CN112436507A - 一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，通过局部修正逻辑计算点和设备的关联关系从而在电网发生拓扑变化时，直接修正对应的雅可比矩阵的方法。本发明流程上减少了微拓扑分析、宏拓扑分析、全网设备关联管理、计算节点初始化及形成导纳矩阵的过程；内容上通过分区断路器、隔离刀闸设备的拉开和闭合的两种情况分别对电网进行分析，包括拉开后是否生成新的逻辑计算点、是否形成新的潮流计算岛以及形成死岛或者活岛等方面，涉及到了所有连接设备变位后的情况，效率高，且局部修正结果也准确，极大提高了潮流计算的计算效率。

Description

一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法

技术领域

本发明涉及一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，属于涉及电力系统潮流计算技术领域。

背景技术

当前电网调控云正在各省级电力公司中积极建设，电网的规模较之前变化非常大。根据某省大模型数据统计，电力系统计算节点达到万级水平。随着电力系统调控云的建设，各种高级应用都需要部署在调控云，供全省调控人员使用，因此优化各级应用的计算方法，节约计算资源将会成为发展方向。

目前常规的潮流计算拓扑分析方法主要是当电网结构变化时，重新对电网进行拓扑分析，这种方法比较适用于电网规模不大的情况，当电网发生断路器或者隔离刀闸变位的情况时，随着电网规模的不断变大，尤其所有的高级应用都在云端进行计算时，必然会造成计算资源的浪费，且计算效率也非常低。针对电网规模超大的情况，不仅计算效率降低，同时浪费计算资源。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，通过局部修正逻辑计算点和设备的关联关系从而在电网发生拓扑变化时，直接修正对应的雅可比矩阵的方法，极大简化拓扑分析的步骤，提高拓扑分析至潮流计算的效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据电网中连接点、设备，形成与连接点相关联的逻辑计算点，与逻辑计算点相关联的设备，与逻辑计算点相关联的潮流计算岛。

步骤2：根据对断路器或隔离刀闸的拉开和闭合不同操作进行分析，按照各自的操作划为是否形成新的逻辑计算点、是否形成新的潮流计算岛、是否合并逻辑计算点及是否合并潮流计算岛的情况进行分析；分别修正对应的逻辑计算点和设备的关联关系以及逻辑计算点和潮流计算岛的关联关系。

步骤3：根据修正后的潮流计算岛和逻辑计算点的关联关系、逻辑计算点和设备的关联关系，修正对应的雅可比矩阵中对应的行和列。

作为优选方案，所述步骤1具体步骤如下：

步骤1.1：通过深度搜索和广度搜索的方式，将所有相连在一起的连接点形成一个逻辑计算点。

步骤1.2：通过连接点和设备的关联关系，将设备和相关联连接点对应的逻辑计算点关联在一起。

步骤1.3：以所有的设备作为“边”对所有的逻辑计算点进行深度搜索，将相关联的一组逻辑计算点的集合形成潮流计算岛。

作为优选方案，所述设备包括交流线段和变压器绕组。

作为优选方案，所述步骤2具体步骤如下：

当断路器或隔离刀闸进行拉开操作时：

2.1.1如果拉开断路器或隔离刀闸后，断路器两个连接点node1、连接点node2，依然存在拓扑连接关系，则不形成新的逻辑计算点；

2.1.2如果拉开断路器或隔离刀闸后，断路器两个连接点node1、连接点node2不存在拓扑连接关系，则形成一个新的逻辑计算点calnode2；

2.1.3重新梳理出连接点node1及原来的逻辑计算点calnode1与设备的关联关系，以及连接点node2及新的逻辑计算点calnode2与设备的关联关系；

2.1.4判断新的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1是否具有拓扑连接关系；

2.1.5如果新的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1具备拓扑连接关系，则判定属于同一个潮流计算岛island1；

2.1.6如果新生成的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1并无拓扑连接关系，则形成一个新的潮流计算岛island2；

2.1.7将已经属于新的潮流计算岛island2的逻辑计算点从潮流计算岛island1中删除，并形成新的潮流计算岛island1和逻辑计算点的关系；

当断路器或隔离刀闸进行闭合操作时：

2.2.1判断断路器或隔离刀闸闭合操作之前，断路器或隔离刀闸两端的连接点node1和连接点node2是否属于同一个逻辑计算点；

2.2.2如果属于同一个逻辑计算点时，则不形成新的逻辑计算点；

2.2.3如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2；

2.2.4判断逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2是否属于同一个潮流计算岛island1；

