一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法、装置和设备与流程
本申请涉及负荷裕度分析技术领域，尤其涉及一种电网静态负荷电压稳定负荷裕度分析方法、装置和设备。
背景技术：
静态电压稳定计算分析是电力系统安全稳定计算的重要内容，适用于大量运行方式下及其大量故障集下系统电压稳定裕度的快速高效扫描计算和分析，也适用于中长过程电压稳定性评估以及在线电压安全评估。
在现有的静态电压稳定计算分析工作中，很多都考虑了负荷增长系数的任意性，当按固定负荷增长系数计算静态电压稳定负荷裕度时，计算过程虽然简单，但是不贴近实际应用，实际的电网系统每年都有大量设备检修计划安排，网架结构并非是一直保持全接线状态，因此，在进行静态电网稳定性评估的时候，如果没有考虑网架结构变化带来的影响，将会导致负荷裕度分析不准确，分析结果脱离实际应用，失去指导意义。
技术实现要素：
本申请提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法、装置和设备，用于解决现有的电网静态电压稳定计算分析方法存在负荷裕度分析不准确，分析结果脱离实际应用，失去指导意义的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法，包括：
获取电网中主要负荷节点的历史相同时序的负荷数据，对各主要负荷节点之间进行相关性分析，构建各主要负荷节点的负荷增长系数概率密度模型；
获取电网线路历史计划停电和非计划停电时间，构建线路正常运行概率密度模型；
随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对所述负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型；
基于所述连续潮流计算模型进行静态电压稳定计算；
根据所述静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布。
可选地，所述连续潮流计算模型为：
其中，λ为增长参数，pli0和qli0分别为节点i负荷的初始有功功率和无功功率，pgi0和qgi分别为发电机的有功出力和无功出力，ki、kgi和kij分别为节点i的负荷增长系数、发电机出力增长系数以及节点i与节点j之间的导纳系数，vi、vj分别为节点i与j的电压幅值，gij、bij分别为导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部，θij为节点i与j之间的相角差。
可选地，所述负荷增长系数概率密度模型为符合正态分布的负荷增长系数概率密度模型。
可选地，所述线路正常运行概率密度模型为符合0-1分布模型的概率密度模型。
可选地，所述线路正常运行概率密度模型为符合多项分布模型的概率密度模型。
可选地，所述根据所述静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布，包括：
根据所述静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征；
基于所述数字特征构建负荷裕度最大熵模型；
基于拉格朗日乘子法和最小二乘法对所述负荷裕度最大熵模型进行数值求解，得到负荷裕度概率密度分布。
可选地，所述随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对所述负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型，包括：
基于蒙特卡洛随机抽样随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对所述负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型。
本申请第二方面提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析装置，包括：
第一获取单元，用于获取电网中主要负荷节点的历史相同时序的负荷数据，对各主要负荷节点之间进行相关性分析，构建各主要负荷节点的负荷增长系数概率密度模型；
第二获取单元，用于获取电网线路历史计划停电和非计划停电时间，构建线路正常运行概率密度模型；
抽样单元，用于随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对所述负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型；
计算单元，用于基于所述连续潮流计算模型进行静态电压稳定计算；
求解单元，用于根据所述静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布。
可选地，所述求解单元具体用于：
