一种考虑外网静态频率特性的等值方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑外网静态频率特性的等值方法，主要包括以下步骤：1)建立原始电力网络模型。2)在所述原始电力网络模型中输入电力网络的基础参数。3)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法建立等值电力网络模型。4)根据所述等值电力网络模型，计算等值负荷的静态频率特性。5)根据所述等值电力网络模型，计算等值发电机的静态频率特性。本发明专利技术不仅有效保留了潮流及灵敏度一致性，同时有效保留了外网静态频率特性，更加真实地反映电力系统实际运行特性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑外网静态频率特性的等值方法
本专利技术涉及电力系统静态等值方法领域，具体是一种考虑外网静态频率特性的等值方法。
技术介绍
随着新能源渗透率的不断攀升，系统不确定性逐渐增强，系统潮流中频率、支路功率和电压等越限风险日益突出。因此，为反映电力系统实际运行特性，应在潮流分析中计及反映负荷和发电机频率响应的静态频率特性。此外，现代电力系统已发展成为既分层分区又紧密互联的复杂大电网，其整体规模庞大而子系统间详细数据又难以实时交互，导致一体化潮流分析难以实施，而不考虑外网影响的潮流分析精度又欠佳。因此，需要建立包含静态频率特性的等值模型，以提高潮流分析的可行性和计算精度。现有的常规静态拓扑法等值模型，如PV等值模型、戴维南等值模型、Ward等值模型等，均未在等值网络中考虑外网静特频率特性。在现有考虑外网静特频率特性的等值模型研究中，通常基于直流潮流模型，利用Ward等值法将外网负荷和发电机的静态频率特性统一等效至边界节点，忽略了负荷和发电机的静态频率特性之间的显著差异。同时，Ward等值法只能保证等值前后潮流的一致性，无法保留等值前后灵敏度的一致性。因此，导致其无法真实反映电力系统实际运行特性，可能难以适用于计及频率变化的潮流分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种考虑外网静态频率特性的等值方法，主要包括以下步骤：1)建立原始电力网络模型。2)在所述原始电力网络模型中输入电力网络的基础参数。进一步，所述电力网络的基础参数主要包括原始网络中元件参数、原始网络拓扑结构和临近时刻潮流计算结果。所述原始网络中元件参数主要包括所有节点的对地导纳、所有节点的连接负荷功率、所有线路的阻抗、所有线路的对地电纳、线路传输功率约束条件、变压器阻抗、变压器对地导纳、变压器变比、变压器传输功率约束条件、发电机出力大小、发电机出力约束条件、发电机的功频静特性系数和负荷的功频静特性系数。所述原始网络拓扑结构主要包括所有节点的连接关系和网络分区情况。所述临近时刻潮流计算结果主要包括节点导纳矩阵、节点电压矩阵和节点注入电流矩阵。3)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法建立等值电力网络模型。进一步，建立所述等值电力网络模型的主要步骤如下：3.1)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法计算所述等值电力网络模型中的等值参数。所述等值参数主要包括等值支路导纳yeqGij、yeqBi和yeqBij，等值对地支路导纳yeqBi0和等值发电机节点电压幅值UGeqBi。3.2)根据所述等值参数和原始电力网络模型，建立等值电力网络模型。4)根据所述等值电力网络模型，计算等值负荷的静态频率特性。进一步，计算等值负荷的静态频率特性的主要步骤如下：4.1)计算等值负荷电流ILeq。等值负荷电流ILeq如下所示：式中，ILB为原始边界网络的负荷电流。ILE为原始外部网络的负荷电流。YLL为原始外部网络中负荷节点对应的导纳子矩阵。LB为原始边界负荷节点。LE为原始外网负荷节点。为所述导纳子矩阵YLL的逆矩阵。4.2)根据所述等值负荷电流ILeq计算等值负荷功率SLeq。等值负荷功率SLeq如下所示：式中，SLB为原始边界负荷功率。SLE为原始外网负荷功率。ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵。ULE_diag表示主对角线元素为外部负荷节点电压ULE的对角矩阵。为所述导纳子矩阵逆矩阵的伴随矩阵。为所述导纳子矩阵YLL的伴随矩阵。LB为原始边界负荷节点。LE为原始外网负荷节点。4.3)根据等值负荷功率SLeq计算等值有功负荷PLeq和等值无功负荷QLeq。主要步骤如下：4.3.1)设置中间参数H：式中，为所述导纳子矩阵逆矩阵的伴随矩阵。为所述导纳子矩阵YLL的伴随矩阵。LB为原始边界负荷节点。LE为原始外网负荷节点。ULE_diag表示主对角线元素为外部负荷节点电压ULE的对角矩阵。4.3.2)等值有功负荷PLeq如下所示：式中，PLB为原始网络边界有功负荷。PLE为原始外网有功负荷。ULB_diag_real为对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵。ULB_diag_imag为对角矩阵ULB_diag元素的的虚部构成的矩阵。H为中间参数。QLE为原始外网无功负荷。ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵。4.3.3)等值无功负荷QLeq如下所示：式中，QLB为原始边界无功负荷。QLE为原始外网无功负荷。ULB_diag_real为对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵。