CN112600196A - 基于bpa节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，包括以下步骤：构建电网基态潮流分析信息、构建电网节点灵敏度分析文件、制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式、解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果、统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点。实现了大电网灵敏度的便捷高效批量计算，能直观地看出扰动影响的范围、程度以及变化方向。为电网安全稳定分析提供了解决方案。通过调用PSD‑BPA程序的潮流计算功能，开展批量计算功能，灵敏度分析结果可用于电网的运行控制、参数辨识、经济调度、故障预测、寻求快速合理的电网越限调整措施，大大提高电网安全分析工作效率。

Description

基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法
技术领域
本发明涉及电网运行安全分析技术领域，尤其涉及基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法。
背景技术
随着特高压交直流电网投产和大区域电网互联，电网规模日益扩大，大区域互联电网在提高电力系统运行经济性的同时使得整个互联系统的动态过程变的更加复杂，新能源并网中新型电力电子设备的投入，也为系统增添了更多影响稳定的参数。在这样的背景下，对电力系统进行安全稳定运行分析变得愈加重要，而对电力系统安全稳定分析的基础是对电力系统动态特性的了解和掌握。
PSD-BPA(简称BPA)是功能强大的PSD电力系统分析软件包，是中国电力科学研究院发布的中文版BPA程序，在国外和国内的大量实践应用，使PSD-BPA程序在美国和中国都得到了新的发展，其友好、开放、开源的交互方式，为创新化的电网计算应用奠定了基础。
灵敏度是利用系统中某些物理量的微分关系，来获得因变量对自变量敏感程度的方法。灵敏度分析物理概念明确，容易实现调整量最优的目标，既适合于在线控制，又能保证多轮次调整的可行性，便于实时操作，因而在电力系统诸多领域中得到了广泛的应用。灵敏度计算可以分为解析法和摄动法。解析法的计算过程简单，但是在求解难以线性化的网络、获取灵敏度矩阵时精度不高，电网节点数较小时计算便捷；摄动法在求解灵敏度时具有很高的精确度，但在节点规模较大的电网时计算时间长，计算量很大。因此，如何高效利用电网潮流计算结果数据，挖掘系统中某些变量间的关系，实现批量灵敏度计算，构建出一套精确高效的灵敏度算法模型，对电网安全稳定分析具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决针对节点规模较大的电网灵敏度计算时间耗时长的问题，提供一种基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法来解决上述问题。
本发明是通过以下技术方案实现：
基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，包括以下步骤：
步骤一：构建电网基态潮流分析信息；
步骤二：构建电网节点灵敏度分析文件；
步骤三：制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式；
步骤四：解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果；
步骤五：统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点。
进一步的，步骤一中，构建电网基态潮流分析信息的具体方法如下：
根据BPA潮流文件的组织方式，将电网一次设备台账、拓扑关系和采集实测数据，一次设备台账包括母线、机组、线路、变压器，基于计算机图论算法，自动重构为BPA潮流数据文件，通过调用BPA潮流计算功能，得出所有节点的电压幅值和相角、所有支路的有功功率信息，作为电网基态潮流分析信息，重构方法为：将母线、机组设备转换为潮流计算模型节点B卡、BQ卡数据，将拓扑关系、线路、变压器设备转化为潮流计算模型支路L卡、T卡数据，将实时量测数据转化为计算模型运行状态和负荷数据。
进一步的，步骤二中，构建电网节点灵敏度分析文件的具体方法如下：
根据BPA节点灵敏度分析文件组织方式，将发电机组所在节点作为功率注入扰动节点，通过设定扰动节点的初始扰动功率值方式自动形成机组数据扰动数据节点B卡，组装构建出电网节点灵敏度分析文件。
进一步的，步骤三中，制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式：
根据支路在某一基态潮流下扰动前原始功率不变，制定如下节点注入功率对支路功率灵敏度计算公式，支路功率灵敏度系数N＝K-1，K推导公式如下：
K＝支路M扰动前功率/支路M扰动后功率
＝[扰动前节点A相角+节点A角度有功每1MW的变化率-(扰动前节点B相角+节点B角度有功每1MW的变化率)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前节点A相角+节点A角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW-(扰动前节点B相角+节点B角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前支路相角差+(节点A角度随有功每1MW的变化率-节点B角度随有功每1MW的变化率)*扰动功率MW]/扰动前支路相角差。
