專利名稱：一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大電網(wǎng)在線評估技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法。
背景技術(shù)：
隨著我國長距離、大容量輸電的出現(xiàn)和逐步發(fā)展，輸電距離長、供電范圍大是我國大電網(wǎng)發(fā)展過程中的主要特點，這使得我國主干輸電線的輸送能力主要取決于線路的極限傳輸容量。在這種環(huán)境下，極限傳輸容量問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運行的重要評估指標之一。北美電力可靠性委員會在20世紀90年代提出了電網(wǎng)可用輸電能力(Available TransferCapabiIity，ATC)的概念，定義ATC為在已有的協(xié)議基礎(chǔ)上，在實際輸電網(wǎng)中可用于進一步商業(yè)活動的剩余輸電能力。而要計算ATC就必須先計算系統(tǒng)極限傳輸容量(Total TransferCapability, TTC)。顯然，如何準確地計算TTC，是電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)分析中的一個基本任務(wù)，同時，如何快速地計算TTC，更是大電網(wǎng)環(huán)境下輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。目前求解TTC的方法主要是連續(xù)性潮流(Continuation Power Flow, CPF)計算方法，它通過在常規(guī)潮流方程中添加連續(xù)性參數(shù)，克服了常規(guī)潮流計算方法在潮流解曲線鞍型分叉點處由于常規(guī)雅可比(Jacobi)矩陣奇異而導(dǎo)致的計算困難，它考慮了系統(tǒng)的電壓、無功及其他非線性安全因素影響，具有相當?shù)臏蚀_性，非常適合極限傳輸容量的計算。自從連續(xù)潮流問題被提出以來，它在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性評估和系統(tǒng)極限傳輸容量計算等方面取得了廣泛的應(yīng)用。但是由于CPF方法需要從當前運行點開始逐漸增加負荷，逐步計算到系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定臨界點，計算通常是比較耗時的。而且在CPF計算過程中，步長的選擇是影響計算效率的關(guān)鍵因素之一。步長過小將會使計算效率大大降低，步長過大則有可能影響計算的收斂性。此外，在CPF計算中，常會遇到計算失敗的情況，即CPF的校正環(huán)節(jié)計算發(fā)散，具體表現(xiàn)為此時無論如何減小步長，校正計算都無法收斂。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，旨在解決現(xiàn)有的CPF計算中會遇到計算失敗的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，包括下述步驟:Sll:根據(jù)在線用戶負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)；S12:令n=n+l ；n為推演次數(shù)；S13:判斷潮流是否小于設(shè)定的安全閾值，若是，則進入步驟S14若否，則進入步驟S16 ；
S14:判斷電壓崩潰指數(shù)是否小于設(shè)定的指數(shù)閾值，若是，則進入步驟S16，若否，則進入步驟S15 ；S15:根據(jù)預(yù)測步長獲得新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)，根據(jù)新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的新潮流、新的預(yù)測步長和新的電壓崩潰指數(shù)；并返回至步驟S12;S16:計算功率極限點的輸電線路功率獲得系統(tǒng)極限傳輸容量。更進一步地，在步驟Sll中，根據(jù)牛頓法最后一次迭代的雅可比矩陣計算初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)。更進一步地，在步驟S13中，所述安全閾值是根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級和線路截面積進行設(shè)定的。更進一步地，在步驟S14中，所述指數(shù)閾值的范圍為0-0.02。