CN113746097B - 一种电力系统分析方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种电力系统分析方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电力系统分析方法，包括：建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；确定出参数k的估计值之后，利用有载调压变压器模型进行电力系统分析。应用本申请的方案，有利于保障电力系统分析的准确性。本申请还公开了一种电力系统分析系统，设备及存储介质，具有相应技术效果。

Description

一种电力系统分析方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力系统分析方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着电力系统的快速发展，电网的规模不断扩大，各种新型设备也得到了广泛的应用，因此，需要处理的电网数据在不断增加，对电力系统应用软件的准确性、高效性、实用性以及实时性都提出了更高的要求，使得建立简单实用的电力网络模型实现电力系统分析具有十分重要的意义。
变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，对于标准变比的变压器而言，阻抗比是非变化性的，仅在发生故障或变压器完全更换时才可能发生变化，因此只需要在很长的时间间隔内对其进行估计即可。
电力系统中还存在大量的非标准变比的变压器，无法从标准变压器数据表或者通过简单的计算来获得阻抗比的值，因此，一种简单的处理方式是基于变压器的型号等信息，将阻抗比设为经验值，但是这样的方式精确度较低。特别是在部分场合中，非标准变比的变压器的阻抗比计算不仅影响系统的潮流分布，有时还会影响算法的收敛性，即有载调压变压器模型的数学模型的准确性会直接关系到整个电力系统计算的高效性和准确性。
综上所述，如何实现更加准确的电力系统分析，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力系统分析方法、系统、设备及存储介质，以实现更加准确的电力系统分析。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种电力系统分析方法，包括：
建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且所述有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，所述参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；
确定出所述参数k的估计值之后，利用所述有载调压变压器模型进行电力系统分析。
优选的，所述确定出所述参数k的估计值，包括：
设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数；
通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解所述有载调压变压器参数测量函数，确定出所述参数k的估计值。
优选的，所述设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数，包括：
确定出节点电压幅值对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第一函数；
确定出节点注入有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点注入无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第二函数；
确定出节点之间的有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点之间的无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第三函数；
将包括所述第一函数，所述第二函数以及所述第三函数的有载调压变压器参数测量函数，作为设置的含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数。
优选的，所述第一函数包括：
其中，Vi表示的是第i节点的电压幅值，/>为求导符号。
优选的，确定出的节点注入有功功率的表达式为：
确定出的节点注入无功功率的表达式为：
其中，Pi和Qi分别表示第i节点中注入的有功功率和无功功率，a表示匝数比，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且 表示的是第i节点的导纳矩阵的电导，/>表示的是第i节点的导纳矩阵的电纳，Gij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电导，Bij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电纳。
优选的，确定出的节点之间的有功功率的表达式为：
确定出的节点之间的无功功率的表达式为：
其中，Pij和Qij分别表示第i节点流向第j节点的有功功率和无功功率，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，a表示匝数比，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且gsi表示的是第i节点的并联支路的电导，bsi表示的是第i节点的并联支路的电纳，gij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电导，bij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电纳。
优选的，建立的所述有载调压变压器模型的导纳矩阵方程表示为：
其中，Yii表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路i的导纳，Yij和Yji分别表示的是有载调压变压器的π等效电路的从支路i到支路j的导纳，以及有载调压变压器的π等效电路的从支路j到支路i的导纳，Yjj表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路j的导纳，a表示匝数比，ysc表示的是有载调压变压器导纳的标幺值。
