一种分布式静态安全分析方法技术

本发明专利技术提供一种分布式静态安全分析方法，包括潮流计算及相关指令初始化、分布式故障集合筛选和多线程/进程的分布式N‑1潮流等步骤。在现有的区域调度运行模式的基础上，各区域调度中心同时计算，并在协调层的统一管理下通过广域网交换少量的边界信息，以考虑各区域电网间的相互影响，并达到和联合计算相同的结果。本发明专利技术使用分布式潮流法来达到多个区域电网联合潮流计算一样的结果，在现有的调度模式下实现了互联电力系统的联合静态安全分析。本发明专利技术中使用分布式故障集合筛选，基于线路节点的电气距离进行排序，并对故障集合内的线路进行分布式潮流计算，在保证分析准确性的前提下用多线程/进程来提高计算速度。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式静态安全分析方法
本专利技术属于电力系统的安全分析领域，特别是一种分布式静态安全分析方法。
技术介绍
静态安全分析，是对运行中的网络或某一研究态下的网络，按N-1原则，研究某一个运行元件因故障退出运行后，系统中其它元件有无过负荷及母线电压有无越限。传统的静态安全分析中，由于各个区域调度中心彼此相互独立，且仅有所管辖区域电网的全部模型，因此各区域调度中心首先需要对外部电网进行等值处理，之后才能对本地电网进行分析。目前在调度平台中常将外网等值为静态负荷或者发电机，在这种模式下，互联区域电网的联合静态安全分析无法进行，且一个区域电网中的故障对另一个区域电网的影响无法被体现。针对外网等值方法存在的相关问题，为了提高分析的准确性，文献Z.Haibo,Z.Boming,S.Hongbin,andA.Ran,“Anewdistributedpowerflowalgorithmbetweenmulti-control-centersbasedonasynchronousiteration,”in2006InternationalConferenceonPowerSystemTechnology,2006,pp.1–7.和文献Z.wLiuandM.bLiu,“DistributedReactivePowerOptimizationComputinginMulti-areaPowerSystemsUsingWardEquivalent,”in2010InternationalConferenceonElectricalandControlEngineering(ICECE),2010,pp.3659–3663.分别对外网进行戴维南和Ward等值，并在计算过程中对等值模型进行修正，以更加准确的反映外部电网。文献Z.Li,J.Wang,H.Sun,andQ.Guo,“TransmissionContingencyScreeningConsideringImpactsofDistributionGrids,”IEEETrans.PowerSyst.,vol.31,no.2,pp.1659–1660,Mar.2016.使用主从算法，并通过交替迭代法求解全潮流，这种方法中内外电网都参与计算，准确性更高，但是主从算法的收敛性低，交替迭代的计算效率仍有待提高。交替迭代法是指多个区域依次进行计算，每个区域计算完后将边界信息发给另一个区域后，另一个区域才可以计算，以此往复，每个时刻只能有一个区域正在计算。文献Y.ChenandC.Shen,“AJacobian-freeNewton-GMRES(m)methodwithadaptivepreconditioneranditsapplicationforpowerflowcalculations,”IEEETrans.PowerSyst.,vol.21,no.3,pp.1096–1103,2006.使用JFNG算法提高了计算的收敛性。文献Z.Renetal.,“Distributedpowerflowconsideringnetworklossallocationandloadfactorofsubareas,”in201635thChineseControlConference(CCC),2016,pp.2820–2824.建立了考虑网络损耗在区域间分配的分布式潮流模型。此外，电力系统中进行N-1静态安全分析时首先需要筛选出一个故障集合(CCS)。文献G.Zhouetal.,“ThestaticsecurityanalysisinpowersystembasedonSparkCloudComputingplatform,”inSmartGridTechnologies-Asia(ISGTASIA),2015IEEEInnovative,2015,pp.1–6.和文献P.A.KaplunovichandK.S.Turitsyn,“FastselectionofN-2contingenciesforonlinesecurityassessment,”in2013IEEEPowerEnergySocietyGeneralMeeting,2013,pp.1–5.