基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法技术

本发明专利技术提供一种暂态电压安全约束可行域的量化分析方法，从电网暂态电压安全角度对故障安全域进行了定义，并提出了基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法。基于故障安全域的量化分析方法，分析了暂态电压安全约束的可行域和可行性，可以用于暂态电压安全约束的降维和松弛。对随机模拟带来的随机模拟误差进行了理论分析，进而确定了合理的抽样次数。次数。次数。

【技术实现步骤摘要】
基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法


[0001]本专利技术属于电力
，具体涉及一种基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法。

技术介绍

[0002]运行层面暂态电压安全约束无功优化的目标是通过调控电网中现有无功源的运行状态来提升电网的暂态电压安全性。对于大规模电网的暂态电压安全约束无功优化问题，难点之一是处理暂态电压安全约束。现有研究中，处理暂态电压安全约束的方法主要包括：局部近似后迭代求解、微分代数方程差分化、基于人工智能、基于数值仿真和电网模型简化。
[0003]一方面，暂态电压安全约束的数量正比于预想故障数量与母线数量的乘积。大规模电网中可能包含数千个母线、考虑数百个预想故障，暂态电压安全约束的维度可达百万级，导致无功优化问题难以求解。另一方面，由于暂态电压安全约束中包含电网微分代数方程，计算复杂度高，难以解析求解。现有研究中，局部近似后迭代求解方法的稳定性和收敛性难以保证；微分代数方程差分化和基于数值仿真方法考虑了完整的电网模型，计算复杂度高；基于电网模型简化方法会损失电网的动态特征，可能导致优化结果不合理；基于人工智能方法应用于在线时可能面临泛化能力差、训练速度慢等问题。因此需要研究暂态电压安全约束的高效处理方法，包括暂态电压安全约束的简化和降维方法，以降低计算复杂度和无功优化问题的求解难度。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种暂态电压安全约束可行域的量化分析方法，从电网暂态电压安全角度对故障安全域进行了定义，并提出了基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法。基于故障安全域的量化分析方法，分析了暂态电压安全约束的可行域和可行性，可以用于暂态电压安全约束的降维和松弛。对随机模拟带来的随机模拟误差进行了理论分析，进而确定了合理的抽样次数。
[0005]本专利技术提供的基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，包括以下步骤：
[0006](1)故障安全域的定义与量化评估
[0007]采用基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法：
[0008](2)基于故障安全域分析暂态电压安全约束的可行域
[0009]首先定义了故障安全域占比指标，用于分析单个故障暂态电压安全约束的可行域和可行性；然后定义了故障安全域交集占比指标，用于分析多个故障暂态电压安全约束的可行域；
[0010](3)算法精度分析
[0011]在量化分析故障安全域和故障安全域交集中，使用了随机模拟法；量化分析随机
模拟误差，进而确定合理的抽样次数来控制随机模拟误差。
[0012]具体的，步骤(1)中，故障安全域为：
[0013]在电网运行层面，故障后的暂态电压过程取决于电网运行状态x0、故障flt和电网拓扑参数topo；对于无功优化问题，x0取决于无功源控制量u，topo固定，则暂态电压安全约束可以表达为如下形式：
[0014][0015]其中，是预想故障集，n
flt
是故障数量，g
i
(u)≤0是故障i对应的暂态电压安全约束。
[0016]暂态电压安全约束的可行域即为满足式(1)的控制量u的取值范围；
[0017]定义故障安全域，表达式如下：
[0018][0019]其中，是故障i的安全域，其物理含义为满足故障i暂态电压安全约束的控制量u的取值范围。
[0020]步骤(1)中，采用基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法，包括：
[0021]假设控制变量的可行域为假设控制变量的可行域为是有理数集，n是控制变量的维度。基于随机模拟法对控制变量可行域进行采样，采样之后，基于并联局域模型计算采样数据的TVSI指标，进而基于式(2)判断采样数据是否位于故障安全域内，得到对的抽样结果，表达式如下：
[0022][0023]其中，即为的抽样结果。是自然数集，N是抽样数量，u
k
是样本k的控制量。是样本k是否位于故障i安全域内的标志位，如果标志位为0，说明样本k在外；如果标志位为1，说明样本k在内。
[0024]用于故障安全域的量化评估。
[0025]步骤(2)中，分析单个故障暂态电压安全约束的可行域和可行性，包括：
[0026]定义故障安全域占比表达式如下：
[0027][0028]其中，是样本k是否位于故障i安全域内的标志位，N是抽样数量。即为故障i安全域占比指标，其物理含义为控制量u位于故障安全域内的概率。
[0029]基于故障安全域占比量化分析单个故障暂态电压安全约束可行域的大小，分成以下三种情况：