本發(fā)明還提供了一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，包括下述步驟:S21:根據(jù)在線用戶負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)初始狀態(tài)的預(yù)測步長和電壓崩潰指數(shù)；S22:判斷電壓崩潰指數(shù)是否小于設(shè)定的指數(shù)閾值，若是，則進入步驟S24，若否，則進入步驟S23 ；S23:根據(jù)預(yù)測步長獲得新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)，根據(jù)新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的新的預(yù)測步長和新的電壓崩潰指數(shù)；并返回至步驟S22 ；S24:計算功率極限點的輸電線路功率獲得系統(tǒng)極限傳輸容量。更進一步地，在步驟S21中，根據(jù)牛頓法第一次迭代的雅可比矩陣計算初始狀態(tài)的預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)。本發(fā)明根據(jù)雅可比矩陣信息計算相應(yīng)的電壓崩潰指數(shù)，該參數(shù)可以引導(dǎo)整個潮流推演過程，將系統(tǒng)負荷狀態(tài)準確定位至功率極限點，同時，雅可比矩陣信息還可以自動選取合適的潮流推演步長，確保全網(wǎng)負荷變化能夠快速、準確地向系統(tǒng)極限點逼近。此外，本發(fā)明略去了參數(shù)化方程，從而不會出現(xiàn)連續(xù)潮流擴展雅可比矩陣奇異造成CPF計算失敗的現(xiàn)象。整個推演過程以雅可比矩陣為計算核心，不需要每步推演都有完整的牛頓迭代過程，從而能使算法總體計算速度大幅提升；從而避免連續(xù)潮流擴展雅可比矩陣奇異造成連續(xù)潮流法計算失敗的問題，進而減少連續(xù)潮流計算過程中魯棒性控制的時間成本，節(jié)約計算時間。


圖1是PV曲線(功率-電壓曲線)示意圖；圖2是本發(fā)明一種實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法實現(xiàn)流程示意圖；圖3是本發(fā)明另一種實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法實現(xiàn)流程示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法的效果圖；其中，圖4 (a)表示電壓崩潰指數(shù)IC隨同負荷/發(fā)電機運行水平增長模式量化參數(shù)入的變化曲線，圖4 (b)表示功率-電壓曲線(PV曲線)；圖5是本發(fā)明實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法與傳統(tǒng)算法的效果對比圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法在保證計算結(jié)果準確性的前提下，具有極高計算速度的大電網(wǎng)極限傳輸容量計算模型和實用化算法?；陔妷罕罎⒅笖?shù)的極限傳輸容量實用計算方法描述如下:連續(xù)潮流法被應(yīng)用于電力系統(tǒng)從功率穩(wěn)定平衡狀態(tài)到功率穩(wěn)定極限狀態(tài)的推演過程，它的計算模型如下:f(x, A) =0(1);其中，x表示系統(tǒng)狀態(tài)變量，它包括電力系統(tǒng)母線節(jié)點電壓、支路功率。入表示系統(tǒng)參數(shù)，它主要用于表征系統(tǒng)狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)變。一般來說，X可以由用戶負荷/發(fā)電機運行水平等系統(tǒng)參數(shù)量化而成。在連續(xù)潮流計算過程中，常常會遇到計算失敗的情況，即CPF在校正環(huán)節(jié)計算發(fā)散，具體表現(xiàn)為此時無論如何減小步長，校正計算都無法收斂，這一現(xiàn)象在計算穿越臨界點前后都可能遇到。如果當計算穿越臨界點后，在計算曲線的下半分支遇到計算發(fā)散，這時只是無法得到完整的PV曲線(功率-電壓曲線)，而并不影響極限傳輸容量的計算和精確臨界點的求取。但如果在曲線的上半分支上計算發(fā)散，將無法得到確切的極限傳輸容量及其臨界點。由于造成CPF計算失敗的原因是擴展雅可比矩陣奇異，而決定擴展雅可比矩陣性態(tài)的關(guān)鍵因素是CPF所采用的參數(shù)化方法。針對這個問題，本實用計算方法在狀態(tài)推演中將略去參數(shù)化方程，從而避免 連續(xù)潮流擴展雅可比矩陣奇異造成CPF計算失敗的問題，進而減少連續(xù)潮流計算過程中魯棒性控制的時間成本，節(jié)約計算時間。在狀態(tài)推演過程中，牛頓潮流方程可以轉(zhuǎn)化為:=[/]" ^ P);將負荷增長模
式量化為\，A即是每步狀態(tài)推演的預(yù)測步長A A之和，因此，推演狀態(tài)的節(jié)點注入有功、無功相量如下計算:P = PQ(1+X ) (3) ；Q = Q0(l+A ) (4);其中，PQ、Qtl分別表示基態(tài)節(jié)點注入有功、無功相量。由⑶和⑷可推得有功、無功增量方程如下:AP = P-P0 = P0^ (5)；