ULB_diag_imag为对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵。H为中间参数。ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵。PLE为原始外网有功负荷。4.4)设置新能源场站。设定N为所述新能源场站节点集合。设定L为所述新能源场站负荷节点集合。所述新能源主要包括风和光。将所述新能源设定为负的负荷，即所述新能源的有功负荷向外传送。所述新能源的有功负荷PL如下所示：PL＝PLN+KLP(f-fN)。(6)式中，PL为由频率f下第i个节点的有功负荷PLi构成的列向量。f为频率。fN为额定频率。KLP为由第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量。PLN为第i个节点的额定有功负荷PLNi构成的列向量。当i∈L时，PLNi为第i个节点的额定有功负荷。当i∈N时，PLNi＝Pprei+ΔPprei。(7)式中，Pprei为所述新能源场站第i个节点的预测有功功率。ΔPprei为所述新能源场站第i个节点预测有功功率误差。i为所述新能源场站的任意节点。N为所述新能源场站的节点集合。L为搜索新能源场站负荷节点集合。所述新能源的无功负荷QL如下所示：QL＝QLN+KLQ(f-fN)。(8)式中，QL分别为由频率f下第i个节点的无功负荷QLi构成的列向量。QLN为第i个节点的额定无功负荷QLNi构成的列向量。KLQ为由第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量。fN为额定频率。f为频率。4.5)根据原始内部网络、原始外部网络和原始边界网络节点的划分，将有功负荷PL和无功负荷QL分别划分如下：式中，LI代表原始内部网络负荷节点。KLP为由第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量。PLN为第i个节点的额定有功负荷PLNi构成的列向量。PLB为原始网络边界有功负荷。PLE为原始外部网络有功负荷。PLI为原始内部网络有功负荷。式中，LI代表原始内部网络负荷节点。QLN为第i个节点的额定无功负荷QLNi构成的列向量。KLQ为由第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量。QLB为原始边界网络无功负荷。QLE为原始外部网络无功负荷。QLI为原始内部网络无功负荷。4.6)将公式9和公式10中具有静态频率特性的原始外部网络负荷代入公式5和公式6的等值负荷中，从而得到具有静态频率特性的等值有功负荷和无功负荷。主要步骤如下：4.6.1)设定参数A1、参数A2、参数A3和参数A4，并依次计算参数A1、参数A2、参数A3和参数A4。A1＝H_realPLN_LE-H_imagQLN_LE。(11)式中，H_real为所述中间参数H的实部。PLN_LE为外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)建立所述原始电力网络模型；2)在所述原始电力网络模型中输入电力网络的基础参数。3)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法建立等值电力网络模型；5)根据所述等值电力网络模型，计算等值负荷的静态频率特性；5)根据所述等值电力网络模型，计算等值发电机的静态频率特性。

【技术特征摘要】
1.一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)建立所述原始电力网络模型；2)在所述原始电力网络模型中输入电力网络的基础参数。3)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法建立等值电力网络模型；5)根据所述等值电力网络模型，计算等值负荷的静态频率特性；5)根据所述等值电力网络模型，计算等值发电机的静态频率特性。2.根据权利要求1所述的一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于：所述电力网络的基础参数主要包括原始网络中元件参数、原始网络拓扑结构和临近时刻潮流计算结果；所述原始网络中元件参数主要包括所有节点的对地导纳、所有节点的连接负荷功率、所有线路的阻抗、所有线路的对地电纳、线路传输功率约束条件、变压器阻抗、变压器对地导纳、变压器变比、变压器传输功率约束条件、发电机出力大小、发电机出力约束条件、发电机的功频静特性系数和负荷的功频静特性系数；所述原始网络拓扑结构主要包括所有节点的连接关系和网络分区情况；所述临近时刻潮流计算结果主要包括节点导纳矩阵、节点电压矩阵和节点注入电流矩阵。3.根据权利要求1所述的一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于：建立所述等值电力网络模型的主要步骤如下：1)利用潮流和灵敏度一致性的等值方法计算所述等值电力网络模型中的等值参数；所述等值参数主要包括等值支路导纳yeqGij、yeqBi和yeqBij，等值对地支路导纳yeqBi0和等值发电机节点电压幅值UGeqBi；2)根据所述等值参数和原始电力网络模型，建立等值电力网络模型。4.