基于响应的受端电网电压稳定全过程态势评估及防控方法与流程

本发明涉及各种电网仿真或测量数据的受端电网电压稳定安全评估与辅助决策领域，具体涉及一种基于响应的受端电网电压稳定全过程态势评估及防控方法。

背景技术：
电网互联范围的不断扩大、电力工业市场化体制改革的不断深入，以及特高压交直流输电、可再生能源发电的持续接入，增加了电网运行的不确定性和间歇性，使得电网运行环境日益复杂、发生扰动的概率更大且波及范围更广，对运行环境下的电网安全稳定运行及全过程防控提出了更高的要求。宏观来说，电网分为发端、输电网络和受端3部分。广义受端电网主要以负荷集中地区为中心，通过周边联络线与远距离广义发端电源相连，进而实现电能的供需平衡。随着社会、经济及电力工业的快速发展，受端系统规模迅猛增大且其复杂度越趋复杂。由于能源和负荷中心区域分布的不匹配，以及考虑环境等因素制约，受端系统内部电源支撑不足，大量电能需要从远方进行远距离传输。20世纪80年代以来，国际上多个大型电力系统相继发生多起电压持续偏低、电压崩溃事件，导致大面积、长时间的供电中断，造成巨大的经济损失和社会影响，使电压稳定逐渐成为国际电工学界关注的焦点。电压稳定问题主要包括静态电压稳定和动态电压稳定，从时间上划分，动态电压稳定问题可以分为暂态电压稳定和中长期电压稳定。当前，电压稳定研究的重点主要包括电压稳定性问题发生的过程、机理、指标和影响因素，其中包括具体的数学建模、分析和计算方法，并开发出了多种电压稳定计算、分析工具以及防止电压崩溃的自动控制系统等。对于静态电压稳定问题，目前已有许多被普遍接受的计算方法，如潮流多解法、连续潮流法、最近电压崩溃点法等。而人们对动态电压稳定分析的研究还不够深入，尤其是动态电压稳定问题波及的时间框架比较长，难以对它们进行统一的分析。暂态电压稳定和暂态功角稳定采用的数学模型比较接近，可采用传统的时域仿真方法进行分析。而中长期电压稳定仿真通常使用的方法是在时域仿真程序中加入与中期电压稳定相关的元件模型。基于网络建模和数值计算的电压稳定相关仿真分析方法具有直观、信息丰富等优点，是现有电网安全分析与策略校核重要的工具，也是电网调度部门指导电力系统运行的主要依据。可见，电力系统仿真分析结果的可信度直接关系到系统的安全经济运行。目前，用于电力系统静态电压稳定和动态电压稳定仿真的数值算法比较成熟，引起仿真不准确的原因主要是系统中元件模型与参数的不准确。近年来发生的几次大停电事故后仿真发现，使用现有的仿真数据库不能重现实际系统失稳，仿真的准确性存在很多问题。基于数学建模和仿真的分析方法，受电网模型、参数以及数值计算等因素的制约，在应用规模、速度及可靠性等方面很难适应电压稳定实时防控的要求。基于“离线决策，在线匹配”的电压安全防控模式不能完全匹配电网真实工况，且受模型和参数的影响，所得方案有时过于保守（或乐观），尤其是组合爆炸问题严重限制了可能考虑工况的数量。因此，电网需要离线和在线相结合的综合安全评估及防御系统。计算机、通讯、网络等技术的进步，使广域测量系统(WideAreaMeasurementSystem，WAMS)在多个网调和省调投入使用，为实时环境下的电网运行态势量化评估带来新的机遇。从物理动态恢复特性和对外表象而言，电压稳定问题主要聚焦于受端电网，具有一定的局部特性，电压失稳（或崩溃）往往贯穿于电网静态（准稳态）、暂态或者中长期全过程中。然而，到目前为止，成熟的电压稳定静态、暂态和中长期分析方法和软件都针对具体问题具有较强的独立性。同样，基于WAMS系统的电网稳定分析与控制主要聚焦于两个方面：一是基于实测轨迹的暂态功角稳定预估；二是基于戴维南等值方法的静态电压稳定评估与控制。而基于WAMS系统的暂态电压稳定快速评估与自适应控制方面的研究及工程应用几乎没有。面对当前电网发展格局，针对不同状态和场景的电压稳定问题，贯穿利用已有成熟的分析算法和软件，结合成熟的WAMS系统平台，全面深入研究大受端电网全过程电压稳定序列化评估、决策和数据融合处理机制，探索并研发离线仿真与在线轨迹相结合的高效过程化模块智能化启动和相互校验方法，建立基于多信息源的受端电网电压全过程综合在线安全校核及实时防御系统体系。