2.2.5如果属于同一个潮流计算岛island1，则将逻辑计算点calnode2从潮流计算岛island1中删除；

2.2.6将连接点node2关联至逻辑计算点calnode1逻辑计算点，且连接点node2关联的所有的设备也将转移至逻辑计算点calnode1的关联关系；

2.2.7如果逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2分别属于不同的潮流计算岛island1和潮流计算岛island2；

2.2.8判断潮流计算岛island1和潮流计算岛island2的规模大小，假设潮流计算岛island1规模远大于潮流计算岛island2；

2.2.9将连接点node2关联至逻辑计算点calnode1，且连接点node2关联的所有的设备也将转移至逻辑计算点calnode1的关联关系；

2.2.10将潮流计算岛island2中除逻辑计算点calnode2外所有的逻辑计算点全部转移至潮流计算岛island1。

作为优选方案，所述雅可比矩阵的获取步骤如下：

步骤1.根据潮流计算岛内所有出力和负荷的关系判断出，可计算的潮流计算岛为活岛，不可计算的潮流计算岛为死岛；

步骤2.对活岛中所有的逻辑计算点进行初始化编号；

步骤3.逻辑计算点的编号代表着其对应的雅可比矩阵的行、列号；

步骤4.根据逻辑计算点跟设备的关联关系，形成该活岛的雅可比矩阵。

作为优选方案，所述步骤3具体步骤如下：

当断路器或隔离刀闸进行拉开操作时：

3.1.1如果形成一个新的逻辑计算点calnode2，且同时属于同一个潮流计算岛island1；

3.1.2将逻辑计算点calnode2编号排在潮流计算岛island1最后的编号后面，并修正雅可比矩阵的最后一行和最后一列；

3.1.3根据新生成的连接点node1-逻辑计算点calnode1与设备的连接关系，修正雅可比矩阵对应行、列的元素；

3.1.4如果形成一个新的逻辑计算点calnode2，且形成一个新的潮流计算岛island2；

3.1.5如果潮流计算岛island2为活岛，将潮流计算岛island2中的所有的逻辑计算点编号取出，根据逻辑计算点和设备的关联关系形成新的雅可比矩阵；

3.1.6根据重新梳理出来的逻辑计算点calnode1对应列的雅可比矩阵的元素，删除雅可比矩阵中已经不在潮流计算岛island1的逻辑计算点对应的行、列；

当断路器或隔离刀闸进行闭合操作时：

3.2.1如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2，且属于同一个潮流计算岛island1；

3.2.2将逻辑计算点calnode2从潮流计算岛island1中删除；

3.2.3雅可比矩阵需要删除逻辑计算点calnode2对应的行、列，且重新修正calnode1的行和列的元素；

3.2.4如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2，且分别属于不同的潮流计算岛island1和潮流计算岛island2；

3.2.5将潮流计算岛island2对应的雅可比矩阵删除逻辑计算点calnode2对应的行和列后，每个逻辑计算点的对应行、列数都增加原来潮流计算岛island1的逻辑计算点数；

3.2.6修正潮流计算岛island1雅可比矩阵逻辑计算点calnode1对应的行、列。

有益效果：本发明提供的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，流程上减少了微拓扑分析、宏拓扑分析、全网设备关联管理、计算节点初始化及形成导纳矩阵的过程；内容上通过分区断路器（隔离刀闸）设备的拉开和闭合的两种情况分别对电网进行分析，包括拉开后是否生成新的逻辑计算点、是否形成新的潮流计算岛以及形成死岛或者活岛等方面，涉及到了所有连接设备变位后的情况，效率高，且局部修正结果也准确，极大提高了潮流计算的计算效率。

附图说明

图1为生成雅可比矩阵流程图。

图2为雅可比矩阵局部修正方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1、2所示，一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，包括如下步骤：

