
X=B-1,同样,将P-Q分解法的简化条件代入支路潮流方程式,可以得到:
Figure BDA0002558999470000161
将上式写成矩阵形式:
Figure BDA0002558999470000162
式中:Pl为输电网的各支路有功潮流构成的向量;
Figure BDA0002558999470000163
为输电网的各支路两端相角差向量;Bl为由输电网的各支路导纳组成的对角矩阵,设输电网的支路数为l,则Bl为l阶方阵。
作为一种可选的实施方式,确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
作为一种可选的实施方式,所述输电网中的发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000164
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax
其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为输电网中的发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
作为一种可选的实施方式,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000165
x=[PGi,θi]T,PGi为输电网中的发电机的有功出力向量,θi为输电网中节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
具体的,基于网损等值负荷图,建立以重要负荷损失度最小为目标函数的MDCOPF:
Figure BDA0002558999470000166
约束条件为系统中输电网的各节点的有功功率平衡方程,输电网中各发电机组的有功出力约束以及电压相角约束:
Figure BDA0002558999470000167
PGimin≤PGi≤PGimax
θimin≤θi≤θimax
作为一种可选的实施方式,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000171
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,所述Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行,从小到大依次削减,与电力系统连接的配电变压器的综合评估指标与配电变压器的负荷量乘积最小的配电变压器,并且当配电变压器的综合评估指标过高时,也可以根据选择不削减综合评估指标过高的配电变压器,选择削减其他配电变压器。
上述约束条件为配电变压器削减中,使用受影响所属范围内负荷削减量与负荷重要度乘积之和的最小值为目标函数;
具体的,以下为采用分支定界法求解如何削减配电变压器的计算步骤:
首先引入松弛因子,修正原等式约束。
考虑到Xjαj为离散整数,为保证有可行解,引入松弛因子η和松弛因子μ,修改的等式约束。
Figure BDA0002558999470000172
然后利用松弛因子η和松弛因子μ确定不等式约束,计算两个约束的求解,若都有解,则其中小的一个即为最优解;若其中有一个是整数解且对应最优值小于或等于另一子问题的最优值,则该整数解就是原问题的最优解。
若上述不等式约束条件均不满足,对最优值较小或小于已有整数解值、且解为非整数的子规划进行对第二个变量的分解计算,最终可以得到配电变压器削减结果。
本实施例中采用内点法进行求解上述不等式及等式约束,其基本思路是希望在不断的寻优迭代过程始终在可行域内进行,因此,初始点应取在可行域内,并在可行域的边界设置“障碍”使迭代点接近边界时其目标函数值迅速增大,从而保证迭代点均为可行域的内点。通过引入障碍常数即等式约束,将目标函数改造为含有障碍常数的目标函数,并引入松弛变量将不等式约束变为等式约束,就把原来的不等式约束的优化问题变成了只含等式约束的优化问题,从而可以构造一个拉格朗日函数,运用拉格朗日乘子法进行求解。优化问题极小值存在的必要条件就是拉格朗日函数对所有变量及乘子的偏导数为0。每次迭代更新变量值和拉格朗日乘子,当障碍常数的值趋于零时,当前问题的最优解就是原有问题的最优解。
作为一种可选的实施方式,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
其中,配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性包括:
220kV变电站与110kV变电站的连通性以及110kV变电站与10kV配电变压器的连通性。
(1)220kV变电站与110kV变电站的连通性,计算方式为:
如图4所示为一种单侧电源双回供电高压配电网的示意图;
将电气主接线图转化为表征各元器件功能关系的元件连接框图。以图4所示的电源A至变电站甲为例,建立元件连接框图。在建立元件连接框图时根据具体的评估情况对连接框图进行不同程度的化简,最小路径法基于故障停电考虑,建立元件连接框图。例如,以元件故障停电为例,建立上述接线图的元件连接框图如图5所示;
在建立元件连接框图后,计算电源点到负荷点之间的最小路径,最小路径可通过,根据配电网的元件连接框图中映射的联络矩阵求取:设配电网中网络节点矩阵为C,网络矩阵的行代表到达的节点编号,列代表出发的节点编号。
联络矩阵每个元素定义如下:
Figure BDA0002558999470000181
对于配电网中n个节点的计算图中,任意两个节点之间的最小路径最多包括弧数≤n-1。
对应上述元件连接框图,其网络节点矩阵为:
Figure BDA0002558999470000182
对于联络矩阵,定义乘法运算:
Figure BDA0002558999470000183
其中:
Figure BDA0002558999470000191
Cij (2)表示从节点i到j的长度为2的最小路径的全体。于是通过求C1,C2,…,Cn-1矩阵,便可取得任意两点间步长长度为1至n-1的最小路径的全体。
