CN114899829A - 一种电压稳定性的评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压稳定性的评估方法及装置，其方法包括：获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据，根据电源数据、网架数据和负荷数据，计算待评估电力系统初始状态的电压值，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合电压值、连续潮流模型和连续化参数的方程进行计算，得到待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值，将电压崩溃值和最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到待评估电力系统的静态电压稳定性指标。有利于解决传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题，提高了电压评估的准确性。

Description

一种电压稳定性的评估方法及装置
技术领域
本发明涉及评估静态电压稳定性的技术领域，尤其涉及一种电压稳定性的评估方法及装置。
背景技术
电力系统是一个复杂的非线性系统，其稳定性研究是电力系统规划与运行的重要课题。起初稳定性研究主要聚焦于电力系统的功角稳定性，但随着上个世纪七十年代后期以来，世界范围内先后发生的多起由电压崩溃引起的大面积停电事故带来了巨大的经济损失和社会影响，电力系统电压稳定性分析的重要性逐渐凸显。
电力系统的电压稳定性是指系统在满足负荷功率需求的前提下，经受一定的扰动后各负荷节点维持负荷电压在其容许范围内的能力。静态电压稳定主要研究平衡点的静态电压稳定主要研究平衡点的稳定性问题，它要求系统受到的扰动幅度足够小或系统的演化过程足够缓慢，以至可以忽略系统模型的动态过程，此时，系统的运行轨迹由稳定的平衡点构成。如果系统的功率无法平衡，即不存在稳定的平衡点，就认为系统会发生电压失稳。从本质上说，这是将网络传输极限功率时的运行状态当作静态电压稳定的极限状态。静态电压稳定性分析方法由于简单易行，也被广泛运用以计算当前运行状态下的电压稳定指标、确定系统的薄弱环节和寻找提高系统电压稳定裕度的控制策略等。
目前已有技术利用统一潮流控制器对电力系统的静态稳定性进行分析，但现有技术主要考虑传统的统一潮流控制器的影响。鉴于传统的统一潮流控制器昂贵的造价和功率限制已经束缚了它在实际系统中的推广，而混合式统一潮流控制器具有容量大和成本低的优点，更利于实际推广与应用。
因此，为了提高电压评估的准确性，解决目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题，亟需构建一种电压稳定性的评估方法。
发明内容
本发明提供了一种电压稳定性的评估方法及装置，解决了目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种电压稳定性的评估方法，包括：
步骤S1，获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
步骤S2，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
步骤S3，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
步骤S4，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
步骤S5，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标。
可选地，所述步骤S2包括:
步骤S21，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
步骤S22，将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
可选地，所述步骤S3包括:
步骤S31，利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统的新状态；
步骤S32，通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统的新状态，建立所述连续化参数的方程；
步骤S33，基于所述待评估电力系统的新状态，结合所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
可选地，所述步骤S4包括：
步骤S41，通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的新状态的电压预测值；
步骤S42，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
可选地，所述步骤S42包括：
步骤S421，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
步骤S422，确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
第二方面，本发明提供了一种电压稳定性的评估装置，包括：
获取模块，用于获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
电压模块，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
建立模块，用于利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
计算模块，用于通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
指标模块，用于将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标。
可选地，所述电压模块包括:
模型子模块，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
