CN112564113A - 一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，包括：步骤S1，通过潮流仿真获得迭代过程中的近似潮流，并计算各潮流的相似度指标；步骤S2，选择相似度最大的一个潮流作为近似化潮流；步骤S3，根据潮流的电压灵敏度关系矩阵，计算电压最低的节点对发电机端电压灵敏度；步骤S4，选择灵敏度最高的节点电压作为调整变量调整不收敛潮流，得到最终收敛的潮流。本发明可以直观表现初始潮流的电压特性，给运行人员提供调整策略的依据；对于不同输入系统注入功率，本发明都能给出有效调整方案，与传统调整手段相比，本发明在鲁棒性和有效性方面更优；本发明科学合理，实现了潮流不收敛的有效调整，具有很好的工程应用价值。

Description

一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种抑制连续换相失败的定熄弧角控制改进方法。
背景技术
电网人员在安排运行方式时，需要模拟最大运行方式下运行的系统状态，由于电网规模较大，负荷水平不断提高，潮流不收敛的问题日益频繁。由于潮流计算不收敛导致电力系统运行人员无法直观观察此时的系统状态，以至于无法通过自身丰富的专业知识与经验对潮流进行调整，现有的人工潮流调整手段仅停留在凭借经验进行试凑的层面，调整效果自然不尽理想。
现有针对潮流计算收敛性问题的研究侧重对影响潮流计算收敛性的求解算法、模型参数方面展开。在求解方法方面，多种用于求解非线性方程组的方法已经应用于潮流计算中，其中应用最为广泛的属牛顿法。但由于电力系统规模较大，潮流方程是一组高维的非线性方程组，算法求解同时不能给出潮流不收敛的关键因素，不利于系统运行人员的分析。模型参数通过改变系统的求解变量从而估算出系统未知参数从而达到潮流收敛性的调整，但此方法仅能解决系统因无功导致的不收敛问题，收敛性调整的鲁棒性难以保证。
潮流不收敛的原因跟系统的注入功率和电压水平关系密切，但迄今未见有关基于系统注入功率和电压水平的潮流收敛性调整的文献报道和实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提出一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，以满足大电网潮流不收敛鲁棒性与有效性要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，包括：
步骤S1，通过潮流仿真获得迭代过程中的近似潮流，并计算各潮流的相似度指标；
步骤S2，选择相似度最大的一个潮流作为近似化潮流；
步骤S3，根据潮流的电压灵敏度关系矩阵，计算电压最低的节点对发电机端电压灵敏度；
步骤S4，选择灵敏度最高的节点电压作为调整变量调整不收敛潮流，得到最终收敛的潮流。
进一步地，所述步骤S1中，采用初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率做差，再取绝对值表示，取绝对值最大的一项作为相似度指标：
Emax＝max|Δy|
其中，Δy是各节点初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率的差值。
进一步地，所述步骤S2选择Emax的最小值对应的潮流作为近似化潮流。
进一步地，负荷节点电压—发电机端电压灵敏度矩阵为：
Figure BDA0002835899820000021
其中，
Figure BDA0002835899820000022
为负荷无功对负荷节点的偏导矩阵，LLG为负荷对发电机的偏导矩阵，ΔVL为负荷节点电压变化量，ΔVG为发电机节点电压变化量。
进一步地，所述步骤S4具体是将所述灵敏度最高的节点电压抬高设定值，获得最终收敛的潮流。
进一步地，潮流计算公式为：
Figure BDA0002835899820000023
其中，x为状态变量，u为控制变量，y为依从变量。
进一步地，灵敏度通过潮流方程的线性化得出：
Figure BDA0002835899820000024
其中，Sxu、Syu为灵敏度系数矩阵：
Figure BDA0002835899820000025
Figure BDA0002835899820000026
本发明实施例的有益效果在于：可以直观表现初始潮流的电压特性，给运行人员提供调整策略的依据；对于不同输入系统注入功率，本发明都能给出有效调整方案，与传统调整手段相比，本发明在鲁棒性和有效性方面更优；本发明科学合理，实现了潮流不收敛的有效调整，具有很好的工程应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法的流程示意图。
图2为本发明实施例一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法的具体流程示意图。
图3为本发明实施例中IEEE-39节点系统拓扑图。
图4为本发明实施例中近似潮流与初始潮流关系示意图。
图5为本发明实施例中近似潮流相似度指标示意图。
图6为本发明实施例中近似化潮流电压情况示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例提供一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，包括：
步骤S1，通过潮流仿真获得迭代过程中的近似潮流，并计算各潮流的相似度指标；
步骤S2，选择相似度最大的一个潮流作为近似化潮流；
步骤S3，根据潮流的电压灵敏度关系矩阵，计算电压最低的节点对发电机端电压灵敏度；
步骤S4，选择灵敏度最高的节点电压作为调整变量调整不收敛潮流，得到最终收敛的潮流。
具体地，本实施例中，潮流的计算阶段采用常用的电力系统潮流计算求解方法-牛顿拉夫逊法，基于非线性方程线性化的思想，通过计算过程中产生了大量的中间变量，提取潮流迭代的中间过程及中间变量蕴含着重要信息。
潮流计算过程中，中间潮流与初始潮流的近似化程度(即相似度)的判据是采用初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率做差，再取绝对值表示，取绝对值最大的一项作为最终判据，如下式所示：
Emax＝max|Δy| (1)
