一种求解电力网络静态安全域的方法
【专利摘要】本发明公开了一种求解电力网络静态安全域的方法。该方法线性化电力网络节点功率注入方程，建立节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系，进而得到代表所有对应于静态安全约束的子边界的超平面组。通过分裂电力网络，把断面潮流安全域等价为分裂后两个子电力网络分裂节点安全域的交集，间接地获得了断面潮流安全域边界超平面组。所提方法采用了线性化方法，解决了电力网络节点功率注入方程超高维数和强非线性问题，使得求解安全域边界的计算量小，所需计算时间少，适合于实际在线应用。本发明可广泛应用于电力网络的静态安全性分析。
【专利说明】—种求解电力网络静态安全域的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种求解电力网络静态安全域的方法，属于电力系统静态安全分析领域。
【背景技术】
[0002]电力系统安全直接影响到人们的日常生活和社会稳定。近年来世界范围内大停电事故频发，导致了巨大的经济损失和社会负面影响，因此研究能够实时在线应用的电力系统静态安全分析方法十分必要。
[0003]电力网络静态安全分析是保障电力系统安全十分有效的一种工具。传统静态安全分析方法“逐点法”针对给定功率注入和故障条件，采用数值仿真、特征值计算或能量函数法等方法来分析电力系统的安全性。这类方法是当前工业界进行静态安全分析最主要和最实用的方法，但其缺点亦很多，比如功率注入给定的人为主观性、选择故障集的历史经验性和计算过程的耗时低效。另外这类方法只针对一个或多个事件，无法对系统的安全性进行全局性分析。
[0004]电力网络静态安全域能提供丰富的安全信息。目前拟合法是常有的计算静态安全域的方法。该方法首先采用仿真方法获得大量安全域边界上的运行点，基于获得的临界运行点采用最小二乘法拟合来安全域边界。然而对于大规模的电力系统，这种方法由于需要大量数值仿真造成计算负担繁重而难以实际在线应用。而且采用仿真方法来获得安全域边界上的运行点，在操作上依然带有人为主观性的缺点。
[0005]另外，当前电力网络静态安全域方法都是针对电力网络节点功率注入的，不获得电力网络中由几条线路组成的断面的安全域。而电力系统实际运行中，由几条线路构成的某些关键断面的安全性可能是调度员非常关心的。因此，研究断面线路潮流的安全域具有十分重要的实用价值。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种求解电力网络静态安全域的方法，解决现有电力网络静态安全域分析方法的不足和不能求取电力网络断面线路潮流安全域的缺点。该方法解决了电力网络节点功率注入方程超高维数和强非线性问题，使得求解安全域边界的计算量小，所需计算时间少，适合于实际在线应用。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0008]本发明提供一种求解电力网络静态安全域的方法，首先通过线性化电力网络节点功率注入方程，建立节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系，得到代表静态安全域边界的超平面组；然后通过分裂电力网络，将求解断面潮流安全域转化为求解分裂节点安全域，间接地获得了断面潮流安全域边界超平面组。
[0009]本发明的具体实施步骤如下:
[0010]步骤1，输入电力网络数据；所述电力网络数据包括电力网络的结构数据、电气数据、静态安全约束数据；所述结构数据包括电力网络中线路的连接关系、线路与变压器的连接关系、发电机和负荷的位置；所述电气数据包括线路及变压器的电阻和电抗、发电机节点和负荷节点的功率注入；所述静态安全约束数据包括节点电压幅值安全约束、线路潮流安全约束；
[0011]步骤2，根据电力网络的拓扑结构，建立节点功率注入方程，即节点有功、节点无功注入方程；
[0012]步骤3，在理想运行点(V = 1，Θ = O)的小邻域内，线性化步骤2中建立的节点功率注入方程，得到节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系；其中，V是节点电压幅值向量；Θ是节点电压相角向量；
[0013]步骤4，将静态安全约束数据代入步骤3中的节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系方程，得到由线性方程表达的电力网络节点功率注入静态安全域边界；
[0014]步骤5，将电力网络从断面分裂开，分裂后所得的两个子电力网络都保留联络线和分裂节点；
[0015]步骤6，求解步骤5中每个子电力网络的分裂节点的功率注入安全域，则原电力网络断面潮流安全域等价于两个子网络的分裂节点的功率注入安全域的交集。
[0016]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0017](I)本发明通过线性化电力网络节点功率注入方程，得到节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系，将电力网络节点功率注入静态安全域边界分解为节点电压幅值约束子边界和线路潮流约束子边界，解决了求解电力网络节点功率注入静态安全域边界问题的超高维数和强非线性问题；
[0018](2)本发明把电力网络从断面裂开，把求解电力网络断面潮流静态安全域边界问题转化为求解电力网络节点功率注入静态安全域边界问题，解决了求解电力网络断面潮流静态安全域边界问题的超高维数和强非线性问题；