根据所述静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征；
基于所述数字特征构建负荷裕度最大熵模型；
基于拉格朗日乘子法和最小二乘法对所述负荷裕度最大熵模型进行数值求解，得到负荷裕度概率密度分布。
本申请第三方面提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法，包括：获取电网中主要负荷节点的历史相同时序的负荷数据，对各主要负荷节点之间进行相关性分析，构建各主要负荷节点的负荷增长系数概率密度模型；获取电网线路历史计划停电和非计划停电时间，构建线路正常运行概率密度模型；随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型；基于连续潮流计算模型进行静态电压稳定计算；根据静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布。本申请提供的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法，在考虑了负荷增长系数的随机性，对负荷样本进行相关性耦合处理的同时，还构建线路正常运行概率密度模型，对传统的连续潮流计算模型引入了网架结构变化的影响因素，使得对负荷裕度的分析更加准确，更贴近实际应用，解决了现有的电网静态电压稳定计算分析方法存在负荷裕度分析不准确，分析结果脱离实际应用，失去指导意义的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法的流程示意图；
图2为本申请实施例中提供的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法得到的负荷裕度概率密度的曲线图；
图3为本申请实施例中提供的一种电网静态电压稳定负荷裕度分析装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析方法的一个实施例，包括：
步骤101、获取电网中主要负荷节点的历史相同时序的负荷数据，对各主要负荷节点之间进行相关性分析，构建各主要负荷节点的负荷增长系数概率密度模型。
需要说明的是，主要负荷节点即为研究目标负荷节点，研究目标负荷节点的确定可以根据实际电网中某负荷点的重要程度或负荷量大小来确定。本申请实施例中，首先在电网计量系统中获取n个主要负荷节点历年来具有相同时序的有功负荷总量样本p＝[p1,p2…pn]t，对各主要负荷节点之间的相关性进行分析，相关性分析可以使用皮尔逊相关系数矩阵r描述各个主要负荷节点负荷总量样本之间的相关性，rij表示节点i与节点j负荷样本的相关性系数
还需要说明的是，为了简便计算，可以设负荷增长率的概率分布满足正态分布，即
步骤102、获取电网线路历史计划停电和非计划停电时间，构建线路正常运行概率密度模型。
需要说明的是，实际的电网系统每年都有大量设备检修计划安排，网架结构并非是一直保持全接线状态，考虑电网检修状态或故障状态下，网架结构的变化对静态电压计算的影响，本申请实施例中，获取电网线路历年计划停电和非计划停电时间，线路运行总时间为t，停电总时间为t0，构建表征线路正常运行的概率密度模型，将节点i与节点j之间的导纳系数设为随机变量kij。对于单回线路，可以采用0-1分布模型，对于多回线路，可以采用多项分布模型。例如，研究对象电网共有62条主要输电线路，其中有21条单回线，kij为0-1分布模型，kij＝1的概率为(t-t0)/t；有36条双回线，5条三回线，分别构建kij为多项分布模型，kij的概率分布可根据各输电线路的停电时间和导纳值综合评估。
步骤103、随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型。
需要说明的是，根据负荷增长系数概率密度模型和线路正常运行概率密度模型，对各负荷增长系数及网架结构进行500次蒙特卡洛随机抽样，获得500组随机的负荷增长系数样本，记负荷增长系数样本为k＝[k1,k2,…,k42]t，其中负荷节点j的增长方向包含500样本，记为kj＝[kj1,kj2,…,kj500]。使用相关性耦合变换矩阵a对负荷增长系数样本进行相关性耦合k′＝ak。构建考虑负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型，采用连续潮流法进行静态电压稳定计算，获取电压崩溃点，连续潮流计算模型为：
其中，λ为增长参数，pli0和qli0分别为节点i负荷的初始有功功率和无功功率，pgi0和qgi分别为发电机的有功出力和无功出力，ki、kgi和kij分别为节点i的负荷增长系数、发电机出力增长系数以及节点i与节点j之间的导纳系数，vi、vj分别为节点i与j的电压幅值，gij、bij分别为导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部，θij为节点i与j之间的相角差。
