计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法技术

本发明专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种计及动态电压稳定约束的电网的最大供电能力计算方法，步骤1：建立计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型，步骤包括：建立最大供电能力的目标函数；建立最大供电能力的约束条件，所述约束条件包括：分区互联装置约束、交流电网等式约束、节点电压幅值约束和动态电压稳定约束；其中，动态电压稳定约束中，采用改进的小干扰分析法，利用负荷节点的电压代替电磁功率中等值电势；步骤2：采用深度确定性策略梯度算法对计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型进行求解，获得最大供电能力值。本发明专利技术解决分区柔性互联电网电压失稳愈发突出以及电网供电能力下降的问题。电能力下降的问题。电能力下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算方法。

技术介绍

[0002]为解决电网规模扩大所带来的短路电流过大的问题，同时防止电磁环网的事故隐患，大型电网通常采用分区分片方式运行。然而随着经济社会发展，分区划分越来越细，分区间的开环运行方式难以应对电网极端情况。若在电网分区间安装柔性直流互联装置则可实现实时的有功和无功支援，提高了供电可靠性，提升电网和分区的供电能力。
[0003]电网的最大供电能力(Total power
‑
Supply Capability,TSC)定义为一定供电区域内满足N
‑
1安全准则以及各种实际运行约束下所能承受的最大负荷供应能力。传统TSC的研究方法主要考虑了潮流方程、元件热稳定、节点电压、发电机、N
‑
1静态安全等约束条件。然而随着电网中新能源占比的日益提高和“强直弱交”的特征越专利技术显，低频振荡现象不断发生，负荷点愈发容易发生电压失稳。传统TSC模型所得结果过于理想，未来电网运行存在电压失稳的风险。而电压失稳过程本质上是一个动态变化过程，从动态角度研究电压稳定问题会更加精确。因此，对未来电网TSC进行计算，必须考虑动态电压对稳定性的影响，以保证电网安全稳定运行。
[0004]动态电压旨在从非线性的角度对电压稳定进行分析。传统的小干扰分析法将非线性微分方程转换为线性，提高了计算速度，但计算误差较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，准确度高，收敛速度快。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，包括：
[0007]步骤1：建立计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型，步骤包括：步骤1.1：建立最大供电能力的目标函数；
[0008]步骤1.2：建立最大供电能力的约束条件，所述约束条件包括：分区互联装置约束、交流电网等式约束、节点电压幅值约束和动态电压稳定约束；其中，动态电压稳定约束中，采用改进的小干扰分析法，利用负荷节点的电压代替电磁功率中等值电势；
[0009]步骤2：采用深度确定性策略梯度算法对计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型进行求解，获得最大供电能力值。
[0010]本专利技术具有如下有益效果：
[0011]本专利技术公开了计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算，来解决分区柔性互联电网电压失稳愈发突出以及电网供电能力下降等问题。首先，运用改进的小干扰分析法对动态电压稳定进行分析，建立计及动态电压稳定性指标及考虑多种约束条
件的最大供电能力的数学模型；其次，给出基于深度确定性策略梯度算法的最大供电能力计算方法框架，设计其动作与状态空间、奖励函数、神经网络与学习流程；本专利技术采用改进的小干扰分析法对动态电压稳定进行分析，在保留动态电压的非线性同时简化计算过程，针对传统的TSC模型求解方法速度缓慢、容易陷入局部最优等问题，应用深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法采用执行器
‑
评价器结构，利用神经网络学习，提高训练稳定性和收敛速度。
附图说明
[0012]图1为本专利技术方法流程示意图；
[0013]图2为城市电网分区柔性互联示意图；
[0014]图3为分区柔性直流互联装置结构示意图；
[0015]图4为一阶模型下的电网等值电路；
[0016]图5为DDPG算法流程图；
[0017]图6为电网地理接线图；
[0018]图7为节点9在计及和不计及动态电压约束的TSC下的电压曲线；
[0019]图8为DDPG算法下损失函数随训练次数的变化曲线。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0021]请参考图1至图8，本专利技术为一种计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其包括如下步骤：
[0022]步骤1：建立计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型，步骤包括：步骤1.1：建立最大供电能力的目标函数；
[0023]步骤1.2：建立最大供电能力的约束条件，所述约束条件包括：分区互联装置约束、交流电网等式约束、节点电压幅值约束和动态电压稳定约束；其中，动态电压稳定约束中，描述动态电压稳定约束分析方法即改进的小干扰分析法，利用负荷节点的电压U
i
代替电磁功率中等值电势E
eq2
，提高模型求解的准确性；
[0024]步骤2：采用深度确定性策略梯度算法(DDPG)对计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型进行求解，设计动作与状态空间、奖励函数、神经网络与学习流程，获得最大供电能力值。
[0025]步骤1.1中，假设A分区与B分区通过分区互联装置相联，电网最大供电能力的目标函数为：
