基于全纯嵌入法配电网节点电压安全状态监测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电力系统运行调控技术，具体涉及基于全纯嵌入法配电网节点电压安全状态监测方法及系统，该方法首先构建配电网电压可视化安全域，通过物理性全纯嵌入法求解节点电压指标轨迹，考虑配电网网络拓扑的变化提出了计及配电网N

【技术实现步骤摘要】
基于全纯嵌入法配电网节点电压安全状态监测方法及系统


[0001]本专利技术属于电力系统运行调控
，特别涉及基于全纯嵌入法配电网节点电压安全状态监测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力需求的快速增长，电力供需矛盾持续存在，加之分布式电源出力波动性特征，使得配电网潮流分布不合理现象频繁发生，由此引发的系统电压越限以及稳定性问题日益凸显。现有节点电压状态监测方法大体可分为三类：基于网络拓扑特性的方法、基于电网运行特性的方法以及数据驱动的方法。
[0003]其中，基于网络拓扑特性的薄弱环节辨识主要利用复杂网络理论，结合电网拓扑结构特征构建一系列薄弱性指标，例如节点度、集聚系数、度中心性等指标，评估电网节点薄弱性进而监测节点安全状态。这类方法忽略了电力系统的物理运行特性与系统负荷状态影响，局限性明显，且评估指标的参数及权重在实际电力系统中难以准确获取。
[0004]基于电网运行特性的方法，则通过潮流计算分析电网的关键电气量特性，研究系统的潮流分布规律与电压稳定性，辨识电网薄弱节点，但这类方法依赖于潮流计算，均受到潮流计算方法本身的计算速度与收敛性限制，并且两类方法均需要对系统的当前运行点进行线性化近似，与实际系统运行状况存在一定偏差，且较少考虑配电网N
‑
1故障。
[0005]而数据驱动的方法采用数据分析的方式取代电网传统的机理建模，其中以随机矩阵理论、人工智能等方法为主，这类方法不依赖于模型机理的特性克服了传统分析方法物理模型建模难的问题，但也导致其分析结果可解释性较差。同时实际配电网故障场景下的数据较难获得，当前研究大多采用仿真模拟的方式获取数据训练模型，因此这类方法在辨识和预测实际电力系统不同运行工况下的薄弱环节的准确性仍有待验证。
[0006]当前配电自动化系统大多采用常规潮流计算方法得到节点关键电气量进而监测系统运行状况，但仅对于当前负荷状态与网络拓扑有效，并且采用数据报表的形式呈现监测结果可视化程度较差。
[0007]总的来说，现有方法难以实现配电网N
‑
1故障下的节点状态在线可视化监测。