连续潮流计算模型中，发电机出力增长系数kgi根据功率平衡平均分配，连续潮流计算模型的其他约束情况可以根据电网实际运行情况设定。
步骤104、基于连续潮流计算模型进行静态电压稳定计算。
需要说明的是，根据连续潮流计算模型的计算结果，电压崩溃点处的电网总负荷pmax与初始负荷p0的差即为负荷裕度δp＝pmax-p0，可得长度为m的负荷裕度样本δp＝[δp1,δp2,…,δpm]。将负荷裕度分割为n个等宽的功率区间，记为pi(i＝1,2,…,n)，计算负荷裕度落在功率区间pi的频率，记为区间频率p(pi)(i＝1,2,…,n)。计算负荷裕度的k阶中心矩
在步骤103中的500组随机的负荷增长系数样本，可得长度为500的负荷裕度样本δp＝[δp1,δp2,…,δp50]，负荷裕度最小值约为1450mw，最大值约为1800mw，均值为1680mw，将负荷裕度分割为10个等宽的功率区间，每个区间宽度为35mw，记为pi(i＝1,2,…,10)，计算负荷裕度落在功率区间pi的频率，记为区间频率p(pi)(i＝1,2,…,n)。
步骤105、根据静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布。
需要说明的是，根据负荷裕度的高阶矩，可根据数值计算方法进行拟合求解，最终得到负荷裕度的概率密度。可以采用最大熵模型拟合概率密度。
计算负荷裕度的1～4阶中心矩作mk作为约束条件：
根据负荷裕度的高阶矩，使用最大熵模型拟合负荷裕度的概率密度。
构建负荷裕度最大熵模型：
采用拉格朗日乘子法和最小二乘法对上述最大熵模型进行数值求解，即可解得一组pi-p(pi)数值，进而可得到负荷裕度的概率密度。概率密度曲线如图2所示。利用此结果可以评估电网的静态电压稳定水平，寻找薄弱环节。
本申请提供的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法，在考虑了负荷增长系数的随机性，对负荷样本进行相关性耦合处理的同时，还构建线路正常运行概率密度模型，对传统的连续潮流计算模型引入了网架结构变化的影响因素kij，使得对负荷裕度的分析更加准确，更贴近实际应用，解决了现有的电网静态电压稳定计算分析方法存在负荷裕度分析不准确，分析结果脱离实际应用，失去指导意义的技术问题。
为了便于理解，请参阅图3，本申请中提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析装置的实施例，包括：
第一获取单元，用于获取电网中主要负荷节点的历史相同时序的负荷数据，对各主要负荷节点之间进行相关性分析，构建各主要负荷节点的负荷增长系数概率密度模型。
第二获取单元，用于获取电网线路历史计划停电和非计划停电时间，构建线路正常运行概率密度模型。
抽样单元，用于随机生成各主要负荷节点的负荷增长系数样本和网架结构样本，对负荷增长系数样本进行相关性耦合处理，构建基于负荷随机性和网架结构的连续潮流计算模型。
计算单元，用于基于连续潮流计算模型进行静态电压稳定计算。
求解单元，用于根据静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征，求解负荷裕度概率密度分布。
进一步地，求解单元具体用于：
根据静态电压稳定计算的结果获取负荷裕度样本的数字特征；
基于数字特征构建负荷裕度最大熵模型；
基于拉格朗日乘子法和最小二乘法对负荷裕度最大熵模型进行数值求解，得到负荷裕度概率密度分布。
连续潮流计算模型为：
其中，λ为增长参数，pli0和qli0分别为节点i负荷的初始有功功率和无功功率，pgi0和qgi分别为发电机的有功出力和无功出力，ki、kgi和kij分别为节点i的负荷增长系数、发电机出力增长系数以及节点i与节点j之间的导纳系数，vi、vj分别为节点i与j的电压幅值，gij、bij分别为导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部，θij为节点i与j之间的相角差。
负荷增长系数概率密度模型为符合正态分布的负荷增长系数概率密度模型。
线路正常运行概率密度模型为符合0-1分布模型的概率密度模型。
线路正常运行概率密度模型为符合多项分布模型的概率密度模型。
本申请中还提供了一种电网静态电压稳定负荷裕度分析设备的实施例，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行前述的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法实施例中的电网静态电压稳定负荷裕度分析方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机，服务器，或者网络系统等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
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