其中，Δy是各节点初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率的差值。
灵敏度矩阵是在潮流方程雅可比矩阵的变形，潮流计算的一般性公式表示为：
Figure BDA0002835899820000041
其中，x为状态变量，例如节点电压、相角等；u为控制变量，例如发电机节点有功功率、电压等；y为依从变量，例如线路流过的功率等。
灵敏度通过潮流方程的线性化得出：
Figure BDA0002835899820000042
其中，Sxu、Syu为灵敏度系数矩阵：
Figure BDA0002835899820000043
Figure BDA0002835899820000044
负荷节点电压—发电机端电压灵敏度矩阵表示为：
Figure BDA0002835899820000045
其中，
Figure BDA0002835899820000046
为负荷无功对负荷节点的偏导矩阵，LLG为负荷对发电机的偏导矩阵，ΔVL为负荷节点电压变化量，ΔVG为发电机节点电压变化量。
负荷节点电压—发电机端无功灵敏度矩阵表示为：
Figure BDA0002835899820000047
其中，RLL为负荷的自阻抗矩阵，RLG、RGL为负荷-发电机之间的互阻抗矩阵，RGG为发电机的自阻抗矩阵。
为了更明确地说明本发明的实施方案，以下结合图2-图6做进一步详细描述：
参照图2，基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整流程包括三个部分：计算相似潮流指标；选择相似潮流观察电压特征；选择调整变量进行调整。
针对图3所示的IEEE-39节点系统，将全部负荷扩大两倍，并施加以0.2为均值，1为方差的正态分布噪声，增加功率由发电机按原发电比例承担，得到不收敛初始潮流。
参照图4的初始潮流与近似潮流的关系计算如图5所示的迭代中间潮流相似度指标。最小指标出现在第五次迭代中，最小指标值为0.2297[p.u.]，故第5次潮流为近似化潮流。如前所述，采用初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率做差，再取绝对值表示，取绝对值最大的一项Emax作为最终判据，因此，最小指标即最小的Emax，换言之，各节点初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率的差值越大，相似度越小，反之，差值越小，相似度越大。
根据图6所示的近似化潮流电压情况可以发现，系统电压最低点出现在27节点(0.6p.u.)，并且与之直接相连的26节点、17节点电压均严重偏低。由此判断27节点(0.6p.u.)，并且与之直接相连的26节点、17节点电压均严重偏低。27节点电压的极端偏低可能是导致潮流计算不收敛的原因，因此考虑对27节点的低电压情况进行调整。根据公式(6)计算27节点对发电机端电压灵敏度，如表1所示，可见在38号节点电压对于相应负荷节点灵敏度最高，故选择38节点端电压进行调整。
表1第27节点电压对各发电机端电压灵敏度
Figure BDA0002835899820000051
选择通过适当抬高38号PV节点电压初值获得潮流收敛，为了尽量小地对原始数据进行改动，当将该节点电压给定值抬高0.02[p.u.]时，潮流获得收敛。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：可以直观表现初始潮流的电压特性，给运行人员提供调整策略的依据；对于不同输入系统注入功率，本发明都能给出有效调整方案，与传统调整手段相比，本发明在鲁棒性和有效性方面更优；本发明科学合理，实现了潮流不收敛的有效调整，具有很好的工程应用价值。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，包括：
步骤S1，通过潮流仿真获得迭代过程中的近似潮流，并计算各潮流的相似度指标；
步骤S2，选择相似度最大的一个潮流作为近似化潮流；
步骤S3，根据潮流的电压灵敏度关系矩阵，计算电压最低的节点对发电机端电压灵敏度；
步骤S4，选择灵敏度最高的节点电压作为调整变量调整不收敛潮流，得到最终收敛的潮流。
2.根据权利要求1所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率做差，再取绝对值表示，取绝对值最大的一项作为相似度指标：
Emax＝max|Δy|
其中，Δy是各节点初始潮流的注入功率与中间潮流的注入功率的差值。
3.根据权利要求2所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，所述步骤S2选择Emax的最小值对应的潮流作为近似化潮流。
4.根据权利要求3所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，负荷节点电压—发电机端电压灵敏度矩阵为：
Figure FDA0002835899810000011
其中，
Figure FDA0002835899810000012
为负荷无功对负荷节点的偏导矩阵，LLG为负荷对发电机的偏导矩阵，ΔVL为负荷节点电压变化量，ΔVG为发电机节点电压变化量。
5.根据权利要求4所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，所述步骤S4具体是将所述灵敏度最高的节点电压抬高设定值，获得最终收敛的潮流。
6.根据权利要求1所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，潮流计算公式为：
Figure FDA0002835899810000013
其中，x为状态变量，u为控制变量，y为依从变量。
7.根据权利要求6所述的基于近似化潮流电压稳定的收敛性调整方法，其特征在于，灵敏度通过潮流方程的线性化得出：
Figure FDA0002835899810000021
其中，Sxu、Syu为灵敏度系数矩阵：
Figure FDA0002835899810000022
Figure FDA0002835899810000023
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