一种电力系统分析系统，包括：
模型构建单元，用于建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且所述有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，所述参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；
计算分析单元，用于确定出所述参数k的估计值之后，利用所述有载调压变压器模型进行电力系统分析。
一种电力系统分析设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的电力系统分析方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的电力系统分析方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的技术方案，建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，有利于保障模型的一致性，即对于电力系统中的各个有载调压变压器，均可以执行本申请的方案。本申请的方案中，对于有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比，即参数k，并不是设定一个经验值，而是会确定出参数k的估计值，即对参数k进行计算，然后再利用有载调压变压器模型进行电力系统分析，也就有利于保障电力系统分析的准确性。
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为本发明中一种电力系统分析方法的实施流程图；
图2为本发明中有载调压变压器的二端口π等效电路模型的结构示意图；
图3为本发明中一种电力系统分析系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电力系统分析方法，有利于保障电力系统分析的准确性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明中一种电力系统分析方法的实施流程图，该电力系统分析方法可以包括以下步骤：
步骤S101：建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比。
具体的，有载调压变压器的二端口π等效电路模型可以如图2所示，该π等效电路模型具有两个并联支路，当变压器按照标称匝数比运行时不需要考虑分流支路的影响。而出于电压调节目的，即对于有载调压变压器而言，由于经常会以非标称匝数比运行，因此，不能忽略其π等效电路模型的分流支路。
通常，建立的有载调压变压器模型的导纳矩阵方程可以具体表示为：
其中，Yii表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路i的导纳，Yij和Yji分别表示的是有载调压变压器的π等效电路的从支路i到支路j的导纳，以及有载调压变压器的π等效电路的从支路j到支路i的导纳，Yjj表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路j的导纳，a表示匝数比，ysc表示的是有载调压变压器导纳的标幺值。
此外，按照有载调压变压器模型的导纳矩阵方程，可以确定出π等效电路模型中的第一参数yij，第二参数ysi，以及第三参数ysj的表达式，具体为：
步骤S102：确定出参数k的估计值之后，利用有载调压变压器模型进行电力系统分析。
建立的基于π等效电路的有载调压变压器模型中，参数k是未知的参数，因此，本申请会对参数k的数值进行估计，即确定出参数k的估计值。
确定出参数k的估计值的具体方式可以根据需要进行选取，但可以理解的是，应当选取能够较为准确地进行参数k的估计的计算方式，从而能够实现准确的电力系统分析。
此外，在实际应用中，可以按照预设周期，或者实时进行参数k的估计，以保障电力系统分析的准确性。
在利用有载调压变压器模型进行电力系统分析时，具体的电力系统分析内容可以有多种，例如，将实时的电网数据作为输入数据，基于包括有载调压变压器模型在内的电力系统模型，进行电力系统的潮流分布状态的分析，进行电网故障检测等等。
在本发明的一种具体实施方式中，步骤S102中描述的确定出参数k的估计值，可以具体包括：
步骤一：设置含有参数k的有载调压变压器参数测量函数；
步骤二：通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解有载调压变压器参数测量函数，确定出参数k的估计值。
该种实施方式中，设置了含有参数k的有载调压变压器参数测量函数，从而使得通过求解有载调压变压器参数测量函数，可以有效地计算出参数k。而在求解时，采用的是基于增广矩阵的状态估计算法，有利于实现对于参数k的较为准确的估计，即有利于提高确定出的参数k的估计值的精确性。
进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，上述步骤一可以具体包括：
确定出节点电压幅值对参数k的导数的表达式，作为得到的第一函数；
确定出节点注入有功功率对参数k的导数的表达式，和节点注入无功功率对参数k的导数的表达式，作为得到的第二函数；
确定出节点之间的有功功率对参数k的导数的表达式，和节点之间的无功功率对参数k的导数的表达式，作为得到的第三函数；
将包括第一函数，第二函数以及第三函数的有载调压变压器参数测量函数，作为设置的含有参数k的有载调压变压器参数测量函数。
该种实施方式中，考虑到可以通过节点电压幅值，功率注入以及潮流功率这3个方向，设置有载调压变压器参数测量函数，使得可以准确地得到参数k的估计值。
具体的，节点电压幅值的测量函数与有载调压变压器的阻抗比无关，因此，第一函数可以具体为：
其中，Vi表示的是第i节点的电压幅值，/>为求导符号。
此处描述的第i节点，可以是有载调压变压器所连接的母线上的任一节点，同样的，后文中描述的第j节点，也可以是有载调压变压器所连接的母线上的任一节点，即，例如有载调压变压器所连接的母线具有N个节点，则1≤i≤N，1≤j≤N。
第i节点中注入的有功功率和无功功率Pi和Qi可以表示为：
Gin和Bin分别表示第i节点与第n节点之间的导纳矩阵的电导和电纳，θin表示的是第i节点与第n节点之间的相位角。
