一种互联电网中外部网络的静态等值方法
【专利摘要】一种互联电网中外部网络的静态等值方法。它包括建立在边界上有非发电机节点的静态等值模型，让等值前后的两个灵敏度关系式相等，以及推导出外部网络静态等值后的虚拟发电机电压、等值注入电流和对地等值支路等步骤；在进行上述计算过程中，本发明还在静态等值模型的边界上，增设了边界上的非发电机节点的对地等值支路。本发明在内部网络内的线路无功注入功率和有功注入功率的最大安全误差与相对误差都得到一定的改善，内部网络内的节点最大电压幅值相对误差也得到一定的改善，从而能够获得更高的外部网络的静态等值精度，进而能够更好的对内部网络进行静态安全分析，在对内网进行静态安全分析时，也能够获得更精确的潮流值。
【专利说明】—种互联电网中外部网络的静态等值方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及对互联电网中的外部网络参数进行估算的方法，具体涉及在互联电网中对外部网络进行静态等值的方法。
【背景技术】
[0002]各供电单位(局、站)利用计算机对由其管理的电力网络进行实时的静态安全分析，以实现在线控制，是保证电力网络安全运行的一个重要环节。由于随着电力事业的发展，已经形成了巨大的互联电网，于是，对各供电单位的控制中心来讲，就有其能控、能管的内部网络和不可控、也不必管的外部网络之区别，即在互联电网中包括了内部网络和外部网络。又由于外部网络对内部网络有较大影响，例如内部网络负荷同比例增长或内部网络发生断线事故时，外部网络潮流对内部网络安全的影响(例如内部网络负荷同比例增长或内部网络发生断线事故时，外部网络潮流对内部网络安全的影响)，因此，对内部网络进行实时静态安全分析(具体分析内部网络内的节点电压幅值的最大相对误差、内部网络内的线路有功注入功率最大安全误差及其相对误差、无功注入功率的最大安全误差及其相对误差)时，就必须考虑外部网络的影响而需对原本不可控的外部网络进行静态等值处理，即获取外部网络的静态等值参数。最基本的方法是，于等值前的互联电网中，在其内部网络和外部网络相邻的边界上确认适当的节点，以构成由内部网络、边界上各节点(统称“边界节点”)和外部网络三部分组成的等值前系统网络结构(参考图1—注:由于在实际电力网络的“边界节点”中，一般没有发电机节点，所以，在发明中所指的“边界节点”均为非发电机节点)；然而建立外部网络静态等值模型，之后再通过静态等值处理来得到外部网络的静态等值参数。
[0003]迄今为止，对外部网络静态等值的方法中，已有考虑了等值前后互联电网潮流状态一致性而取得较好效果的常规Ward等值法和进一步改进的扩展Ward等值法等。其中，效果更好的又是同时还考虑了灵敏度一致性的方法{张勉、余娟、颜伟等.一种新外网静态等值理论研究[EB/OL].http: //www.doc88.com/p-660125281740.html, 2012-11-4.}。(注:所谓灵敏度一致性是指，针对互联电网中在外部网络静态等值前后，互联电网中的边界与内部网络的非发电机节点电压与发电机节点电压之间的灵敏度一致性、非发电机节点电压与非发电机节点注入电流之间的灵敏度一致性)。由于该方法同时考虑了等值前后互联电网潮流状态一致性和灵敏度一致性，在一定程度上比较全面、精细地对外部网络进行了等值处理，因此，应用该方法对外部网络静态等值后，其节点电压幅值的最大相对误差、线路有功注入功率和无功注入功率的最大安全误差及其相对误差，均小于(即优于)常规Ward等值法和扩展Ward等值法(注:在这《一种新外网静态等值理论研究》中，“有功注入功率”和“无功注入功率”被其简称为“有功功率”和“无功功率” 了)。然而，由于该现有技术在其外部网络静态等值模型内所设的等值支路中没有对地等值支路等原因，所以，在对实际电网进行外部网络静态等值后的效果(对应于IEEE14节点标准测试系统来进行测试)，仍然还不够好。具体是其边界节点和内部网络内的节点电压幅值和边界节点的电压幅值最大相对误差仍然较大，内部网络内的有功注入功率和无功注入功率的最大安全误差及其相对误差，也均仍然较大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，提供一种静态等值后的电压幅值的最大相对误差更小、有功注入功率和无功注入功率的最大安全误差及其相对误差也均更小的对互联电网中外部网络的静态等值方法。
[0005]实现所述发明目的之技术方案，是这样一种互联电网中外部网络的静态等值方法。与现有技术相同的方面是，该方法有如下步骤:
(1)获取外部网络静态等值前的互联电网基本信息，这些基本信息是:互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数；内部网络和边界上的非发电机节点电压；内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；内部网络内的发电机节点电压、外部网络内的发电机节点电压；根据已获得的互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数，推导出内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵，内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；同时结合已获得的内部网络和边界上的非发电机节点电压、非发电机节点注入电流，以及内部网络内的发电机节点电压，建立外部网络静态等值前的两个灵敏度关系式，它们是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点电压之间的灵敏度关系式: ②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式 ;
在上述两个灵敏度关系式中，Yll是内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵、 是内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；这两个导纳矩阵与所述内部网络和边界上的非发电机节点电压、内部网络和边界上的非发电机节点注入电流以及内部网络内的发电机节点电压的关系如下:
Ul =- Yll+ Yll ；
上式中，G为内部网络和边界上的非发电机节点电压，尽为内部网络内的发电机节点电压，Tz为内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；
(2)建立外部网络的静态等值模型，在该静态等值模型的外部网络内设有虚拟发电机节点I和与其对应的虚拟发电机I，虚拟发电机节点II与其对应的虚拟发电机II ;在该静态等值模型的边界上有非发电机节点I和非发电机节点II，在该静态等值模型中有连接这些节点的四类等值支路；这四类等值支路分别是，边界上的非发电机节点I和非发电机节点II之间的等值支路，边界上的非发电机节点I和虚拟发电机节点I之间的等值支路，边界上的非发电机节点II和虚拟发电机节点II之间的等值支路，以及虚拟发电机节点I和虚拟发电机节点II之间的等值支路；建立外部网络静态等值所需的两个灵敏度关系式，它们仍然是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点电压之间的灵敏度关系式、②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式；但在本步骤的灵敏度关系式①中的所述发电机节点内，包括有在该静态等值模型的外部网络内所设的虚拟发电机节点I和虚拟发电机节点II，在本步骤的灵敏度关系式①、②中的所述非发电机节点内，包括有在该静态等值模型的边界上的非发电机节点I和非发电机节点II ；
(3)令步骤(2)中的两个灵敏度关系式分别与步骤(I)中的两个灵敏度关系式对应相等，推导出边界上的非发电机节点I和非发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数；根据步骤(2)中的两个灵敏度关系式与步骤(I)中两个灵敏度关系式对应相等，并结合常规Ward等值法，推导出边界上的非发电机节点I和虚拟发电机节点I之间的等值支路所对应的导纳参数，边界上非发电机节点II和虚拟发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数，以及虚拟发电机节点I和虚拟发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数；根据边界上的非发电机节点I和非发电机节点II与外部网络内的虚拟发电机节点I和虚拟发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数，以及等值前后潮流状态的一致性和外部网络内的发电机节点电压，推导出外部网络静态等值后的虚拟发电机节点I和虚拟发电机节点II所分别对应的外部网络虚拟发电机I的电压和虚拟发电机II的电压；根据等值前后潮流状态的一致性以及内部网络和边界上的非发电机节点注入电流，推导出边界上的非发电机节点I所对应的等值注入电流和非发电机节点II所对应的等值注入电流；所述等值前后互联电网潮流状态的一致性是指，在内部网络内和边界上，等值前后内部网络和边界上的非发电机节点电压保持不变；
其改进之处是:
在步骤(2)所述的静态等值模型的边界上，还增设了两类对地等值支路；这两类对地等值支路分别是:边界上的所述非发电机节点I的对地等值支路、边界上的所述非发电机节点II的对地等值支路；
根据步骤(3)中所得的边界上的非发电机节点I和非发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数，边界上的非发电机节点I和外部网络内的虚拟发电机节点I之间的等值支路所对应的导纳参数、以及边界上的非发电机节点II和外部网络内的虚拟发电机节点II之间的等值支路所对应的导纳参数，并结合外部网络静态等值前后边界上的非发电机节点与内部网络相连节点之间支路所对应的导纳参数保持不变，进而求得外部网络静态等值后边界上的非发电机节点I的对地等值支路所对应的导纳参数、外部网络静态等值后边界上的非发电机节点II的对地等值支路所对应的导纳参数。