其中N越大，说明该扰动节点对支路影响越大，即敏感度越高。
进一步的，步骤四中，解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果的具体方法如下：
根据步骤一中的电网潮流分析基态信息，对步骤二中的节点灵敏度分析文件进行计算，从计算结果中解析出支路两侧节点A、B的相角以及角度对有功的变化率，根据步骤三中的等效公式，快速计算出节点注入功率对所有支路功率的灵敏度系数N。
进一步的，步骤五中，统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点的具体方法如下：基于步骤四中的节点对支路灵敏度计算结果，以支路为单位反向梳理统计所有节点注入功率对其灵敏度，其中N值较大的扰动节点即是该支路在该基态潮流下对应的最敏感的电源节点。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的一种基于BPA的节点功率对支路功率灵敏度算法，与现有技术相比实现了大电网灵敏度的便捷高效批量计算，能直观地看出扰动影响的范围、程度以及变化方向。为电网安全稳定分析提供了解决方案。基于BPA的节点功率对支路功率灵敏度算法，通过调用PSD-BPA程序的潮流计算功能，开展批量计算功能，灵敏度分析结果可用于电网的运行控制、参数辨识、经济调度、故障预测、寻求快速合理的电网越限调整措施，大大提高电网安全分析工作效率。
附图说明
图1为本发明基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法的流程图；
图2为实施例中的构建电网基态潮流分析信息的示意图；
图3为实施例中的构建电网节点灵敏度分析文件的示意图；
图4为实施例中的节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果的示意图。
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，以下结合附图及实例，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。
请参阅图1，图1为本发明基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法的流程图。
基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，包括以下步骤：
步骤一：构建电网基态潮流分析信息。
根据BPA潮流文件的组织方式，将电网一次设备台账、拓扑关系和采集实测数据，一次设备台账包括母线、机组、线路、变压器，基于计算机图论算法，自动重构为BPA潮流数据文件，通过调用BPA潮流计算功能，得出所有节点的电压幅值和相角、所有支路的有功功率信息，作为电网基态潮流分析信息，重构方法为：将母线、机组设备转换为潮流计算模型节点B卡、BQ卡数据，将拓扑关系、线路、变压器设备转化为潮流计算模型支路L卡、T卡数据，将实时量测数据转化为计算模型运行状态和负荷数据。
步骤二：构建电网节点灵敏度分析文件。
根据BPA节点灵敏度分析文件组织方式，将发电机组所在节点作为功率注入扰动节点，通过设定扰动节点的初始扰动功率值方式自动形成机组数据扰动数据节点B卡，组装构建出电网节点灵敏度分析文件。
步骤三：制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式。
根据支路在某一基态潮流下扰动前原始功率不变，制定如下节点注入功率对支路功率灵敏度计算公式，支路功率灵敏度系数N＝K-1(扰动前后支路功率变化量与支路原始功率比值)，K推导公式如下：
K＝支路M扰动前功率/支路M扰动后功率
＝[扰动前节点A相角+节点A角度有功每1MW的变化率-(扰动前节点B相角+节点B角度有功每1MW的变化率)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前节点A相角+节点A角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW-(扰动前节点B相角+节点B角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前支路相角差+(节点A角度随有功每1MW的变化率-节点B角度随有功每1MW的变化率)*扰动功率MW]/扰动前支路相角差；
其中N越大，说明该扰动节点对支路影响越大，即敏感度越高。
步骤四：解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果。
根据步骤一中的电网潮流分析基态信息，对步骤二中的节点灵敏度分析文件进行计算，从计算结果中解析出支路两侧节点A、B的相角以及角度对有功的变化率，根据步骤三中的等效公式，快速计算出节点注入功率对所有支路功率的灵敏度系数N。
步骤五：统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点。
基于步骤四中的节点对支路灵敏度计算结果，以支路为单位反向梳理统计所有节点注入功率对其灵敏度，其中N值较大的扰动节点即是该支路在该基态潮流下对应的最敏感的电源节点。
实施例：请参阅图2-图4，其中图2为实施例中的构建电网基态潮流分析信息的示意图；图3为实施例中的构建电网节点灵敏度分析文件的示意图；图4为实施例中的节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果的示意图。