根据权利要求1所述的一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于：计算等值负荷的静态频率特性的主要步骤如下：1)计算等值负荷电流ILeq；等值负荷电流ILeq如下所示：式中，ILB为原始边界网络的负荷电流；ILE为原始外部网络的负荷电流；YLL为原始外部网络中负荷节点对应的导纳子矩阵；LB为原始边界负荷节点；LE为原始外网负荷节点；为所述导纳子矩阵YLL的逆矩阵；2)根据所述等值负荷电流ILeq计算等值负荷功率SLeq；等值负荷功率SLeq如下所示：式中，SLB为原始边界负荷功率；SLE为原始外网负荷功率；ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵；ULE_diag表示主对角线元素为外部负荷节点电压ULE的对角矩阵；为所述导纳子矩阵逆矩阵的伴随矩阵；为所述导纳子矩阵YLL的伴随矩阵；LB为原始边界负荷节点；LE为原始外网负荷节点；3)根据等值负荷功率SLeq计算等值有功负荷PLeq和等值无功负荷QLeq；主要步骤如下：3.1)设置中间参数H：式中，为所述导纳子矩阵逆矩阵的伴随矩阵；为所述导纳子矩阵YLL的伴随矩阵；LB为原始边界负荷节点；LE为原始外网负荷节点；ULE_diag表示主对角线元素为外部负荷节点电压ULE的对角矩阵；3.2)等值有功负荷PLeq如下所示：式中，PLB为原始网络边界有功负荷；PLE为原始外网有功负荷；ULB_diag_real为对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；ULB_diag_imag为对角矩阵ULB_diag元素的的虚部构成的矩阵；H为中间参数；QLE为原始外网无功负荷；ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵；3.3)等值无功负荷QLeq如下所示：式中，QLB为原始边界无功负荷；QLE为原始外网无功负荷；ULB_diag_real为对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；ULB_diag_imag为对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵；H为中间参数；ULB_diag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵；PLE为原始外网有功负荷；4)设置新能源场站；设定N为所述新能源场站节点集合；设定L为所述新能源场站负荷节点集合；所述新能源主要包括风和光；将所述新能源设定为负的负荷，即所述新能源的有功负荷向外传送；所述新能源的有功负荷PL如下所示：PL＝PLN+KLP(f-fN)；(6)式中，PL为由频率f下第i个节点的有功负荷PLi构成的列向量；f为频率；fN为额定频率；KLP为由第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量；PLN为第i个节点的额定有功负荷PLNi构成的列向量；当i∈L时，PLNi为第i个节点的额定有功负荷；当i∈N时，PLNi＝Pprei+ΔPprei；(7)式中，Pprei为所述新能源场站第i个节点的预测有功功率；ΔPprei为所述新能源场站第i个节点预测有功功率误差；i为所述新能源场站的任意节点；N为所述新能源场站的节点集合；L为搜索新能源场站负荷节点集合；所述新能源的无功负荷QL如下所示：QL＝QLN+KLQ(f-fN)；(8)式中，QL分别为由频率f下第i个节点的无功负荷QLi构成的列向量；QLN为第i个节点的额定无功负荷QLNi构成的列向量；KLQ为由第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量；fN为额定频率；f为频率；5)根据原始内部网络、原始外部网络和原始边界网络节点的划分，将有功负荷PL和无功负荷QL分别划分如下：式中，LI代表原始内部网络负荷节点；KLP为由第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量；PLN为第i个节点的额定有功负荷PLNi构成的列向量；PLB为原始网络边界有功负荷；PLE为原始外部网络有功负荷；PLI为原始内部网络有功负荷；式中，LI代表原始内部网络负荷节点；QLN为第i个节点的额定无功负荷QLNi构成的列向量；KLQ为由第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量；QLB为原始边界网络无功负荷；QLE为原始外部网络无功负荷；QLI为原始内部网络无功负荷；6)将公式9和公式10中具有静态频率特性的原始外部网络负荷代入公式5和公式6的等值负荷中，从而得到具有静态频率特性的等值有功负荷和无功负荷；主要步骤如下：6.1)设定参数A1、参数A2、参数A3和参数A4，并依次计算A1、参数A2、参数A3和参数A4；A1＝H_realPLN_LE-H_imagQLN_LE；(11)式中，H_real为所述中间参数H的实部；PLN_LE为外部网络的等值额定有功负荷；QLN_LE为外部网络的等值额定无功负荷；H_imag为所述中间参数H的虚部；A2＝H_imagPLN_LE+H_realQLN_LE；(12)式中，H_imag为所述中间参数H的虚部；PLN_LE为外部网络的等值额定有功负荷；QLN_LE为外部网络的等值额定无功负荷；H_real为所述中间参数H的实部；A3＝H_realKLP_LE-H_imagKLQ_LE；(13)式中，H_real为所述中间参数H的实部；KLP_LE为外部网络中第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量；KLQ_LE为外部网络中第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量；H_imag为所述中间参数H的虚部；A4＝H