基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)基于戴維南等值的電壓穩(wěn)定在線分析技術領域，尤其涉及一 種基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電網互聯(lián)規(guī)模的擴大、電力需求的快速增長，電力系統(tǒng)運行點越來越接近穩(wěn) 定極限。在線監(jiān)視電網電壓穩(wěn)定的研宄引起了國內外學者廣泛關注與重視。基于戴維南等 值的電壓穩(wěn)定在線分析，因其方法概念清晰、原理簡單等優(yōu)點使之成為電壓穩(wěn)定領域一個 重要的研宄方向。
[0003] 快速準確評估關鍵負荷節(jié)點的戴維南等值參數直接決定了該方法應用在在線電 壓穩(wěn)定監(jiān)視與控制中的可行性和有效性。國內外學者就基于局部量測提高戴維南等值參數 計算精度實現(xiàn)電壓穩(wěn)定分析提出了多種方法，如Z-V空間供應側特性曲線法、擴展PV曲線 跟蹤估計戴維南等值參數的方法等，但算法的基礎都是假設量測數據窗內戴維南等值參數 不變。這一前提條件與系統(tǒng)運行的實際情況并不吻合，經過分析參數漂移與時變問題，發(fā)現(xiàn) 利用最小二乘擬合在電網發(fā)生較大擾動情況下會出現(xiàn)數值不穩(wěn)定的情況。
[0004] 基于局域量測的戴維南等值參數辨識方法取得了長足的進步，但參數時變與漂移 問題當電網非線性增強或者兩個鄰域數據變化很接近時，仍然會影響基于連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)斷 面局域量測數據的戴維南等值參數辨識精度。隨著風電光伏等可再生能源大規(guī)模接入給系 統(tǒng)運行帶來較大隨機性和波動性，這一問題將更為突出。隨著PMU的推廣，廣域測量系統(tǒng)日 趨成熟，基于全局量測的單一系統(tǒng)狀態(tài)斷面數據求解負荷節(jié)點的戴維南等值參數成為新的 研宄思路，常見的方法有：
[0005] (1)將全網的節(jié)點分為電源、聯(lián)絡和負荷節(jié)點三類，根據聯(lián)絡節(jié)點注入電流為零的 特征，將全網的節(jié)點電壓方程變換為多節(jié)點多支路的戴維南等值形式，再對變換后的阻抗 陣對角化，實現(xiàn)節(jié)點間的解耦變換，獲得負荷節(jié)點的單電源單支路戴維南等值參數。
[0006] (2)提出耦合單端口網絡概念，實現(xiàn)了基于單一狀態(tài)斷面下的戴維南等值計算，但 在負荷增長方式非線性情況下，該方法計算結果對負荷裕度估計偏低，計算準確性上有待 提尚。
[0007] (3)利用PMU實時量測數據通過本地節(jié)點無功響應因子對系統(tǒng)無功響應因子的匹 配來處理節(jié)點間耦合，以提高負荷裕度計算精度。但難以量化不同節(jié)點間的耦合關聯(lián)，無法 對發(fā)電機無功越限情況進行有效的量化計算。
[0008] 以上方法求解過程中均需要對導納陣求逆，加上后續(xù)相對復雜的矩陣和耦合處 理，對于大系統(tǒng)的在線計算而言算量仍然較大。工程實際應用中更希望在單一狀態(tài)斷面下 快速準確計算等值參數基礎上，能根據負荷預測，量化各節(jié)點負荷變化以及各調控措施對 未來狀態(tài)下戴維南等值參數的影響，以便提前獲得安全信息，為實現(xiàn)預防控制的優(yōu)化創(chuàng)造 條件。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等 值參數在線計算方法，該方法計算量小，穩(wěn)定可靠，可在線完成關注節(jié)點等值參數的快速計 算。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0011] 基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，包括以下步驟：
[0012] (1)對當前狀態(tài)負荷節(jié)點的負荷做等效阻抗處理；
[0013] (2)對原系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣做修正處理，得到等效阻抗處理后的系統(tǒng)導納矩陣；
[0014] (3)斷開當前狀態(tài)負荷節(jié)點處的負荷阻抗，根據修正以后的導納矩陣計算開路電 壓用的節(jié)點導納矩陣；
[0015] (4)計算等效阻抗處理后當前狀態(tài)負荷節(jié)點的節(jié)點電壓方程；
[0016] (5)根據修正后的導納矩陣和節(jié)點電壓方程，計算負荷節(jié)點的開路電壓，并將所述 開路電壓作為戴維南等值電勢，進而獲得所研宄負荷節(jié)點的戴維南等值全部參數，得到電 壓穩(wěn)定的判據。
[0017] 所述步驟（1)的具體方法為：
[0018] 設系統(tǒng)PV與平衡節(jié)點個數之和為m，PQ節(jié)點數為r，總節(jié)點數為η ;在廣域量測條 件下，系統(tǒng)的各節(jié)點電壓幅值、相位和有功無功功率均為已知，計算時刻系統(tǒng)狀態(tài)斷面下， 所有的PV節(jié)點和平衡節(jié)點均視為理想電壓源，對于帶負荷的PQ節(jié)點，其負荷均可以由該節(jié) 點的功率和電壓，計算得到一個等效負荷阻抗。
[0019] 所述步驟（2)的具體方法為：
[0020] 設系統(tǒng)原來導納矩陣為Ytl, Ytl中元素如下：
【主權項】
