一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，包括：通过潮流计算获得当前运行方式下的状态信息生成该网架结构下的导纳矩阵；获得节点注入方程的矩阵表达形式，并由系统的控制变量确定决策参数空间，从而构建相应的静态电压安全域边界；对电力系统进行稳定裕度分析，找到电力系统当前运行方式下稳定裕度最小的边界，获取该边界对应的参数信息，确定投入变电站优选指标；在电力系统的原有网络结构基础上在变电站优先接入点接入新投入的变电站，并将接入点处的PQ节点转换为PV节点；在投入变电站参数一致的情况下，对变电站接入方案所对应的电力系统重新进行安全域构建，通过稳定裕度分析，比较不同接入方案优劣，确定为最终方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法
本专利技术属于电网规划领域，尤其涉及变电站运行规划领域。
技术介绍
智能变电站作为智能电网的物理基础，将贯穿智能电网建设的整个过程。随着社会和经济的不断发展与进步，各行各业的电力用户对电力系统的基本要求已经向更安全、更可靠、更经济转变，变电站作为电力系统中尤为重要的一环，肩负着作为输电及配电设备中最重要的能量传输点的职责，其规划设计是否合理，是否能够适应负荷的剧烈波动，满足未来若干年内的负荷发展需求，是极其重要的，因此，对变电站接入系统的优化分析与评价技术是电力系统运行规划研究中的重要内容之一。与传统的变电站接入设计方法——“逐点法”相比，近年来发展迅速的安全域(SecurityRegion，SR)方法可以有效克服“逐点法”的缺陷。SR与系统的网络一一对应的，不依赖于系统的运行状态；在计算出SR的边界后，就可以通过判断系统当前的注入是否位于SR内来进行相关安全性校验。同时，SR可以给出当前运行点在域中的相对位置，以表征系统整体的安全稳定裕度。电力系统中的节点电压越限问题值得关注，目前已有的研究节点电压幅值约束的安全域只有无功静态安全域。无功静态安全域的决策空间中的变量是节点无功功率注入向量，其基于解藕潮流方程中表达电压向量与无功功率向量间的映射关系，给出了高维空间上超多面体形式的无功安全域。所求的无功静态安全域是由多对近似平行的超平面组成，十分简明。而且该域与网络拓扑一一对应，与运行方式全然无关，所以在应用上可以离线计算，在线实用，优越性十分突出。但是，由于它是基于解藕潮流的，忽略了有功注入对电压的影响，所以有时误差较大，不能满足在线安全监视、防御与控制的要求。近年来，对静态电压安全域(StaticVoltageSecurityRegion，SVSR)及其相关应用已进行了大量的研究。研究发现在工程关心的范围内，SVSR的边界可以用一个或多个超平面进行表示。以前有关SVSR的研究中，从未应用到变电站接入方案评估问题上。如何采用安全域的方法，为变电站接入系统方案提供辅助决策，有待进一步的探索。
技术实现思路
本专利技术在无功静态安全域的基础上，基于交流潮流模型，研究计及节点电压约束的静态电压安全域，提供了一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，力图得到能够满足工程实际应用需要的静态电压安全域边界的近似解析表达式，进而为不同变电站接入方案，系统节点电压问题进行分析，为变电站运行规划提供辅助决策。