基于可用容量一致性的带约束等值方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统等值技术领域，具体涉及互联电网中内网最优潮流分析、静 态安全分析和电压稳定等计算时保留外网约束的等值方法。
【背景技术】
[0002] 在现代互联电力系统中，随着新能源的大力发展、电力市场的不断推进以及负荷 的不断增长，各子网之间的相互影响日益增强，在对所研究的子网进行分析决策时必须对 互联外网的影响进行有效考虑，所述子网即内网。在最优潮流、静态安全分析和电压稳定等 分析计算中，潮流、灵敏度及约束条件都是非常重要的信息。现有等值方法已经能够有效保 留潮流和灵敏度信息，但难以有效保留外网约束条件，从而影响内网的分析计算精度及其 运行决策的有效性。因此如何将外网的约束条件有效保留到等值网络中在内网中显得尤为 关键。
[0003] 现有电力系统等值方法，一般都将等值网络看作无约束网络，通常没有考虑到外 网电源的功率和电压支撑能力、支路和网络的功率传输能力等约束问题，由此必然会放大 外网的支撑和传输能力。
[0004] 现有保留外网约束的等值方法，如2014年第29卷第5期的《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEM》 中 "Equivalent Line Limit Calculation for Power System Equivalent Networks" 一文，该文献基于无载网络，采用Kron消去法建立等值网络，保 持等值前后功率传输分布因子不变，计算等值线路约束。又如1999年第65卷第3期 《Reliability Engineering&System Safety》中"Adequacy equivalent development of composite generation and transmission systems using a d. c. load flow'，一文，该文 献基于直流潮流方法建立充裕度等值模型，采用简单挂等值机法建立等值网络，并采用可 用容量保留外网约束条件，所述可用容量即为外网通过边界能传输的最大容量。上述方法 共同的主要缺点是：①没有考虑等值前后灵敏度的一致性，计算得到的网络等值参数不准 确；②没有全面考虑外网的约束。以上方法均没有考虑电压约束，有的甚至没有考虑发电机 的功率约束和功率平衡约束，等值模型不能有效保留外网的约束条件，因此会导致外网等 值精度降低、等值约束计算不准确和难以达到内网的分析计算精度以及运行决策的有效性 等问题的出现。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有互联电网保留外网约束等值方法的不足，提供一种全面 考虑潮流、灵敏度及约束信息一致性的等值方法，即基于可用容量一致性的带约束等值方 法。本发明在采用2014年第29卷第5期的《IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEM》中 "Static Equivalent Method Based on Component Particularity Representation and Sensitivity Consistency"所提出的保持等值前后潮流及灵敏度一致性的静态等值方法 的基础上，建立等值网络，有效保证等值网络参数计算精度。本发明全面考虑外网电源的功 率约束、电压约束及支路和网络的功率传输能力约束，采用最优潮流方法计算外网边界节 点及边界截面的可用容量，基于等值前后可用容量一致性推导等值约束条件，有效提高等 值约束条件计算的准确性。本发明方法为最优潮流分析、静态安全分析、电压稳定等计算的 准确性和有效性提供全面、合理的外网等值参数和等值约束条件，确保互联电网的安全稳 定经济运行。
[0006] 实现本发明目的技术方案是，基于可用容量一致性保留外网约束的等值方法，利 用计算机，通过程序，首先输入等值前的互联电网基本数据，采用最优潮流方法计算获得等 值前外网可用容量。通过潮流及灵敏度一致性的静态等值方法建立等值网络，并计算等值 网络参数，保持等值前后可用容量不变，推导等值网络的约束条件。
[0007] 基于可用容量一致性等值方法，具体步骤包括以下部分：
[0008] 1)输入基础数据
[0009] 输入互联电网基础数据，包括互联电网拓扑结构和电力设备参数。所述互联电网 拓扑结构包括电网分区情况及电网中各节点的连接关系。所述电力设备参数包括，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，发电机出力约束条件和线路传输约束条件。等值前的互联网络节点包括外 网节点集合E，边界节点集合B和内网节点集合I三部分。
[0010] 2)采用最优潮流方法计算等值前外网可用容量
[0011] 基于步骤1中输入的外网和边界处的基础数据，建立求解外网可用容量的最优潮 流模型。
