本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流快速估算的方法。
背景技術(shù)：
：電網(wǎng)中變壓器發(fā)生故障停運(yùn)后會(huì)可能導(dǎo)致各種電力事故，電力事故的產(chǎn)生很大程度上是由于變壓器故障停運(yùn)后引起電網(wǎng)潮流變化導(dǎo)致的?？焖儆行У毓浪阕儔浩鞴收贤＿\(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的變化情況對(duì)評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性具有重要意義。目前，計(jì)算變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)潮流的方法主要有牛頓拉夫遜法和快速分解法(又稱p-q分解法)，這兩種方法均屬于交流潮流計(jì)算方法。其中，牛頓拉夫遜法把交流潮流非線性方程組的求解過(guò)程變成反復(fù)對(duì)相應(yīng)的線性方程式的求解過(guò)程，進(jìn)行逐次線性過(guò)程化最終得到非線性方程組的解，但牛頓拉夫遜法迭代速度慢，不利于變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)潮流的快速估算。在高壓電力系統(tǒng)中有功功率潮流主要與各節(jié)點(diǎn)電壓向量的角度有關(guān)，無(wú)功功率潮流主要受各節(jié)點(diǎn)電壓幅值的影響，p-q分解法利用高壓電力系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，對(duì)牛頓法的修正方程式進(jìn)行了有效的改進(jìn)，把有功功率和無(wú)功功率迭代分開(kāi)來(lái)進(jìn)行，減少了運(yùn)算量，大大簡(jiǎn)化了程序，但是變壓器故障停運(yùn)可能改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)于這種影響，p-q分解法需要經(jīng)過(guò)一系列算法的修正，邏輯較復(fù)雜，收斂速度也變慢。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者利用高壓電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓在額定電壓附近，支路兩端相角差很小，線路電阻遠(yuǎn)小于電抗的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)參數(shù)的一系列簡(jiǎn)化，提出了直流潮流法，該方法關(guān)注電網(wǎng)有功潮流的分布，建立了一組線性潮流方程組，能夠較快的估計(jì)電網(wǎng)中有功潮流的分布，但對(duì)于變壓器停運(yùn)導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變的響應(yīng)仍然較慢，不利于變壓器故障后有功潮流的快速估算。國(guó)內(nèi)學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，建立了基于直流潮流的斷線模型，該方法通過(guò)對(duì)斷線支路的分析，形成斷線后的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣，一定程度上減小了估算潮流的復(fù)雜程度，但當(dāng)變壓器接線較為復(fù)雜時(shí)，斷線模型的計(jì)算速度依然較慢?？v觀已有的潮流計(jì)算方法，尚存在以下問(wèn)題：(1)未充分考慮變壓器在電網(wǎng)中的接線方式，使變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流的分析變得復(fù)雜；(2)上述方法對(duì)估算變壓器故障停運(yùn)后有功潮流分布的響應(yīng)較慢，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中受到時(shí)效性限制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出一種變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流快速估算的方法，該方法能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，可快速估算變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布，計(jì)算簡(jiǎn)單、高效，為快速計(jì)算變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流的分布提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)變壓器的運(yùn)行優(yōu)化提供理論支持。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流快速估算的方法，包括以下步驟：1)獲取變電站主接線方式，對(duì)變電站所有節(jié)點(diǎn)編號(hào)；2)建立變電站編號(hào)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣a，檢驗(yàn)變壓器故障停運(yùn)后變電站電氣連通性，得到變電站母線計(jì)算功率變化量±δp，+正號(hào)表示負(fù)荷計(jì)算功率變化量，-負(fù)號(hào)表示發(fā)電計(jì)算功率變化量；3)將變電站視為整個(gè)電網(wǎng)潮流計(jì)算中的節(jié)點(diǎn)，建立電網(wǎng)直流潮流模型；4)將步驟2)中變電站母線計(jì)算功率變化量±δp作為變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率的修改依據(jù)，對(duì)正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率進(jìn)行修正，結(jié)合電網(wǎng)輸電線路的電抗及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)電功率和負(fù)荷功率代入步驟3)所建立的直流潮流模型中，求解得到變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布pef。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，從變電站主接線的高壓側(cè)向低壓側(cè)順序編號(hào)，一個(gè)母線段是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其余設(shè)備有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，位于該設(shè)備的兩端。