基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法，包括：对当前状态负荷节点的负荷做等效阻抗处理；对原系统节点导纳矩阵做修正处理，得到等效阻抗处理后的系统导纳矩阵；计算等效阻抗处理后当前状态负荷节点的节点电压方程；计算负荷节点的开路电压，并将所述开路电压作为戴维南等值电势，进而获得所研究负荷节点的戴维南等值全部参数,得到电压稳定的判据。本发明专利技术有益效果：不需要选择初值和假设条件，解决了现有基于局域量测算法系统内部发生扰动时戴维南等值参数计算偏差较大的问题，得到的戴维南参数更为准确，且计算量小，鲁棒性好，能够适应电网不同运行工况方式。

【技术实现步骤摘要】
基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法
本专利技术涉及电力系统基于戴维南等值的电压稳定在线分析
，尤其涉及一种基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法。
技术介绍
随着电网互联规模的扩大、电力需求的快速增长，电力系统运行点越来越接近稳定极限。在线监视电网电压稳定的研究引起了国内外学者广泛关注与重视。基于戴维南等值的电压稳定在线分析，因其方法概念清晰、原理简单等优点使之成为电压稳定领域一个重要的研究方向。快速准确评估关键负荷节点的戴维南等值参数直接决定了该方法应用在在线电压稳定监视与控制中的可行性和有效性。国内外学者就基于局部量测提高戴维南等值参数计算精度实现电压稳定分析提出了多种方法，如Z-V空间供应侧特性曲线法、扩展PV曲线跟踪估计戴维南等值参数的方法等，但算法的基础都是假设量测数据窗内戴维南等值参数不变。这一前提条件与系统运行的实际情况并不吻合，经过分析参数漂移与时变问题，发现利用最小二乘拟合在电网发生较大扰动情况下会出现数值不稳定的情况。基于局域量测的戴维南等值参数辨识方法取得了长足的进步，但参数时变与漂移问题当电网非线性增强或者两个邻域数据变化很接近时，仍然会影响基于连续系统状态断面局域量测数据的戴维南等值参数辨识精度。随着风电光伏等可再生能源大规模接入给系统运行带来较大随机性和波动性，这一问题将更为突出。随着PMU的推广，广域测量系统日趋成熟，基于全局量测的单一系统状态断面数据求解负荷节点的戴维南等值参数成为新的研究思路，常见的方法有：(1)将全网的节点分为电源、联络和负荷节点三类，根据联络节点注入电流为零的特征，将全网的节点电压方程变换为多节点多支路的戴维南等值形式，再对变换后的阻抗阵对角化，实现节点间的解耦变换，获得负荷节点的单电源单支路戴维南等值参数。(2)提出耦合单端口网络概念，实现了基于单一状态断面下的戴维南等值计算，但在负荷增长方式非线性情况下，该方法计算结果对负荷裕度估计偏低，计算准确性上有待提高。(3)利用PMU实时量测数据通过本地节点无功响应因子对系统无功响应因子的匹配来处理节点间耦合，以提高负荷裕度计算精度。但难以量化不同节点间的耦合关联，无法对发电机无功越限情况进行有效的量化计算。以上方法求解过程中均需要对导纳阵求逆，加上后续相对复杂的矩阵和耦合处理，对于大系统的在线计算而言算量仍然较大。工程实际应用中更希望在单一状态断面下快速准确计算等值参数基础上，能根据负荷预测，量化各节点负荷变化以及各调控措施对未来状态下戴维南等值参数的影响，以便提前获得安全信息，为实现预防控制的优化创造条件。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法，该方法计算量小，稳定可靠，可在线完成关注节点等值参数的快速计算。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法，包括以下步骤：(1)对当前状态负荷节点的负荷做等效阻抗处理；(2)对原系统节点导纳矩阵做修正处理，得到等效阻抗处理后的系统导纳矩阵；(3)断开当前状态负荷节点处的负荷阻抗，根据修正以后的导纳矩阵计算开路电压用的节点导纳矩阵；(4)计算等效阻抗处理后当前状态负荷节点的节点电压方程；(5)根据修正后的导纳矩阵和节点电压方程，计算负荷节点的开路电压，并将所述开路电压作为戴维南等值电势，进而获得所研究负荷节点的戴维南等值全部参数,得到电压稳定的判据。所述步骤(1)的具体方法为：设系统PV与平衡节点个数之和为m，PQ节点数为r，总节点数为n；在广域量测条件下，系统的各节点电压幅值、相位和有功无功功率均为已知，计算时刻系统状态断面下，所有的PV节点和平衡节点均视为理想电压源，对于带负荷的PQ节点，其负荷均可以由该节点的功率和电压，计算得到一个等效负荷阻抗。所述步骤(2)的具体方法为：设系统原来导纳矩阵为Y0，Y0中元素如下：矩阵中的元素Yij代表节点i和节点j之间的互导纳，Yii代表节点i的自导纳；将负荷阻抗归并到系统导纳矩阵Y0，只需修改与负荷节点相对应的导纳阵Y0的对角元素，其余元素不变；则修正后的导纳矩阵为：其中，r为PQ节点数，ZLi为第i个PQ节点的等效阻抗，表示负荷阻抗的导纳值。所述步骤(3)的具体方法为：将修正以后的导纳矩阵中当前状态负荷节点自导纳aii减去负荷阻抗，即形成计算开路电压用的节点导纳矩阵Y。开路电压用的节点导纳矩阵Y具体为：其中，对于待求开路电压的节点i，其对应自导纳应为表示负荷阻抗的导纳值，aii表示修正以后的导纳矩阵中前r个对角线元素。所述步骤(4)的具体方法为：在求解i节点开路电压时，节点电压向量中，PQ节点电压相量为待求量，PV节点和平衡节点电压相量为已知量；采用节点负荷阻抗等效后，节点注入电流向量中均为0，根据节点电压方程得出式中：节点导纳矩阵和电压向量中元素均为已知量；表示PQ节点1到r的电压，表示第i个PQ节点的开路电压，为待求量，表示PV和平衡节点的注入电流。所述节点电压方程中，令则节点电压方程可写成如下的矩阵形式：AU＝-B利用高斯消元法求解上述方程，求解出i节点处开路电压即为戴维南等值电势由于导纳阵的稀疏性质，在利用高斯消去求解过程中，将系数矩阵A化简为上三角阵，并且由于只需要计算节点i的开路电压，因此回代过程中算到即可，无需把全部未知量都解出；如需要求解其他节点的等值参数，只需重新修正导纳阵Y1，形成新的节点电压方程，再次利用高斯消去求解。所述步骤(5)的具体方法为：利用高斯消元法求解节点电压方程，即可求解出i节点处开路电压根据负荷预测所得各节点的负荷波动，计及各种调控措施量化计算出未来状态断面信息，即可快速计算各节点等值参数的变化，实现对未来状态下的等值参数的准确预估。本专利技术的有益效果是：通过仿真算例分析验证了该方法的正确性和有效性。该方法不需要选择初值和假设条件，解决了现有基于局域量测算法系统内部发生扰动时戴维南等值参数计算偏差较大的问题，相比基于广域量测的耦合单端口方法计算得到的戴维南参数更为准确，且计算量小，鲁棒性好，能够适应电网不同运行工况方式。在准确的超短期负荷预测，计及各种调控措施可快速预估未来系统的状态，在预估系统状态断面信息基础上按本专利技术所提方法可对戴维南等值参数变化轨迹给出较为准确的在线预估，为预防性控制措施的优化奠定理论基础和时间裕量。同时所提方法也适用于分析电力系统中长期过程中的戴维南等值参数的变化问题，为调控中心利用戴维南等值模型分析在线电压稳定性提供了有益的参考，有较好的在线应用前景。附图说明图1(a)为等值前的电力系统示意图；图1(b)为等值后的电力系统示意图；图2为负荷等效为阻抗后的系统示意图；图3为节点i的开路电压系统示意图图4为本专利技术实施例IEEE3机9节点系统结构图；图5为本专利技术实施例电压幅值偏差对比；图6为本专利技术实施例NewEngland10机39节点系统结构图；图7为本专利技术实施例节点29电压幅值对比。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明：一、基于单一状态断面的广域戴维南等值的基本思想戴维南等值是以某一节点为对象，以该节点对地端口向系统侧观测的等值网络。如图1(a)所示的电力系统(以负荷1为例)，在任一时间断面本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法，其特征是，包括以下步骤：(1)对当前状态负荷节点的负荷做等效阻抗处理；(2)对原系统节点导纳矩阵做修正处理，得到等效阻抗处理后的系统导纳矩阵；(3)断开当前状态负荷节点处的负荷阻抗，根据修正以后的导纳矩阵计算开路电压用的节点导纳矩阵；(4)计算等效阻抗处理后当前状态负荷节点的节点电压方程；(5)根据修正后的导纳矩阵和节点电压方程，计算负荷节点的开路电压，并将所述开路电压作为戴维南等值电势，进而获得所研究负荷节点的戴维南等值全部参数,得到电压稳定的判据。

