专利名称：适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法
技术领域：
本发明属于电力系统仿真分析领域，具体涉及一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法。
背景技术：
潮流计算是电力系统各种静态和动态分析计算的基础。成熟稳定、收敛速度快、收敛性能好的电力系统潮流算法，对电网规划部门和电网调度运行部门进行电网规划和年度运行方式分析至关重要。潮流计算的本质是求解大规模非线性方程组，牛顿-拉夫逊法(简称牛顿法)是求解非线性方程组的经典方法。上个世纪60年代后期，随着稀疏技术和节点优化编号技术的引入，因其收敛性好、计算速度快、内存需求少的优点，牛顿拉夫逊法成为了电力系统潮流计算中一种的优秀算法，目前是潮流计算的主流算法。其后，PQ分解法根据电力系统的特点，对牛顿法进行了 PQ解耦，进一步减少了计算时间，也得到了迅速的推广。在以往的实际电网分析中，传统的潮流算法均能较好的收敛，且潮流结果正常合理。但近年来随着电网规模的不断扩大，特别是随着特高压电网的建设，传统的潮流算法面临收敛性能逐步恶化的趋势。目前电网已形成了华北和华中电网通过特高压同步联网，计算规模已经超过I万母线。母线数是衡量计算规模的重要指标，母线数超过I万，潮流不收敛的情况明显增加。按照国家电网公司发展规划，还将实现华北-华中电网与华东电网的联网，电网规模还会进一步扩大。因此，迫切需要改进现有的潮流算法，以满足大规模数据潮流计算的现实需求。牛顿法是一种迭代算法，对初值设定很敏感，可以用图1来说明:设潮流计算求解的非线性方程组为F(X) = 0，如图1所示，XO为初值，X为最终的真值。当初值x0取得合适时，通过x0 — xl — x2...逼近真值；当初值为x0’时，由x0’ 一 xl’ 一 x2’...离开真值越来越远。一般来说，如果有良好的初值，牛顿法的求解是相当可靠的。为了提高牛顿法的收敛性，现有技术常常采用PQ分解法、直流法、高斯塞德尔法等算法先迭代几次，取得潮流初值后再转为牛顿法的初值改善策略。PQ分解法等算法本身有一定限制，例如PQ分解法要求支路X >> R，直流法假定电压为1.0p.u.，高斯塞德尔法对PV节点处理较难且收敛性差，这些条件在大规模电网数据中往往不能满足，实际应用效果并不好。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，对大规模电网出现的潮流计算问题的原因进行了分析，在现有算法基础上按照实际需求情况对牛顿法进行改进，以解决大规模电网数据潮流计算不收敛问题。为实现上述目的，本发明提供一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤:(I).预设平衡节点；(2).进行潮流计算仿真；(3).判断计算结果是否收敛，如果收敛，则进行步骤4，否则结束；(4).将预设的平衡节点改为原始节点类型；(5).进行潮流计算。本发明提供的优选技术方案中，在所述步骤I中，对平衡节点进行预设的方式包括人工设定和自动设定。本发明提供的第二优选技术方案中，所述步骤I包括如下步骤:(1-1).选择预设平衡节点的方式，如果是人工设定则进行步骤1-2，否则进行步骤 1-3 ； (1-2) 人工选择预设平衡点，结束；(1-3).计算功率最大误差母线并设置预设平衡点。本发明提供的第三优选技术方案中，在所述步骤1-2中，由工程计算人员指定预设平衡点，在远离已设定平衡机的区域外指定一个大容量电厂作为预设平衡点；并且预设平衡点的数量为1-2个。本发明提供的第四优选技术方案中，在所述步骤1-3中，功率缺额较大的点是容易导致不收敛的关键节点，将预设平衡点设置在功率误差最大的母线上，能最大程度地提供系统支撑；功率最大误差的计算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中，P1到Pn为第I个母线到第n个母线的节点注入有功功率，n为母线总数W1到Qn为第I个母线到第n个母线的节点注入无功功率；△ Smax为功率最大误差，功率最大误差所在的第i个母线，即满足条件Max (Pi, Qi) = ASmax的节点，自动设置为预设平衡点。与现有技术比，本发明提供的一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，从牛顿法初值改善策略方面提出了读预设平衡点策略，与PQ分解法、直流法、高斯塞德尔法等现有的初值改善策略相比，没有额外的前提条件，完全从实际电网潮流计算的数据特点出发，更能适应实际大规模电网潮流计算，有效提高了原有潮流算法的收敛性；再者，通过实践特高压联网数据的潮流计算也验证了所提方法的正确性和适应性。
图1为现有的牛顿迭代算法的示意图。图2为适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法的流程图。
具体实施例方式如图2所示，一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，包括如下步骤:(I).预设平衡节点；(2).进行潮流计算仿真；(3).判断计算结果是否收敛，如果收敛，则进行步骤4，否则结束；(4).将预设的平衡节点改为原始节点类型；