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，具體包含以下步驟：201)建立變電站編號(hào)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣a：矩陣a的元素aij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j間的連通性：202)對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣a進(jìn)行自乘運(yùn)算，直至矩陣元素不再發(fā)生改變，記此矩陣為ak；ak表示自乘k次后矩陣a中元素不再發(fā)生改變，運(yùn)算規(guī)則是布爾代數(shù)運(yùn)算中的廣義乘法和廣義加法：其中a和b表示關(guān)聯(lián)矩陣a中的元素；203)檢索每個(gè)負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)或發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)，記錄變電站母線計(jì)算功率變化量±δp；當(dāng)一個(gè)負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)或發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)行的元素除了對(duì)角線上元素其余元素都為0時(shí)，則表明其與高壓側(cè)節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有連接，這個(gè)負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)或發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)的功率矢量為變電站母線計(jì)算功率變化量±δp。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)中，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：考慮到正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)，其節(jié)點(diǎn)電壓在額定電壓附近，支路兩端相角差很小，高壓電網(wǎng)線路電阻遠(yuǎn)小于電抗因此令ve＝vf＝1，sinθef＝θef，cosθef＝1，ref＝0，其中ve和vf表示節(jié)點(diǎn)e和f的電壓標(biāo)幺值，θef表示節(jié)點(diǎn)e和f的相角差，ref表示線路e-f的電阻，建立電網(wǎng)直流潮流模型，包含方程(2)-(3)；其中pe是節(jié)點(diǎn)注入有功功率，pef是線路e-f傳送的有功功率，θf(wàn)為節(jié)點(diǎn)f的電壓相角，xef是線路e-f的電抗，將方程(2)寫(xiě)成矩陣方程(4)；p＝bθ(4)θ＝b-1p(5)式中，p和θ是n維列向量，n表示電網(wǎng)中不包含平衡節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，平衡節(jié)點(diǎn)相角為0，b為n×n階矩陣，不包括平衡節(jié)點(diǎn)，矩陣θ中每行的元素表示電網(wǎng)中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于平衡節(jié)點(diǎn)的相角，矩陣b中的元素由式(6)-(7)確定；本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)中，具體包含以下步驟：401)由步驟2)中變電站母線計(jì)算功率變化量±δp作為變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率的修改依據(jù)，對(duì)正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率pe進(jìn)行修正：其中，p1、p2和pe表示正常運(yùn)行電網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)電量和負(fù)荷量的矢量和；402)將電網(wǎng)中每條線路電抗xef代入權(quán)利要求4中式(6)-(7)建立矩陣b，結(jié)合式(8)得到的節(jié)點(diǎn)注入有功功率p，求解權(quán)利要求4中方程(5)，得到矩陣θ；403)將線路e-f對(duì)應(yīng)矩陣θ中的元素代入權(quán)利要求4中建立的直流潮流方程式(3)，求解得到變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布pef。本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明可以廣泛用于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中各種變壓器故障后的有功潮流估算，通過(guò)建立一組潮流的線性方程，使潮流計(jì)算的復(fù)雜程度相比傳統(tǒng)方法大大減少，有利于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用時(shí)具有更快的響應(yīng)能力。進(jìn)一步，對(duì)變電站主接線進(jìn)行編號(hào)，從高壓側(cè)向低壓側(cè)順序編號(hào)，有利于在檢驗(yàn)變壓器故障后變電站電氣連通性時(shí)，快速識(shí)別出負(fù)荷節(jié)點(diǎn)或發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)建立的變電站節(jié)點(diǎn)編號(hào)關(guān)聯(lián)矩陣的計(jì)算和處理，可以快速識(shí)別出變電站中斷開(kāi)的發(fā)電側(cè)或負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)，得到變電站母線計(jì)算功率變化量，方法高效、清晰明確。進(jìn)一步，通過(guò)將變電站視為整個(gè)電網(wǎng)潮流計(jì)算中節(jié)點(diǎn)的方法，變壓器故障后導(dǎo)致的變電站母線計(jì)算功率變化量就直觀的反應(yīng)在變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率的變化上，有利于對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入有功功率進(jìn)行快速修改，便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的有功潮流分析。進(jìn)一步，本發(fā)明通過(guò)分析正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)和高壓電網(wǎng)的電阻電抗特性，將電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)參數(shù)和線路參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了直流潮流模型，模型采用線性方程組的形式，有利于變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流快速求解。綜上所述，相比于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明不需要在變壓器故障后修改潮流計(jì)算中電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的阻抗矩陣，并且當(dāng)不同變壓器故障退出運(yùn)行時(shí)本發(fā)明提出的估算方法具有更快的響應(yīng)能力，有利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。