[0006]从方案中看出，在保证等值前后互联电网潮流状态一致性的基础上，本发明在步骤(3)中令等值前后的各两个灵敏度关系式对应相等(即在同时保证等值前后的两个灵敏关系的一致性)之前，首先在边界上的各非发电机节点处均增设了对地等值支路。这样一来，外网等值模型的网络框架更加全面，相比《一种新外网静态等值理论研究》提供的外部网络的等值方法，增加了边界上非发电机节点处的对地等值支路后，其内部网络内和边界上的节点电压幅值的最大相对误差、内部网络内的线路有功注入功率和无功注入功率的最大安全误差更小。于是，就为互联电网中外部网络的静态等值提供了比较全面、精细的依据。与现有技术的外部网络静态等值方法相比，本发明的外部网络静态等值方法在内部网络内的线路无功注入功率和有功注入功率的最大安全误差与相对误差都得到了一定的改善，内部网络内的节点最大电压幅值相对误差也得到了一定的改善，从而能够获得更高的外部网络的静态等值精度，进而能够更好的对内部网络进行静态安全分析。
[0007]下面结合附图对本发明作进一步的说明。【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1——等值前互联电网简图；
图2——用现有技术等值后的电网结构示意图；
图3——用本发明方法等值后的电网结构示意图；
图4——IEEE14节点标准测试系统图。
【具体实施方式】
[0009]一种互联电网中外部网络的静态等值方法，该方法有如下步骤:
(I)获取外部网络静态等值前的互联电网基本信息，这些基本信息是:互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数；内部网络和边界上的非发电机节点电压；内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；内部网络内的发电机节点电压、外部网络内的发电机节点电压；根据已获得的互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数，推导出内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵，内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；同时结合已获得的内部网络和边界上的非发电机节点电压、非发电机节点注入电流，以及内部网络内的发电机节点电压，建立外部网络静态等值前的两个灵敏度关系式，它们是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点电压之间的灵敏度关系式:一&-1ZzP②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式YLL-1;
在上述两个灵敏度关系式中，Yll是内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵、ylg是内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；这两个导纳矩阵与所述内部网络和边界上的非发电机节点电压、内部网络和边界上的非发电机节点注入电流以及内部网络内的发电机节点电压的关系如下:
Ul =- Yll-1ylgeg+ Yll-yl ；
上式中，G为内部网络和边界上的非发电机节点电压，尽为内部网络内的发电机节点电压，Tz为内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；
在本步骤中，根据外部网络静态等值前的互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数，即获得外部网络静态等值前互联电网全网的节点导纳矩阵7，再根据等值前互联电网中节点的性质分类(发电机节点G与非发电机节点Z)，从外部网络静态等值前互联电网全网的节点导纳矩阵7中提取2个按节点性质划分(发电机节点G与非发电机节点Z)的节点导纳子矩阵，即将外部网络静态等值前互联电网全网的节点导纳矩阵7按节点性质(发电机节点G与非发电机节点Z)进行矩阵分块处理，得到相应的分块矩阵。其中我们所需要的分别是外部网络静态等值前互联电网中内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵7ZZ，外部网络静态等值前互联电网中内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵Ylg。
[0010](2)建立外部网络的静态等值模型，在该静态等值模型的外部网络内设有虚拟发电机节点1.和与其对应的虚拟发电机I G，虚拟发电机节点II 与其对应的虚拟发电机II G2 ;在该静态等值模型的边界上有非发电机节点I Bi和非发电机节点II A，在该静态等值模型中有连接这些节点的四类等值支路；这四类等值支路分别是，边界上的非发电机节点I夂和非发电机节点II&之间的等值支路，边界上的非发电机节点I及.和虚拟发电机节点I Gem之间的等值支路，边界上的非发电机节点II A和虚拟发电机节点II 之间的等值支路以及虚拟发电机节点I 和虚拟发电机节点II 之间的等值支路;建立外部网络静态等值所需的两个灵敏度关系式，它们仍然是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点电压之间的灵敏度关系式、②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式；但在本步骤的灵敏度关系式①中的所述发电机节点内，包括有在该静态等值模型的外部网络内所设的虚拟发电机节点I 和虚拟发电机节点II ，在本步骤的灵敏度关系式①、②中的所述非发电机节点内，包括有在该静态等值模型的边界上的非发电机节点I Bi和非发电机节点II Bj ；
在本步骤中，建立外部网络的静态等值模型时，内部网络的网络结构与潮流状态保持不变。该模型中的全部等值支路所对应的导纳参数待求解，虚拟发电机节点I 和虚拟发电机节点II 所分别对应的外部网络虚拟发电机I G1的电压和虚拟发电机II G2的电压待求解，边界上的非发电机节点I及所对应的等值注入电流和非发电机节点II A所对应的等值注入电流待求解。设外部网络静态等值后互联电网全网的导纳矩阵为77，再根据互联电网中节点的性质分类(发电机节点G与非发电机节点Z)，从外部网络静态等值后互联电网全网的节点导纳矩阵中提取2个按节点性质划分(发电机节点G与非发电机节点Z)的节点导纳子矩阵，它们分别是外部网络静态等值后互联电网中内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵Y1ll,外部网络静态等值后互联电网中内部网络内的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵71。同时由于内部网络的网络结构与潮流状态保持不变，因此外部网络静态等前值后互联电网的内部网络和边界上的非发电机节点电压、外部网络静态等值后互联电网的内部网络内的发电机节点电压、外部网络静态等值后互联电网的内部网络和边界上的非发电机节点注入电流均保持不变。结合已获得的内部网络和边界上的非发电机节点电压和非发电机节点注入电流，以及内部网络内的发电机节点电压，建立外部网络静态等值后的两个灵敏度关系式，它们是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点 电压之间的灵敏度关系式:一 —Yl、②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式:V1ll-1 ;在上述两个灵敏度关系式与所述内部网络和边界上的非发电机节点电压、内部网络和边界上的非发电机节点注入电流以及内部网络内的发电机节点电压的关系如下:
Ul=-Y1 LL 1Y1 LGeG + 户ZZ lh
上式中，G为内部网络和边界上的非发电机节点电压，尽为内部网络内的发电机节点电压，Tz为内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；
(3)令步骤(2)中的两个灵敏度关系式分别与步骤(I)中的两个灵敏度关系式对应相等，推导出边界上的非发电机节点I尾和非发电机节点II &之间的等值支路所对应的导纳参数；根据步骤(2)中的两个灵敏度关系式与步骤(I)中两个灵敏度关系式对应相等，并结合常规Ward等值法，推导出边界上的非发电机节点I及和虚拟发电机节点I Gem之间的等值支路所对应的导纳参数，边界上非发电机节点II &和虚拟发电机节点II 间的等值支路所对应的导纳参数，以及虚拟发电机节点I 和虚拟发电机节点II Geqej之间的等值支路YeqGiJ所对应的导纳参数；根据边界上的非发电机节点I Bi和非发电机节点II Bj与外部网络内的虚拟发电机节点I GeqBi和虚拟发电机节点II Geqej之间的等值支路所对应的导纳参数，以及等值前后潮流状态的一致性和外部网络内的发电机节点电压，推导出外部网络静态等值后的虚拟发电机节点1.和虚拟发电机节点II 所分别对应的外部网络虚拟发电机I G1的电压和虚拟发电机II &的电压反根据等值前后潮流状态的一致性以及内部网络和边界上的非发电机节点注入电流，推导出边界上的非发电机节点I及所对应的等值注入电流/_,.和非发电机节点II &所对应的等值注入电流所述等值前后互联电网潮流状态的一致性是指，在内部网络内和边界上，等值前后内部网络和边界上的非发电机节点电压保持不变；
在本步骤中，令步骤(2)中的两个灵敏度关系式与步骤(I)中的两个灵敏度关系式对应相等，则有如下:
外部网络静态等值前后互联电网的内部网络和边界上的非发电机节点电压G与内部网络内的发电机节点电压尽之间的灵敏度相等，即一YLL—1YLG= — Y1ll — 1Y1lg ；