(5).进行潮流计算。在所述步骤I中，对平衡节点进行预设的方式包括人工设定和自动设定。所述步骤I包括如下步骤:(1-1).选择预设平衡节点的方式，如果是人工设定则进行步骤1-2，否则进行步骤 1-3 ；(1-2) 人工选 择预设平衡点，结束；(1-3).计算功率最大误差母线并设置预设平衡点。在所述步骤1-2中，由工程计算人员指定预设平衡点，在远离已设定平衡机的区域外指定一个大容量电厂作为预设平衡点；并且预设平衡点的数量为1-2个。本发明提供的第四优选技术方案中，在所述步骤1-3中，功率缺额较大的点是容易导致不收敛的关键节点，将预设平衡点设置在功率误差最大的母线上，能最大程度地提供系统支撑；功率最大误差的计算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中，P1到Pn为第I个母线到第n个母线的节点注入有功功率，n为母线总数W1到Qn为第I个母线到第n个母线的节点注入无功功率；△ Smax为功率最大误差，功率最大误差所在的第i个母线，即满足条件Max (Pi, Qi) = ASmax的节点，自动设置为预设平衡点。通过以下实施例对适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法做进一步描述。1、预设平衡点的初值改善策略平衡节点的选取对牛顿法潮流计算的收敛性影响很大。平衡节点(slack bus)是节点电压幅值和相角是给定的节点，它对系统起到功率平衡的作用，一般来说在一个交流互联电网中平衡节点只有一个。在实际大规模电网潮流计算中发现，在关键地方多设平衡点作为系统支撑，可以显著提高潮流收敛性。因此，将潮流计算分为两个阶段:初值计算和正常计算。初值计算阶段，多设平衡节点进行牛顿法的迭代计算，得到潮流初值；正常计算阶段，将刚才设置的平衡节点还原回原始节点类型，以初值计算阶段得到的潮流初值来启动正常的迭代计算。计算过程中设置的“平衡节点”并不是真正的平衡节点，只是为了得到潮流初值辅助收敛的，可命名为“预设平衡点”，这种初值改善策略称为预设平衡点初值改善策略。2、预设平衡点位置选择预设平衡点设置的不合理，可能在潮流初值计算阶段就不收敛，该功能就无法起到作用，所以需合理设置预设平衡点的位置。设置预设平衡点的方法有两种:I)人工设定。即由工程计算人员指定预设平衡点的位置，一般来说应在远离已设定平衡机的区域外指定一个大容量电厂作为预设平衡点。并且预设平衡点不宜设置过多，1-2个比较合适。2)自动设定。根据分析，功率缺额较大的点是容易导致不收敛的关键节点，将预设平衡点设置在功率误差最大的母线上，能最大程度地提供系统支撑。功率最大误差的计算方法如下:A Smax = Max (P1, P2, , Pn>, Q1, Q2, , Qn)其中P1到Pn为第I个母线到第n个母线的节点注入有功功率，n为母线总数W1到Qn为第I个母线到第n个母线的节点注入无功功率。△ Smax为功率最大误差，功率最大误差所在的第i个母线(满足条件Max (Pi,Qi) = ASfflax)自动设置为预设平衡点。 需要声明的是，本发明内容及具体实施方式
意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。
权利要求
1.一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1).预设平衡节点； (2).进行潮流计算仿真； (3).判断计算结果是否收敛，如果收敛，则进行步骤4，否则结束； (4).将预设的平衡节点改为原始节点类型； (5).进行潮流计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤I中，对平衡节点进行预设的方式包括人工设定和自动设定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤I包括如下步骤: (1-1).选择预设平衡节点的方式，如果是人工设定则进行步骤1-2，否则进行步骤1-3 ； (1-2).人工选择预设平衡点，结束； (1-3).计算功率最大误差母线并设置预设平衡点。
4.根据权利要 求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤1-2中，由工程计算人员指定预设平衡点，在远离已设定平衡机的区域外指定一个大容量电厂作为预设平衡点；并且预设平衡点的数量为1-2个。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤1-3中，功率缺额较大的点是容易导致不收敛的关键节点，将预设平衡点设置在功率误差最大的母线上，能最大程度地提供系统支撑；功率最大误差的计算方法如下: A Smax = Max (P1, P2, , Pn,, Q1, Q2, , Qn) 其中，P1到Pn为第I个母线到第n个母线的节点注入有功功率，n为母线总数^到Qn为第I个母线到第n个母线的节点注入无功功率；△ Smax为功率最大误差，功率最大误差所在的第i个母线，即满足条件Max (Pi, Qi) = ASmax的节点，自动设置为预设平衡点。
全文摘要
本发明提供了一种适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，包括如下步骤(1).预设平衡节点；(2).进行潮流计算仿真；(3).判断计算结果是否收敛，如果收敛，则进行步骤4，否则结束；(4).将预设的平衡节点改为原始节点类型；(5).进行潮流计算。本发明提供的适应于大规模数据潮流计算的初值计算方法，对大规模电网出现的潮流计算问题的原因进行了分析，在现有算法基础上按照实际需求情况对牛顿法进行改进，以解决大规模电网数据潮流计算不收敛问题。
文档编号G06F19/00GK103198205SQ20131005790
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者李芳 , 陈兴雷, 黄训诚, 付红军, 胡扬宇, 孙建华, 王景刚 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司, 河南省电力公司