基于直流潮流，使用分布因子法对系统进行快速扫描以筛选出故障集合，并对故障集合中的线路进行全潮流计算，这是目前常用的方法。文献X.LIU,“PowerSystemDynamicVulnerabilityunderExtremeTransmissionLineContingencies,”Master’sThesis,McGillUniversity,2007.中使用特征根灵敏度法来筛选故障集合，但是只使用于产生较大扰动的故障。文献C.A.Baone,N.Acharya,S.Veda,andN.R.Chaudhuri,“Fastcontingencyscreeningandrankingforsmallsignalstabilityassessment,”in2014IEEEPESGeneralMeeting|ConferenceExposition,2014,pp.1–5.对特征根灵敏度法进行改进，使用一阶特征根灵敏度法来筛选故障集合，但是特征根灵敏度法需要全部的电网模型，因此这种方法在目前的调度平台中难以实现。现有的调度平台只具有所管辖区域电网的实时数据，而对外部电网统一进行等值处理。目前最常用的方法是将边界节点等值为PQ节点类型，其节点的注入功率始终保持恒定。而实际电网中，内部线路的开端势必会对联络线上的功率造成影响，进而将功率波动传递到对端的外部网络。因此现有的分析方法在准确性上存在着不足，和电网实际运行情况并不匹配。本专利技术使用分布式潮流法来达到多个区域电网联合潮流计算一样的结果，在现有的调度模式下实现了互联电力系统的联合静态安全分析。此外现有的故障集合筛选方式是基于直流潮流，并使用分布因子法进行线路开断扫描。直流潮流只考虑到线路有功功率，因此分析的精确度不高。本专利技术在现有的区域调度运行模式的基础上，建立了分布式静态安全分析体系，各区域调度中心同时计算，并在协调层的统一管理下通过广域网(WideAreaNetwork，WAN)交换少量的边界信息，以考虑各区域电网间的相互影响，并达到和联合计算相同的结果。联合计算是指互联电力系统中各个区域电网将完整的数据和模型整合在一起并使用集中式的方法进行的统一计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分布式静态安全分析方法，使用分布式故障集合筛选，基于线路节点的电气距离进行排序，并对故障集合内的线路进行分布式潮流计算，在保证分析准确性的前提下用多线程来提高计算速度。本方法中各个电网同时参与分析与计算，因此相比等值法具有更准确的输入输出响应关系，能够准确追踪外部电网的各种变化。协调侧使用的JFNG算法(全称Jacobi-FreeNewton-GMRES，是一种带有预处理机制的基于广义最小残差的不精确牛顿法，可以用于求解非线性方程组，并不需要显式生成雅可比矩阵。)相比交替迭代法具有更高的收敛性。此外，基于节点电气距离的分布式故障集筛选以及多线程/进程的计算模式可以有效提高静态安全分析的计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式静态安全分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：潮流计算及相关指令初始化，是指协调侧初始化N‑1静态安全分析并发送消息至计算侧。步骤2：分布式故障集合筛选，是指各个区域电网在进行基态潮流计算中会生成节点导纳矩阵，节点导纳矩阵的逆是节点阻抗矩阵，它反映了各个节点间电气距离的大小，将各个节点对边界节点电气距离从小到大排序，并把线路按照所连接的节点进行分组，依次放入故障集合中。步骤3：多线程/进程的分布式N‑1潮流，计算侧每进行完上一轮计算后，先对潮流断面进行恢复，再从故障集合中读取下一条线路信息，并修改网络拓扑结构，进行下一轮计算，当故障集合中所有线路都计算完毕，或者满足停机标准则终止计算。

【技术特征摘要】
1.一种分布式静态安全分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：潮流计算及相关指令初始化，是指协调侧初始化N-1静态安全分析并发送消息至计算侧。步骤2：分布式故障集合筛选，是指各个区域电网在进行基态潮流计算中会生成节点导纳矩阵，节点导纳矩阵的逆是节点阻抗矩阵，它反映了各个节点间电气距离的大小，将各个节点对边界节点电气距离从小到大排序，并把线路按照所连接的节点进行分组，依次放入故障集合中。步骤3：多线程/进程的分布式N-1潮流，计算侧每进行完上一轮计算后，先对潮流断面进行恢复，再从故障集合中读取下一条线路信息，并修改网络拓扑结构，进行下一轮计算，当故障集合中所有线路都计算完毕，或者满足停机标准则终止计算。2.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑惠萍，陈颖，刘新元，任正伟，曲莹，黄少伟，程雪婷，薄利明，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：山西,14