例如,对于电源和负荷点11,先求取C1,C2,…,C10,然后选取该10个矩阵中第一行第十一列的元素,依次为从电源点经过1步、2步……10步到达负荷点11的最小路径。
将选出的最小路径记为{L1,L2,...Lm},其中Li用(1 0 01…0)的向量表示,1表示相应弧路径的选取,0表示相应的弧路径不包含在该最小路径中。对于负荷点11有最小路径如下:
Figure BDA0002558999470000192
由于上述求得的最小路径仅为两点间单一通路的集合,从中任意去除一条弧路径后将不再构成通路,并没有配电网的运行方式以及负荷转供等等。因此根据配电网的运行方式,进行最小路径的组合。
配电网的运行方式的改变对应配电网内部变电站运行方式的改变,因此需要给定配电网当前的运行方式。例如高压侧母联断路器的开合、低压侧母联断路器的开合、进线断路器的开合状态等等,本实施例选取110kV变电站常用运行方式作为示例。
110kV变电站运行模式为:备用进线,高压侧母联断路器闭合,低压侧母联断路器开断,避免电磁环网的形成;两台变压器线路并列工作。由于110kV线路故障导致的一路断路器跳开,变电站需要进行负荷转移,但是考虑变压器本身的负载情况,可设置负荷转移率为系统平均转移率,本节假设负荷平均转移率为40%。
对于上述求得的最小路径进行组合得到配电网在运行方式下的最小路径,记该最小路径为最小复合路径,记为{Lcomplex1,Lcomplex2,…,LcomplexM}。
对上述配电网计算最小复合路为:
Figure BDA0002558999470000193
(2)110kV变电站与10kV配电变压器的连通性,计算方式为:
在110kV变电站-10kV配电变压器的在实际运行中多采用开环运行、辐射状供电方式,在打击后果计算中,应以上述方式作为典型方式进行计算,在实际计算时,由于网络结构及装配的不同,各个元件参与计算的方式也不同。例如,以图6所示的接线图为例来计算110kV变电站——10kV配电变压器的系统的连通性。
先求取每个负荷点到电源点的最小路径,这样路线上的元件便可分为最小路径上的元件和非最小路径上的元件2类。图6中接线图中负荷节点a到电源的最小路径为:CB4—0-1段—1-2段—CB1—CB2—2-a段—Fa—Ta,该线路上的元件为最小路径元件,而配电网中其他元件为非最小路径上元件。
对于最小路径上元件,如果系统无备用电源,那么最小路径上的每个元件发生故障或检修,均会引起负荷点的停运。
如果有备用电源,而且主馈线上装有分段装置(隔离开关、负荷开关或分段断路器),那么分段装置前的元件发生故障引起后段负荷点停运时间仅为max{tF,tB},其中tF为分段装置的操作时间,tB为备用电源的倒闸操作时间。如图6所示,主馈线0-1段故障,负荷节点a的停运事件为max{tF,tB},而且0-1段检修负荷a不停运。考虑到分段装置的操作时间和备用电源的倒闸操作时间较短,在建模仿真分析中可以忽略不计。
高压配电网(220kV-110kV)与中压配电网(110kV-10kV)的连接环节主要是指从高压配电网变电站的低压侧起始,与中压配电网起始出线的衔接,形成一个复合元件。将高压电网最小路径的终点作为低压配电网最小路径的起点。通过该接口,将高压配电网的故障影响带入到中压配电网中。
通过配电网影响串联来表示最终的受到的打击,计算公式如下:
λ220_10=λ220_110×λ110_10
上式中,λ220_10表示10kV配电变压器与220kV变电站的连通性,λ220_110表示110kV变电站与220kV变电站的连通性,λ110_10表示110kV变电站与10kV配电变压器的连通性。
作为一种可选的实施方式,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
具体的,如果其首端装有熔断器等分支线保护,那么分支线上的元件发生故障,熔断器熔断,故障不影响其他支线。例如,如图6中分支线b、c、d故障,不影响负荷a和其他负荷的运行;
如果没有熔断器等分支线保护,此种情况下,确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零。
具体的,首先求每个非最小路元件到电源的最小路径,并且找到通路上从元件出发的第一个开关或分段断路器,再判断开关或分段断路器是否位于负荷节点的最小路上。如果通路上第一个开关或分段断路器不在负荷点的最小路径上,则非最小路径元件发生故障所引起的负荷点停运时间为开关或分段断路器的操作时间。如果主馈线3、4、5、6上的元件故障,由于它们到电源的最小路径通路上的第一个开关CB3不在负荷节点a的最小路径上,因此,则它们引起负荷a的停运时间仅为分段断路器的操作时间,即认为负荷a不会停运;如果通路上第一个开关或分段断路器在负荷点的最小路径上,则开关不起作用,即元件发生故障所引起的负荷点停运。如图6所示,如果开关CB3发生故障,由于CB3到电源的最小路径通路上的第一个开关CB1在负荷节点a的最小路径上,因此开关CB1不起作用,节点a停运。
利用本发明提供的一种电力系统分析及处理的方法,能够基于最优直流潮流的发输电网打击后果量化计算,实现对于电力系统潮流的实时分析,并根据电力系统潮流的实时分析因打击受到的损耗电量,并基于最小路径算法计算各类配电系统的因打击受到的损耗电量,最终根据输电网与配电网累积的损耗电量利用分支定界法的确定的电压等级来计算相应的配电变压器的切除策略。
本发明实施例提供一种电力系统分析及处理设备,如图7所示,该设备包括一个或一个以上处理器(英文全称:central processing units,英文简称:CPU)701(例如,一个或一个以上处理器)和存储器702,一个或一个以上存储应用程序704或数据706的存储介质703(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中,存储器702和存储介质703可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质703的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)。更进一步地,处理器701可以设置为与存储介质703通信,在设备700上执行存储介质703中的一系列指令操作。
