本發(fā)明涉及配電網(wǎng)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，具體講涉及一種基于區(qū)間的配電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性計算方法。

背景技術(shù)：

隨著各種形式分布式電源、儲能裝置、微網(wǎng)及電動汽車充放電設(shè)施等的接入，其給配電網(wǎng)各方面都帶來了廣泛而深遠的影響。具體而言有：對網(wǎng)損的影響、對穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響、對線路潮流的影響、對電能質(zhì)量的影響以及對故障電流的影響及對供電可靠性的影響等，上述影響導(dǎo)致了配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)生了變化。

現(xiàn)階段，包括發(fā)電、配電和用電等多個環(huán)節(jié)在內(nèi)的配電網(wǎng)成為典型的多變量、高維、復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，從而不可避免地存在不確定性和風(fēng)險。

傳統(tǒng)的確定性分析思想認為：將確定性變量認定為不確定性變量的過程是一種粗糙化的過程，而實際的情況恰好相反。未來的配電系統(tǒng)必須接納不同類型的分布式發(fā)電，并能進行合理的調(diào)度與控制。

分布式發(fā)電：直接安裝在配電網(wǎng)或分布在負荷附近的發(fā)電設(shè)施，能夠經(jīng)濟、高效、可靠、穩(wěn)定地發(fā)電。目前,光伏和風(fēng)機占的比例越來越大，間歇式分布式電源孤島運行時，需要與儲能裝置互相配合供電，聯(lián)網(wǎng)運行時，可獨立接入配電網(wǎng)。由于間歇式分布式電源具有的隨機性和波動性不同，因此隨著分布式電源的大量接入，導(dǎo)致配電網(wǎng)的潮流、電壓、繼電保護與傳統(tǒng)的單一電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)有了很多區(qū)別，尤其是配電網(wǎng)的穩(wěn)定性與傳統(tǒng)配電網(wǎng)有很大的不同。配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的不確定性主要包括參數(shù)的不確定性、運行狀況的不確定性和量測數(shù)據(jù)的不確定性。

近年來隨著大量風(fēng)力、光伏等發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，由于天氣變化具有隨機性、間歇性等不確定性特性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機、光伏發(fā)電系統(tǒng)的處理具有不確定性；各分布式發(fā)電控制器的協(xié)調(diào)控制隨著系統(tǒng)的變化而變化，具有不確定性；負荷的投切導(dǎo)致系統(tǒng)的不確定性；線路參數(shù)變化的不確定性等均影響著配電網(wǎng)系統(tǒng)的小信號的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的分析配電網(wǎng)系統(tǒng)的小信號穩(wěn)定性主要是特征值分析，通過建立配電網(wǎng)小信號狀態(tài)空間模型，根據(jù)其特性跟來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并利用系統(tǒng)特征值的分析方法來分析在控制器參數(shù)變化、線路參數(shù)變化和負荷變化，配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

若利用傳統(tǒng)特征值法分析計算特征值，則要時時取點計算當(dāng)時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值，來計算系統(tǒng)的特征值，方法繁瑣誤差大。

因此，需要提供一種技術(shù)方案來彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于區(qū)間的配電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性計算方法，其包括如下步驟：

A.建立配電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；B.將所述數(shù)學(xué)模型的區(qū)間轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)表達式；C.計算潮流變化；D.區(qū)間表示配電網(wǎng)小信號模型；E.判斷所述配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；F.輸出穩(wěn)定區(qū)間范圍。

步驟A包括：建立分布式電源線性化模型、網(wǎng)路線性化模型、控制器線性化模型和測量單元線性化模型。

步驟B包括：將各模型的功率波動區(qū)間、控制參數(shù)變化區(qū)間、線路參數(shù)波動區(qū)間和負荷波動區(qū)間轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)表達式。