附圖說(shuō)明圖1為某地區(qū)220kv電網(wǎng)拓?fù)鋱D；圖2為變電站節(jié)點(diǎn)1、2和3之間的連接關(guān)系；圖3為本發(fā)明實(shí)施方法的總體流程圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。圖1為某地區(qū)220kv電網(wǎng)拓?fù)鋱D，每個(gè)編號(hào)表示一個(gè)220kv變電站節(jié)點(diǎn)，圖2為變電站節(jié)點(diǎn)1、2和3之間的連接關(guān)系(略去三個(gè)變電站節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系)，變電站節(jié)點(diǎn)3作為對(duì)照節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)和線路參數(shù)如表1和表2所示，基準(zhǔn)電壓為230kv，基準(zhǔn)容量為100mw。當(dāng)變電站節(jié)點(diǎn)1和2中的變壓器t1和t2發(fā)生故障時(shí)，估算電網(wǎng)的潮流分布。表1節(jié)點(diǎn)參數(shù)(功率單位：mw)表2線路參數(shù)起始節(jié)點(diǎn)編號(hào)終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)編號(hào)線路電抗(p.u.)120.00497130.02751230.02341240.00551240.00551270.01099280.01108360.00504360.00504450.01319450.01319560.00316670.02475670.02287780.01084具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提出的一種變壓器故障后電網(wǎng)有功潮流快速估算的方法，包括以下步驟：1)獲取變電站主接線方式，對(duì)變電站所有節(jié)點(diǎn)編號(hào)：從各變電站主接線的高壓側(cè)向低壓側(cè)順序編號(hào)，一個(gè)母線段是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其余設(shè)備有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，位于該設(shè)備的兩端，編號(hào)如圖1所示；2)建立變電站編號(hào)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣a，檢驗(yàn)變壓器故障停運(yùn)后變電站電氣連通性，得到變電站母線計(jì)算功率變化量±δp，正號(hào)(+)表示負(fù)荷計(jì)算功率變化量，負(fù)號(hào)(-)表示發(fā)電計(jì)算功率變化量，包含以下步驟：201)建立每個(gè)變電站編號(hào)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣a；矩陣a的元素aij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j間的連通性：變電站節(jié)點(diǎn)1的關(guān)聯(lián)矩陣a＇：變電站節(jié)點(diǎn)2的關(guān)聯(lián)矩陣a″：變電站節(jié)點(diǎn)3的關(guān)聯(lián)矩陣a″＇：202)對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣a進(jìn)行自乘運(yùn)算，直至矩陣元素不再發(fā)生改變，記此矩陣為ak；ak表示自乘k次后矩陣a中元素不再發(fā)生改變，運(yùn)算規(guī)則是布爾代數(shù)運(yùn)算中的廣義乘法和廣義加法：其中a和b表示關(guān)聯(lián)矩陣a中的元素；對(duì)變電站節(jié)點(diǎn)1的關(guān)聯(lián)矩陣a＇進(jìn)行自乘運(yùn)算，直至矩陣元素不再發(fā)生改變：對(duì)變電站節(jié)點(diǎn)2的關(guān)聯(lián)矩陣a″進(jìn)行自乘運(yùn)算，直至矩陣元素不再發(fā)生改變：對(duì)變電站節(jié)點(diǎn)3的關(guān)聯(lián)矩陣a″＇進(jìn)行自乘運(yùn)算，直至矩陣元素不再發(fā)生改變：203)檢索每個(gè)負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)或發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)，記錄變電站母線計(jì)算功率變化量±δp；變電站節(jié)點(diǎn)1的負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)6對(duì)應(yīng)行的元素除了對(duì)角線上元素其余元素都為0，記錄變電站節(jié)點(diǎn)1的母線計(jì)算功率變化量δp1＝220mw；變電站節(jié)點(diǎn)2的發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)8對(duì)應(yīng)行的元素除了對(duì)角線上元素其余元素都為0，記錄變電站節(jié)點(diǎn)2的母線計(jì)算功率變化量δp2＝-68.1mw；變電站節(jié)點(diǎn)3沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)電側(cè)或負(fù)荷側(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)行的元素除了對(duì)角線上元素其余元素都為0的情況，所以變電站節(jié)點(diǎn)3的母線計(jì)算功率無(wú)變化；4)求解得到變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布pef包含以下步驟；401)由步驟2)中變電站母線計(jì)算功率變化量±δp作為變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率的修改依據(jù)，對(duì)正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)變電站節(jié)點(diǎn)注入有功功率pe進(jìn)行修正：402)將電網(wǎng)中每條線路電抗xef代入權(quán)利要求4中式(6)-(7)建立矩陣b(節(jié)點(diǎn)8是平衡節(jié)點(diǎn))：結(jié)合式(8)得到的節(jié)點(diǎn)注入有功功率p，求解權(quán)利要求4中方程(5)，得到矩陣θ：403)將線路e-f對(duì)應(yīng)矩陣θ中的元素代入權(quán)利要求4中建立的直流潮流方程式(3)，求解得到變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布pef：同理，求解得到變壓器故障停運(yùn)后電網(wǎng)有功潮流的分布：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施示例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12