利辛厂500kV母线节点增加100MW出力，利辛节点和颍州节点之间的支路原相角差为2.57度(利辛节点扰动前角度9.5度，颍州节点扰动前角度6.93度)，利辛节点角度随利辛节点的有功变化率为0.0288度/MW，颍州节点随利辛节点的有功变化率为0.0276，可以估算出变化100MW时后前潮流比为(2.57+(0.0288-0.0276)×100)/2.57＝1.0467。
相比原始计算方式，利辛厂500kV母线节点增加100MW出力，计算2次潮流可得后前潮流比为2027.1MW/1930.1MW＝1.0502，误差1.0502-1.0467＝0.0035，支路功率误差量0.0035*1930.1MW＝6.7MW，实际速度提高由原来1个小时，降低到3分钟以内，满足实际工程应用。
本发明提出的一种基于BPA的节点功率对支路功率灵敏度算法，与现有技术相比实现了大电网灵敏度的便捷高效批量计算，能直观地看出扰动影响的范围、程度以及变化方向。为电网安全稳定分析提供了解决方案。基于BPA的节点功率对支路功率灵敏度算法，通过调用PSD-BPA程序的潮流计算功能，开展批量计算功能，灵敏度分析结果可用于电网的运行控制、参数辨识、经济调度、故障预测、寻求快速合理的电网越限调整措施，大大提高电网安全分析工作效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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 (6)

1.基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：构建电网基态潮流分析信息；
步骤二：构建电网节点灵敏度分析文件；
步骤三：制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式；
步骤四：解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果；
步骤五：统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点。
2.根据权利要求1所述的基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，步骤一中，构建电网基态潮流分析信息的具体方法如下：
根据BPA潮流文件的组织方式，将电网一次设备台账、拓扑关系和采集实测数据，一次设备台账包括母线、机组、线路、变压器，基于计算机图论算法，自动重构为BPA潮流数据文件，通过调用BPA潮流计算功能，得出所有节点的电压幅值和相角、所有支路的有功功率信息，作为电网基态潮流分析信息，重构方法为：将母线、机组设备转换为潮流计算模型节点B卡、BQ卡数据，将拓扑关系、线路、变压器设备转化为潮流计算模型支路L卡、T卡数据，将实时量测数据转化为计算模型运行状态和负荷数据。
3.根据权利要求2所述的基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，步骤二中，构建电网节点灵敏度分析文件的具体方法如下：
根据BPA节点灵敏度分析文件组织方式，将发电机组所在节点作为功率注入扰动节点，通过设定扰动节点的初始扰动功率值方式自动形成机组数据扰动数据节点B卡，组装构建出电网节点灵敏度分析文件。
4.根据权利要求3所述的基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，步骤三中，制定节点注入功率对支路功率灵敏度系数快速计算的等效公式：
根据支路在某一基态潮流下扰动前原始功率不变，制定如下节点注入功率对支路功率灵敏度计算公式，支路功率灵敏度系数N＝K-1，K推导公式如下：
K＝支路M扰动前功率/支路M扰动后功率
＝[扰动前节点A相角+节点A角度有功每1MW的变化率-(扰动前节点B相角+节点B角度有功每1MW的变化率)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前节点A相角+节点A角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW-(扰动前节点B相角+节点B角度随有功每1MW的变化率*扰动功率MW)]/(扰动前节点A相角-扰动前节点B相角)
＝[扰动前支路相角差+(节点A角度随有功每1MW的变化率-节点B角度随有功每1MW的变化率)*扰动功率MW]/扰动前支路相角差；
其中N越大，说明该扰动节点对支路影响越大，即敏感度越高。
5.根据权利要求4所述的基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，步骤四中，解析节点注入功率对支路功率灵敏度计算结果的具体方法如下：
根据步骤一中的电网潮流分析基态信息，对步骤二中的节点灵敏度分析文件进行计算，从计算结果中解析出支路两侧节点A、B的相角以及角度对有功的变化率，根据步骤三中的等效公式，快速计算出节点注入功率对所有支路功率的灵敏度系数N。
6.根据权利要求5所述的基于BPA节点注入功率的支路功率快速灵敏度计算方法，其特征在于，步骤五中，统计基态潮流下支路对节点敏感电源节点的具体方法如下：基于步骤四中的节点对支路灵敏度计算结果，以支路为单位反向梳理统计所有节点注入功率对其灵敏度，其中N值较大的扰动节点即是该支路在该基态潮流下对应的最敏感的电源节点。
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