專利名稱：適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真分析領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析計(jì)算的基礎(chǔ)。成熟穩(wěn)定、收斂速度快、收斂性能好的電力系統(tǒng)潮流算法，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃部門和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行部門進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和年度運(yùn)行方式分析至關(guān)重要。潮流計(jì)算的本質(zhì)是求解大規(guī)模非線性方程組，牛頓-拉夫遜法(簡(jiǎn)稱牛頓法)是求解非線性方程組的經(jīng)典方法。上個(gè)世紀(jì)60年代后期，隨著稀疏技術(shù)和節(jié)點(diǎn)優(yōu)化編號(hào)技術(shù)的引入，因其收斂性好、計(jì)算速度快、內(nèi)存需求少的優(yōu)點(diǎn)，牛頓拉夫遜法成為了電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中一種的優(yōu)秀算法，目前是潮流計(jì)算的主流算法。其后，PQ分解法根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)牛頓法進(jìn)行了 PQ解耦，進(jìn)一步減少了計(jì)算時(shí)間，也得到了迅速的推廣。在以往的實(shí)際電網(wǎng)分析中，傳統(tǒng)的潮流算法均能較好的收斂，且潮流結(jié)果正常合理。但近年來(lái)隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，特別是隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，傳統(tǒng)的潮流算法面臨收斂性能逐步惡化的趨勢(shì)。目前電網(wǎng)已形成了華北和華中電網(wǎng)通過(guò)特高壓同步聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算規(guī)模已經(jīng)超過(guò)I萬(wàn)母線。母線數(shù)是衡量計(jì)算規(guī)模的重要指標(biāo)，母線數(shù)超過(guò)I萬(wàn)，潮流不收斂的情況明顯增加。按照國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)展規(guī)劃，還將實(shí)現(xiàn)華北-華中電網(wǎng)與華東電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)規(guī)模還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，迫切需要改進(jìn)現(xiàn)有的潮流算法，以滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的現(xiàn)實(shí)需求。牛頓法是一種迭代算法，對(duì)初值設(shè)定很敏感，可以用圖1來(lái)說(shuō)明:設(shè)潮流計(jì)算求解的非線性方程組為F(X) = 0，如圖1所示，XO為初值，X為最終的真值。當(dāng)初值x0取得合適時(shí)，通過(guò)x0 — xl — x2...逼近真值；當(dāng)初值為x0’時(shí)，由x0’ 一 xl’ 一 x2’...離開真值越來(lái)越遠(yuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，如果有良好的初值，牛頓法的求解是相當(dāng)可靠的。為了提高牛頓法的收斂性，現(xiàn)有技術(shù)常常采用PQ分解法、直流法、高斯塞德爾法等算法先迭代幾次，取得潮流初值后再轉(zhuǎn)為牛頓法的初值改善策略。PQ分解法等算法本身有一定限制，例如PQ分解法要求支路X >> R，直流法假定電壓為1.0p.u.，高斯塞德爾法對(duì)PV節(jié)點(diǎn)處理較難且收斂性差，這些條件在大規(guī)模電網(wǎng)數(shù)據(jù)中往往不能滿足，實(shí)際應(yīng)用效果并不好。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)出現(xiàn)的潮流計(jì)算問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析，在現(xiàn)有算法基礎(chǔ)上按照實(shí)際需求情況對(duì)牛頓法進(jìn)行改進(jìn)，以解決大規(guī)模電網(wǎng)數(shù)據(jù)潮流計(jì)算不收斂問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟:(I).預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)；(2).進(jìn)行潮流計(jì)算仿真；(3).判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂，如果收斂，則進(jìn)行步驟4，否則結(jié)束；(4).將預(yù)設(shè)的平衡節(jié)點(diǎn)改為原始節(jié)點(diǎn)類型；(5).進(jìn)行潮流計(jì)算。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟I中，對(duì)平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)的方式包括人工設(shè)定和自動(dòng)設(shè)定。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟I包括如下步驟:(1-1).選擇預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)的方式，如果是人工設(shè)定則進(jìn)行步驟1-2，否則進(jìn)行步驟 1-3 ； (1-2) 人工選擇預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，結(jié)束；(1-3).計(jì)算功率最大誤差母線并設(shè)置預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1-2中，由工程計(jì)算人員指定預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，在遠(yuǎn)離已設(shè)定平衡機(jī)的區(qū)域外指定一個(gè)大容量電廠作為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)；并且預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的數(shù)量為1-2個(gè)。