1. 基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特征是，包括以下步 驟： (1) 對當前狀態(tài)負荷節(jié)點的負荷做等效阻抗處理； (2) 對原系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣做修正處理，得到等效阻抗處理后的系統(tǒng)導納矩陣； (3) 斷開當前狀態(tài)負荷節(jié)點處的負荷阻抗，根據修正以后的導納矩陣計算開路電壓用 的節(jié)點導納矩陣； (4) 計算等效阻抗處理后當前狀態(tài)負荷節(jié)點的節(jié)點電壓方程； (5) 根據修正后的導納矩陣和節(jié)點電壓方程，計算負荷節(jié)點的開路電壓，并將所述開路 電壓作為戴維南等值電勢，進而獲得所研宄負荷節(jié)點的戴維南等值全部參數，得到電壓穩(wěn) 定的判據。
2. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述步驟（1)的具體方法為： 設系統(tǒng)PV與平衡節(jié)點個數之和為m，PQ節(jié)點數為r，總節(jié)點數為n;在廣域量測條件下， 系統(tǒng)的各節(jié)點電壓幅值、相位和有功無功功率均為已知，計算時刻系統(tǒng)狀態(tài)斷面下，所有的 PV節(jié)點和平衡節(jié)點均視為理想電壓源，對于帶負荷的PQ節(jié)點，其負荷均可以由該節(jié)點的功 率和電壓，計算得到一個等效負荷阻抗。
3. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述步驟（2)的具體方法為： 設系統(tǒng)原來導納矩陣為YyY。中元素如下：
矩陣中的元素L代表節(jié)點i和節(jié)點j之間的互導納，Yn代表節(jié)點i的自導納； 將負荷阻抗歸并到系統(tǒng)導納矩陣I，只需修改與負荷節(jié)點相對應的導納陣I的對角元 素，其余元素不變；
則修正后的導納矩陣為：
其中，r為PQ節(jié)點數，Zu為第i個PQ節(jié)點的等效阻抗，
表示負荷阻抗的導納值。
4. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述步驟（3)的具體方法為： 將修正以后的導納矩陣中當前狀態(tài)負荷節(jié)點自導納減去負荷阻抗，即形成計算開 路電壓用的節(jié)點導納矩陣Y。
5. 如權利要求4所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，開路電壓用的節(jié)點導納矩陣Y具體為：
其中，對于待求開路電壓的節(jié)點i，其對應自導納應為
表示負荷阻抗的導納值，表示修正以后的導納矩陣中 前r個對角線元素。
6. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述步驟（4)的具體方法為： 在求解i節(jié)點開路電壓時，節(jié)點電壓向量
中，PQ節(jié)點電壓相量為待求量，PV 節(jié)點和平衡節(jié)點電壓相量為已知量；采用節(jié)點負荷阻抗等效后，節(jié)點注入電流向量'
中^~/均為0,根據節(jié)點電壓方程得出 1r
式中：節(jié)點導納矩陣和電壓向量分中元素土+1~&均為已知量；A~丄表示PQ節(jié) 點1到r的電壓，表示第i個PQ節(jié)點的開路電壓，為待求量，^+1~/n表示PV和平衡 節(jié)點的注入電流。
7. 如權利要求6所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述節(jié)點電壓方程中，
則節(jié)點電壓方程可寫成如下的矩陣形式： AU=-B 利用高斯消元法求解上述方程，求解出i節(jié)點處開路電壓(}it)pen即為戴維南等值電勢 Etht〇
8. 如權利要求6所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其 特征是，由于導納陣的稀疏性質，在利用高斯消去求解過程中，將系數矩陣A化簡為上三角 陣，并且由于只需要計算節(jié)點i的開路電壓，因此回代過程中算到&()pen即可，無需把全部 未知量都解出；如需要求解其他節(jié)點的等值參數，只需重新修正導納陣Yl，形成新的節(jié)點電 壓方程，再次利用高斯消去求解。
9. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其特 征是，所述步驟（5)的具體方法為： 利用高斯消元法求解節(jié)點電壓方程，即可求解出i節(jié)點處開路電壓(}k)pen。
10. 如權利要求1所述的基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，其 特征是，根據負荷預測所得各節(jié)點的負荷波動，計及各種調控措施量化計算出未來狀態(tài)斷 面信息，即可快速計算各節(jié)點等值參數的變化，實現(xiàn)對未來狀態(tài)下的等值參數的準確預估。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單一狀態(tài)斷面的廣域戴維南等值參數在線計算方法，包括：對當前狀態(tài)負荷節(jié)點的負荷做等效阻抗處理；對原系統(tǒng)節(jié)點導納矩陣做修正處理，得到等效阻抗處理后的系統(tǒng)導納矩陣；計算等效阻抗處理后當前狀態(tài)負荷節(jié)點的節(jié)點電壓方程；計算負荷節(jié)點的開路電壓，并將所述開路電壓作為戴維南等值電勢，進而獲得所研究負荷節(jié)點的戴維南等值全部參數,得到電壓穩(wěn)定的判據。本發(fā)明有益效果：不需要選擇初值和假設條件，解決了現(xiàn)有基于局域量測算法系統(tǒng)內部發(fā)生擾動時戴維南等值參數計算偏差較大的問題，得到的戴維南參數更為準確，且計算量小，魯棒性好，能夠適應電網不同運行工況方式。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104778367
【申請?zhí)枴緾N201510187298
【發(fā)明人】贠志皓, 咸國富, 豐穎
【申請人】山東大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月20日