步驟C包括如下步驟：

C1.對各節(jié)點每相電壓的幅值和相角的初始化；

C2.迭代次數(shù)k置零；

C3.節(jié)點j的第i相區(qū)間電流值如下式所示：

${\hat{I}}_j^i={\left(\frac{{\hat{S}}_j^i}{{\hat{U}}_j^i}\right)}^{*};$

式中：j＝1…n，i＝A相，B相，C相；為節(jié)點j第i相的區(qū)間功率值；為節(jié)點j第i相的區(qū)間電壓值；

C4.從末節(jié)點開始對支路電流求和，如下式所示：

${\hat{I}}_j^i=\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_m^i$

式中：n為節(jié)點j的出支數(shù)，為第m條出支i相的區(qū)間電流值；

C5.節(jié)點j的電壓值如下式所示；

${\hat{U}}_j^i={\hat{U}}_{j-1}^i-\mathrm{\Δ}{\hat{U}}_j^i$

式中：為節(jié)點j-1的電壓值，為節(jié)點j與節(jié)點j-1之間的電壓降區(qū)間值。

C6.若滿足迭代誤差，則停止，否則返回C5繼續(xù)迭代，k＝k+1；

C7.輸出電壓區(qū)間值計算結(jié)果。

步驟D包括如下步驟：

D1.計算配電網(wǎng)小信號模型的特征值；

D2.輸入網(wǎng)絡(luò)原始參數(shù)的區(qū)間值。

網(wǎng)絡(luò)原始參數(shù)的區(qū)間值包括：各支路和變壓器的阻抗值、各控制器參數(shù)、分布式電源參數(shù)、各節(jié)點每相的有功功率和無功功率。

步驟E包括如下步驟：

根據(jù)李雅普諾夫定律分析各線路及變壓器的阻抗值、各控制器參數(shù)、分布式電源參數(shù)、負荷變化時的配電網(wǎng)穩(wěn)定性。

若特征值區(qū)間范圍為正，則配電網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定；

若特征值區(qū)間范圍為負，則配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定；

若特征值區(qū)間包括零值，則配電網(wǎng)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下益效果：

1)本發(fā)明利用區(qū)間的數(shù)學(xué)表達式和處理參數(shù)變化的不確定性信息，更準確的表達了參數(shù)的變化范圍；

2)本發(fā)明能夠準確求解含不確定性系統(tǒng)的潮流解；

3)本發(fā)明能夠計算系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間，定量的分析出參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的靈敏度；

4)本發(fā)明為配電網(wǎng)穩(wěn)定性分析控制提供了依據(jù)，得出哪些參數(shù)的變化對配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響更大；

5)本發(fā)明能提高各項參數(shù)變化對配電網(wǎng)穩(wěn)定性影響分析結(jié)果的準確性；

6)本發(fā)明能分析不確定性因素變化情況以及對配電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的不確定性影響，且分析得到電壓穩(wěn)定指標、頻率穩(wěn)定指標和有功功率和無功功率的暫態(tài)穩(wěn)定指標；

7)本發(fā)明為配電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性控制提供依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的分布式電源接入配電網(wǎng)IEEE13節(jié)點圖；

圖2是本發(fā)明的分布式電源接入配電區(qū)間數(shù)學(xué)小信號模型；

圖3是本發(fā)明的定量計算方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細說明。

由于區(qū)間數(shù)學(xué)能夠表達和處理系統(tǒng)的不確定性信息，因此，可以在基于區(qū)間不確定性分析配電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，得出配電網(wǎng)的穩(wěn)定區(qū)間，定量分析出參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的靈敏度。

本發(fā)明應(yīng)分布式發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的需求，隨著新能源的發(fā)展，大量的分布式電源接入配電網(wǎng)，對配電網(wǎng)的小干擾穩(wěn)定性造成了影響，分布式電源出力的不確定性、分布式電源控制器變化的不確定性、由于受到干擾線路參數(shù)的不確定性以及負荷投切的不確定性等都影響著配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

針對以上問題，提出一種基于區(qū)間不確定性的含分布式電源接入的配電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性計算方法，用區(qū)間數(shù)學(xué)表達和處理系統(tǒng)包括分布式電源出力變化、控制器參數(shù)變化、線路參數(shù)變化和負荷變化不確定性信息，計算得出相應(yīng)的潮流變化，計算系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)間，定量分析出參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的靈敏度，從而更加準確的分析不確定性因素對配電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。

圖1是本發(fā)明的分布式電源接入配電網(wǎng)IEEE13節(jié)點圖，其中2節(jié)點和12節(jié)點加入光伏分布式電源PV，5節(jié)點和8節(jié)點加入風(fēng)機WG，圖中1和4之間是調(diào)壓器，5和6之間是變壓器。