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1-3中，功率缺額較大的點(diǎn)是容易導(dǎo)致不收斂的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)設(shè)置在功率誤差最大的母線上，能最大程度地提供系統(tǒng)支撐；功率最大誤差的計(jì)算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中，P1到Pn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入有功功率，n為母線總數(shù)W1到Qn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率；△ Smax為功率最大誤差，功率最大誤差所在的第i個(gè)母線，即滿足條件Max (Pi, Qi) = ASmax的節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)置為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，從牛頓法初值改善策略方面提出了讀預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)策略，與PQ分解法、直流法、高斯塞德爾法等現(xiàn)有的初值改善策略相比，沒(méi)有額外的前提條件，完全從實(shí)際電網(wǎng)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)特點(diǎn)出發(fā)，更能適應(yīng)實(shí)際大規(guī)模電網(wǎng)潮流計(jì)算，有效提高了原有潮流算法的收斂性；再者，通過(guò)實(shí)踐特高壓聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的潮流計(jì)算也驗(yàn)證了所提方法的正確性和適應(yīng)性。


圖1為現(xiàn)有的牛頓迭代算法的示意圖。圖2為適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，包括如下步驟:(I).預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)；(2).進(jìn)行潮流計(jì)算仿真；(3).判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂，如果收斂，則進(jìn)行步驟4，否則結(jié)束；(4).將預(yù)設(shè)的平衡節(jié)點(diǎn)改為原始節(jié)點(diǎn)類型；
(5).進(jìn)行潮流計(jì)算。在所述步驟I中，對(duì)平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)的方式包括人工設(shè)定和自動(dòng)設(shè)定。所述步驟I包括如下步驟:(1-1).選擇預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)的方式，如果是人工設(shè)定則進(jìn)行步驟1-2，否則進(jìn)行步驟 1-3 ；(1-2) 人工選 擇預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，結(jié)束；(1-3).計(jì)算功率最大誤差母線并設(shè)置預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。在所述步驟1-2中，由工程計(jì)算人員指定預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，在遠(yuǎn)離已設(shè)定平衡機(jī)的區(qū)域外指定一個(gè)大容量電廠作為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)；并且預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的數(shù)量為1-2個(gè)。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟1-3中，功率缺額較大的點(diǎn)是容易導(dǎo)致不收斂的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)設(shè)置在功率誤差最大的母線上，能最大程度地提供系統(tǒng)支撐；功率最大誤差的計(jì)算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中，P1到Pn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入有功功率，n為母線總數(shù)W1到Qn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率；△ Smax為功率最大誤差，功率最大誤差所在的第i個(gè)母線，即滿足條件Max (Pi, Qi) = ASmax的節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)置為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法做進(jìn)一步描述。1、預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的初值改善策略平衡節(jié)點(diǎn)的選取對(duì)牛頓法潮流計(jì)算的收斂性影響很大。平衡節(jié)點(diǎn)(slack bus)是節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角是給定的節(jié)點(diǎn)，它對(duì)系統(tǒng)起到功率平衡的作用，一般來(lái)說(shuō)在一個(gè)交流互聯(lián)電網(wǎng)中平衡節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)。在實(shí)際大規(guī)模電網(wǎng)潮流計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，在關(guān)鍵地方多設(shè)平衡點(diǎn)作為系統(tǒng)支撐，可以顯著提高潮流收斂性。因此，將潮流計(jì)算分為兩個(gè)階段:初值計(jì)算和正常計(jì)算。初值計(jì)算階段，多設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行牛頓法的迭代計(jì)算，得到潮流初值；正常計(jì)算階段，將剛才設(shè)置的平衡節(jié)點(diǎn)還原回原始節(jié)點(diǎn)類型，以初值計(jì)算階段得到的潮流初值來(lái)啟動(dòng)正常的迭代計(jì)算。計(jì)算過(guò)程中設(shè)置的“平衡節(jié)點(diǎn)”并不是真正的平衡節(jié)點(diǎn)，只是為了得到潮流初值輔助收斂的，可命名為“預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)”，這種初值改善策略稱為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)初值改善策略。