"Ml
AQ = Q-Q0 = Q0A (6);因此，狀態(tài)推演的正切相量TV定義如下JV= ^ =[/]-' ^ (7)洞
-丁J
時，狀態(tài)推演的預(yù)測步長采用如下形式:A入=k/| TV| I (8);其中，I I I I表示歐幾里德范數(shù)，k為一個加速或減速步長推演的加速比標量。由于狀態(tài)推演過程需要由當前運行點開始逐漸增加負荷，逐步計算到系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定臨界點，計算通常是比較耗時的，而且在計算過程中，步長的選擇是影響計算效率的關(guān)鍵因素之一，步長過小將會使計算效率大大降低，步長過大則有可能影響計算的收斂性。本文所采用的狀態(tài)推演步長(8)有自動調(diào)節(jié)的功能，即在距離穩(wěn)定臨界點較遠的系統(tǒng)狀態(tài)下步長較大，而在距離臨界點較近的系統(tǒng)狀態(tài)下步長較小。隨著PV曲線臨近臨界點，雅可比矩陣J將出現(xiàn)主特征值為O的現(xiàn)象，根據(jù)(7)可知，此時正切相量TV的歐幾里德范數(shù)I ItvI理論上將趨近無窮大，也就是說，當系統(tǒng)狀態(tài)臨近臨界點時，預(yù)測步長△ \將逐漸減小直至為O。因此，該步長推演同時兼顧了計算的時間效率和準確性。根據(jù)(7)、⑶可知，在功率極限點附近，預(yù)測步長較小，此時則可能出現(xiàn)在功率極限點附近狀態(tài)推演次數(shù)過多的現(xiàn)象。因此，為了更好的反映PV曲線逼近臨界點的趨勢，同時，也是為了減少在功率極限點附近狀態(tài)推演次數(shù)，減小(7)、(8)中求解[J]—1和I TV| I的計算量，需要設(shè)計一個參數(shù)來引導(dǎo)整個狀態(tài)推演過程準確、快速的向功率極限點推進。實際上，系統(tǒng)極限傳輸容量是反映大電網(wǎng)環(huán)境下輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要指標，由它可以直觀地反映當前系統(tǒng)運行狀態(tài)與穩(wěn)定極限的距離。求解系統(tǒng)極限傳輸容量并不需要計算出完整的PV曲線。在求解過程中，當系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)到達電壓拐點(即功率極限點)時，整個計算的任務(wù)就完成了，通過對此時系統(tǒng)狀態(tài)的評價即可求得系統(tǒng)的極限傳輸容量，因此，PV曲線的上半支曲線才是有意義的。如圖1所示，當曲線到達臨界點的時候，整個狀態(tài)推演和潮流計算的任務(wù)就完成了，通過對此時系統(tǒng)狀態(tài)(節(jié)點電壓及功角)進行分析，即可以求得系統(tǒng)極限傳輸容量。因此，如何準確、快速的將整個狀態(tài)推演過程及系統(tǒng)負荷(和發(fā)電)狀態(tài)準確引導(dǎo)并定位至功率極限點(臨界點)是至關(guān)重要的。當PV曲線接近臨界點時，用于評價雅可比矩陣主特征值的電壓崩潰指數(shù)IC將趨近為O。其中電壓崩潰指數(shù)IC定義如下:IC = TVt*J*TV(9);式中，TV表示狀態(tài)推演的正切相量，上標t表示相量的轉(zhuǎn)置，J為雅可比矩陣。定義狀態(tài)推演結(jié)束判據(jù)如下:IC ( ICset(IO);式中，ICsrt為電壓崩潰指數(shù)門檻值，當電壓崩潰指數(shù)IC持續(xù)下降并小于該門檻值時，表明當前系統(tǒng)狀態(tài)可以近似為臨界點狀態(tài)，整個狀態(tài)推演過程即可結(jié)束。設(shè)置該判據(jù)可以避免因在臨界點附近預(yù)測步長較小而出現(xiàn)狀態(tài)推演次數(shù)過多的現(xiàn)象，同時，也可以改善因為推演次數(shù)過多而造成的求解 [Jr1和I |tv|的低時間效率問題。圖2示出了本發(fā)明一種實施例提供的基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法實現(xiàn)流程；現(xiàn)結(jié)合圖2詳述其流程步驟如下:基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，包括下述步驟:Sll:根據(jù)在線用戶負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)；S12:令n=n+l ；n為推演次數(shù)；S13:判斷潮流是否小于設(shè)定的安全閾值，若是，則進入步驟S14若否，則進入步驟S16 ；S14:判斷電壓崩潰指數(shù)是否小于設(shè)定的指數(shù)閾值，若是，則進入步驟S16，若否，則進入步驟S15 ；S15:根據(jù)預(yù)測步長獲得新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)，根據(jù)新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的新潮流、新的預(yù)測步長和新的電壓崩潰指數(shù)；并返回至步驟S12;S16:計算功率極限點的輸電線路功率獲得系統(tǒng)極限傳輸容量。在本發(fā)明實施例中，在步驟Sll中，可以根據(jù)牛頓法最后一次迭代的雅可比矩陣計算初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)。其中雅可比矩陣均實用牛頓最后一次迭代的雅可比矩陣。該雅可比矩陣可由牛頓法公式
