专利名称：一种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法。
背景技术：
随着社会经济的发展，负荷迅速增长，而受端系统内部主力电厂建设不足，对外来电力的依赖程度越来越高。此外，电网结构相对薄弱，系统往往运行在中负荷条件下以及由于新型用电设备的使用，不利于电压稳定的负荷比例越来越大。这些因素使得受端系统发生电压失稳甚至导致大停电事故的风险增加。最小电压稳定裕度是通过求取当前点在系统最恶劣的变化模式下的稳定裕度来分析系统的电压稳定性。尽管在实际的负荷变化下系统存在较大的裕度，但若当前运行点的最小电压稳定裕度很小，则意味着系统很可能在某一特定扰动下发生电压失稳。目前，对最小电压稳定裕度的研究方法主要有一是奇异值分析法，该方法是以雅可比矩阵的零奇异值对应的左特征向量为初始负荷的增长方向，用改进连续潮流法搜索这个方向对应的电压崩溃点，再以该崩溃点的雅可比矩阵零奇异值对应的左奇异向量作为新的负荷增长方向重新计算，直到负荷增长方向与崩溃点处崩溃点曲面的法线方向重合为止。二是概率分析法，该方法通过统计数字特征，如均值和方差，来描述负荷变化的不确定性；利用概率潮流计算方法确定静态电压稳定分析的初始条件。计及了更多的负荷变化信息，更接近于实际情况。这两种方法都只适用于静态电压稳定分析，对于需要考虑系统动态特性的暂态电压稳定性分析，其应用受到一定的限制。三是戴维南等值阻抗法，该方法结合时域仿真法，可获得暂态过程中的动态戴维南等值阻抗以及负荷阻抗。当负荷等值阻抗等于系统的戴维南等值阻抗时，作为最小电压稳定裕度点。该方法可用于暂态电压稳定分析，但由于负荷等值阻抗等于系统的戴维南等值阻抗仅是电压失稳的充分条件，因此所得的裕度相对乐观。从文献来看，已有的最小电压稳定裕度算法，有些只适用于静态电压稳定分析，有些虽然能用于暂态稳定分析，但所得的裕度偏乐观。运行人员难以从中准确判断当前系统电压稳定的程度，从而难以做出正确的判断和相应的对策，可能导致系统电压崩溃，带来不良的社会影响和经济损失。因此，需要物理意义明确、计算速度快、适应性强的电压稳定指标，基于此提出了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法，该方法得到系统的最速电压崩溃裕度，运用于电力系统稳定分析，利于运行人员正确判断故障后系统的状态并采取有效的应对措施。本发明基于时域仿真方法，得到故障后系统的所监测负荷母线对应的戴维南等值参数，将故障后负荷母线电压的负梯度方向作为约束条件，以负荷功率为目标函数，通过拉格朗日因子法，构造修正目标函数，求取极值点，继而得到系统的最速电压稳定裕度。
本发明的目的是采用下述方案予以实现的—种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法，所述方法包括下述步骤A、基于时域仿真方法，求取故障后系统中需监测的负荷母线处系统的戴维南等值参数；B、所述母线电压负梯度方向为使负荷的电压最速下降的方向，即最危险的负荷增长方向；C、以所述系统的传输功率为目标函数，以所述母线电压负梯度方向为约束条件， 利用拉格朗日因子法，构造修正目标函数；D、求所述修正目标函数的驻点，即在约束条件下目标函数的可能极值点，再由可能的极值点中求得目标函数的最大值点以及相应目标函数的最大值Pllmax ；E、以负荷有功功率表征电压崩溃裕度，计算所述故障后系统每一时刻负荷母线的最速电压崩溃裕度。本发明提供的一种优选的技术方案是所述步骤A中求取故障后负荷母线处系统戴维南等值参数的方法，是利用时域仿真方法，通过每一个计算步中生成的网络代数方程求得戴维南等值母线处的综合阻抗矩阵，再通过补偿法来求解任意一个负荷母线处随时间变化的系统戴维南等值电势和戴维南等值阻抗。本发明提供的第二优选的技术方案是所述步骤B中的母线电压负梯度方向是最危险的负荷增长方向；当负荷所需的有功功率超过系统的传输功率极限时，则系统发生电
权利要求
1.一种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤A、基于时域仿真方法，求取故障后系统中需监测的负荷母线处系统的戴维南等值参数；B、所述母线电压负梯度方向为使负荷的电压最速下降的方向，即最危险的负荷增长方向；C、以所述系统的传输功率为目标函数，以所述母线电压负梯度方向为约束条件，利用拉格朗日因子法，构造修正目标函数；D、求所述修正目标函数的驻点，即在约束条件下目标函数的可能极值点，再由可能的极值点中求得目标函数的最大值点以及相应目标函数的最大值Pllmax ；E、以负荷有功功率表征电压崩溃裕度，计算所述故障后系统每一时刻负荷母线的最速电压崩溃裕度。
2.如权利要求1所述的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述步骤A中求取故障后负荷母线处系统戴维南等值参数的方法，是利用时域仿真方法，通过每一个计算步中生成的网络代数方程求得戴维南等值母线处的综合阻抗矩阵，再通过补偿法来求解任意一个负荷母线处随时间变化的系统戴维南等值电势和戴维南等值阻抗。
3.如权利要求1所述的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述步骤B中的母线电压负梯度方向是最危险的负荷增长方向；当负荷所需的有功功率超过系统的传输功率极限时，则系统发生电压失稳；定义最危险的负荷增长方向为使负荷的电压最速下降的方向，
4.如权利要求1所述的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述步骤C中的目标函数是系统传输的有功功率，即等于负荷的有功功率，所述负荷的有功功率是关于负荷电阻1 和电抗&的二元函数，用P (Rn, Xn)表示；约束条件为该母线电压梯度方向对应的负荷约束条件，用Φ (Rn, Xn)表示；通过拉格朗日函数法，构造修正目标函数为
5.如权利要求1所述的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述步骤D中的修正目标函数的驻点通过求解以下方程组得到
6.如权利要求1所述的最速电压崩溃裕度计算方法，其特征在于，所述步骤E中的最速电压崩溃裕度以负荷有功功率表征，代表最快速方向的电压崩溃裕度；求取不同负荷节点的最速电压崩溃裕度来筛选系统的薄弱环节；假设当前负荷的有功功率为Po，则当前运行点的最速电压崩溃裕度Imin为
全文摘要
本发明一种基于电压梯度的最速电压崩溃裕度计算方法，该方法得到故障后系统的所监测负荷母线处系统对应的戴维南等值参数，将故障后母线电压的负梯度方向作为约束条件，以负荷功率为目标函数，通过拉格朗日因子法，构造修正目标函数，求取极值点，继而得到负荷母线的最速电压崩溃裕度。本发明运用于离线以及在线的电力系统稳定分析以及运行控制，利于系统运行、分析人员辨别故障后系统状况，采取有效的安全控制措施，提高电力系统的稳定运行水平。
文档编号H02J3/00GK102522745SQ201110393688
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者吴萍, 孙华东, 林伟芳, 汤涌 申请人:中国电力科学研究院