一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法技术方案

本发明专利技术提供一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法，所述方法包括如下步骤：获取遥信遥测数据；拓扑分析并形成量测方程及基准雅可比矩阵；判断通过SCADA获得的当前柔性直流控制方式组合是否属于可行控制模式集合；对雅可比矩阵进行修正；求解交直流系统；通过边界节点估计残差判断估计结果可靠性；修正雅可比矩阵；每种控制方式分别转入一个子线程；并行求解各进程中的计算任务并统计目标函数值；将目标函数值最小的控制方式对应的计算结果作为最终结果；采用所述最终结果对应的控制方式作为当前柔性直流控制系统的控制方式。本发明专利技术实现了对柔性直流控制方式的动态监控，避免了控制方式改变而调控系统中设置值未及变化时给状态估计带来的恶劣影响。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法
本专利技术涉及一种电力系统状态估计方法，具体涉及一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法。
技术介绍
随着电力系统规模的扩大和电力市场的发展，对在线安全稳定分析、自动发电控制(AGC)以及自动电压控制(AVC)的可靠性和精度的要求越来越高，作为电力系统实时分析与控制的数据源，状态估计已经成为智能电网调度控制系统中不可或缺的部分。近年来，直流输电在电网的实际运行中正扮演着越来越重要的角色，国内外学者在交直流混合系统的潮流模型和算法的研究上也取得了大量成果，依据直流输电系统的控制信息将交直流边界节点设为PQ或PV节点以添加约束方程，之后采用混合迭代求解法或解耦迭代求解法(交替迭代求解法)完成计算。而在状态估计方面则主要是利用控制特性结合直流系统的稳态模型处理，计算准确度虽满足传统调度监控的需求因而在调度中心得到大规模应用，然而还是难以满足自动化调控的需求。厦门蒲园——鹭岛柔性直流输变电工程是国内首个±320kV柔性直流示范应用工程(2000MW)，即将于今年投产运行，标志着以全控型开关器件和电压源换流器(VSC)为基础的新一代高压直流输电(HVDC)的应用已进入大功率输电领域，电网中的柔性直流输电系统极有可能大规模出现。由于电压源控制型高压直流输电(VSC–HVDC，也称作柔性直流输电)与传统直流输电在物理模型和工作原理上都有本质区别，原有的状态估计模型和算法需要随之加以修改。有学者基于柔性直流系统的稳态模型，提出了交直流混联电力系统状态估计模型和算法。该方法考虑了柔性直流输电系统有功无功解耦控制的特点，在传统状态估计建模基础上借用潮流计算的思想，依据当前确定的控制模式增加对边界状态量误差方程的约束，然后以混合迭代求解系统状态估计。事实上，由于柔性直流输电系统控制灵活模式，在运行过程中其控制模式及整定值都可能会发生变化，诸如故障后潮流反转的控制甚至可在几秒内完成，因此像传统直流那样将直流系统控制模式及其整定值当做固定不变的做法存在较为严重的缺陷。在一般不含直流的状态估计模型中，通常假定网络参数和结线状态是准确的，以各节点电压幅值和相角为状态估计矢量x，z为获取到的量测值，v为量测误差，则量测方程可写为：z＝h(x)+v(1)对一组给定量测形成的量测矢量z，状态估计目标是求取一状态矢量使得目标函数：J(x)＝[z-h(x)]TR-1[z-h(x)](2)达到最小，由于是非线性方程，因此可用牛顿法迭代求解。首先进行线性化假设，令x0是x的某一近似值，在x0附近将h(x)进行泰勒展开，忽略二次及以上的非线性项，有：h(x)≈h(x0)+H(x0)Δx(3)其中：Δx＝x-x0，将上式代入目标函数表达式，得到：J(x)＝[Δz-H(x0)Δx]TR-1[Δz-H(x0)Δx](4)其中：Δz＝z-h(x0)经展开整理，可得到使J(x)取最小值的的递推式：按照上式进行迭代修正，直至收敛，此时目标函数接近最小值当电力系统中包含直流系统后，系统状态并不能完全由各节点的电压和相角进行描述，因此需对原状态估计模型进行补充和扩展。图1所示为传统直流输电系统物理模型，图2是单极系统所对应的计算模型。以触发延迟角α和熄弧延迟角δ来描述整流器的运行，采用触发超前角β和熄弧超前角γ来描述逆变器的运行，其中：δ＝α+μβ＝π-αγ＝π-δμ＝δ-α＝β-γ(重叠角)设B为串联的桥数，T为变压器变比：式中Earc为整流器换流变压器交流侧线电压有效值，ELL为换流变压器阀侧线电压有效值整流器的直流电压方程式可表示为：式中：称为等值换相电抗，它计及了由于换相重叠而引起的压降，它并非真实的电抗。