考虑到第i节点中注入的有功功率和无功功率Pi和Qi会受到参数k的影响，因此可以进一步表达为：
其中，表示的是第i节点的导纳矩阵的电导，/>表示的是第i节点的导纳矩阵的电纳，Gij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电导，Bij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电纳。
并且，基于有载调压变压器模型的导纳矩阵方程，可以将Gij，Bij表示为参数k，电导参数gsc和电纳参数bsc的函数，即：
因此，在本发明的一种具体实施方式中，确定出的节点注入有功功率的表达式为：
确定出的节点注入无功功率的表达式为：
其中，Pi和Qi分别表示第i节点中注入的有功功率和无功功率，a表示匝数比，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且 表示的是第i节点的导纳矩阵的电导，/>表示的是第i节点的导纳矩阵的电纳，Gij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电导，Bij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电纳。
之后，可以将通用商规则应用于和便可以得到Pi和Qi对参数k的导数的表达式：
这也就是该种实施方式中得到的第二函数。
π等效电路模型不仅可以适用于有载调压变压器，也可以适用于线路。因此，第i节点流向第j节点的有功功率Pij和无功功率Qij可以表示为：
Pij＝Vi 2(gsi+gij)-ViVj(gijcosθij+bijsinθij)；
Qij＝-Vi 2(bsi+bij)-ViVj(gijsinθij-bijcosθij)。
gsi表示的是第i节点的并联支路的电导，bsi表示的是第i节点的并联支路的电纳，gij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电导，bij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电纳。并且，可以直接从π等效电路模型中的第一参数yij，第二参数ysi中得出，即：
因此，在本发明的一种具体实施方式中，确定出的节点之间的有功功率的表达式为：
确定出的节点之间的无功功率的表达式为：
其中，Pij和Qij分别表示第i节点流向第j节点的有功功率和无功功率，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，a表示匝数比，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且gsi表示的是第i节点的并联支路的电导，bsi表示的是第i节点的并联支路的电纳，gij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电导，bij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电纳。
之后，可以将通用商规则应用于和便可以得到Pij和Qij对于参数k的导数的表达式：
这也就是该种实施方式中得到的第三函数。
设置了含有参数k的有载调压变压器参数测量函数之后，本申请可以通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解有载调压变压器参数测量函数，确定出参数k的估计值。
具体的，基于增广矩阵的状态估计算法，可以对状态估计问题进行求解，下列线性化方程组描述了状态估计问题：
其中，R表示协方差矩阵，H表示常规测量的导数矩阵，C表示虚拟测量的导数矩阵，μ表示用于常规测量的拉格朗日乘数向量，λ表示用于虚拟测量的拉格朗日乘数向量，Δx表示状态变量偏差的向量，Δz表示测量残差的向量，c(x)是虚拟测量残差的向量。
应用本发明实施例所提供的技术方案，建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，有利于保障模型的一致性，即对于电力系统中的各个有载调压变压器，均可以执行本申请的方案。本申请的方案中，对于有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比，即参数k，并不是设定一个经验值，而是会确定出参数k的估计值，即对参数k进行计算，然后再利用有载调压变压器模型进行电力系统分析，也就有利于保障电力系统分析的准确性。
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种电力系统分析系统，可与上文相互对应参照。
参见图3所示，为本发明中一种电力系统分析系统的结构示意图，包括：
模型构建单元301，用于建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；
计算分析单元302，用于确定出参数k的估计值之后，利用有载调压变压器模型进行电力系统分析。
在本发明的一种具体实施方式中，计算分析单元302确定出参数k的估计值，具体用于：
设置含有参数k的有载调压变压器参数测量函数；
通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解有载调压变压器参数测量函数，确定出参数k的估计值。
在本发明的一种具体实施方式中，计算分析单元302设置含有参数k的有载调压变压器参数测量函数，具体用于：
确定出节点电压幅值对参数k的导数的表达式，作为得到的第一函数；
确定出节点注入有功功率对参数k的导数的表达式，和节点注入无功功率对参数k的导数的表达式，作为得到的第二函数；
确定出节点之间的有功功率对参数k的导数的表达式，和节点之间的无功功率对参数k的导数的表达式，作为得到的第三函数；
将包括第一函数，第二函数以及第三函数的有载调压变压器参数测量函数，作为设置的含有参数k的有载调压变压器参数测量函数。
相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种电力系统分析设备以及一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的电力系统分析方法的步骤，可与上文相互对应参照。这里所说的计算机可读存储介质包括随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