技术实现要素：
为此，本发明提供了一种基于多响应信息源的受端电网全过程电压稳定态势评估与防控方法，该方法可针对电网多种离线仿真或实时测量数据，实现不同运行状态下的电压稳定全过程综合评估、预决策及在线监控与预警，对提高大受端电压电压安全运行水平，降低电压崩溃事故发生概率，保证我国特高压电网的安全稳定运行，都具有重要理论指导和工程实践意义，该方法包括：步骤S1，获取各种离线仿真数据或者实时测量数据，根据所述获取的数据对应场景分别转存为静态数据格式文件或者暂态数据格式文件；所述离线仿真数据为暂态故障时域仿真数据，所述实时测量数据为通过SCADA系统、EMS、WAMS、DTS或DCS实时测量的电网数据；步骤S2，对任意节点所连接的所有电网元件按有功流向统计所述节点流通的等效功率PE+jQE，根据所述节点实际转移功率构建所述节点的等效输电模型，结合节点电压U，采用在线跟踪辨识方法求得各个所述节点的等效输电模型参数；步骤S3，根据所述各个节点的所述等效输电模型参数求得节点静态电压稳定裕度指标Vsi，根据所述各个节点的静态电压稳定裕度指标Vsi值确定相对薄弱节点；步骤S4，根据所述各个节点的所述等效输电模型参数，结合所述节点当前流通有功值PE，求得所述节点等效输电模型对应下的虚拟有功损耗最低时所需要的无功量Qmin，构建节点无功补偿评价指标步骤S5，设定所述节点静态电压稳定裕度指标的预警槛值Ncr，计算所述节点静态电压稳定裕度指标Vsi小于所述预警槛值Ncr时所述相对薄弱节点的切负荷预估。本发明提供的第一优选实施例中：所述步骤S1中，如果响应数据是潮流断面性质的数据转存为潮流数据格式文件，如果是暂态或动态时域仿真类的数据，转存为时间序列格式文件；如果响应数据是SCADA系统数据，直接利用SCADA系统状态估计以后的数据当作静态数据进行处理。本发明提供的第二优选实施例中：所述步骤S1中，如果获取的数据是WAMS数据，采用递归滤波的方法对PMU测量时序数据进行均值滤波处理，均值计算公式为N在实际工程应用中取5；如果检测到某一时刻PMU量测与上一时刻测量值差别较大，再取下一刻PMU量测值，以此判断PMU量测为坏数据或者是大扰动事件发生，如果判断PMU量测为坏数据，用上时刻PMU量测值代替，如果判断是大扰动事件发生，启动暂态稳定量化评估方法。本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤S2中所述等效输电模型参数包括等效电源电势EE、等效支路阻抗模ZE和阻抗角α。本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤S3中根据所述各个节点的所述等效输电模型参数求得节点静态电压稳定裕度指标Vsi方法包括：根据阻抗模求解和根据最大有功功率求解；根据阻抗模求解节点静态电压稳定裕度指标其中，ZL表示等效负荷阻抗模；根据最大有功功率求解节点静态电压稳定裕度指标其中，Pcr为最大有功输送能力，Φ和α分别为节点等效输电模型的等效负荷功率因数角和阻抗角。本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤S3中根据各节点的静态电压稳定裕度指标Vsi值大小进行排序，确定相对薄弱节点，实现相对薄弱节点或薄弱区域的定位；通过比较不同方式下最小节点的Vsi来衡量各方式电压稳定程度；计算电网平均静态电压稳定裕度指标n为电网节点个数。本发明提供的第六优选实施例中：其特征在于，如果所述获取的数据为暂态故障时域仿真数据，所述步骤S3中计算节点静态电压稳定裕度指标Vsi方法为：当暂态功角或暂态电压都稳定时，根据最大相对功角单摆返回点，或者最低电压跌落点确定评估时间段；当暂态功角失稳或者暂态电压失稳时，可根据最大相对功角返回点大于180度，或者最低电压跌落点确定评估时间段；对所述评估时间段里的每个时间断面的数据进行静态电压稳定态势评估，求所有断面的平均静态电压稳定裕度指标Vmsi的平均值VTmsi，或者最小静态电压稳定裕度指标Vsimin的平均值VTsimin，作为所述暂态时域仿真数据的电压稳定裕度指标。