基于负荷不确定性建模的电网静态电压稳定风险评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网的静态电压稳定性风险评估方法，具体是一种基于负荷不确定性 建模的电网静态电压稳定风险评估方法。
【背景技术】
[0002] 在电网的实际运行过程中，静态电压崩溃导致的电压失稳事故会严重影响电网的 静态稳定运行，由此造成巨大的经济损失，从而严重影响国民生产。因此，为了防止电压失 稳事故的发生，需要对电网的静态电压稳定性进行风险评估。现有的静态电压稳定性风险 评估方法主要包括如下两种:第一种是确定性评估方法，此种评估方法存在的问题是：由于 无法计及多种不确定性因素的概率分布，导致其评估结果难以客观、全面地反映电网的实 际运行状况，由此导致评估结果不准确。第二种是可计及不确定性因素的概率评估方法，此 种评估方法存在的问题是:未能以历史负荷变化规律为基础，准确、全面地计及存在于初始 负荷耗量、负荷出现增长的节点编号和负荷增长情形中的不确定性，并且缺少具有物理意 义、能从各个层次反映静态电压稳定程度的风险指标，因此此种概率评估方法同样会导致 评估结果不准确。鉴于此，有必要发明一种全新的静态电压稳定性风险评估方法，以解决现 有静态电压稳定性风险评估方法评估结果不准确的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有静态电压稳定性风险评估方法评估结果不准确的问题，提供 了一种基于负荷不确定性建模的电网静态电压稳定风险评估方法。
[0004] 本发明是采用如下技术方案实现的:基于负荷不确定性建模的电网静态电压稳定 风险评估方法，该方法是采用如下步骤实现的：
[0005] 1)建立负荷不确定性模型;所述负荷不确定性模型包括:初荷波动概率分布模型、 负荷出现增长的节点群识别模型、负荷随机增长模型；
[0006] 2)建立潮流运算模型:首先根据负荷出现增长的节点群识别模型确定电网中出现 负荷增长的节点编号，之后基于蒙特卡罗仿真方法分别采集初荷波动概率分布模型中的初 荷耗量样本和负荷随机增长模型中的负荷增量样本，最后基于样本值进行计及综合负荷特 性的连续潮流运算；
[0007] 3)建立风险评估指标，并运用风险指标识别电网中的高运行风险区域;所述风险 评估指标包括网络极限载荷水平风险指标、节点低压载荷风险指标、线路传输功率占比风 险指标、线路极限传输裕度风险指标。
[0008] 所述步骤1)中，
[0009] 建立初荷波动概率分布模型的方法具体包括如下步骤：
[001 0] 1.1)取聚类数目为2，随机生成一组隶属矩阵元素的初值；
[0011] 1.2)对历史负荷数据进行第一次模糊C均值聚类；
[0012] 1.3)计算评价该次聚类结果的类间类内划分指标BWP;具体计算公式如下：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 式(1)-(3)中:BWP(j，i)为类间类内划分指标;b(j，i)为第j类第i个样本的最小类 间距离;w( j，i)为第j类第i个样本的类内距离;j和k为类标;i、p和q为样本标号;m为聚类数 目；nk为第k类中的样本个数;nj为第j类的样本个数；4为第k类第p个样本；#为第j类第i 个样本；4为第j类第q个样本；
[0017] 1.4)再次随机产生一组隶属矩阵元素初值，重复步骤1.2)-1.3)，直到聚类次数达 到历史负荷数据长度的1/2为止；
[0018] 1.5)令聚类数目加1，随机生成一组隶属矩阵元素的初值，重复步骤1.2)-1.4)，直 到聚类数目达到历史负荷数据长度的开方值为止；
[0019] 1.6)统计全部类间类内划分指标;选择类间类内划分指标最大即为BWPopt时对应 的聚类结果，作为对负荷功耗时间曲线的时段划分方式：
[0020]
[0021] 式(4)中：BWPoptS对应最优聚类结果的类间类内划分指标;η为样本总数;Csize为 负荷样本总长度的开方值；
[0022] 1.7)对每类负荷功耗时段，计算全网所有载荷节点功耗的相关系数并形成相关系 数矩阵；
[0023] 1.8)利用Cholesky方法分解步骤1.7)中每类负荷功耗时段对应的相关系数矩阵， 得到服从多维正态分布的初荷功耗样本;至此，初荷波动概率分布模型建模完毕。
[0024] 负荷出现增长的节点群识别模型具体表示如下：
[0025]
[0026]