电压子模块，用于将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
可选地，所述建立模块包括:
修改子模块，用于利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统的新状态；
方程子模块，用于通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统的新状态，建立所述连续化参数的方程；
构建子模块，用于基于所述待评估电力系统的新状态，结合所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
可选地，所述计算模块包括：
预测子模块，用于通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的新状态的电压预测值；
最优子模块，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
可选地，所述最优子模块包括：
迭代单元，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
确定单元，用于确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供了一种电压稳定性的评估方法，通过获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标，通过一种电压稳定性的评估方法，解决了目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题，提高了电压评估的准确性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的一种电压稳定性的评估方法实施例一的流程步骤图；
图2为本发明的一种电压稳定性的评估方法实施例二的流程步骤图；
图3为本发明的一种混合统一潮流控制器中传统的统一潮流控制器的拓扑结构图；
图4为本发明的一种混合统一潮流控制器中Sen变压器的拓扑结构图；
图5为本发明的一种基于等效电压源模型构成的混合统一潮流控制器的等效电路图；
图6为本发明的一种电压稳定性的评估装置实施例的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电压稳定性的评估方法及装置，用于解决目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，请参阅图1，图1为本发明的一种电压稳定性的评估方法实施例一的流程步骤图，包括：
步骤S101，获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
需要说明的是，混合统一潮流控制器(Hybrid unified power flow controller，HUPFC)由Sen变压器(Sen transformer，ST)和统一潮流控制器(Unified power flowcontroller，UPFC)两种结构和原理完全不同的电气装置构成，其拓扑结构最先由武汉大学学者提出。HUPFC(混合统一潮流控制器)综合了ST(Sen变压器)和UPFC(统一潮流控制器)的优势，在实现电压稳定和均衡控制的同时，提升了系统运行的可靠性与经济性。UPFC(统一潮流控制器)是柔性交流输电设备中最具代表性、功能强大的补偿装置，可以很方便的调节输电系统中线路阻抗、电压大小及相位三个参数，实现电压调节、串联补偿、相量调节和综合调节四个功能，在提高输电系统那个、优化输电网络运行条件、新能源并网、支撑电网建设、提升电能质量、实现大电网区域互联等领域应用广泛。
UPFC(统一潮流控制器)的控制系统一般由系统级、装置级和阀控级三级构成，系统级一般为调度中心根据系统运行状态下发系统潮流和节点电压指令，装置级控制将根据系统指令，经过相应的控制环节得到换流器的交流侧输出电压指令，阀控级根据电压指令结合调制策略生成换流阀触发信号，得到正确的交流侧电压波形。UPFC(统一潮流控制器)的稳态模型已趋于成熟，其中有学者通过引入基于功率注入法的稳态模型，分析UPFC(统一潮流控制器)对潮流的控制特性，并结合快速解耦潮流法，基于敏感性分析优化UPFC(统一潮流控制器)的容量分配。等效电压源模型具有简易、适用的特点，因而具备更好的通用性和更高的工程应用价值。
ST(Sen变压器)是一种串、并联混合的柔性交流输电设备，可理解为一种基于变压器和晶闸管控制技术的改进型移相变压器。武汉大学学者最先提出ST(Sen变压器)与UPFC(统一潮流控制器)组合构成HUPFC(混合统一潮流控制器)的拓扑结构，随之研究了两个装置的容量分配问题，分析了HUPFC(混合统一潮流控制器)的电压补偿和无功补偿能力。后有学者为了优化HUPFC(混合统一潮流控制器)的拓扑结构，提高ST(Sen变压器)的绕组利用率，提出了一种由普通双绕组变压器构成的改进型ST(Sen变压器)结构，实现基本不降低装置有功潮流调节范围。
步骤S102，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
需要说明的是，所述稳态潮流计算模型包括交流电网潮流模型和混合统一潮流模型。
在本发明实施例中，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型，将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
步骤S103，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
在本发明实施例中，利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统新状态，通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统新状态，建立所述连续化参数的方程，基于所述待评估电力系统新状态，结合所述连续化参数的方程和所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
步骤S104，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
