多通道限额约束下受端电网受电及供电裕度区间评估方法与流程

发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及多通道限额约束下受端电网受电及供电裕度区间评估方法。

背景技术：

受端电网以负荷集中地区为中心，包括区内和邻近电厂在内，用较密集的电力网络将负荷和这些电源联接在一起的电力系统。近年来随着经济的发展，受端电网用电负荷规模迅猛增长，提升受端电网受电能力的同时保障供电可靠性难度不断增加。对受端电网供电裕度区间的实时评估，有助于实时了解受电电网的可靠运行区间，及时调整电网运行方式，准确地制定控制方案。

受端电网供电裕度主要受交直流受电通道输电能力和受端电网的负荷水平、装机容量等因素约束。专利“一种获取区域电网受电能力的方法及系统”(cn201910202455)给出输电断面某一线路故障后在其他线路上引起的潮流转移值与线路最大输电功率的比值，并获得线路脆弱因子，依据线路脆弱因子的大小可以确定系统的最严重故障和最薄弱线路。专利“一种受端电网外受电能力分析方法”(cn201811530866)提供了一种通用的受端电网外受电能力的分析方法，逐步调整发电机组和负荷，对薄弱电网元件集逐一进行静态安全校核和暂态稳定校核。现有方法计算受端电网受电极限均针对指定方式下最薄弱通道，按照设定的调整方式进行输电极限计算，无法给出综合多个输电通道稳定限额的受端电网最大、最小受电极限，无法支撑提升受电能力、保障安全运行的方式调整。

技术实现要素：

本发明旨在针对现有技术计算受端电网受电极限均针对指定方式下最薄弱通道，无法给出综合多个输电通道稳定限额的受端电网最大、最小受电极限，提供多通道限额约束下受端电网受电能力评估方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

针对指定受端电网确定其关联的输电通道集合以及每个输电通道的稳定限额，获取全网发电机组节点、负荷节点和直流换流站节点；

分别计算全网各发电机组节点、各负荷节点和各直流换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过有功灵敏度确定送端发电机组节点、受端发电机组节点、受端负荷节点和受端直流换流站节点；

计及各输电通道的稳定限额、发电机组节点和负荷节点有功调节上下限、功率平衡约束，分别建立受端电网最大受电极限线性规划计算模型和最小受电极限线性规划计算模型，求解获得受端电网的最大受电极限和最小受电极限。

第二方面，本发明为了能够科学准确地评估受端电网的供电裕度区间，为受端电网的安全稳定运行提供参考，提供了多通道限额约束下受端电网供电裕度区间评估方法，包括以下步骤：

针对指定受端电网确定其关联的输电通道集合以及每个输电通道的稳定限额，获取全网内整流站节点集合hzl和逆变站节点集合hnb，确定全网发电机组节点、负荷节点和直流换流站节点；

分别计算全网各发电机组节点、各负荷节点和各直流换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过有功灵敏度确定送端发电机组节点、受端发电机组节点、受端负荷节点和受端直流换流站节点；

计及各输电通道的稳定限额、发电机组节点和负荷节点有功调节上下限、功率平衡约束，分别建立受端电网最大受电极限线性规划计算模型和最小受电极限线性规划计算模型，求解获得受端电网的最大受电极限和最小受电极限；

基于求解获得的受端电网的最大受电极限和最小受电极限，以及当前运行方式受端电网内负荷功率、直流运行功率、装机容量，计算受端电网供电裕度区间。

与现有技术相比，本发明所取得的有益技术效果：

本发明利用节点对受电通道集合的灵敏度辨识机组、负荷、换流站所处送/受端电网，充分考虑受电通道的稳定限额、装机容量、负荷增长情况，建立受端电网最大最小受电极限的线性规划模型，能够科学准确地评估受端电网的受电能力和供电裕度区间，为受端电网的安全稳定运行提供参考。

附图说明

图1是本发明具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例一、多通道限额约束下受端电网受电能力评估方法，包括：针对指定受端电网确定其关联的输电通道集合以及每个输电通道的稳定限额，获取全网发电机组节点和负荷节点；

分别计算全网各发电机组节点和各负荷节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过有功灵敏度确定送端发电机组节点、受端发电机组节点和受端负荷节点；

计及各输电通道的稳定限额、送端发电机组节点和受端负荷节点有功调节上下限、功率平衡约束，分别建立受端电网最大受电极限线性规划计算模型和最小受电极限线性规划计算模型，求解获得受端电网的最大受电极限和最小受电极限。