为了解决上述技术问题，本专利技术给出了一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，包括以下步骤：步骤一、由电力系统数据，通过潮流计算获得当前运行方式下的状态信息(V,θ)，生成该网架结构下的导纳矩阵；其中，V为节点电压幅值，θ为节点电压相角；步骤二、利用步骤一得出的导纳矩阵获得节点注入方程的矩阵表达形式，并由电力系统的控制变量确定决策参数空间从而构建相应的静态电压安全域边界；步骤三、根据步骤二得到的静态电压安全域，对电力系统进行稳定裕度分析；找到电力系统当前运行方式下稳定裕度最小的边界，获取该边界对应的参数信息，确定投入变电站优选指标，所述投入变电站优选指标是指：有功参数对应的系数和有功值乘积的绝对值与无功参数对应的系数和无功值乘积的绝对值的之和；对所述投入变电站优选指标进行排序，取出N个投入变电站优选指标数值大的节点为变电站优先接入点，N的取值为2～10；步骤四、设定电力系统的原有网络结构为场景A，在电力系统的原有网络结构基础上在步骤三确定的变电站优先接入点接入新投入的变电站后的场景为场景B，将接入点处的PQ节点转换为PV节点；步骤五、在投入变电站参数一致的情况下，利用步骤二提供的方法对场景B的N个变电站接入方案所对应的电力系统重新进行安全域构建，通过稳定裕度分析，对N个变电站接入方案的电力系统和场景A的电力系统的稳定裕度值进行比较，如果稳定裕度值最大的电力系统为场景B中的一个变电站接入方案，则最终将该方案确定为变电站接入方案，否则，不考虑在该电力系统中接入变电站。进一步讲，步骤二中，静态电压安全域构造方法，具体包括：设：电力系统有n-1个节点和nb条支路，其中节点0为松弛节点，有g+1个发电机节点；用S表示除松弛节点外的发电机节点、变电站节点的集合；用L表示负荷节点的集合；在电力系统运行点V＝1,θ＝0的小邻域内，利用cosθij＝1,sinθij＝θi-θj对交流方程进行处理得到式(2)，交流方程如式(1)所示：式(1)中，Pij、Qij为线路ij传输的有功功率和无功功率；Vi、Vj分别为节点i、j的电压幅值；θi、θj分别为节点i、j的电压相角，θij＝θi-θj；Gij、Bij为导纳矩阵对应的元素；对节点i应用基尔霍夫定理得到：式(3)中，Pi、Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入；将式(3)写成矩阵形式为：式(4)中，G，B分别为n×n阶矩阵，其中，G为导纳矩阵的实部，B为导纳矩阵的虚部，且皆为常数；在潮流计算中，有功功率注入P和无功功率注入Q皆为给定量的节点，称为PQ节点，节点的有功功率注入P和节点电压幅值V皆为给定量的节点，称为PV节点；从V-θ空间到P-Q空间是多对一的映射，电力系统运行在点(V＝1，θ＝0)附近，在该运行点的小邻域内，存在V-θ空间到P-Q空间的一一映射关系，故将式(4)变换为矩阵形式如下：式(5)中，将PV结点和PQ结点分开，A、B、C、D、E、F、G、H和I为分块矩阵，阶数分别为n×n、n×(n-g)、n×g、(n-g)×n、(n-g)×(n-g)、(n-g)×g，g×n，g×(n-g)，g×g；由式(5)得出：△VG＝G·△P+H·△QL+I·△QG(6)△VL＝D·△P+E·△QL+F·△QG(7)由式(6)得出：△QG＝I-1·△VG-I-1·G·△P-I-1·H·△QL(8)把式(7)带入式(8)，得：△VL＝(D-F·I-1·G)·△P+(E-F·I-1·H)·△QL+F·I-1·△VG(9)设为负荷节点i的电压幅值上限，为负荷节点i的当前电压，P0，Q0和VG0分别表示在当前运行状况下相应量的取值，行向量s由节点i电压幅值在式(9)中的矩阵(D-F·I-1·G)、(E-F·I-1·H)和F·I-1中对应的行向量组成；则有：式(10)最终整理为：式(11)中，α、β和λ均为静态安全域边界系数；于是，负荷节点i电压上限的静态安全域定义为：同理可得，负荷节点i电压下限的静态安全域：整个电力系统的静态电压安全域是所有节点的电压上下限约束都得到满足的静态电压安全域的交集，即：步骤三中，电力系统稳定裕度值的计算方法是：由步骤二获得的安全域边界系数，计算节点稳定裕度如下：式(15)中，srmj数值为正表示当前电力系统是安全的，数值越大表示当前电力系统运行方式的稳定裕度越大，节点j属于负荷节点；电力系统的稳定裕度值为所有边界对应的裕度最小值；电力系统的稳定裕度值SRM计算公式：SRM