在本发明实施例中，通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统新状态的电压预测值，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
步骤S105，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标；
在本发明实施例中，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述电力系统的静态电压稳定性指标，以对静态电压稳定性进行评估。
在本发明实施例所提供的一种电压稳定性的评估方法，通过获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标，通过一种电压稳定性的评估方法，解决了目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题，提高了电压评估的准确性。
实施例二，请参阅图2，图2为本发明的一种电压稳定性的评估方法的流程步骤图，包括：
步骤S201，获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
在本发明实施例中，使用混合统一潮流控制器，获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据。
步骤S202，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
在本发明实施例中，由电源数据、网架数据和负荷数据，构建HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型。
在具体实现中，HUPFC(混合统一潮流控制器)由传统UPFC(统一潮流控制器)和ST(Sen变压器)串联构成。其中，传统UPFC(统一潮流控制器)是一种串并联混合型的FACTS装置。请参阅图3，图3为本发明的一种混合统一潮流控制器中传统的统一潮流控制器的拓扑结构图。传统UPFC(统一潮流控制器)主要分为两部分：并联侧的静止同步补偿器(Staticsynchronous compensator，STATCOM)和串联侧的静止同步串联补偿器(Staticsynchronous series compensator，SSSC)。其中，两个换流器的一端通过直流线路串联，实现两侧有功的耦合；STATCOM换流器的另一端与通过变压器Tsh并联至交流送端母线i，SSSC换流器的另一端通过变压器Tse串联至线路ij。并联侧换流器能够向接入点提供无功功率以稳定接入点电压，同时吸收有功功率以稳定直流侧电压；串联侧换流器通过控制串联变压器串接入系统的电压相位和幅值，以控制线路上传输的有功功率及无功功率。
请参阅图4，图4为本发明的一种混合统一潮流控制器中Sen变压器的拓扑结构图。ST(Sen变压器)由各相芯柱上绕有1个原边绕组和3个副边绕组的四绕组变压器组成。其原边绕组星形连接并联至线路母线，每相的三个副边绕组经调压开关分别串入三相线路中，从而各相线路将分别串入ST(Sen变压器)每相的1个副边绕组构成该相的串联单元。ST(Sen变压器)采用有载调压技术对称地调节三相串联单元输出电压，以获得既定的电压补偿特性，本质是在线路中串入可控补偿电压，进而在线路中产生附加电流，表现为线路潮流的变化。稳态下，各相串联单元输出电压对称，即三组串联绕组a1、b1、c1，a2、b2、c2和a3、b3、c3的抽头位置分别相同，因此可以仅用绕组下标表示ST(Sen变压器)的工作状态。以A相线路为例分析ST(Sen变压器)的工作原理，A相线路的串联电压为：
Figure BDA0003689340820000091
其中，
Figure BDA0003689340820000092
为HUPFC(混合统一潮流控制器)的A相输出电压，
Figure BDA0003689340820000093
Figure BDA0003689340820000094
为A相串联单元电压分量。由该式可知，通过控制a1、b3、c2绕组的抽头位置，即可改变
Figure BDA0003689340820000095
的幅值和相位，进而控制或影响附近节点电压水平和线路潮流的分布。但抽头位置的间隔性，使输出绕组存在调节级电压，导致
Figure BDA0003689340820000096
离散输出。
传统UPFC(统一潮流控制器)的360°调相及灵活性使其成本大大升高，限制了其调节容量；ST(Sen变压器)的调节灵活性受限于晶闸管开关的动作速度，且抽头数目不能趋于无穷大，即注入电压只能是正六边形上的有限点，无法连续调节。但ST(Sen变压器)具有大容量的优点，因此在潮流控制中，ST(Sen变压器)可以承担主要的调节任务。混合式潮流控制器将传统UPFC(统一潮流控制器)与ST(Sen变压器)串接，实现两者的优势互补。UPFC(统一潮流控制器)与ST(Sen变压器)都可以等效为串并联电源，其串联部分用来控制串联等效电压源的输出电压，调节线路潮流；并联部分则向并联母线提供无功支持，维持并联母线电压。基于串并联等效原理，HUPFC(混合统一潮流控制器)的等效电压源模型如下所示：
并联侧等效电压源：
Figure BDA0003689340820000101
串联侧等效电压源：
Figure BDA0003689340820000102
其中，
Figure BDA0003689340820000103
和
Figure BDA0003689340820000104
分别为并联和串联等效电压相量，Zshi和Zseij分别为并联和串联等效阻抗；
Figure BDA0003689340820000105
和
Figure BDA0003689340820000106
分别为传统UPFC(统一潮流控制器)并联和串联等效电压相量，ZUPFC,sh和ZUPFC,se分别为并联和串联等效阻抗；
Figure BDA0003689340820000107
和
Figure BDA0003689340820000108
分别为ST(Sen变压器)并联和串联等效电压相量，ZST,sh和ZST,se分别为并联和串联等效阻抗。