[0019](3)本发明通过线性化节点功率注入方程解析地求取了安全域，方法通用性强，实现方法简单，便于推广应用；
[0020](4)本发明中安全域边界计算量小速度快，适合大电力系统的实时在线静态安全分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的方法流程图。
[0022]图2是IEEE14节点标准电力网络。
[0023]图3是IEEE14节点标准电力网络中节点3和节点8的电压幅值约束子安全域和线路潮流约束子安全域，其中，(a)为考虑节点3和节点8的电压幅值约束子安全域超平面组；(b)为考虑节点3和节点8的线路潮流约束子安全域超平面组。
[0024]图4是IEEE14节点标准电力网络中节点3和节点8的有功功率注入空间安全域。
[0025]图5是电力网络分裂方法示意图，其中，(a)为两区域互联电力网络；(b)为分裂后的子网络示意图。
[0026]图6是IEEE18节点标准电力网络。
[0027]图7是IEEE18节点标准电力网络断面中线路23至24和线路30至38潮流安全域。
【具体实施方式】
[0028]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0029]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0030]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0031]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
[0032]本发明设计一种求解电力网络静态安全域的方法，线性化电力网络节点功率注入方程，建立节点电压 幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系，得到代表静态安全域边界的超平面组；通过分裂电力网络，将求解断面潮流安全域转化为求解分裂节点安全域，间接地获得了断面潮流安全域边界超平面组。
[0033]如图1所示，本发明一种求解电力网络静态安全域的方法的具体实施步骤如下:
[0034]步骤1，输入电力网络数据；所述电力网络数据包括电力网络的结构数据、电气数据、静态安全约束数据；所述结构数据包括电力网络中线路的连接关系、线路与变压器的连接关系、发电机和负荷的位置；所述电气数据包括线路及变压器的电阻和电抗、发电机节点和负荷节点的功率注入；所述静态安全约束数据包括节点电压幅值安全约束、线路潮流安全约束。
[0035]其中，电压幅值安全约束和线路潮流安全约束为:
[0036]Vmin ^ V ^ V— (I)
[0037]- δ ^ At Θ ^ δ (2)
[0038]式中，V是节点电压幅值向量；Θ是节点电压相角向量；Vmin为节点电压幅值下限约束向量；Vmax为节点电压幅值上限约束向量；δ为线路最大允许相角差；Α为电力网络节点支路关联矩阵。
[0039]步骤2，根据电力网络的拓扑结构，建立节点功率注入方程，即节点有功、节点无功注入方程，具体如下:
【权利要求】
1.一种求解电力网络静态安全域的方法，其特征在于，首先通过线性化电力网络节点功率注入方程，建立节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系，得到代表静态安全域边界的超平面组；然后通过分裂电力网络，将求解断面潮流安全域转化为求解分裂节点安全域，间接地获得了断面潮流安全域边界超平面组；具体实施步骤如下: 步骤I，输入电力网络数据； 步骤2，根据电力网络的拓扑结构，建立节点功率注入方程，即节点有功、节点无功注入方程； 步骤3，在理想运行点的小邻域内，线性化步骤2中建立的节点功率注入方程，得到节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系； 步骤4，将静态安全约束数据代入步骤3中的节点电压幅值与相角和节点功率注入之间的线性关系方程，得到由线性方程表达的电力网络节点功率注入静态安全域边界； 步骤5，将电力网络从断面分裂开，分裂后所得的两个子电力网络都保留联络线和分裂节点； 步骤6，求解步骤5中每个子电力网络的分裂节点的功率注入安全域，则原电力网络断面潮流安全域等价于两个子网络的分裂节点的功率注入安全域的交集。
2.根据权利要求1所述的一种求解电力网络静态安全域的方法，其特征在于，步骤I中所述电力网络数据包括电力网络的结构数据、电气数据、静态安全约束数据；所述结构数据包括电力网络中线路的连接关系、线路与变压器的连接关系、发电机和负荷的位置；所述电气数据包括线路及变压器的电阻和电抗、发电机节点和负荷节点的功率注入；所述静态安全约束数据包括节点电压幅值安全约束、线路潮流安全约束。
3.根据权利要求1所述的一种求解电力网络静态安全域的方法，其特征在于，步骤3中在理想运行点的小邻域内，对电力网络节点功率注入方程在进行线性化，进而可采用超平面组来近似节点功率注入静态安全域边界。
4.根据权利要求1所述的一种求解电力网络静态安全域的方法，其特征在于，步骤3中所述理想运行点是(V= 1，Θ =0)，其中，V是节点电压幅值向量；Θ是节点电压相角向量。
【文档编号】G06F19/00GK104008279SQ201410201937
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】吴英俊 申请人:南京邮电大学