本实施例中，可选地，基于scada、状态估计信息，生成电网当前运行状态潮流数据，根据电网当前运行状态潮流数据确定与受端电网关联的输电通道集合以及每个输电通道的稳定限额。

全网各发电机组节点、各负荷节点和各直流换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过以下方法计算：

通过式(1)计算节点i对支路k有功灵敏度βi-k，

上式中，uk为支路k首端的电压模值，为支路k首端的电压相角，ui为节点i的电压模值，为节点i的电压相角，λi-k为支路k的电流与节点i注入电流的关联度；

支路电流与节点注入电流的关联度矩阵计算方法如式(2)所示，

上式中，yb为支路导纳矩阵，yn为节点导纳矩阵，a为节点关联矩阵；

通过式(3)计算节点i对输电通道tk有功灵敏度

2-3)通过式(4)节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t，

通过有功灵敏度确定送端发电机组节点、受端发电机组节点、受端负荷节点和受端直流换流站节点的具体方法如下：

2-1)若发电机组节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为正，则发电机组节点i处于送端电网，i∈gs，否则，发电机组i处于受端电网，i∈gr，其中gs为送端电网发电机组节点集合，gr为受端电网发电机组节点集合；

2-2)若负荷节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为负，则负荷节点i处于受端电网，i∈lr，否则，负荷节点i处于送端电网，i∈ls，lr为受端电网负荷节点集合，ls为送端电网负荷节点集合；

2-3)可选地，获取全网直流换流站节点，直流换流站节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t通过公式(1)确定。若直流换流站节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为正，则换流站节点i处于送端电网，i∈hs，否则，换流站节点i处于受端电网，i∈hr，hs为送端电网换流站节点集合，hr为受端电网换流站节点集合。

受端电网最大受电极限线性规划计算模型和最小受电极限线性规划计算模型分别表示如下：

受端电网最大受电极限线性规划计算模型：

上式中，为输电通道集合t的当前潮流计算数据有功功率之和，为输电通道tk的初始有功功率之和，βg-t为发电机组g所在节点对输电通道集合t的有功灵敏度，为发电机组g所在节点对输电通道tk的有功灵敏度，为发电机组g的初始有功出力，δpg为发电机组g的有功调整量，pg,max为机组g的出力上限，pg,min为机组g的出力下限，βl-t为负荷l对输电通道集合t的有功灵敏度，为负荷l对输电通道tk的有功灵敏度，pl⁰为负荷l的初始有功功率，δpl为负荷l的有功调整量，pl,max为负荷l的上限，pl,min为负荷l的下限，kloss为网损系数，为每个输电通道tk的稳定限额，gs为送端电网发电机组节点集合；

受端电网最小受电极限线性规划计算模型：

第二个行表示受端电网的任意一个输电通道tj越限；

第三行公式tk∈t&k≠j表示除了输电通道tj以外的所有输电通道均不越限。

所述受端电网最小受电极限求解方法是：

针对受端电网关联的输电通道集合t中各输电通道tj，逐次更新式(6)中的约束条件，求解各通道tj临界越限时受电功率极小值，在此基础上取各通道临界越限时受电功率极小值的最小值，作为受端电网的最小受电极限

本发明计及受端电网多个受电通道的稳定限额，建立受端电网最大、最小受电极限线性规划计算模型，通过求解线性规划模型得到满足所有通道不越限的受端电网最大、最小受电极限，能够科学准确地评估受端电网的受电能力，保障安全运行的方式调整。

实施例二、本实施例提供了多通道限额约束下受端电网供电裕度区间评估方法(步骤如图1所示)，包括以下步骤：

针对指定受端电网确定其关联的输电通道集合以及每个输电通道的稳定限额，获取全网内整流站节点集合hzl和逆变站节点集合hnb，确定全网发电机组节点、负荷节点和直流换流站节点；

分别计算全网各发电机组节点、各负荷节点和各直流换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过有功灵敏度确定送端发电机组节点、受端发电机组节点、受端负荷节点和受端直流换流站节点；

计及各输电通道的稳定限额、发电机组节点和负荷节点有功调节上下限、功率平衡约束，分别建立受端电网最大受电极限线性规划计算模型和最小受电极限线性规划计算模型，求解获得受端电网的最大受电极限和最小受电极限；

基于求解获得的受端电网的最大受电极限和最小受电极限，以及当前运行方式受端电网内负荷功率、直流运行功率、装机容量，计算受端电网供电裕度区间。

本实施例具体包括：，其步骤如图1所示：

图1中步骤1描述的是基于scada、状态估计信息，生成电网当前运行状态潮流数据，针对指定受端电网确定其关联的输电通道集合t以及每个输电通道的稳定限额获取电网内整流站节点集合hzl和逆变站节点集合hnb。