请参阅图5，图5为本发明的一种基于等效电压源模型构成的混合统一潮流控制器的等效电路图；其中，Vi∠δi和Vj∠δj分别是交流线路Li,j送端母线和受端母线的电压相量；
Figure BDA0003689340820000109
和
Figure BDA00036893408200001010
分别是HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的虚拟送端母线和虚拟受端母线的电压相量，为后续区分，定义nsh是由并联母线i构成的集合，nse和nre分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联等效电压源送端母线Mj和受端母线Nj构成的集合；Vshi∠δshi和Vseij∠δseij分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压相量和串联侧等效电压相量。据此，由节点电压相量计算节点注入功率方程：
1)交流送端母线i注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧的有功功率Pshi和无功功率Qshi：
Figure BDA00036893408200001011
2)虚拟送端母线Mj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的有功功率PMN,j和无功功率QMN,j：
Figure BDA00036893408200001012
3)虚拟受端母线Nj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的有功功率PNM,j和无功功率QNM,j：
Figure BDA0003689340820000111
4)HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧注入到直流电网的有功功率Pshdc,i：
Figure BDA0003689340820000112
5)HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧注入到直流电网的有功功率Psedc,i：
Figure BDA0003689340820000113
其中，Vi∠δi和Vj∠δj分别是交流线路Li,j送端母线和受端母线的电压相量；
Figure BDA0003689340820000114
和
Figure BDA0003689340820000115
分别是HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的虚拟送端母线和虚拟受端母线的电压相量，为后续区分，定义nsh是由并联母线i构成的集合，nse和nre分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联等效电压源送端母线Mj和受端母线Nj构成的集合；G、B表示任意节点所在支路的导纳；Vshi∠δshi和Vseij∠δseij分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压相量和串联侧等效电压相量；Pshi为交流送端母线i注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧的有功功率；Qshi为交流送端母线i注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧的无功功率；PMN,j为虚拟送端母线Mj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的有功功率；QMN,j为虚拟送端母线Mj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的无功功率；PNM,j为虚拟受端母线Nj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的有功功率；QNM,j为虚拟受端母线Nj注入至HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的无功功率；Pshdc,i为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧注入到直流电网的有功功率；Psedc,i为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧注入到直流电网的有功功率。
计算交流电网任意节点i的注入有功功率Pi(V,δ)和无功功率Qi(V,δ)：
Figure BDA0003689340820000121
其中，Vi和Vj分别表示节点i、j的电压幅值；δij表示节点i、j的相角差；Gij、Bij表示节点i、j所在支路的导纳；
建立任意节点i的功率不平衡方程，即：
Figure BDA0003689340820000122
其中，PGi和QGi分别为有功和无功发电功率；PLi和QLi分别为有功和无功负荷功率；Pi,HUPFC和Qi,HUPFC分别为由节点i注入到HUPFC(混合统一潮流控制器)的有功和无功功率，其详细组成如下式：
Figure BDA0003689340820000123
其中，i表示配置HUPFC(混合统一潮流控制器)的交流送端母线，j表示配置HUPFC(混合统一潮流控制器)的交流受端母线。
稳态潮流计算模型包括交流电网潮流模型FAC(X)和混合统一潮流模型FHUPFC(X)。
F(X)＝[FAC(X)T,FHUPFC(X)T]T＝0；
其中，F(X)为非线性失配方程组相量；X为状态变量相量，由交系统状态变量
Figure BDA0003689340820000124
和HUPFC(混合统一潮流控制器)状态变量
Figure BDA0003689340820000125
组成，其详细组成如下式：
Figure BDA0003689340820000126