＝min(srmj)(j∈L)(16)步骤三中，投入变电站优选指标的计算公式如下：OISA＝|αiPi|+|βiQi|(i∈L)(17)与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：当前，现有的变电站接入方案评估方法，属于“逐点法”的范畴，难以给出该规划方案对电网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、由电力系统数据，通过潮流计算获得当前运行方式下的状态信息(V,θ)，生成该网架结构下的导纳矩阵；其中，V为节点电压幅值，θ为节点电压相角；步骤二、利用步骤一得出的导纳矩阵获得节点注入方程的矩阵表达形式，并由电力系统的控制变量确定决策参数空间

【技术特征摘要】
1.一种基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、由电力系统数据，通过潮流计算获得当前运行方式下的状态信息(V,θ)，生成该网架结构下的导纳矩阵；其中，V为节点电压幅值，θ为节点电压相角；步骤二、利用步骤一得出的导纳矩阵获得节点注入方程的矩阵表达形式，并由电力系统的控制变量确定决策参数空间从而构建相应的静态电压安全域边界；步骤三、根据步骤二得到的静态电压安全域，对电力系统进行稳定裕度分析；找到电力系统当前运行方式下稳定裕度最小的边界，获取该边界对应的参数信息，确定投入变电站优选指标，所述投入变电站优选指标是指：有功参数对应的系数和有功值乘积的绝对值与无功参数对应的系数和无功值乘积的绝对值的之和；对所述投入变电站优选指标进行排序，取出N个投入变电站优选指标数值大的节点为变电站优先接入点，N的取值为2～10；步骤四、设定电力系统的原有网络结构为场景A，在电力系统的原有网络结构基础上在步骤三确定的变电站优先接入点接入新投入的变电站后的场景为场景B，将接入点处的PQ节点转换为PV节点；步骤五、在投入变电站参数一致的情况下，利用步骤二提供的方法对场景B的N个变电站接入方案所对应的电力系统重新进行安全域构建，通过稳定裕度分析，对N个变电站接入方案的电力系统和场景A的电力系统的稳定裕度值进行比较，如果稳定裕度值最大的电力系统为场景B中的一个变电站接入方案，则最终将该方案确定为变电站接入方案，否则，不考虑在该电力系统中接入变电站。2.根据权利要求1所述基于安全域的变电站接入方案辅助评估方法，其中，步骤二的静态电压安全域构造方法，具体包括：设：电力系统有n-1个节点和nb条支路，其中节点0为松弛节点，有g+1个发电机节点；用S表示除松弛节点外的发电机节点、变电站节点的集合；用L表示负荷节点的集合；在电力系统运行点V＝1,θ＝0的小邻域内，利用cosθij＝1,sinθij＝θi-θj对交流方程进行处理得到式(2)，交流方程如式(1)所示：式(1)中，Pij、Qij为线路ij传输的有功功率和无功功率；Vi、Vj分别为节点i、j的电压幅值；θi、θj分别为节点i、j的电压相角，θij＝θi-θj；Gij、Bij为导纳矩阵对应的元素；对节点i应用基尔霍夫定理得到：式(3)中，Pi、Qi为节点i的有功功率注入和无功功率注入；将式(3)写成矩阵形式为：式(4)中，G，B分别为n×n阶矩阵，其中，G为导纳矩阵的实部，B为导纳矩阵的虚部，且皆为常数；在潮流计算中，有功功率注入P和无功功率注入Q皆为给定量的节点，称为PQ节点，节点的有功功率注入P和节点电压幅值V皆为给定量的节点，称为PV节点；从V-θ空间到P-Q空间是多对一的映射，电力系统运行在点(V＝1，θ＝0)附近，在该运行点的小邻域内，存...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寅生，李鹏，刘春晓，曾沅，张松涛，秦超，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：广东,44