【技术特征摘要】
1.基于单一状态断面的广域戴维南等值参数在线计算方法，其特征是，包括以下步骤：(1)对当前状态负荷节点的负荷做等效阻抗处理；(2)对系统原导纳矩阵做修正处理，得到等效阻抗处理后的系统导纳矩阵；(3)断开当前状态负荷节点处的负荷阻抗，根据修正以后的系统导纳矩阵计算开路电压用的节点导纳矩阵；(4)计算等效阻抗处理后当前状态负荷节点的节点电压方程；(5)根据修正后的系统导纳矩阵和节点电压方程，计算负荷节点的开路电压，并将所述开路电压作为戴维南等值电势，进而获得所研究负荷节点的戴维南等值全部参数,得到电压稳定的判据；所述步骤(1)的具体方法为：设系统PV与平衡节点个数之和为m，PQ节点数为r，总节点数为n；在广域量测条件下，系统的各节点电压幅值、相位和有功无功功率均为已知，计算时刻系统状态断面下，所有的PV节点和平衡节点均视为理想电压源，对于带负荷的PQ节点，其负荷均可以由该节点的功率和电压，计算得到一个等效负荷阻抗；所述步骤(2)的具体方法为：设系统原导纳矩阵为Y0，Y0中元素如下：矩阵中的元素Yij代表节点i和节点j之间的互导纳，Yii代表节点i的自导纳；将负荷阻抗归并到系统原导纳矩阵Y0，只需修改与负荷节点相对应的系统原导纳矩阵Y0的对角元素，其余元素不变；则修正后的系统导纳矩阵为：其中，r为PQ节点数，ZLi为第i个PQ节点的等效阻抗，表示负荷阻抗的导纳值；所述步骤(3)的具体方法为：将修正以后的系统导纳矩阵中当前状态负荷节点自导纳aii减去负荷阻抗，即形成计算开路电压用的节点导纳矩阵Y；开路电压用的节点导纳矩阵Y具体为：其中，对于待求开路电压的节点i，其对应自导纳应为表示负荷阻抗的导纳值，aii表示修正...

【专利技术属性】
技术研发人员：贠志皓，咸国富，丰颖，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37