设备700还可以包括一个或一个以上电源709,一个或一个以上有线或无线网络接口707,一个或一个以上输入输出接口708,和/或,一个或一个以上操作系统705,例如Windows Server,Mac OS X,Unix,Linux,FreeBSD等。
其中,所述处理器用于读取所述存储器中的指令,执行下列过程:
对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
可选地,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
可选地,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000221
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行。
可选地,所述处理器根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
可选地,所述处理器利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000222
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000223
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;
根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流。
可选地,所述处理器确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
可选地,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000224
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax
其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
可选地,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000225
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
可选地,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
可选地,所述处理器利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
本发明实施例提供一种电力系统分析及处理装置,如图8所示,所述装置包括:
第一电力损失参数确定模块801,用于对所述输电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第一打击参数,确定第一电力损失参数,所述第一打击参数包括支路移去和节点消去;
第二电力损失参数确定模块802,用于对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
综合评估指标确定模块803,用于根据负荷重要程度评价指标,确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标;
削减模块804,用于根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
可选地,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
可选地,所述约束条件为:
Figure BDA0002558999470000231
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行。
可选地,所述处理器根据得到的至少一个打击参数,确定所述第一电力损失参数,包括:
根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流;
根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数。
可选地,所述第一电力损失参数确定模块801利用P-Q分解法根据所述交流有功潮流计算直流有功潮流,包括:
利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure BDA0002558999470000241
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure BDA0002558999470000242
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;
根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流。
可选地,所述第一电力损失参数确定模块801确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
可选地,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure BDA0002558999470000243
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax
其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限。
可选地,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure BDA0002558999470000244