圖2為建立的區(qū)間配電網(wǎng)系統(tǒng)小信號模型，包括區(qū)間光伏電源和風(fēng)機電源的小信號模型，區(qū)間控制器的小信號模型，區(qū)間負荷的小信號模型和區(qū)間配電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的小信號模型。

如圖3所示的算法流程圖，包括下列步驟：

1)建立配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，包括分布式電源線性化模型、網(wǎng)路線性化模型、控制器線性化模型和測量單元線性化模型；

2)將上述各模型的功率波動區(qū)間、控制參數(shù)變化區(qū)間、線路參數(shù)波動區(qū)間和負荷波動區(qū)間轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)表達式；

3)初始化各節(jié)點每相電壓的幅值和相角；

4)將迭代次數(shù)k置零，k＝0；

5)計算各負荷節(jié)點的每相注入電流區(qū)間向量：

${\hat{I}}_j^i={\left(\frac{{\hat{S}}_j^i}{{\hat{U}}_j^i}\right)}^{*};$

式中：為節(jié)點j第i相的區(qū)間電流值，j＝1…n，i＝A，B，C；為節(jié)點j第i相的區(qū)間功率值；為節(jié)點j第i相的區(qū)間電壓值；

6)從末節(jié)點13開始，通過對支路電流的求和計算，獲得各條支路每相的始端電流區(qū)間值：

${\hat{I}}_j^i=\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_m^i$

式中：n為節(jié)點j的出支數(shù)，為第m條出支i相的區(qū)間電流值；

7)利用已設(shè)定的源節(jié)點4的電壓作為邊界條件計算各支路每相的電壓降及末端電壓區(qū)間值；

${\hat{U}}_j^i={\hat{U}}_{j-1}^i-\mathrm{\Δ}{\hat{U}}_j^i$

式中：為節(jié)點j的電壓值，為節(jié)點j-1的電壓值，為節(jié)點j與節(jié)點j-1之間的電壓降區(qū)間值。

8)判斷終止，若滿足迭代誤差為0.0001時，要求則停止，否則返回5)繼續(xù)迭代，k＝k+1；

迭代終止判據(jù)：各母線每相的電壓相對于上一次迭代的數(shù)值差小于允許值0.0001：

$\left|{\left({\hat{U}}_j^i\right)}_k-{\left({\hat{U}}_j^i\right)}_{k-1}\right|\<\mathrm{\ϵ}$

9)輸出電壓區(qū)間值計算結(jié)果；

輸入網(wǎng)絡(luò)原始參數(shù)的區(qū)間值，包括各線路及變壓器阻抗值、各控制器參數(shù)、分布式電源參數(shù)、各節(jié)點每相的有功功率和無功功率；

10)根據(jù)李雅普諾夫定律分析各線路及變壓器的阻抗值、各控制器參數(shù)、分布式電源參數(shù)、負荷變化時的配電網(wǎng)穩(wěn)定性問題：如果求出的特征值區(qū)間范圍有正的范圍，說明系統(tǒng)不穩(wěn)定；如果求出的特征值區(qū)間范圍都是負的，說明系統(tǒng)穩(wěn)定；如果求出的特征值區(qū)間包括零值，說明系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，并求出穩(wěn)定區(qū)間；且計算了參數(shù)對系統(tǒng)特征值的靈敏度，分析了各參數(shù)變化對系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性的影響；

11)得到結(jié)果：以某13節(jié)點配電系統(tǒng)為例進一步說明本發(fā)明，表1為此算例的負荷數(shù)據(jù)，系統(tǒng)其它數(shù)據(jù)與IEEE13節(jié)點算例相同，不再贅述。

本發(fā)明采用有名值進行計算(誤差精度為0.01)，輸出的結(jié)果以有名值的形式表示。

表2為13節(jié)點配電系統(tǒng)三相不平衡潮流計算結(jié)果。

表3為參數(shù)變化對配電網(wǎng)系統(tǒng)主要特征值影響

表1 算例的負荷數(shù)據(jù)

表2 配電系統(tǒng)三相不平衡潮流計算結(jié)果

表3 參數(shù)變化對配電網(wǎng)系統(tǒng)主要特征值影響

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。