图1中步骤2描述的是计算全网发电机组节点、负荷节点、换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，并通过灵敏度确定送受端机组节点、受端负荷节点和受端直流换流站节点。

所述全网发电机组、负荷、换流站节点对受端电网各输电通道的有功灵敏度，通过以下方法计算：

2-1)通过式(1)计算节点i对支路k有功灵敏度βi-k。

上式中，uk和为支路k首端的电压模值和相角，ui和为节点i的电压模值和相角，λi-k为支路k的电流与节点i注入电流的关联度。

支路电流与节点注入电流的关联度矩阵计算方法如式(2)所示。

上式中，yb为支路导纳矩阵，yn为节点导纳矩阵，a为节点关联矩阵。

2-2)通过式(3)计算发电机组、负荷、换流站节点i对输电通道tk有功灵敏度

2-3)通过式(4)发电机组、负荷、换流站节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t。

所述通过灵敏度确定送受端机组、受端负荷和受端直流换流站，具体方法是：

2-1)若发电机组节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为正，则发电机组i处于送端电网，i∈gs，否则，发电机组i处于受端电网，i∈gr；

2-2)若负荷节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为负，则负荷节点i处于受端电网，i∈lr，否则，负荷节点i处于送端电网，i∈ls；

2-3)若直流换流站节点i对受端电网关联的输电通道集合t有功灵敏度βi-t为正，则换流站节点i处于送端电网，i∈hs，否则，换流站节点i处于受端电网，i∈hr。

图1中步骤3描述的是计及各输电通道的稳定限额、发电机组和负荷有功调节上下限、功率平衡约束，建立受端电网最大、最小受电极限线性规划计算模型，求解受端电网的最大受电极限和最小受电极限。

所述受端电网最大受电极限和最小受电极限线性规划计算模型分别如式(5)和(6)所示。

受端电网最大受电极限线性规划计算模型：

上式中，为输电通道集合t的当前潮流计算数据有功功率之和，为输电通道tk的初始有功功率之和，βg-t为发电机组g所在节点对输电通道集合t的有功灵敏度，为发电机组g所在节点对输电通道tk的有功灵敏度，为发电机组g的初始有功出力，δpg为发电机组g的有功调整量，pg,max和pg,min分别为机组g的出力上下限，βl-t为负荷l对输电通道集合t的有功灵敏度，为负荷l对输电通道tk的有功灵敏度，pl⁰为负荷l的初始有功功率，δpl为负荷l的有功调整量，pl,max和pl,min分别为负荷l的上下限，负荷的上下限是综合历史数据和预测数据确定对应负荷的最大值和最小值，kloss为网损系数，取值0.02。

受端电网最小受电极限线性规划计算模型：

为输电通道tj的稳定限额，第二行公式表示受端电网的任意一个输电通道tj越限，第三行公式表示除了输电通道tj以外的所有输电通道均不越限。

所述受端电网最小受电极限求解方法是：

针对受端电网关联的输电通道集合t中各输电通道tj，逐次更新式(6)中的约束条件，求解各通道tj临界越限时受电功率极小值，在此基础上取各通道临界越限时受电功率极小值的最小值，作为受端电网的最小受电极限

图1中步骤4描述的是在受端电网最大、最小受电极限求解的基础上，基于当前运行方式受端电网内负荷功率、直流运行功率、装机容量，计算受端电网供电裕度区间。

所述受端电网供电裕度区间，具体通过以下方法计算：

4-1)统计处于受端电网的负荷功率之和，作为受端电网当前的负荷水平pl,all，计算公式如下：

4-2)统计处于受端电网内发电机组容量之和，作为受端电网的总装机容量计算公式如下：

4-3)统计处于受端电网内直流换流站节点的功率其功率之和，作为受端电网的直流运行功率计算公式如下：

表示处于受端电网的直流逆变站的h1初始直流功率，表示处于受端电网的直流整流站的h2初始直流功率，

4-4)通过式(10)、式(11)分别计算受端电网供电裕度最大、最小值，即为受端电网供电裕度区间。

pl,all为受端电网当前的负荷水平。

本发明计及受端电网多个受电通道的稳定限额，建立受端电网最大、最小受电极限线性规划计算模型，通过求解线性规划模型得到满足所有通道不越限的受端电网最大、最小受电极限，并基于受电通道最大、最小受电极限计算受端电网供电裕度区间。本发明通过计算多输电通道供电的受端电网供电裕度区间，为受端电网提升供电能力和保障安全运行提供依据。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。