其中，δ为除了平衡节点以外的节点相角集合；V为PQ节点电压幅值集合；δsh和Vsh分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压源的相角和幅值集合；δse和Vse分别为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧等效电压源的相角和幅值集合。交流电网共有个nac交流节点，包含一个平衡节点，nPQ个PQ节点和nPV个PV节点。
基于所述有功功率数据、所述无功功率数据和所述功率不平衡方程，结合所述电压数据，建立交流网络潮流模型：
FAC(XAC)＝[ΔPT,ΔQT]T＝0；
其中，
Figure BDA0003689340820000131
为交流电网的状态变量向量，其中δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角，V表示交流电网所有PQ节点电压幅值；ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量，ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量。
基于所述有功功率数据、所述无功功率数据和所述功率不平衡方程，结合所述电压数据，建立混合统一潮流模型：
Figure BDA0003689340820000132
其中，
Figure BDA0003689340820000133
为HUPFC(混合统一潮流控制器)的状态变量向量；δsh和Vsh为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压源相角和幅值；δse和Vse为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压源相角和幅值；ΔPNM和ΔQNM为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的出口有功和无功功率不平衡量；ΔVsh为并联母线电压幅值的不平衡量；ΔPE为直流电网交换功率的不平衡量。上述不平衡量的详细定义如下：
Figure BDA0003689340820000134
其中，
Figure BDA0003689340820000135
为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧出口有功功率参考值；
Figure BDA0003689340820000136
为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧出口无功功率参考值；
Figure BDA0003689340820000137
为交流并联母线的电压幅值参考值。
步骤S203，将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值；
需要说明的是，稳态潮流计算模型包括交流电网潮流模型和混合统一潮流模型。
在本发明实施例中，将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
步骤S204，利用自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统新状态；
在本发明实施例中，利用自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统新状态。
在具体实现中，采用自适应步长控制方法，确定步长α，如下式所示：
αj+1＝σjαj,αmin≤αj+1≤αmax；
其中，σj是用于调节步长αj的取值的比例因子。σj可以由预测点和校正点之间的误差估计γj计算，如下式所示：
Figure BDA0003689340820000141
Figure BDA0003689340820000142
其中，βcpf是阻尼系数，εcpf是特定公差。
步骤S205，通过伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统新状态，建立连续化参数的方程；
在本发明实施例中，运用伪弧长参数法，基于所述待评估电力系统新状态，建立连续化参数的方程。
在具体实现中，采用伪弧长参数化方法，建立关于连续化参数λ的方程，以保证在引入变量λ后，需求解的未知变量数与方程数相同。引入的关于连续化参数λ的方程如下所示：
Figure BDA0003689340820000143
其中，
Figure BDA0003689340820000144
是(xj，λj)处的归一化切向量。
步骤S206，基于所述待评估电力系统新状态，结合所述连续化参数的方程和所述稳态潮流计算模型，构建连续潮流模型；
在本发明实施例中，基于所述连续化参数的方程和所述稳态潮流计算模型，结合所述待评估电力系统新状态，构建连续潮流模型。
在具体实现中，基于稳态潮流计算模型，引入连续化参数，建立对应的连续潮流模型如下所示：
Figure BDA0003689340820000151
其中，λ为引入的连续化参数；PLi0，QLi0，PGi0和QGi0分别是初始状态(λ＝0)时节点i处的有功负荷、无功负荷、发电机有功出力和无功出力值；KPLi，KQLi和KPGi分别是表征节点i处有功负荷、无功负荷和发电机有功出力变化率的系数，如下所示：
Figure BDA0003689340820000152
Figure BDA0003689340820000153
Figure BDA0003689340820000154
其中，PLi_target、QLi_target和PGi_target分别是设定的目标状态下节点i处的有功负荷、无功负荷和发电机有功出力。
上式连续潮流模型中的等式采用预测-校正法求解，为便于描述步骤S202中A相线路的串联电压可写作：
H(x,λ)＝0 0≤λ≤λnose；
其中，x代表上述连续潮流模型中的状态变量Vi，Vj，δi和δj。
步骤S207，通过切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统新状态的电压预测值；
在本发明实施例中，通过切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程，计算得到所述待评估电力系统新状态的电压预测值。
在具体实现中，基于当前所处状态(xj，λj)采用切线法得到P-V曲线下一个点的预测值