首先，形成电网中连接点与逻辑计算点的关联关系、逻辑计算点和设备的关联关系以及逻辑计算点和潮流计算岛的关联关系。具体包括如下步骤：

步骤1.通过深度搜索和广度搜索的方式，将所有相连在一起的连接点（node）形成一个逻辑计算点（calnode）；

步骤2.通过连接点（node）和设备（交流线段和变压器绕组）的关联关系，将设备和相关联连接点对应的逻辑计算点calnode关联在一起；

步骤3.以所有的设备（交流线段和变压器绕组）作为“边”对所有的逻辑计算点进行深度搜索，将相关联的一组逻辑计算点的集合形成潮流计算岛；

其次，根据操作不同分别对断路器（隔离刀闸）的拉开和闭合操作进行分析，按照各自的操作划为是否形成新的逻辑计算点、是否形成新的潮流计算岛、是否合并逻辑计算点及是否合并潮流计算岛的情况进行分析。

再次，根据不同的情况，分别修正对应的逻辑计算点和设备的关联关系以及逻辑计算点和潮流计算岛的关联关系。

将影响拓扑分析的方法分为断路器（或者隔离刀闸）拉开操作和闭合操作，以先后顺序进行分析。具体步骤如下：

以断路器为例，断路器拉开操作的局部分析方法如下：

1.如果拉开断路器后，断路器两个连接点（node1、node2）依然存在拓扑连接关系，不形成新的逻辑计算点；

则此操作无需进行拓扑修正，同时无需修正雅可比矩阵；

2.如果拉开断路器后，断路器两个连接点（node1、node2）不存在拓扑连接关系，则需要重新形成一个新的逻辑计算点calnode2，包括原来的逻辑计算点calnode1，（node1-calnode1, node2-calnode2）；

3.重新梳理出node1及calnode1与设备的关联关系，以及node2及calnode2与设备的关联关系；

4.判断新生成的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1是否具有拓扑连接关系；

5.如果calnode2与calnode1具备拓扑连接关系，则判定属于同一个潮流计算岛island1；

6.如果新生成的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1并无拓扑连接关系，则需要新生成一个新的潮流计算岛island2；

7.将已经属于island2的逻辑计算点从island1中删除，并形成新的island1和逻辑计算点的关系；

以断路器为例，断路器闭合操作的局部分析方法如下：

1.判断断路器闭合操作之前两端的连接点node1和node2是否属于同一个逻辑计算点；

2.如果属于同一个逻辑计算点时，不形成新的逻辑计算点，设备和连接点的关联关系、连接点和逻辑计算点的关联关系都不需要修正，且雅可比矩阵也不需要修正，局部拓扑结束；

3.如果node1和node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和calnode2；

4.判断calnode1和calnode2是否属于同一个潮流计算岛island1；

5.如果属于同一个潮流计算岛island1，则需要将calnode2从潮流计算岛island1中删除；

6.将node2关联至calnode1逻辑计算点，且node2关联的所有的设备也将转移至calnode1的关联关系；

7.如果calnode1和calnode2分别属于不同的潮流计算岛island1和island2；

8.判断island1和island2的规模大小，本文假设island1规模远大于island2；

9.将node2关联至calnode1逻辑计算点，且node2关联的所有的设备也将转移至calnode1的关联关系；

10.将island2中除calnode2外所有的逻辑计算点全部转移至island1；

最后，根据修正后的潮流计算岛和逻辑计算点的关联关系、逻辑计算点和设备的关联关系修正对应的雅可比矩阵中对应的行和列，从而进行潮流计算。

所述雅可比矩阵的获取步骤如下：

步骤1.根据潮流计算岛内所有出力和负荷的关系判断出，可计算的潮流计算岛为活岛，不可计算的潮流计算岛为死岛；

步骤2.对活岛中所有的逻辑计算点进行初始化编号；

步骤3.逻辑计算点的编号代表着其对应的雅可比矩阵的行、列号；

步骤4.根据逻辑计算点跟设备的关联关系，形成该活岛的雅可比矩阵。

所述根据潮流计算岛和逻辑计算点的关联关系、逻辑计算点和设备的关联关系修正对应的雅可比矩阵中对应的行和列，具体步骤如下：

断路器拉开操作的局部分析方法如下：

1.如果拉开断路器后，断路器两个连接点（node1、node2）依然存在拓扑连接关系，则此操作无需进行拓扑修正，同时无需修正雅可比矩阵；

2.如果拉开断路器后，断路器两个连接点（node1、node2）不存在拓扑连接关系，则需要重新形成一个新的逻辑计算点calnode2（假设node1-calnode1, node2-calnode2）；