[0027]式(5)-(6)中:pXy为X和y的相关系数;IXy为X和y的互信息量;cov(x，y)为X和y的协 方差;D(x)和D(y)分别为x、y的方差;p(x)和p(y)分别为x、y的边缘概率密度;p(x，y)为X和y 的联合概率密度；
[0028] 负荷随机增长模型具体表示如下：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]式（7)-(9)中：DO为负荷增长的参考方向；D1为负荷实际增长方向；（S^S% ...， SNlciad)为由各载荷节点视在功率组成的一维向量;Nload为载荷节点个数；为第i个载 荷点的功率因数(1 < i <Nload);SAbase3S系统的功率基准值;ku为负荷增长系数，ku取值的 集合可由步骤1)所述的方法确定，也可由概率分布的拟合方法确定。
[0033] 所述步骤2)中，
[0034] 首先，依据给定的阀值Pl心和^、12，确定电网中出现负荷增长的节点编号：
[0035] Pi < pxy < P2 (10);
[0036] Ii<Ixy<I2 (11)；
[0037] 式（10)-(11)中：χ和y均为节点编号;ρ4Ρρ2分别为相关系数的下限和上限；IdPI2 分别为互信息量的下限和上限；
[0038] 之后，利用步骤1)介绍的方法，求得初荷波动概率分布模型中的初荷耗量样本和 负荷随机增长模型中的负荷增量样本，确定ku的取值集合；
[0039]潮流运算模型具体表示如下：
[0040] ；：
[0041]
[0042] 式（12)-(13)中：λ为负荷量的持续增长因子;PutKQuo分别为节点i的初始有功、无 功功率负荷量；ce叫为节点i的功率因数;S」为节点i和j电压的相角差；当i = j时，Yii = Gii + jBii为节点自导纳；当i矣j时，YijiGij -jBij为节点互导纳；S^base为系统的功率基准值;kLi 为负荷增长系数，kCl为与发电调度策略有关的出力增长系数;综合负荷模型常用恒电流、恒 阻抗、恒功率型负荷及感应电动机的静态等效模型表示，计及综合负荷模型时，节点导纳矩 阵的构造方法为：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 式（14)-(22)中：ΥΙη、Υζ4ΡΥΜη分别为恒电流型、恒阻抗型和感应电动机负荷的等效 导纳值;S、rm+jXm和r2/s+jX2分别为感应电动机的转差率、励磁阻抗和副边等效阻抗;Vi为节 点i的电压幅值;1、α和P分别为感应电动机负荷率、静止阻力矩和机械负荷特性指数；
[0053]基于步骤1)建立的负荷不确定性模型，利用蒙特卡罗方法每采集一组负荷样本， 便应用计及综合负荷的潮流运算模型进行计算，直到采集完全部负荷样本为止。
[0054] 所述步骤3)中，
[0055] 网络极限载荷水平风险指标具体表示如下：
[0056]
[0057]
[0058]式(23)-(24)中:m为总模拟次数;PLtcltai(Mi)和p(Mi)分别为第i种负荷场景的系统 极限载荷量及其出现的概率，无功参数的含义与有功情况类似，不再赘述；
[0059] 节点低压载荷风险指标具体表示如下：
[0060]
[0061] m
[0062] 式(25)-(26)中：艺-i为i节点电压为全网最低的事件集合;p(*)为事件Aij发生时 Μ 系统崩溃的概率;事件结果res(*)为经极限载荷期望值归一化处理后的系统最大载荷量；
[0063] 线路传输功率占比风险指标具体表示如下：
[0064]
[0065]
[0066] 式(27)-(28)中：Σ&为全网中线路1的极限传输功率与系统载荷量之比最高的事 女=1 件集合;P(*)为事件Lik发生时系统崩溃的概率；（p_transfer)ik和(pcollapse)k分别为事件 k发生时线路1上传送的有功功率及系统极限载荷量；
[0067] 线路极限传输裕度风险指标具体表示如下：
[0068]
[0069]
[0070]式(29)-(30)中：p(*)为事件L1M发生时系统崩溃的概率；（Ls-Ι)为线路传输极限裕 度;Pt为线路送端功率传输量;sbase3S功率基准值。
[0071]与现有静态电压稳定性风险评估方法相比，本发明所述的基于负荷不确定性建模 的电网静态电压稳定风险评估方法具备如下优点:其一，与确定性评估方法相比，本发明所 述的基于负荷不确定性建模的电网静态电压稳定风险评估方法计及了多种不确定性因素 的概率分布，由此使得评估结果能够客观、全面地反映电网的实际运行状况，从而使得评估 结果更加准确。其二，与概率评估方法相比，本发明所述的基于负荷不确定性建模的电网静 态电压稳定风险评估方法以历史负荷变