该电力系统分析设备可以包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序以实现如上述任一实施例中的电力系统分析方法的步骤。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电力系统分析方法，其特征在于，包括：
建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且所述有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，所述参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；
确定出所述参数k的估计值之后，利用所述有载调压变压器模型进行电力系统分析；
所述确定出所述参数k的估计值，包括：
设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数；
通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解所述有载调压变压器参数测量函数，确定出所述参数k的估计值；
所述设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数，包括：
确定出节点电压幅值对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第一函数；
确定出节点注入有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点注入无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第二函数；
确定出节点之间的有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点之间的无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第三函数；
将包括所述第一函数，所述第二函数以及所述第三函数的有载调压变压器参数测量函数，作为设置的含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数。
2.根据权利要求1所述的电力系统分析方法，其特征在于，所述第一函数包括：
其中，Vi表示的是第i节点的电压幅值，/>为求导符号。
3.根据权利要求1所述的电力系统分析方法，其特征在于，确定出的节点注入有功功率的表达式为：
确定出的节点注入无功功率的表达式为：
其中，Pi和Qi分别表示第i节点中注入的有功功率和无功功率，a表示的是有载调压变压器的实际匝数比，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且 表示的是第i节点的导纳矩阵的电导，/>表示的是第i节点的导纳矩阵的电纳，Gij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电导，Bij表示的是第i节点与第j节点之间的导纳矩阵的电纳。
4.根据权利要求2所述的电力系统分析方法，其特征在于，确定出的节点之间的有功功率的表达式为：
确定出的节点之间的无功功率的表达式为：
其中，Pij和Qij分别表示第i节点流向第j节点的有功功率和无功功率，Vi表示的是第i节点的电压幅值，Vj表示的是第j节点的电压幅值，a表示的是有载调压变压器的实际匝数比，θij表示的是第i节点与第j节点之间的相位角，gsc和bsc分别为电导参数和电纳参数，且 gsi表示的是第i节点的并联支路的电导，bsi表示的是第i节点的并联支路的电纳，gij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电导，bij表示的是第i节点与第j节点之间的串联支路电纳。
5.根据权利要求1所述的电力系统分析方法，其特征在于，建立的所述有载调压变压器模型的导纳矩阵方程表示为：
其中，Yii表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路i的导纳，Yij和Yji分别表示的是有载调压变压器的π等效电路的从支路i到支路j的导纳，以及有载调压变压器的π等效电路的从支路j到支路i的导纳，Yjj表示的是有载调压变压器的π等效电路的支路j的导纳，a表示的是有载调压变压器的实际匝数比，ysc表示的是有载调压变压器导纳的标幺值。
6.一种电力系统分析系统，其特征在于，包括：
模型构建单元，用于建立基于π等效电路的有载调压变压器模型，且所述有载调压变压器模型中携带了参数k，其中，所述参数k表示的是有载调压变压器的额定绕组与抽头绕组之间的阻抗比；
计算分析单元，用于确定出所述参数k的估计值之后，利用所述有载调压变压器模型进行电力系统分析；
所述确定出所述参数k的估计值，包括：
设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数；
通过基于增广矩阵的状态估计算法，求解所述有载调压变压器参数测量函数，确定出所述参数k的估计值；
所述设置含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数，包括：
确定出节点电压幅值对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第一函数；
确定出节点注入有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点注入无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第二函数；
确定出节点之间的有功功率对所述参数k的导数的表达式，和节点之间的无功功率对所述参数k的导数的表达式，作为得到的第三函数；
将包括所述第一函数，所述第二函数以及所述第三函数的有载调压变压器参数测量函数，作为设置的含有所述参数k的有载调压变压器参数测量函数。
7.一种电力系统分析设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至5任一项所述的电力系统分析方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的电力系统分析方法的步骤。
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