Figure BDA0003689340820000161
点(xj，λj)处的切向量zj＝[dxdλ]jT可通过求解下式得到。
Figure BDA0003689340820000162
对zj进行归一化处理如下：
Figure BDA0003689340820000163
P-V曲线上下一个点的预测值
Figure BDA0003689340820000164
如下式所示：
Figure BDA0003689340820000165
步骤S208，通过牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
在一个可选实施例中，所述步骤S208包括：
步骤S2081，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
步骤S2082，确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
在本发明实施例中，运用所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值和所述连续潮流模型，计算得到所述待评估电力系统新状态的电压校正值，采用所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压校正值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解，确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
在具体实现中，采用牛顿-拉夫逊法求解下式，实现对预测值
Figure BDA0003689340820000166
的校正，以得到P-V曲线上的下一个点(xj+1，λj+1)。
Figure BDA0003689340820000167
基于电压预测值，利用基于泰勒级数展开的牛顿-拉夫逊法，对连续潮流模型进行迭代求解，得到：
Figure BDA0003689340820000168
上式简记为F(X)＝-JΔX，其中，J为交流系统的雅克比矩阵，其详细组成如下式：
Figure BDA0003689340820000171
其中，F(X)为非线性失配方程组相量；X为状态变量相量，由交系统状态变量
Figure BDA0003689340820000172
和HUPFC(混合统一潮流控制器)状态变量
Figure BDA0003689340820000173
组成；δ表示交流电网所有非平衡节点的电压相角，V表示交流电网所有PQ节点电压幅值；ΔP为所有PQ节点和PV节点有功不平衡量，ΔQ为所有PQ节点的无功不平衡量；δsh和Vsh为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压源相角和幅值；δse和Vse为HUPFC(混合统一潮流控制器)并联侧等效电压源相角和幅值；ΔPNM和ΔQNM为HUPFC(混合统一潮流控制器)串联侧的出口有功和无功功率不平衡量；ΔVsh为并联母线电压幅值的不平衡量；ΔPE为直流电网交换功率的不平衡量。
利用牛顿-拉夫逊法，对连续潮流模型进行迭代求解，直到计算出最优解，得到P-V曲线图像数据，提取最优解的数据，得到电压崩溃值和最大负荷值。
步骤S209，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标；
需要说明的是，所述电力系统的静态电压稳定性指标包括电压崩溃裕度和极限功率裕度指标。
在本发明实施例中，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标，包括电压崩溃裕度和极限功率裕度指标。
在具体实现中，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到电压崩溃裕度和极限功率裕度指标。
所述预设的电压稳定性指标模型具体为：
Figure BDA0003689340820000181
Figure BDA0003689340820000182
其中，Vfactor为电压崩溃裕度；V0为电压初值；Vcollapse为鼻点处的崩溃电压值；Pfactor为极限功率裕度；P0为负荷功率初值；Pmax为鼻点处极限功率值。
在本发明实施例所提供的一种电压稳定性的评估方法，通过获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标，通过一种电压稳定性的评估方法，解决了目前存在的传统的统一潮流控制器因为昂贵的造价和功率限制难以推广与应用的技术问题，提高了电压评估的准确性。
请参阅图6，图6为本发明的一种电压稳定性的评估装置实施例的结构框图，包括：
获取模块601，用于获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
电压模块602，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
建立模块603，用于利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
计算模块604，用于通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
指标模块605，用于将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标。
在一个可选实施例中，所述电压模块602包括:
模型子模块，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
电压子模块，用于将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
在一个可选实施例中，所述建立模块603包括:
修改子模块，用于利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统的新状态；
方程子模块，用于通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统的新状态，建立所述连续化参数的方程；