[0012] I)目标函数
[0013] 边界节点Bi处的可用容量
[0015] 边界截面B-all处的可用容量CBall:
[0017] 公式1和2中，&为外网通过边界节点向外传输的实际功率，NB为边界节点数量。
[0018] II)建立外网节点以及边界节点约束条件
[0019] 首先建立如公式3和4的功率平衡约束模型：
[0022] 公式3和4中，别为外网节点以及边界节点i、j的节点编号，E1G {E，B}， EjG {E，B}，Ne为外网节点数量，％ 分别为节点E1*的有功和无功注入功率，％、為 分别为节点E1处的电压幅值、相角，么分别为节点E,处的电压幅值、相角，式中 =? -4,，&,〖,为节点导纳矩阵的第E1R、第E渕项元素的实部，为节点导纳矩 阵的第E1R、第E j列项元素的虚部。
[0023] 然后建立如公式5、6、7和8的变量约束条件：
[0028] 公式5-8中，/k,、仏￡,分别为发电机节点E1的有功和无功出力，N ffi分别为外网发 电机节点数量，N1e分别为外网支路数量，为支路Ek流过的有功功率，匕,为节点E1处的电 压幅值，（*广和（*) min分别表示（*)的上限和下限。
[0029] 最后采用内点法求解最优潮流模型获得等值前边界节点B1可用容量Cs,和边界截 面B-all可用容量(^311的值。
[0030] 3)建立保留约束的等值模型
[0031] 采用现有基于潮流和灵敏度一致性的静态等值方法计算等值网络的等值参数，所 述等值参数包括等值支路阻抗.和等值对地支路和等值负荷。
[0032] 边界节点B1的功率平衡公式如公式9 :
[0034] 边界截面B-all的功率平衡公式如公式10 :
[0036] 公式9和10中，为等值网络通过边界节点&流入内网的有功功率，P _ωΒι是 等值发电机节点流向边界节点B1的支路有功功率，由边界节点Bj流向B i的支 路有功功率。为边界节点B1处等值对地支路的有功功率其计算公式如11 :
[0038] 其中，为节点B1的电压。
[0039] 边界节点B1流过的功率应小于该边界节点的可用容量，如公式12 :
[0041] 同理，边界截面B-all流过的功率应小于该边界截面的可用容量，如公式13 :
[0043] 公式10和11中，为等值后边界节点的可用容量，all为等值后边界截面的 可用容量。
[0044] 保持等值前后边界节点B1和边界截面B-all的可用容量不变，则有等式14和15 :
[0047] 将公式12-15代入公式10和11，可求解得到等值约束条件，BP :
[0050] 公式16和17为最优潮流、静态安全分析、电压稳定等建模提供准准确有效的不等 式约束条件，以确保互联电网的安全稳定经济运行。
[0051] 本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
[0052] 1.相比于现有考虑外网约束的等值方法，本发明提出的基于可用容量一致性保留 外网约束的等值方法全面考虑了等值前后潮流、灵敏度及约束信息一致性，有效提高了等 值网络等值参数计算的准确性。
[0053] 2.本发明更加全面地考虑了外网电源的功率约束、电压约束及支路和网络的功率 传输能力约束，能更加有效地保留外网的约束条件，可进一步提高了最优潮流分析、静态安 全分析和电压稳定等的计算精度。
[0054] 本发明可广泛应用于保留互联电网的约束条件，为进行准确有效的最优潮流分 析、静态安全分析和电压稳定等奠定了基础。
【附图说明】
[0055] 图1为等值前外网示意图；
[0056] 图2为用本发明方法等值后的电网结构示意图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅 限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯 用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0058] 基于可用容量一致性的带约束等值方法，包括以下步骤：
[0059] 1)输入基础数据
[0060] 输入广东661节点互联电网基础数据，包括互联电网拓扑结构和电力设备参数， 具体数据参见中国南方电网广东电网公司网站。等值前的互联网络节点被分为三部分，分 别为边界节点集合B = {314,524}和内网节点集合
[0061] I = {1，92, 98, 106, 190, 195, 215, 295-297, 379, 411，470, 567, 568, 572, 581，597 }，其他为外网节点集合E。
[0062] 2)计算等值前外网可用容量
[0063] 根据技术方案中公式1~公式7建立求解等值前外网可用容量的优化模型。
[0064] I)优化目标
[0065] 边界节点314和524处的可用容量C314和C 524:
[0066] C314=Hiax P314
[0067