權(quán)利要求
1.種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，其特征在于，包括下述步驟: 511:根據(jù)在線用戶負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)； 512:令n=n+l ；n為推演次數(shù)； S13:判斷潮流是否小于設(shè)定的安全閾值，若是，則進入步驟S14若否，則進入步驟S16 ； S14:判斷電壓崩潰指數(shù)是否小于設(shè)定的指數(shù)閾值，若是，則進入步驟S16，若否，則進入步驟S15 ； S15:根據(jù)預(yù)測步長獲得新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)，根據(jù)新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的新潮流、新的預(yù)測步長和新的電壓崩潰指數(shù)；并返回至步驟S12; S16:計算功率極限點的輸電線路功率獲得系統(tǒng)極限傳輸容量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟Sll中，根據(jù)牛頓法最后一次迭代的雅可比矩陣計算初始潮流、預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S13中，所述安全閾值是根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級和線路截面積進行設(shè)定的。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S14中，所述指數(shù)閾值的范圍為O-0.02 o
5.種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，其特征在于，包括下述步驟: S21:根據(jù)在線用戶負荷數(shù)據(jù)和發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)初始狀態(tài)的預(yù)測步長和電壓崩潰指數(shù)； S22:判斷電壓崩潰指數(shù)是否小于設(shè)定的指數(shù)閾值，若是，則進入步驟S24，若否，則進入步驟S23 ； 523:根據(jù)預(yù)測步長獲得新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)，根據(jù)新的用戶負荷數(shù)據(jù)和新的發(fā)電機出力數(shù)據(jù)計算電力系統(tǒng)的新的預(yù)測步長和新的電壓崩潰指數(shù)；并返回至步驟S22 ； 524:計算功率極限點的輸電線路功率獲得系統(tǒng)極限傳輸容量。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟S21中，根據(jù)牛頓法第一次迭代的雅可比矩陣計算初始狀態(tài)的預(yù)測步長以及電壓崩潰指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電壓崩潰指數(shù)的極限傳輸容量計算方法，該方法根據(jù)雅可比矩陣信息計算相應(yīng)的電壓崩潰指數(shù)，該參數(shù)可以引導(dǎo)整個潮流推演過程，將系統(tǒng)負荷狀態(tài)準確定位至功率極限點，雅可比矩陣信息還可以自動選取合適的潮流推演步長，確保全網(wǎng)負荷變化能夠快速、準確地向系統(tǒng)極限點逼近。此外，本發(fā)明略去了參數(shù)化方程，從而不會出現(xiàn)連續(xù)潮流擴展雅可比矩陣奇異造成CPF計算失敗的現(xiàn)象。整個推演過程以雅可比矩陣為計算核心，不需要每步推演都有完整的牛頓迭代過程，從而能使算法總體計算速度大幅提升；從而避免連續(xù)潮流擴展雅可比矩陣奇異造成連續(xù)潮流法計算失敗的問題，進而減少連續(xù)潮流計算過程中魯棒性控制的時間成本，節(jié)約計算時間。
文檔編號G01R31/00GK103091581SQ201310010988
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者姜臻, 苗世洪, 侯俊賢, 于之虹, 尚亞男, 馬帥 申請人:華中科技大學(xué), 中國電力科學(xué)研究院