本发明提供的第七优选实施例中：步骤S4中构建节点无功补偿评价指标Qci后，将电网所有节点的无功补偿评价指标Qci进行平均，求得电网平均无功补偿缺额指标实现电网当前运行方式下整体无功补偿缺额水平评估；其中，n表示电网所有节点的个数，Qcij表示第j个节点的无功补偿评价指标。本发明提供的第八优选实施例中：步骤S5中，计算节点静态电压稳定裕度指标Vsi小于预警槛值Ncr时切负荷预估的方法为：根据所述节点等效输电模型参数，求得所述等效输电模型下对应的静态电压稳定虚拟线性边界δcr，所述边界在功率因数角和相角坐标空间的表达式为：其中，Φ、α分别为节点等效输电模型的等效负荷功率因数角和阻抗角；（1）恒功率因数切负荷量为：有功切除量ΔP1：其中，δ0和δ1分别为初始运行点和调节后运行点的等效功角，δ1=Ncrδcr，无功切除量ΔQ1＝ΔP1·tanΦ；（2）最小切负荷量：等效功角变化量等效功率因数角变化量即Φ1＝Φ0-ΔΦ，δ1＝δ0-Δδ，Φ0和Φ1分别为初始运行点和调节后运行点的等效负荷功率因数角，δcr0为初始运行点对应的临界相角差；将Φ1和δ1代入调节后运行点P1的计算公式：后求解P1，根据P1求解调节后运行点Q1＝P1·tanΦ1，得到最小有功切除量ΔP1＝P0-P1，对应的无功切除量ΔQ＝Q0-Q1。本发明提供的第九优选实施例中：采用离线任务并行的方式针对N-1、N-2、暂态故障集或中长期计算任务分别进行并筛选出比较严重的预想故障，采用任务并行模式实现各种预想运行方式和故障集的电压稳定态势评估和辅助决策；并且可将静态电压稳定比较严重的N-1、N-2故障利用暂态或中长期仿真进一步校验。本发明提供的第十优选实施例中：对于WAMS实时测量数据，采用在线任务并行的模式对PMU实际测点进行电压稳定态势评估，并同步评估各节点的无功补偿水平和低电压稳定裕度节点的切负荷估计量；针对不同的离线或在线电网运行数据断面，统计给出各节点的静态电压稳定裕度指标、无功补偿水平及薄弱节点的切负荷预估量；针对不同的预想故障集，给出故障严重程度量化指标及对应的无功补偿和切负荷辅助决策参考策略，以供运行、方式、规划人员参考。本发明提供的一种基于响应的受端电网电压稳定全过程态势评估及防控方法的有益效果包括：1、本发明提供的一种基于响应的受端电网电压稳定全过程态势评估及防控方法，以电网响应（仿真或测量）数据为基础，根据电网各节点真实转移功率辨识出其等效输电模型参数；以各节点等效输电模型求得各节点静态电压稳定裕度指标，对各节点静态电压稳定指标进行排序，即可找出该运行方式下的薄弱节点或薄弱区域；同样，根据各节点等效输电模型，还能实现当前运行方式下各节点无功补偿水平和切负荷量的快速估算；采用任务并行的模式提高对离线预想故障集或者在线电压稳定态势的快速评估效率，实现了对电网实时运行状态或者预想故障下电压稳定态势智能化评估与辅助决策，具有良好的应用价值和推广前景。2、当获得的数据为WAMS数据时，通过采用均值滤波、坏数据及大扰动预判的方式，提高PMU数据的可用性，并及时启动暂态稳定预估方法。3、跟据电网节点实际转移功率构建该节点等效两节点输电模型，该等效模型不同于传统的戴维南等值方法，可以全面评估电网所有节点的电压稳定性。4、针对电网某一运行方式断面数据，利用各节点简化等效输电模型等效输送功率，快速求得各节点静态电压稳定裕度指标，以实现电网薄弱节点或薄弱区域的快速定位。这种等效处理方法因为针对每个节点进行单独处理，有利于实现任务并行处理，同样避免了传统基于雅克比矩阵方法受电网模型和参数的依赖，当电网规模很大时，传统方法计算速度和精度都难以保证。利用电网所有节点的静态电压稳定裕度指标求得电网平均电压稳定裕度指标，比较科学、合理的评价不同运行方式或故障集静态电压稳定影响程度。5、根据各节点静态电压稳定裕度指标求得电网平均静态电压稳定裕度指标，方便量化评估不同运行方式或故障电压稳定裕度情况。