[0030](a)说明故障i安全域为空集；故障i暂态电压安全约束的可行域为空集，故障i暂态电压安全约束为不可行约束。
[0031](b)说明故障i安全域非空，而且小于控制变量可行域故障i暂态电压安全约束的可行域非空，故障i暂态电压安全约束在无功优化问题求解过程中可能是起作用约束。
[0032](c)说明故障i安全域等于控制变量可行域故障i暂态电压安全约束的可行域为故障i暂态电压安全约束为不起作用约束。
[0033]步骤(2)中分析多个故障暂态电压安全约束的可行域，包括：
[0034]多个故障暂态电压安全约束的可行域通过多个故障安全域的交集进行量化分析。对于预想故障集定义其中故障的安全域交集如下：
[0035][0036]其中，n
flt
是故障数量，g
i
(u)≤0是故障i对应的暂态电压安全约束。即为预想故障集的安全域交集，其物理含义为满足中故障暂态电压安全约束的控制量u的取值范围。
[0037]定义故障安全域交集占比表达式如下：
[0038][0039]其中，
[0040][0041]是样本k是否位于内的标志位，如果标志位为0，说明样本k在外；如果标志位为1，说明样本k在内。N是抽样数量，u
k
是样本k的控制量，∨是布尔代数中的“或”运算，∧是布尔代数中的“与”运算。即为预想故障集安全域交集占比指
标，其物理含义为控制量u位于预想故障集安全域交集内的概率。
[0042]基于故障安全域交集占比量化分析多个故障暂态电压安全约束可行域的大小，分成以下两种情况：
[0043](A)说明预想故障集安全域交集为空集，暂态电压安全约束的可行域为空集，无功优化问题无解。
[0044](B)说明预想故障集安全域交集非空，暂态电压安全约束的可行域非空，无功优化问题有解。
[0045]步骤(3)中针对计算故障安全域占比和评估单个故障约束可行性这两个具体问题分析随机模拟误差的大小。
[0046](3.1)计算故障安全域占比
[0047]把故障i安全域的真实值记为其定义表达式为：
[0048][0049]其中，V(
·
)表示高维空间的积分；
[0050]量化分析误差与抽样数量N之间的关系。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)故障安全域的定义与量化评估采用基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法：(2)基于故障安全域分析暂态电压安全约束的可行域首先定义了故障安全域占比指标，用于分析单个故障暂态电压安全约束的可行域和可行性；然后定义了故障安全域交集占比指标，用于分析多个故障暂态电压安全约束的可行域；(3)算法精度分析在量化分析故障安全域和故障安全域交集中，使用了随机模拟法；量化分析随机模拟误差，进而确定合理的抽样次数来控制随机模拟误差。2.根据权利要求1所述的基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，其特征在于，步骤(1)中，故障安全域为：在电网运行层面，故障后的暂态电压过程取决于电网运行状态x0、故障flt和电网拓扑参数topo；对于无功优化问题，x0取决于无功源控制量u，topo固定，则暂态电压安全约束可以表达为如下形式：其中，是预想故障集，n
flt
是故障数量，g
i
(u)≤0是故障i对应的暂态电压安全约束；暂态电压安全约束的可行域即为满足式(1)的控制量u的取值范围；定义故障安全域，表达式如下：其中，是故障i的安全域，其物理含义为满足故障i暂态电压安全约束的控制量u的取值范围。3.根据权利要求2所述的基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，其特征在于，步骤(1)中，采用基于并联局域模型和随机模拟的故障安全域量化分析方法，包括：假设控制变量的可行域为假设控制变量的可行域为是有理数集，n是控制变量的维度；基于随机模拟法对控制变量可行域进行采样，采样之后，基于并联局域模型计算采样数据的TVSI指标，进而基于式(2)判断采样数据是否位于故障安全域内，得到对的抽样结果，表达式如下：
其中，即为的抽样结果；是自然数集，N是抽样数量，u
k
是样本k的控制量；是样本k是否位于故障i安全域内的标志位，如果标志位为0，说明样本k在外；如果标志位为1，说明样本k在内；用于故障安全域的量化评估。4.根据权利要求3所述的基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，其特征在于，步骤(2)中，分析单个故障暂态电压安全约束的可行域和可行性，包括：定义故障安全域占比表达式如下：其中，是样本k是否位于故障i安全域内的标志位，N是抽样数量；即为故障i安全域占比指标，其物理含义为控制量u位于故障安全域内的概率。5.根据权利要求4所述的基于并联局域模型的暂态电压安全约束可行域分析方法，其特征在于，基于故障安全域占比量化分析单个故障暂态电压安全约束可行域的大小，分成以下三种情况：(a)说明故障i安全域为空集；故障i暂态电压安全约束的可行域为空集，故障i暂态电压安全约束为不可行约束；(b)说明故障i安全域非空，而且小于控制变量可行域故障i暂态电压安全约束的可行域非空，故障i暂态电压安全约束在无功优化问题求解过程中可能是起作用约束；(c)说明故障i...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立波，马斌，李一鹏，栗维勋，袁龙，孙广辉，王亚军，王晓蔚，贾亚飞，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：