外部网络静态等值前后互联电网的内部网络和边界上的非发电机节点电压G与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流Il之间的灵敏度相等，即Iazz 一1 = Y1ll —1 ；
外部网络静态等值前，需要从边界上和内部网络内的非发电机节点间的导纳矩阵&中提取以下四个非发电机节点间的子矩阵，分别为边界上的非发电机节点间的矩阵_、边界上的非发电机节点与外部网络内的非发电机节点间的矩阵、外部网络内的非发电机节点与边界上的非发电机节点间的矩阵 Yll (Le) (lb)、 外部网络内的非发电机节点间的矩阵根据两个灵敏度关系式相等及以上四个非发电机节点间的子矩阵推出等值所需的边界上的非发电机节点之间的导纳矩阵 Y1 LL (LB) (LB)， 如下:
LL (LB) (LB) --YLL (LB) (LB) LL (LB) (LE) YLL (LE) (LE) YLL (LE) (LB)
该等值所的边界上的非发电机节点之间的导纳矩阵Y\(_中的非对角元素的相反数则为外部网络静态等值后边界上的非发电机节点I及.与非发电机节点II沁之间的等值支路所对应的导纳参数，等值所需的边界上的非发电机节点之间的导纳矩阵中的对角元素则分别为外部网络静态等值后边界上的非发电机节点I尾和非发电机节点11&.的自导纳元素。结合常规Ward等值法，对互联电网(参考图1)进行常规Ward等值。将常规Ward等值法等值前互联电网中的全部节点按所处的位置进行划分，分别为内部网络节点，外部网络节点，边界节点。首先将已经获得等值前互联电网全网的节点导纳矩阵7，按节点所处的位置进行划分，则从等值前互联电网全网的节点导纳矩阵7中提取4个按节点所处的位置进行划分的节点导纳子矩阵，它们是常规Ward等值法等值前互联电网中外部网络节点间的导纳矩阵常规Ward等值法等值前互联电网中边界节点间的导纳矩阵YBB，常规Ward等值法等值前互联电网中外部网络节点与边界节点间的导纳矩阵，常规Ward等值法等值前互联电网中边界节点与外部网络节点间的导纳矩阵最后，计算出常规Ward等值法等值后互联电网内边界节点的等值节点导纳矩阵，如下:
YEQBB=YBB-YBE(YEE)-1YEB 结合常规Ward等值法，对现有技术等值后的电网(参考图2)进行常规Ward等值。首先，将常规Ward等值法等值前外部网络的静态等值模型中的全部节点按所处的位置进行划分，分别为内部网络节点，外部网络节点，边界节点。其次，根据现有技术等值后的电网(参考图2)中已求的等值所需的边界上的非发电机节点之间的导纳矩阵为常规Ward等值法等值后外部网络静态等值模型内边界节点与外部网络节点间的导纳矩阵、Yeb为常规Ward等值法等值后外部网络静态等值模型内外部网络节点与边界节点间的导纳矩阵，为常规Ward等值法等值后外部网络静态等值模型内边界节点与外部网络节点间的导纳矩阵。最后，得到常规Ward等值法等值后外部网络静态等值模型内边界节点间的等值节点导纳矩阵Y IEQ BB，如下:
【权利要求】
1.一种互联电网中外部网络的静态等值方法，该方法有如下步骤: (1)获取外部网络静态等值前的互联电网基本信息，这些基本信息是:互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数；内部网络和边界上的非发电机节点电压；内部网络和边界上的非发电机节点注入电流；内部网络内的发电机节点电压、外部网络内的发电机节点电压；根据已获得的互联电网内全部线路的阻抗参数与对地电纳参数，变压器的阻抗参数、对地导纳参数及变比参数，全部节点的对地导纳参数，推导出内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵，内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；同时结合已获得的内部网络和边界上的非发电机节点电压、非发电机节点注入电流，以及内部网络内的发电机节点电压，建立外部网络静态等值前的两个灵敏度关系式，它们是:①内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络内的发电机节点电压之间的灵敏度关系式:一&-1ZzP②内部网络和边界上的非发电机节点电压与内部网络和边界上的非发电机节点注入电流之间的灵敏度关系式zz-1; 在上述两个灵敏度关系式中，Yll是内部网络和边界上的非发电机节点间的导纳矩阵、是内部网络和边界上的非发电机节点与发电机节点间的导纳矩阵；这两个导纳矩阵与所述内部网络和边界上的非发电机节点电压、内部网络和边界上的非发电机节点注入电流以及内部网络内的发电机节点电压的关系如下:
【文档编号】H02J3/00GK103441497SQ201310400570
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】余娟, 张勉, 高思航, 颜伟, 赵霞, 廖龙飞, 朱柳 申请人:重庆大学