3.重新梳理出node1及calnode1与设备的关联关系，以及node2及calnode2与设备的关联关系；

4.判断新生成的calnode2与calnode1是否具有拓扑连接关系；

5.如果calnode2与calnode1具备拓扑连接关系，则判定属于同一个潮流计算岛island1；

6.将calnode2编号排在island1最后的编号后面，并修正雅可比矩阵的最后一行和最后一列；

7.同时根据新生成的node1-calnode1与设备的连接关系，修正雅可比矩阵对应行、列的元素；

8.从第4步判断，如果calnode2与calnode1并无连接关系，则需要新生成一个新的潮流计算岛island2；

9.需要梳理island2以及形成island2的所有的逻辑计算点的关系；

10.将已经属于island2的逻辑计算点从island1中删除，并形成新的island1和逻辑计算点的关系；

11.判断island2是否为活岛，如果island2为死岛，则需要将island2和逻辑计算点，以及逻辑计算点和设备的关联关系梳理清楚即可，不需要针对island2进行下一步计算；

12.如果island2为活岛，需要将island2中的所有的逻辑计算点编号取出，并根据逻辑计算点和设备的关联关系形成新的雅可比矩阵，并参与潮流计算；

13.根据重新梳理出来的calnode1对应列的雅可比矩阵的元素，删除雅可比矩阵中已经不在该岛的逻辑计算点对应的行、列即可；

断路器闭合操作的局部分析方法如下：

1.判断断路器闭合操作之前两端的连接点node1和node2是否属于同一个逻辑计算点；

2.如果属于同一个逻辑计算点时，设备和连接点的关联关系、连接点和逻辑计算点的关联关系都不需要修正，且雅可比矩阵也不需要修正，局部拓扑结束；

3.如果node1和node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和calnode2；

4.判断calnode1和calnode2是否属于同一个潮流计算岛；

5.如果属于同一个潮流计算岛，则需要将calnode2从潮流计算岛中删除；

6.将node2关联至calnode1逻辑计算点，且node2关联的所有的设备也将转移至calnode1的关联关系；

7.雅可比矩阵需要删除calnode2对应的行、列，且重新修正calnode1的行和列的元素；

8.从第4步判断时，如果calnode1和calnode2分别属于不同的潮流计算岛island1和island2；

9.判断island1和island2的规模大小，本文假设island1规模远大于island2；

10.将node2关联至calnode1逻辑计算点，且node2关联的所有的设备也将转移至calnode1的关联关系；

11.将island2中除calnode2外所有的的逻辑计算点全部转移至island1；

12.将island2对应的雅可比矩阵删除calnode2对应的行和列后，每个逻辑计算点的对应行、列数都增加n（n是原来island1的逻辑计算点数）；

13.修正island1原雅可比矩阵calnode1对应的行、列即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：根据电网中连接点、设备，形成与连接点相关联的逻辑计算点，与逻辑计算点相关联的设备，与逻辑计算点相关联的潮流计算岛；

步骤2：根据对断路器或隔离刀闸的拉开和闭合不同操作进行分析，按照各自的操作划为是否形成新的逻辑计算点、是否形成新的潮流计算岛、是否合并逻辑计算点及是否合并潮流计算岛的情况进行分析；分别修正对应的逻辑计算点和设备的关联关系以及逻辑计算点和潮流计算岛的关联关系；

步骤3：根据修正后的潮流计算岛和逻辑计算点的关联关系、逻辑计算点和设备的关联关系，修正对应的雅可比矩阵中对应的行和列。

2.根据权利要求1所述的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：所述雅可比矩阵的获取步骤如下：

步骤1.根据潮流计算岛内所有出力和负荷的关系判断出，可计算的潮流计算岛为活岛，不可计算的潮流计算岛为死岛；

步骤2.对活岛中所有的逻辑计算点进行初始化编号；

步骤3.逻辑计算点的编号代表着其对应的雅可比矩阵的行、列号；

步骤4.根据逻辑计算点跟设备的关联关系，形成该活岛的雅可比矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：所述步骤1具体步骤如下：

步骤1.1：通过深度搜索和广度搜索的方式，将所有相连在一起的连接点形成一个逻辑计算点；

步骤1.2：通过连接点和设备的关联关系，将设备和相关联连接点对应的逻辑计算点关联在一起；

步骤1.3：以所有的设备作为“边”对所有的逻辑计算点进行深度搜索，将相关联的一组逻辑计算点的集合形成潮流计算岛。

4.根据权利要求1或2所述的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：所述设备包括交流线段和变压器绕组。