逆变器的直流电压方程式可表示为：或其中，Eaci为逆变器换流变压器交流侧线电压有效值。忽略换流器损耗时，直流电压与功率因数的关系为：换流器的交流电流方程式为：式中：Iacr(i)为交流电流有效值，IL1为交流电流基频分量的有效值。换流器的直流功率方程式为：Pdr(i)＝Vdr(i)Id(12)换流器的交流功率方程式为：直流输电线路的网络方程式为：Vdr＝Vdi+RLId(15)因为整流器和逆变器的控制方式是互相配合来确定直流输电系统的运行状态的，故将一对整流器和逆变器的方程式列在一起。直流输电系统在实际运行时，通常采用整流器和逆变器的联合控制方式，联合控制方式有以下几种：1)整流器为定电流(CC)控制，逆变器为定熄弧角(CEA)控制；2)整流器为定触发角(CIA)控制，逆变器为定电流(CC)控制；3)整流器为定触发角(CIA)控制，逆变器为修改特性控制(即定β角控制)；4)整流器为定电流(CC)控制，逆变器为定电压(CV)控制；5)整流器为定功率控制，逆变器为定电压(CV)控制。前三种为基本控制方式，后两种为实际运行中常用的控制方式，尤其是如5)所示的控制方式与调度计划契合较好。为保证安全运行和设备安全，控制策略中一般还加入了若干限制，如电流指令的最大电流限制、最小电流限制和低压限流。这些限制在直流输电系统的数学模型中表示为各直流变量的限值。在4)及5)这两种控制方式下，由控制量整定值可直接得到两侧换流器的有功功率，以有功的0.4～0.6倍作为无功值，在各换流器的交流母线侧以相应功率大小的等值负荷模型替代换流器后进行状态估计，计算变为纯交流状态估计，因此其基本实现了含直流系统的状态估计但无功及电压估计存在一定偏差。由于有功和无功解耦控制，使得每个换流器有两个控制量，可能的组合有：1)定直流有功+定交流电压；2)定直流有功+定交流无功；3)定直流电压+定交流电压；4)定直流电压+定交流无功；换流器和逆变器在有功控制上的组合必然是其中一侧定有功功率而另一侧定直流电压，因此至少可以减少2个无功/电压状态量及Vd这3个状态量。此外，由于换流变及换流桥的损耗通常较低，若忽略其损耗则某一侧的Psi也将固定下来，新增状态量变为11个，正好与新增11个方程对应，可解。该方法通过对直流控制系统整定值的实施，使得直流系统按整定值在稳态运行时可取得良好的估计效果。然而，由于柔性直流输电系统的作用更为广泛(可作为HVDC或STATCOM),控制方式更为灵活，其控制模式及整定值可能会在运行过程中发生变化，控制模式和整定值不再仅仅是一个参数，而应作为遥测及遥信上传到调控中心。但作为遥信和遥测，则又存在传输错误、老数据等问题。状态估计作为在线安全分析、自动控制的前提模块，负责为相关应用提供准确的实时电网状态，适于含柔性直流电网的状态估计方法很有必要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法，本专利技术实现了对柔性直流控制方式的动态监控，避免了控制方式改变而调控系统中设置值未及变化时给状态估计带来的恶劣影响。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法，所述方法包括如下步骤：(1)获取遥信遥测数据；(2)拓扑分析并形成量测方程及基准雅可比矩阵；(3)判断通过SCADA获得的当前柔性直流控制方式组合是否属于可行控制模式集合；若是则执行步骤(4)，否则执行步骤(7)；(4)按照雅可比矩阵控制方式结合所述当前柔性直流控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)获取遥信遥测数据；(2)拓扑分析并形成量测方程及基准雅可比矩阵；(3)判断通过SCADA获得的当前柔性直流控制方式组合是否属于可行控制模式集合；若是则执行步骤(4)，否则执行步骤(7)；(4)按照雅可比矩阵控制方式结合所述当前柔性直流控制方式对雅可比矩阵进行修正；(5)求解交直流系统；(6)通过边界节点估计残差判断估计结果可靠性；(7)按所述可行控制模式集合分别修正雅可比矩阵；(8)每种控制方式对应的雅可比矩阵分别转入一个子线程；(9)并行求解各进程中的计算任务并统计各收敛结果对应的目标函数值；(10)将目标函数值最小的控制方式对应的计算结果作为最终结果；(11)采用所述最终结果对应的控制方式作为当前柔性直流控制系统的控制方式；(12)将计算结果输出。

