一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，本方法通过自动微分技术高效计算复杂电力设备对稳定评估计算中雅可比矩阵的影响，通过设计部分自动微分和解耦自动微分策略，克服了传统自动微分技术计算效率差的不足，在代码可维护性和代码效率之间获得了有效的平衡。本方法能够满足大规模电力系统稳定评估中对复杂电力设备模型处理的需要，可用于现代电力系统的分析、运行与控制等领域。
【专利说明】一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统的稳定分析与控制【技术领域】，尤其涉及一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法。
【背景技术】
[0002]电力系统安全是建设坚强智能电网的核心。动态安全评估是电力系统安全分析的重要内容，通过完整的时域仿真评估电力系统受扰后的系统动态性能；小干扰稳定分析同样是电力系统安全分析的另一个有力工具，它能够分析某运行稳态点附近的线性系统稳定性，从而分析和预防可能的系统振荡。在上述分析本质上均围绕电力系统动态模型对应的微分代数方程组开展分析和研究，在电力系统时域仿真和小干扰稳定分析中，求解该微分代数方程组的雅可比矩阵尤其重要，是整个分析和计算的基础。然后随着电力电子技术和可再生能源发电技术的发展，越来越多的复杂电力设备接入系统，同时这些复杂电力设备多存在非线性强、模型阶数高等特点，为求解上述微分代数方程组的雅可比矩阵带来了困难。
[0003]针对上述技术困难，研究者们希望借用先进的计算机软件技术解决复杂电力设备的处理问题。文献《The Role of Automatic Differentiat1n in Power System Analysis》提出了使用自动微分技术计算电力系统计算与分析中各类应用的一阶雅可比矩阵和二阶海森矩阵，但其所提出的方法将自动微分软件包视为黑盒，对应的计算效率受到了严重的降低，故无法应用于大规模电力系统；发明专利《高效处理复杂电力控制设备的电力系统潮流优化方法》提出了改进的自动微分技术并将其应用于电力系统稳态分析与优化计算中去，通过应用矩阵叠加原理集成不同种类的复杂电力设备。尽管已有诸多研究成果，但在电力系统稳定分析领域中的复杂电力设备模型处理方法上尚无高效的计算方法。本发明基于上述已有研究工作，将自动微分技术应用于电力系统稳定分析中雅可比矩阵计算，并针对电力系统动态模型微分代数方程组的结构特点，提出了其专有的改进策略，包括部分和解耦的自动微分策略。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，能够高效、通用的计算含复杂电力设备模型的电力系统动态模型微分代数方程组的雅可比矩阵，可用于电力系统时域仿真和小干扰稳定等稳定分析计算应用。
[0005]含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法包括如下步骤:
[0006]第一步:利用电力系统数据采集与监控系统采集系统，采集电力系统各节点的电压和功率数据，通过对系统运行状态进行估计，确定系统当前稳态运行点，同时获取复杂电力设备列表，对其中每个设备建立其动态方程和电流注入方程。记第k个设备的动态方程为hk，电流注入方程为cx，k和cy，k，其中角标X和y分别代表交流电流的实部与虚部。
[0007]第二步:根据系统运行数据和每个电力设备的电流注入方程，建立节点电压方程f。将该节点电压方程与每个设备的动态方程联立，得到电力系统稳定分析所使用的微分代数方程组F，对应的状态变量为z ；
[0008]第三步:计算舍去节点注入电流的节点电压方程f对应的雅可比矩阵Jf ;计算每个设备电流注入方程cx，k、cy，k对应的雅可比矩阵Jca ;计算每个设备动态方程hk对应的雅可比矩阵Jh，k。其中Jf为手动计算，Jc,k和Jh，k使用自动微分技术进行计算。
[0009]第四步:将上述雅可比矩阵分量(即Jf、Je,k和Jh,k)进行累加，得到微分代数方程组F对应的雅可比矩阵J。
[0010]第五步:利用计算得到的雅可比矩阵进行电力系统时域仿真，从而实现对含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估，对系统运行的失稳情况进行预警和校正。
[0011]所述的第一步中的第k个设备的动态方程hk和电流注入方程cx，k、cy，k具有如下形式:
【权利要求】
1.一种含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步:利用电力系统数据采集与监控系统采集系统，采集电力系统各节点的电压和功率数据，通过对系统运行状态进行估计，确定系统当前稳态运行点，同时获取复杂电力设备列表，对其中每个设备建立其动态方程和电流注入方程。记第k个设备的动态方程为hk，电流注入方程为cx，k和cy，k，其中角标X和I分别代表交流电流的实部与虚部。 第二步:根据系统运行数据和每个电力设备的电流注入方程，建立节点电压方程f。将该节点电压方程与每个设备的动态方程联立，得到电力系统稳定分析所使用的微分代数方程组F，对应的状态变量为z ； 第三步:计算舍去节点注入电流的节点电压方程f对应的雅可比矩阵Jf ;计算每个设备电流注入方程cx，k、cy，k对应的雅可比矩阵Jca;计算每个设备动态方程hk对应的雅可比矩阵Jh，k。其中Jf为手动计算，Jc, k和Jh，k使用自动微分技术进行计算。 第四步:将上述雅可比矩阵分量(即Jf、Jca和Jh，k)进行累加，得到微分代数方程组F对应的雅可比矩阵J。 第五步:利用计算得到的雅可比矩阵进行电力系统时域仿真，从而实现对含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估，对系统运行的失稳情况进行预警和校正。
2.根据权利要求1所述的含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，其特征在于:所述的第一步中的第k个设备的动态方程hk和电流注入方程cx，k、cy，k具有如下形式:
3.根据权利要求1所示的含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，其特征在于:所述的第二步中的节点电压方程具有下述形式:
4.根据权利要求1所示的含复杂电力设备模型的电力系统稳定评估方法，其特征在于:所述的第四步中的 各项雅可比矩阵累加具有下述形式:
J = Jf+ Σ (Jc，k+Jh，k) ?
【文档编号】G06F17/50GK104037756SQ201410204163
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】耿光超, 江全元, 李永杰 申请人:浙江大学