5.根据权利要求1或2所述的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：所述步骤2具体步骤如下：

当断路器或隔离刀闸进行拉开操作时：

2.1.1如果拉开断路器或隔离刀闸后，断路器两个连接点node1、连接点node2，依然存在拓扑连接关系，则不形成新的逻辑计算点；

2.1.2如果拉开断路器或隔离刀闸后，断路器两个连接点node1、连接点node2不存在拓扑连接关系，则形成一个新的逻辑计算点calnode2；

2.1.3重新梳理出连接点node1及原来的逻辑计算点calnode1与设备的关联关系，以及连接点node2及新的逻辑计算点calnode2与设备的关联关系；

2.1.4判断新的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1是否具有拓扑连接关系；

2.1.5如果新的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1具备拓扑连接关系，则判定属于同一个潮流计算岛island1；

2.1.6如果新生成的逻辑计算点calnode2与原来的逻辑计算点calnode1并无拓扑连接关系，则形成一个新的潮流计算岛island2；

2.1.7将已经属于新的潮流计算岛island2的逻辑计算点从潮流计算岛island1中删除，并形成新的潮流计算岛island1和逻辑计算点的关系；

当断路器或隔离刀闸进行闭合操作时：

2.2.1判断断路器或隔离刀闸闭合操作之前，断路器或隔离刀闸两端的连接点node1和连接点node2是否属于同一个逻辑计算点；

2.2.2如果属于同一个逻辑计算点时，则不形成新的逻辑计算点；

2.2.3如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2；

2.2.4判断逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2是否属于同一个潮流计算岛island1；

2.2.5如果属于同一个潮流计算岛island1，则将逻辑计算点calnode2从潮流计算岛island1中删除；

2.2.6将连接点node2关联至逻辑计算点calnode1逻辑计算点，且连接点node2关联的所有的设备也将转移至逻辑计算点calnode1的关联关系；

2.2.7如果逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2分别属于不同的潮流计算岛island1和潮流计算岛island2；

2.2.8判断潮流计算岛island1和潮流计算岛island2的规模大小，假设潮流计算岛island1规模远大于潮流计算岛island2；

2.2.9将连接点node2关联至逻辑计算点calnode1，且连接点node2关联的所有的设备也将转移至逻辑计算点calnode1的关联关系；

2.2.10将潮流计算岛island2中除逻辑计算点calnode2外所有的逻辑计算点全部转移至潮流计算岛island1。

6.根据权利要求1或2所述的一种大电网潮流计算中对于雅可比矩阵局部修正的方法，其特征在于：所述步骤3具体步骤如下：

当断路器或隔离刀闸进行拉开操作时：

3.1.1如果形成一个新的逻辑计算点calnode2，且同时属于同一个潮流计算岛island1；

3.1.2将逻辑计算点calnode2编号排在潮流计算岛island1最后的编号后面，并修正雅可比矩阵的最后一行和最后一列；

3.1.3根据新生成的连接点node1-逻辑计算点calnode1与设备的连接关系，修正雅可比矩阵对应行、列的元素；

3.1.4如果形成一个新的逻辑计算点calnode2，且形成一个新的潮流计算岛island2；

3.1.5如果潮流计算岛island2为活岛，将潮流计算岛island2中的所有的逻辑计算点编号取出，根据逻辑计算点和设备的关联关系形成新的雅可比矩阵；

3.1.6根据重新梳理出来的逻辑计算点calnode1对应列的雅可比矩阵的元素，删除雅可比矩阵中已经不在潮流计算岛island1的逻辑计算点对应的行、列；

当断路器或隔离刀闸进行闭合操作时：

3.2.1如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2，且属于同一个潮流计算岛island1；

3.2.2将逻辑计算点calnode2从潮流计算岛island1中删除；

3.2.3雅可比矩阵需要删除逻辑计算点calnode2对应的行、列，且重新修正calnode1的行和列的元素；

3.2.4如果连接点node1和连接点node2分别属于不同的逻辑计算点calnode1和逻辑计算点calnode2，且分别属于不同的潮流计算岛island1和潮流计算岛island2；

3.2.5将潮流计算岛island2对应的雅可比矩阵删除逻辑计算点calnode2对应的行和列后，每个逻辑计算点的对应行、列数都增加原来潮流计算岛island1的逻辑计算点数；

3.2.6修正潮流计算岛island1雅可比矩阵逻辑计算点calnode1对应的行、列。

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