_imagKLP_LE+H_realKLQ_LE；(14)式中，H_imag为所述中间参数H的虚部；KLP_LE为外部网络中第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi构成的列向量；KLQ_LE为外部网络中第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi构成的列向量；H_real为所述中间参数H的虚部；6.2)根据参数A3和参数A4计算等值有功负荷的功频静特性系数KLeq_P和等值无功负荷的功频静特性系数KLeq_Q；等值有功负荷的功频静特性系数KLeq_P如下所示：KLeq_p＝KLP_LB-ULB_diag_realA3+ULB_diag_imagA4；(15)式中，KLP_LB为边界网络第i个节点的有功负荷功频静特性系数KLPi_LB构成的列向量；ULB_diag_real表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；A3为设定的参数；A4为设定的参数；ULB_diag_imag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵；等值无功负荷的功频静特性系数KLeq_Q如下所示：KLeq_Q＝KLQ_LB-ULB_diag_realA4-ULB_diag_imagA3；(16)式中，KLQ_LB为边界网络第i个节点的无功负荷功频静特性系数KLQi_LB构成的列向量；ULB_diag_real表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；A3为设定的参数；A4为设定的参数；ULB_diag_imag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵；6.3)根据参数A1和参数A2计算等值额定有功负荷PLeq_LN和等值额定无功负荷QLeq_LN；等值额定有功负荷PLeq_LN如下所示：PLeq_LN＝PLN_LB-ULB_diag_realA1+ULB_diag_imagA2；(17)式中，PLN_LB为边界网络的等值额定有功负荷；A1为设定的参数；A2为设定的参数；ULB_diag_real表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；ULB_diag_imag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵；等值额定无功负荷QLeq_LN如下所示：QLeq_LN＝QLN_LB-ULB_diag_realA2-ULB_diag_imagA1；(18)式中，QLN_LB为边界网络的等值额定无功负荷；ULB_diag_real表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的实部构成的矩阵；ULB_diag_imag表示主对角线元素为边界节点电压ULB的对角矩阵ULB_diag元素的虚部构成的矩阵；A1为设定的参数；A2为设定的参数；6.4)计算等值有功负荷PLeq和等值无功负荷QLeq；等值有功负荷PLeq如下所示：PLeq＝PLeq_LN+KLeq_P(f-fN)；(19)式中，PLeq_LN为等值额定有功负荷；f为频率；fN为额定频率；KLeq_P为等值有功负荷的功频静特性系数；等值无功负荷QLeq如下所示：QLeq＝QLeq_LN+KLeq_Q(f-fN)；(20)式中，QLeq_LN为等值额定无功负荷；f为频率；fN为额定频率；QLeq_P为等值无功负荷的功频静特性系数。5.根据权利要求1所述的一种考虑外网静态频率特性的等值方法，其特征在于：计算等值发电机的静态频率特性的主要步骤如下：1)计算等值发电机节点Geq的电流IGeq；主要步骤如下：1.1)计算原始网络发电机节点注入电流IG：式中，IGE为原始外部网络发电机节点电流；IGI为原始内部网络发电机节点电流；UGE为原始外部网络发电机节点电压；UGI为原始外部网络发电机电压；ULE为原始外部网络电压；ULB为原始边界网络电压；ULI为原始内部网络电压；YGG(GE)(GE)为原始外部网络中发电机节点对应的导纳子矩阵；YGG(GI)(GI)为原始内部网络中发电机节点对应的导纳子矩阵；YGL(GE)(LE)为原始外部网络中发电机节点和原始外部网络节点对应的导纳子矩阵；YGL(GE)(LB)为原始外部网络中，以发电机节点为对应行、原始边界网络节点为对应列，从而生成的导纳子矩阵；GE为原始外部网络发电机节点；GI为原始内部网络发电机节点；GL为原始边界网络发电机节点；LI为原始内部网络节点；LB为原始边界网络节点；LE为原始外部网络节点；1.2)根据公式21，得到原始外部网络发电机节点电压UGE；所述原始外部网络发电机节点电压UGE如下所示：式中，为原始外部网络中发电机节点对应的导纳子矩阵YGG(GE)(GE)的逆矩阵；IGE为原始外部网络中发电机节点电流；ULE为原始外部网络电压；ULB为原始边界网络电压；YGL(GE)(LE)为原始网络中，以原始外部网络的发电机节点为对应行、原始外部网络节点为对应列，从而生成的导纳子矩阵；YGL(GE)(LB)为原始网络中，以原始外部网络的发电机节点为对应行、原始边界网络节点为对应列，从而生成的导纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：余娟，林伟，代伟，刘林虎，颜伟，赵霞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50