【技术特征摘要】
1.一种考虑柔性直流控制特性的电力系统状态估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)获取遥信遥测数据；(2)拓扑分析并形成量测方程及基准雅可比矩阵；(3)判断通过SCADA获得的当前柔性直流控制方式组合是否属于可行控制模式集合；若是则执行步骤(4)，否则执行步骤(7)；(4)按照雅可比矩阵控制方式结合所述当前柔性直流控制方式对雅可比矩阵进行修正；(5)求解交直流系统；(6)通过边界节点估计残差判断估计结果可靠性；(7)按所述可行控制模式集合分别修正雅可比矩阵；(8)每种控制方式对应的雅可比矩阵分别转入一个子线程；(9)并行求解各进程中的计算任务并统计各收敛结果对应的目标函数值；(10)将目标函数值最小的控制方式对应的计算结果作为最终结果；(11)采用所述最终结果对应的控制方式作为当前柔性直流控制系统的控制方式；(12)将计算结果输出。2.根据权利要求1所述估计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述遥信遥测数据包括：机组、变压器、线路、负荷和直流换流器的有功功率和无功功率，并联电容电抗器无功功率，母线电压，直流线路有功，直流电压以及控制直流厂站的所有字段。3.根据权利要求1所述估计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述量测方程包括直流部分量测方程和交流部分量测方程，所述直流部分量测方程为：ΔPsi＝Psi-fPsi(Vsi，θsi，Vdi，θci，Mi)＝0(27)ΔQsi＝Qsi-fQsi(Vsi，θsi，Vdi，θci，Mi)＝0(28)ΔPd＝VdId-fPci(Vsi，θsi，Vd，θci，Mi)＝0(29)ΔId＝Id-(Vdi-Vdj)/Rd＝0(30)式中，ΔPsi为第i个交流节点流入换流变有功功率的偏差量，ΔQsi为第i个交流节点流入换流变无功功率的偏差量；Psi为第i个交流节点流入换流变的有功功率；fPsi()为计算第i个交流节点流入换流变有功功率的函数；fQsi()为计算第i个交流节点流入换流变无功功率的函数；fPci()为计算第i个交流节点流入换流桥的有功功率的函数；Vsi为第i个换流器的交流电压值，θsi为第i个换流器的交流电压的向量值；Vdi为第i个换流器的直流电压值；θci为第i个换流器的直流电压值的向量值；Mi为第i个换流器的调制度值；Vd为直流输电电压；Id为直流输电电流；ΔId为直流输电电流的偏差量；Vdj为第j个换流器的直流电压值；Rd为直流输电电阻，ΔPd为直流输电的有功功率的偏差量；所述交流部分量测方程为：式中，下标i表示节点编号，a代表该节点为普通节点，j∈i表示节点j与节点i有交流直接连接；下标t表示该节点为特殊节点；Pti，Qti分别为从特殊节点类i节点注入到换流站的有功功率和无功功率；为普通节点类i节点的有功注入，为普通节点类i节点的无功注入，Uj为j节点的电压幅值，Gij为i节点和j节点的电导，Bij为i节点和j节点的电纳，θij为i节点和j节点的相角差，ΔPai为普通节点类i节点的有功功率的偏差量，ΔQai为普通节点类i节点的无功功率的偏差量，Vai为普通节点类i节点的电压；所述基准雅可比矩阵为：P∈i代表节点P和节点i交流直接相连，j∈i代表节点j和节点i交流直接相连，ΔPi表示节点i的有功功率的偏差量，ΔQi为表示节点i的无功功率的偏差量，Uj表示j节点的电压幅值，UP为P节点的电压幅值，Gpi为P节点和i节点的电导，Bpi为P节点和i节点的电纳，θpi为节点P和节点i的相角差，Ui为i节点的电压幅值，Gii为节点i和节点i的电导，θii为节点i和节点i的相角差，Bii为节点i和节点i的电纳，Gij为节点i和节点j的电导，θij为节点i和节点j的相角差，Bij为节点i和节点j的电纳，θij＝θi-θj；式中，Gip为i节点和p节点的电导，θiP为i节点和p节点的相角差，Bip为i节点和j节点的电纳；由于普通节点和直流系统没有联系，所以它们对变量{ΔUdk,Δidk,Δδk,ΔM...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昱，徐杰，郎燕生，陈郑平，赵昆，林静怀，罗雅迪，宋旭日，王淼，张印，马晓忱，张振，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11