6、结合节点实际输送等效功率和对应等效简化输电模型，求得该节点在当前等效模型和输送有功情况下所得有功损耗最小对应的无功量，进而比较当前节点等效输送无功量来确定该节点当前运行方式下的无功缺额情况，只根据电网实际运行方式数据，即可简单、直观衡量电网当前运行方式下整体无功补偿缺额水平。7、根据节点等效输电模型，在功率因数角和相角坐标空间中构造了静态电压稳定线性边界，该边界有利于直观、方便在线预估切负荷方向和量。借助该线性静态电压稳定边界，当某一节点静态电压稳定裕度指标大于某一设定的预警槛值时，可根据当前运行状态只需要直接的代数运算即可快速预估出该节点对应的恒功率因数或者最小切负荷量。附图说明如图1所示为本发明提供的电网任意节点代表模型示意图；如图2所示为本发明提供的节点等效输电模型示意图；如图3所示为本发明提供的虚拟无功补偿与网损关系示意图；如图4所示为本发明提供的快速切负荷预估示意图；如图5所示为本发明提供的基于多响应信息源的电压稳定全过程防控结构图。具体实施方式下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。本发明提供一种基于响应的受端电网电压稳定全过程态势评估及防控方法，包括如下步骤：步骤S1，获取各种离线仿真数据或者实时测量数据，根据所述获取的数据对应场景分别转存为静态数据格式文件或者暂态数据格式文件；所述离线仿真数据为暂态故障时域仿真数据，所述实时测量数据为通过SCADA系统、EMS、WAMS、DTS或DCS实时测量的电网数据；步骤S2，对任意节点所连接的所有电网元件按有功流向统计所述节点流通的等效功率PE+jQE，根据所述节点实际转移功率构建所述节点的等效输电模型，结合节点电压U，采用在线跟踪辨识方法求得各个所述节点的所述等效输电模型参数；步骤S3，根据所述各个节点的所述等效输电模型参数求得节点静态电压稳定裕度指标Vsi，根据所述各个节点的静态电压稳定裕度指标Vsi值确定相对薄弱节点；步骤S4，根据所述各个节点的所述等效输电模型参数，结合所述节点当前流通有功值PE，求得所述节点等效输电模型对应下的虚拟有功损耗最低时所需要的无功量Qmin，构建节点无功补偿评价指标步骤S5，设定所述节点静态电压稳定裕度指标的预警槛值Ncr，计算所述节点静态电压稳定裕度指标Vsi小于所述预警槛值Ncr时所述相对薄弱节点的切负荷预估。步骤S1中对离线仿真数据和实时仿真数据，不论离线仿真采用什么模型、算法以及电网规模，只针对处理静态或者暂态的响应数据，给出定量的电压稳定态势评估结果，如果是潮流断面性质的数据转存为本系统潮流数据格式文件，如果是暂态或动态时域仿真一类的数据，就转存为时间序列格式文件。同样，如果是分析SCADA系统数据，就直接利用状态估计以后的数据当静态数据进行处理。步骤S1中如果获取的数据是WAMS数据，可采用递归滤波的方法对PMU测量时序数据进行均值滤波处理，均值计算公式为其中N在实际工程应用中可取5。如果检测到某一时刻PMU量测与上一时刻测量值差别较大，再取下一刻PMU量测值，以此判断是PMU量测坏数据还是有大扰动事件发生，如果是坏数据就用上时刻值代替，如果判断是大扰动事件发生，就要启动暂态稳定量化评估方法。通过采用均值滤波、坏数据以及大扰动预判的方式，提高PMU数据的可用性，并及时启动暂态稳定预估方法。步骤S2中，如图1所示为电网任意节点代表模型示意图，电网任意节点，根据其实际所连电网部件，按照有功流向统计该节点等效转移功率，形成如图2所示的节点等效输电模型示意图，该等效输电模型不同于传统的戴维南等值方法，可以全面评估电网所有节点的电压稳定性，由图2可知，该等效输电模型参数包括等效电源电势EE、等效支路阻抗模ZE和阻抗角α。根据节点局部等效流通功率，在线跟踪辨识各节点的等效输电模型参数，辨识方法可采用多潮流断面法、单潮流断面法和短路电流计算结果相结合的方法，提高辨识结果的可信度。步骤S3中根据各节点等效输电模型参数求得节点静态电压稳定裕度指标Vsi方法包括：根据阻抗模求解和根据最大有功功率求解。