构建子模块，用于基于所述待评估电力系统的新状态，结合所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
在一个可选实施例中，所述计算模块604包括：
预测子模块，用于通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的新状态的电压预测值；
最优子模块，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
在一个可选实施例中，所述最优子模块包括：
迭代单元，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
确定单元，用于确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的方法及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电压稳定性的评估方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
步骤S2，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
步骤S3，利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
步骤S4，通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
步骤S5，将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标。
2.根据权利要求1所述的电压稳定性的评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
步骤S22，将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
3.根据权利要求2所述的电压稳定性的评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31，利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统的新状态；
步骤S32，通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统的新状态，建立所述连续化参数的方程；
步骤S33，基于所述待评估电力系统的新状态，结合所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
4.根据权利要求1所述的电压稳定性的评估方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41，通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的新状态的电压预测值；
步骤S42，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
5.根据权利要求4所述的电压稳定性的评估方法，其特征在于，所述步骤S42包括：
步骤S421，通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
步骤S422，确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
6.一种电压稳定性的评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待评估电力系统初始状态的电源数据、网架数据和负荷数据；
电压模块，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，计算所述待评估电力系统初始状态的电压值；
建立模块，用于利用自适应步长控制法和伪弧长参数法，建立连续潮流模型和连续化参数的方程；
计算模块，用于通过切线法和牛顿拉夫逊法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值；
指标模块，用于将所述电压崩溃值和所述最大负荷值输入预设的电压稳定性指标模型，计算得到所述待评估电力系统的静态电压稳定性指标。
7.根据权利要求6所述的电压稳定性的评估装置，其特征在于，所述电压模块包括：
模型子模块，用于根据所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据，建立HUPFC稳态模型和稳态潮流计算模型；
电压子模块，用于将所述电源数据、所述网架数据和所述负荷数据输入所述HUPFC稳态模型和所述稳态潮流计算模型，计算得到所述待评估电力系统初始状态的电压值。
8.根据权利要求7所述的电压稳定性的评估装置，其特征在于，所述建立模块包括：
修改子模块，用于利用所述自适应步长控制法，修改所述待评估电力系统的负荷数据，得到所述待评估电力系统的新状态；
方程子模块，用于通过所述伪弧长参数法，结合所述待评估电力系统的新状态，建立所述连续化参数的方程；
构建子模块，用于基于所述待评估电力系统的新状态，结合所述稳态潮流计算模型，构建所述连续潮流模型。
9.根据权利要求1所述的电压稳定性的评估装置，其特征在于，所述计算模块包括：
预测子模块，用于通过所述切线法，结合所述电压值、所述连续潮流模型和所述连续化参数的方程进行计算，得到所述待评估电力系统的新状态的电压预测值；
最优子模块，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，计算所述连续潮流模型的最优解，得到所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
10.根据权利要求9所述的电压稳定性的评估装置，其特征在于，所述最优子模块包括：
迭代单元，用于通过所述牛顿拉夫逊法，结合所述电压预测值，对所述连续潮流模型进行迭代，计算得到所述连续潮流模型的最优解；
确定单元，用于确定所述最优解为所述待评估电力系统的电压崩溃值和最大负荷值。
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