2、預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)位置選擇預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)設(shè)置的不合理，可能在潮流初值計(jì)算階段就不收斂，該功能就無(wú)法起到作用，所以需合理設(shè)置預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的位置。設(shè)置預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的方法有兩種:I)人工設(shè)定。即由工程計(jì)算人員指定預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的位置，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)在遠(yuǎn)離已設(shè)定平衡機(jī)的區(qū)域外指定一個(gè)大容量電廠作為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。并且預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)不宜設(shè)置過(guò)多，1-2個(gè)比較合適。2)自動(dòng)設(shè)定。根據(jù)分析，功率缺額較大的點(diǎn)是容易導(dǎo)致不收斂的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)設(shè)置在功率誤差最大的母線上，能最大程度地提供系統(tǒng)支撐。功率最大誤差的計(jì)算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中P1到Pn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入有功功率，n為母線總數(shù)W1到Qn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率?！?Smax為功率最大誤差，功率最大誤差所在的第i個(gè)母線(滿足條件Max (Pi,Qi) = ASfflax)自動(dòng)設(shè)置為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。 需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請(qǐng)待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1).預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)； (2).進(jìn)行潮流計(jì)算仿真； (3).判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂，如果收斂，則進(jìn)行步驟4，否則結(jié)束； (4).將預(yù)設(shè)的平衡節(jié)點(diǎn)改為原始節(jié)點(diǎn)類型； (5).進(jìn)行潮流計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟I中，對(duì)平衡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)設(shè)的方式包括人工設(shè)定和自動(dòng)設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟I包括如下步驟: (1-1).選擇預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)的方式，如果是人工設(shè)定則進(jìn)行步驟1-2，否則進(jìn)行步驟1-3 ； (1-2).人工選擇預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，結(jié)束； (1-3).計(jì)算功率最大誤差母線并設(shè)置預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟1-2中，由工程計(jì)算人員指定預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)，在遠(yuǎn)離已設(shè)定平衡機(jī)的區(qū)域外指定一個(gè)大容量電廠作為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)；并且預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)的數(shù)量為1-2個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟1-3中，功率缺額較大的點(diǎn)是容易導(dǎo)致不收斂的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)設(shè)置在功率誤差最大的母線上，能最大程度地提供系統(tǒng)支撐；功率最大誤差的計(jì)算方法如下: A Smax = Max (P1, P2, , Pn,, Q1, Q2, , Qn) 其中，P1到Pn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入有功功率，n為母線總數(shù)^到Qn為第I個(gè)母線到第n個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)注入無(wú)功功率；△ Smax為功率最大誤差，功率最大誤差所在的第i個(gè)母線，即滿足條件Max (Pi, Qi) = ASmax的節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)設(shè)置為預(yù)設(shè)平衡點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，包括如下步驟(1).預(yù)設(shè)平衡節(jié)點(diǎn)；(2).進(jìn)行潮流計(jì)算仿真；(3).判斷計(jì)算結(jié)果是否收斂，如果收斂，則進(jìn)行步驟4，否則結(jié)束；(4).將預(yù)設(shè)的平衡節(jié)點(diǎn)改為原始節(jié)點(diǎn)類型；(5).進(jìn)行潮流計(jì)算。本發(fā)明提供的適應(yīng)于大規(guī)模數(shù)據(jù)潮流計(jì)算的初值計(jì)算方法，對(duì)大規(guī)模電網(wǎng)出現(xiàn)的潮流計(jì)算問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析，在現(xiàn)有算法基礎(chǔ)上按照實(shí)際需求情況對(duì)牛頓法進(jìn)行改進(jìn)，以解決大規(guī)模電網(wǎng)數(shù)據(jù)潮流計(jì)算不收斂問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103198205SQ20131005790
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者李芳 , 陳興雷, 黃訓(xùn)誠(chéng), 付紅軍, 胡揚(yáng)宇, 孫建華, 王景剛 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 河南省電力公司