根据阻抗模求解其中，ZL表示等效负荷阻抗模。根据最大有功功率求解其中Pcr为就负荷侧的性质看，当计及负荷功率因数时，最大有功输送能力Φ和α分别为节点等效输电模型的等效负荷功率因数角和阻抗角。Vsi为0时，达到静态电压稳定临界点，根据各节点的静态电压稳定裕度指标Vsi值大小进行排序，可以确定哪些节点为相对薄弱节点，实现相对薄弱节点或薄弱区域的定位，为便于量化评估不同运行方式或故障电压稳定裕度情况，可求得电网平均静态电压稳定裕度指标Vmsi，Vmsi计算公式为其中n为电网节点个数，Vsii表示第i个节点的静态电压稳定裕度指标。也可比较不同方式下的最小节点的Vsi来衡量各方式电压稳定程度。如果获取的数据为暂态故障时域仿真数据，步骤S3中计算节点静态电压稳定裕度指标Vsi方法为：当暂态功角或暂态电压都稳定时，可根据最大相对功角单摆返回点，或者最低电压跌落点确定评估时间段，当暂态功角失稳或者暂态电压失稳时，可根据最大相对功角返回点大于180度，或者最低电压跌落点确定评估时间段，然后对评估时间段里的每个时间断面的数据进行静态电压稳定态势评估，最后再求整个评估时间段内所有断面的平均静态电压稳定裕度指标Vmsi的平均值VTmsi，或者最小静态电压稳定裕度指标Vsimin的平均值VTsimin，作为所述暂态时域仿真数据的电压稳定裕度指标。利用该方法可实现暂态故障集的电压失稳严重程度排序。如图3所示为虚拟无功补偿与网损关系示意图，按照图3所示，可求得节点当前流通有功PE时，使得图2所示等效输电模型对应的虚拟有功损耗最小所需的无功值，计算各节点无功补偿评价指标Qci，步骤S4中构建节点无功补偿评价指标Qci后，将电网所有节点的无功补偿评价指标Qci进行平均，求得电网平均无功补偿缺额指标进而实现电网当前运行方式下整体无功补偿缺额水平评估。其中，n表示电网所有节点的个数，Qcij表示第j个节点的无功补偿评价指标。如图4所示快速切负荷预估示意图，步骤S5中，计算节点静态电压稳定裕度指标Vsi小于预警槛值Ncr时的节点的切负荷预估的方法为：根据节点等效输电模型参数，可在线求得该等效输电模型下对应的静态电压稳定虚拟线性边界δcr，该边界在功率因数角和相角坐标空间的表达式为：其中，Φ、α分别为节点等效输电模型的等效负荷功率因数角和阻抗角。（1）恒功率因数切负荷量为：有功切除量ΔP1：其中，δ0和δ1分别为初始运行点和调节后运行点的等效功角，δ1=Ncrδcr，无功切除量ΔQ1＝ΔP1·tanΦ；（2）最小切负荷量等效功角变化量等效功率因数角变化量即Φ1＝Φ0-ΔΦ，δ1＝δ0-Δδ，Φ0和Φ1分别为初始运行点和调节后运行点的等效负荷功率因数角，δcr0为初始运行点对应的临界相角差。再将Φ1和δ1代入调节后运行点P1的计算公式：根据P1求解调节后运行点Q1＝P1·tanΦ1，得到最小有功切除量ΔP1＝P0-P1，对应的无功切除量ΔQ＝Q0-Q1。本发明提供的一种基于多响应信息源的受端电网全过程电压稳定态势评估防控方法的电压稳定全过程防控结构图如图5所示。可以采用离线任务并行的方式针对N-1、N-2、暂态故障集或中长期计算任务分别进行并筛选出比较严重的预想故障，采用任务并行模式实现各种预想运行方式和故障集的电压稳定态势评估和辅助决策，提高对大量预想故障的电压稳定评估效率。并且可将静态电压稳定比较严重的N-1、N-2故障利用暂态或中长期仿真进一步校验。对于WAMS实时测量数据，为提高在线电压稳定评估速度，将采用在线任务并行的模式对PMU实际测点进行电压稳定态势评估，实现薄弱节点或薄弱区域识别，并同步评估各节点的无功补偿水平和低电压稳定裕度节点的切负荷估计量。针对不同的离线或在线电网运行数据断面，统计给出各节点的静态电压稳定裕度指标、无功补偿水平及薄弱节点的切负荷预估量。针对不同的预想故障集，给出故障严重程度量化指标及对应的无功补偿和切负荷辅助决策参考策略，以供运行、方式、规划人员参考。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。