[0026][0027]式中：f
TSC
为A分区和B分区相连后整体的最大供电能力即TSC；i∈(A+B)表示节点i为A和B的节点；P
Li
为节点i的有功负荷。
[0028]步骤1.2中，最大供电能力的约束条件包括：分区互联装置约束、交流电网等式约束、节点电压幅值约束和动态电压稳定约束；
[0029]步骤1.2中的分区互联装置约束为：
[0030]图1为城市电网分区柔性互联示意图，为了节约建设用地和设备成本，装置采用背靠背半桥式MMC设计。由于分区互联装置本身的损耗对TSC研究影响不大，此处忽略装置的损耗。图2为电网分区柔性互联装置的结构示意图，分区互联装置的约束方程如下：
[0031](1)分区互联装置的功率传输方程
[0032]由于装置损耗忽略不计，因此：
[0033][0034][0035]式中：P
s
、Q
s
为母线与装置有功和无功交换值；U
dc
、I
dc
为装置内部两侧直流电压、电流；k为联接变压器的变比；U
s1
为母线的基频县衙；U
m1
为装置MMC1侧输出的基频电压；X
eq
为装置到母线的等值电抗；δ1为U
s1
和U
m1
的相角差。
[0036](2)分区互联装置的容量约束
[0037]装置与电网交互的P
s
和Q
s
受装置的容量限制：
[0038][0039]式中：S
max
装置某端换流器的容量限制。
[0040](3)分区互联装置的动态无功输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：包括步骤1：建立计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型，步骤包括：步骤1.1：建立最大供电能力的目标函数；步骤1.2：建立最大供电能力的约束条件，所述约束条件包括：分区互联装置约束、交流电网等式约束、节点电压幅值约束和动态电压稳定约束；其中，动态电压稳定约束中，利用负荷节点的电压代替电磁功率中等值电势；步骤2：采用深度确定性策略梯度算法对计及动态电压稳定约束的分区互联电网的最大供电能力计算模型进行求解，获得最大供电能力值。2.根据权利要求1所述的计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：所述步骤1.1中，最大供电能力的目标函数为：假设A分区与B分区通过分区互联装置相联，电网最大供电能力的目标函数为：式中：f
TSC
为A分区和B分区相连后整体的最大供电能力即TSC；i∈(A+B)表示节点i为A和B的节点；P
Li
为节点i的有功负荷。3.根据权利要求1所述的计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：步骤1.2中，分区互联装置约束为：分区互联装置的功率传输方程、分区互联装置的容量约束、分区互联装置的动态无功输出范围和分区互联装置的运行域约束；其中，分区互联装置的功率传输方程为：由于装置损耗忽略不计，因此：由于装置损耗忽略不计，因此：式中：P
s
、Q
s
为母线与装置有功和无功交换值；U
dc
、I
dc
为装置内部两侧直流电压、电流；k为联接变压器的变比；U
s1
为母线的基频县衙；U
m1
为装置MMC1侧输出的基频电压；X
eq
为装置到母线的等值电抗；δ1为U
s1
和U
m1
的相角差；其中，分区互联装置的容量约束为：装置与电网交互的P
s
和Q
s
受装置的容量限制：式中：S
max
装置某端换流器的容量限制。其中，分区互联装置的动态无功输出范围为：设装置的电压调制比M1上下限为M
max
和M
min
，装置MMC1侧输出的基频电压U
m1
的上下限为U
mmax
和U
mmin
，装置应满足调制比和电压约束：，装置应满足调制比和电压约束：
其中，分区互联装置的运行域约束为：式中，X1表示等效换相电抗。4.根据权利要求1所述的计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：交流电网等式约束为潮流方程约束，具体为：式中：P
i
、Q
i
分别为与装置相联节点i的有功、无功注入值；P
si
、Q
si
分别为装置从节点i吸收的有功和无功值；j∈i表示节点j是与节点i相关联的节点；U
i
、U
j
分别为节点i、j电压幅值；Ω为电网N
‑
1故障集；与分别为第s个故障情况下电网电导与电纳参数；θ
ij
为节点i、j电压的相角差；其中P
i
、Q
i
如式(9)所示：式中：P
Gi
、Q
Gi
分别为节点i的发电机有功、无功注入；P
Li
、Q
Li
分别为节点i的有功、无功负荷。5.根据权利要求1所述的计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：节点电压幅值约束包括正常运行状态和N
‑
1后两种情况下的幅值约束、支路安全约束、发电机出力约束与上级节点出力约束；其中，幅值约束：式中：分别为节点i电压幅值的下限和上限；其中，支路安全约束：式中：为第s个状态下节点i和节点j之间支路的视在功率；分别为节点i和节点j之间支路的热稳定极限功率；其中，发电机出力约束与上级节点出力约束：式中：分别为第s个状态下第i台发电机的有功出力和无功出力；分别为第s个状态下第i台发电机的有功出力和无功出力；分别为第i台发电机的有功出力、无功出力的下限和上限。6.根据权利要求1所述的计及动态电压稳定约束的电网最大供电能力计算方法，其特征在于：动态电压稳定约束中，提出改进的小干扰分析法，将等值电势E
eq2
用负荷节点的电
压U
i
代替，使得电压跟随负荷变化而改变，提高模型求解的准确性；改进的小干扰电压稳定性状态指标记为L
r
：其中，稳定判据和的表达式为：的表达式为：式中：T
j
为电动机转子惯性时间常数；P
m
为电动机机械负载功率；P
e
为电动机电磁功率；U
i
为负荷节点电压；K
H
为容量折算比，即系统容量基值与感应电动机自身容量基值之比；r2+jx2为电动机的转子阻抗；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶冶，乐瑶，肖凌，陈维舟，王继伟，裴丽莹，李靖玥，骆晓鸣，孙文建，
申请(专利权)人：江苏科能电力工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：