技术实现思路

[0008]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提出一种基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法及系统。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法，包括：
[0010]构建配电网电压可视化安全域；
[0011]节点电压指标轨迹求解；
[0012]配电网网络拓扑变化的节点电压指标轨迹求解；
[0013]进行节点电压安全状态的在线监测。
[0014]在上述基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法中，该在线监测方法具体包括：
[0015]步骤1、对于含1个平衡节点和N个负荷或发电机节点的配电系统，利用配电系统解耦在各节点与平衡节点之间构建虚拟支路，将配电系统解耦为多个含虚拟支路的两节点系统；基于两节点潮流方程的可解条件，得到抛物线型的配电网电压稳定边界；根据配电网电压上下限约束，构建配电网电压安全域；根据高电压解和低电压解进行划分，构建配电网电压可视化安全域；
[0016]步骤2、基于物理性全纯嵌入法，进行配电网潮流计算，求得节点电压的幂级数；构建节点电压指标的物理性全纯嵌入形式，基于节点电压的幂级数得到节点电压指标的解析表达式，求解节点电压指标轨迹；
[0017]步骤3、基于配电网的N
‑
1+1安全准则，针对线路故障后通过联络线转供形成的网络拓扑，分别求解初始负荷状态、不同网络拓扑情况下的节点电压指标，计算拓扑变化前后电压指标的动态偏移量并保存；当发生拓扑变化时，结合当前的负荷状态与所保存的电压指标的动态偏移量，通过叠加电压指标的动态偏移量求解实时的电压指标轨迹；
[0018]步骤4、结合配电网电压可视化安全域和节点电压指标轨迹，观察系统负荷持续增长时节点电压指标轨迹与电压安全边界的相对位置，实现在线监测节点电压安全状态；通过事先计算并保存配电网网络拓扑变化前后的节点电压指标的动态偏移量，实时监测配电网当前运行方式下以及N
‑
1+1运行方式下各节点的电压安全状态。
[0019]在上述基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法中，步骤1的具体实现包括：
[0020]虚拟支路的两节点系统潮流方程为：
[0021][0022]式中，U
i
为节点i的电压，U
sw
为平衡节点电压，Z
i
为虚拟支路阻抗，S
i
为节点i的复功率，*代表共轭复数；
[0023]引入归一化电压G
i
＝U
i
/U
sw
，则式(1)为：
[0024][0025]式中，σ
i
是由虚拟支路阻抗Z
i
、节点复功率S
i
和平衡节点电压U
sw
整合而成的复数型节点电压指标，其定义式如下所示：
[0026][0027]将式(2)中的G
i
与σ
i
的实部与虚部展开，得到下式：
[0028][0029]联立(4)求解可得下式：
[0030][0031]将G
iR
视为变量，则式(5)为二次方程，根据二次方程判别式判断是否有解；
[0032][0033]当判断式Δ≥0时，由求根公式求得G
iR
的显式解析解，结合式(4)所求G
iI
可得G
i
：
[0034][0035]式中，σ
iR
和σ
iI
分别为电压指标σ
i
的实部和虚部；式(7)对应节点i的一组电压解：上支解和下支解，选取电压上支解作为实际系统的电压稳态解；
[0036]由(6)式知，判别式在σ复平面内形成一个抛物线型的电压稳定边界；
[0037]根据电压上下限约束，构建配电网电压安全域；
[0038]设系统平衡节点电压相角为0，根据和|U
sw
|＝U
sw
，式(4)为：
[0039][0040]将式(8)中上下两式平方后相加，节点电压指标σ
i
的实部与虚部构成圆方程：
[0041][0042]圆心与半径表达式见式为：
[0043][0044]将式(9)代入式(6)中，仅有一组公共点，为圆内切于抛物线；
[0045]式(9)中，不同节点电压幅值|U
i
|对应着不同的内切圆，设σ复平面内某个内切圆对应节点电压幅值为X，当且仅当σ
i
位于该圆上，则|U
i
|＝X；
[0046]引入配电网电压上下限约束，U
L
≤|U
i
|≤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法，其特征在于，包括：构建配电网电压可视化安全域；节点电压指标轨迹求解；配电网网络拓扑变化的节点电压指标轨迹求解；进行节点电压安全状态的在线监测。2.根据权利要求1所述基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法，其特征在于，该在线监测方法具体包括：步骤1、对于含1个平衡节点和N个负荷或发电机节点的配电系统，利用配电系统解耦在各节点与平衡节点之间构建虚拟支路，将配电系统解耦为多个含虚拟支路的两节点系统；基于两节点潮流方程的可解条件，得到抛物线型的配电网电压稳定边界；根据配电网电压上下限约束，构建配电网电压安全域；根据高电压解和低电压解进行划分，构建配电网电压可视化安全域；步骤2、基于物理性全纯嵌入法，进行配电网潮流计算，求得节点电压的幂级数；构建节点电压指标的物理性全纯嵌入形式，基于节点电压的幂级数得到节点电压指标的解析表达式，求解节点电压指标轨迹；步骤3、基于配电网的N
‑
1+1安全准则，针对线路故障后通过联络线转供形成的网络拓扑，分别求解初始负荷状态、不同网络拓扑情况下的节点电压指标，计算拓扑变化前后电压指标的动态偏移量并保存；当发生拓扑变化时，结合当前的负荷状态与所保存的电压指标的动态偏移量，通过叠加电压指标的动态偏移量求解实时的电压指标轨迹；步骤4、结合配电网电压可视化安全域和节点电压指标轨迹，观察系统负荷持续增长时节点电压指标轨迹与电压安全边界的相对位置，实现在线监测节点电压安全状态；通过事先计算并保存配电网网络拓扑变化前后的节点电压指标的动态偏移量，实时监测配电网当前运行方式下以及N
‑
1+1运行方式下各节点的电压安全状态。3.根据权利要求2所述基于全纯嵌入法的配电网节点电压安全状态在线监测方法，其特征在于，步骤1的具体实现包括：虚拟支路的两节点系统潮流方程为：式中，U
i
为节点i的电压，U
sw
为平衡节点电压，Z
i
为虚拟支路阻抗，S
i
为节点i的复功率，*代表共轭复数；引入归一化电压G
i
＝U
i
/U
sw
，则式(1)为：式中，σ
i
是由虚拟支路阻抗Z
i
、节点复功率S
i
和平衡节点电压U
sw
整合而成的复数型节点电压指标，其定义式如下所示：
将式(2)中的G
i
与σ
i
的实部与虚部展开，得到下式：联立(4)求解可得下式：将G
iR
视为变量，则式(5)为二次方程，根据二次方程判别式判断是否有解；当判断式Δ≥0时，由求根公式求得G
iR
的显式解析解，结合式(4)所求G
iI
可得G
i
：式中，σ
iR
和σ
iI
分别为电压指标σ
i
的实部和虚部；式(7)对应节点i的一组电压解：上支解和下支解，选取电压上支解作为实际系统的电压稳态解；由(6)式知，判别式在σ复平面内形成一个抛物线型的电压稳定边界；根据电压上下限约束，构建配电网电压安全域；设系统平衡节点电压相角为0，根据和|U
sw
|＝U
sw
，式(4)为：将式(8)中上下两式平方后相加，节点电压指标σ
i
的实部与虚部构成圆方程：圆心与半径表达式见式为：将式(9)代入式(6)中，仅有一组公共点，为圆内切于抛物线；式(9)中，不同节点电压幅值|U
i
|对应着不同的内切圆，设σ复平面内某个内切圆对应节点电压幅值为X，当且仅当σ
i
位于该圆上，则|U
i
|＝X；引入配电网电压上下限约束，U
L
≤|U
i
|≤U
H
，则电压上下限区间内的无数个电压值对应的内切圆组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚磊，叶欣智，董旭柱，刘承锡，田野，杨隽雯，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：