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
可选地,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据所述元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
可选地,所述第二电力损失参数确定模块802利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率,包括:
若最小路径算法确定与变压器连接的最小路径上存在故障元件时,确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率为零;
否则,利用所述最小路径确定该最小路径连接的配电变压器的输出功率。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机可读存储介质被处理器执行时实现上述实施例提供的任一所述的电力系统分析及处理的方法。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电力系统分析及处理的方法,所述电力系统包括建模的输电网和配电网,其特征在于,所述方法包括:
对所述输电网进行仿真打击测试,第一打击参数包括支路移去和节点消去,根据所述支路移去和节点消去,计算输电网输出的交流有功潮流,利用如下公式计算各支路的支路直流有功潮流:
Figure FDA0003040944300000011
并利用如下公式计算各节点的节点直流有功潮流P=Bθ,Pl为各支路有功潮流构成的向量,
Figure FDA0003040944300000013
为支路两端相角差向量,Bl为由各支路导纳组成的对角矩阵,l为系统的支路数,P为节点注入功率向量,θ为节点电压相角向量,B为节点导纳矩阵的虚部;根据所述各支路的支路直流有功潮流和所述各节点的节点直流有功潮流,确定直流有功潮流;根据所述直流有功潮流,确定当前输电网输出的供电功率;根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前输电网输出的供电功率的差值为第一电力损失参数;
对所述配电网进行仿真打击测试,根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,所述第二打击参数包括负荷点间的损失元件;
利用改进序关系法计算各配电变压器上的负荷重要程度,并根据所述负荷重要程度确定与所述电力系统连接的各配电变压器的综合评估指标,所述负荷重要程度的评价指标包括:负荷性质、缺电成本、负荷密度、负荷率以及年最大负荷利用小时;
根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一电力损失参数、第二电力损失参数及各配电变压器的综合评估指标,削减与所述电力系统连接的配电变压器,包括:
根据所述第一电力损失参数和第二电力损失参数,确定对应的需要削减的负荷,根据电力系统的总负荷和所述需要消减的负荷确定目标负荷;
利用对配电变压器消减后得到目标负荷的目标函数,利用分支定界法求解对应需要消减的配电变压器,其中,在求解过程中,根据各配电变压器的综合评估指标,以消减的配电变压器对应的重要负荷损失度最小为约束条件。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述约束条件为:
Figure FDA0003040944300000012
所述Qi为电力系统需要削减的负荷,Yj为配电变压器的综合评估指标,Xj为配电变压器j的负荷量;αj为配电变压器的当前状态,0表示未运行,1表示正常运行,n为需要削减的负荷归算到的配电变压器集合。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定当前输电网输出的供电功率之后,还包括:
以增大输电网的供电功率为目标,对当前输电网中的发电机供电参数和/或连接的支路进行调整,其中,调整时以发电机的供电参数在设定参数范围内,和/或发电机成本为约束条件。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述发电机的供电参数对应的约束条件包括至少一个:
Figure FDA0003040944300000021
θimin≤θi≤θimax、PGimin≤PGi≤PGimax,其中,ΔPi为增大输电网的供电功率,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,nb为系统节点数,Bij为支路电抗,θij为支路相角,Pequi其他节点等效负荷,θimin和θimax分别为节点相角的下限和上限,PGimin和PGimax分别为发电机有功出力的下限和上限,PDi为节点i的负荷值。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述发电机成本对应的约束条件为:
Figure FDA0003040944300000022
x=[PGi,θi]T,PGi为发电机的有功出力向量,θi为节点电压相角向量,a2i,a1i,a0i为发电机i的发电机成本特性参数,ng为发电机数。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据得到的至少一个第二打击参数,确定第二电力损失参数,包括:
根据元件和负荷点间的损失元件,计算配电网中变电站与所述配电变压器之间的连通性;
根据所述连通性,利用使供电路径最小的最小路径算法,确定当前配电网输出的最大功率;
根据仿真打击测试前输电网输出的原供电功率,与当前配电网输出的最大功率的为第二电力损失参数。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机可读存储介质被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法。
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