一种配电网动态等效方法及装置与流程

1.本发明涉及电网数据处理技术领域，具体涉及一种配电网动态等效方法及装置。


背景技术：

2.随着电力工业快速发展、受端系统规模不断扩大，特别是用电负荷迅猛增长、最高用电负荷占比逐步增加，而受端系统电源建设不足，大量电能需远距离输送，迫使受端系统对区域外电力依赖度不断增加，电网安全稳定运行主要矛盾由功角稳定问题转化为电压稳定问题。准确理解电压稳定本质、正确建立电压稳定研究数学模型、寻求合理的电压稳定安全指标、设计有效的电压稳定预防控制策略对研究电力系统的电压稳定性具有重要意义。
3.目前，电压稳定的研究主要侧重于电压失稳机理的探究和电压稳定指标的寻求。就物理本质而言，系统电压失稳是一个动态过程，在研究过程中需计及各元件的动态特性，但其研究工作极为繁杂、困难，迄今为止，学术界对电压动态失稳机理的认识仍不能统一，其理论体系尚未建立。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提出了一种配电网动态等效方法及装置。
5.第一方面，提供一种配电网动态等效方法，所述配电网动态等效方法包括：
6.将配电网中各负荷节点等效为等值节点，并利用所述配电网中各负荷节点的电压模值确定所述等值节点的电压模值；
7.将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，并利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数；
8.将等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器，并确定所述等值有载调压变压器的详细参数。
9.优选的，所述将配电网中各负荷节点等效为等值节点，包括：
10.若同一电压等级的有载调压变压器的低压侧的多个负荷节点是电压同调的，则将所述多个负荷节点等效为等值节点。
11.进一步的，所述等值节点的电压模值的计算式如下：
[0012][0013]
上式中，um为等值节点的电压模值，uj为第j个负荷节点的电压模值，sj为第j个负荷节点的视在功率，n为所述多个负荷节点的个数。
[0014]
进一步的，所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数包括下述中的至少一种：等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0015]
进一步的，所述利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数，包括：
[0016]
将预先获取的串联的有载调压变压器的高压侧等值节点的有功功率和无功功率、串联的有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的有功损耗、无功损耗以及流入低压侧等值节点的电流和低压侧等值节点的电压模值代入预先建立的第一有载调压变压器等值方程，求解所述第一有载调压变压器等值方程，获取所述串联的有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0017]
进一步的，所述第一有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0018][0019]
上式中，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的有功损耗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的无功损耗，ki为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值变比，为流入配电网中串联的第i个有载调压变压器的电流，ri为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电阻，xi为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电抗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的电压模值，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的有功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的无功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点的电压模值，z为虚数单位。
[0020]
优选的，所述等值有载调压变压器的详细参数包括下述中的至少一种：等值变比、等值电阻、等值电抗、等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0021]
进一步的，所述确定所述等值有载调压变压器的详细参数，包括：
[0022]
将配电网的有功损耗和无功损耗、等值有载调压变压器的一次侧电压模值和二次侧电压模值、配电网的电流、配电网所带负荷的有功功率和无功功率代入预先建立的第二有载调压变压器等值方程，求解所述第二有载调压变压器等值方程，获取所述等值有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗；
[0023]
利用所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的总档数确定所述等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0024]
进一步的，所述第二有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0025][0026]
上式中，p
loss
为配电网的有功损耗，q
loss
为配电网的无功损耗，k为所述等值有载调压变压器的等值变比，i为配电网的电流，r为所述等值有载调压变压器的等值电阻，x为所
述等值有载调压变压器的等值电抗，为等值有载调压变压器的一次侧电压模值，为等值有载调压变压器的二次侧电压模值，p为配电网所带负荷的有功功率，q为配电网所带负荷的无功功率。
[0027]
进一步的，若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0028][0029]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0030][0031]
若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置不同且所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0032]
△
n＝
△
n0[0033]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0034][0035]
上式中，
△
n为所述等值有载调压变压器每档的调节范围，
△
ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的调节范围，m为所述等效处理后配电网中串联的有载调压变压器的总数，n为所述等值有载调压变压器总档数，ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的总档数，
△
n0为所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围。
[0036]
第二方面，提供一种配电网动态等效装置，所述配电网动态等效装置包括：
[0037]
第一等效模块，用于将配电网中各负荷节点等效为等值节点，并利用所述配电网中各负荷节点的电压模值确定所述等值节点的电压模值；
[0038]
第二等效模块，用于将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，并利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数；
[0039]
第三等效模块，用于将等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器，并确定所述等值有载调压变压器的详细参数。
[0040]
第三方面，提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电网动态等效方法。
[0041]
第四方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电网动态等效方法。
[0042]
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
[0043]
本发明提供了一种配电网动态等效方法及装置，包括：将配电网中各负荷节点等
效为等值节点，并利用所述配电网中各负荷节点的电压模值确定所述等值节点的电压模值；将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，并利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数；将等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器，并确定所述等值有载调压变压器的详细参数。该方案能够在配电网稳定分析时，先将配电网进行动态等值处理，再用于电压稳定分析。既保留了配电网对电压稳定影响的主要因素，又不会增加过多的计算负担。
附图说明
[0044]
图1是本发明实施例的配电网动态等效方法的主要步骤流程示意图；
[0045]
图2是本发明实施例的典型配电网结构图；
[0046]
图3是本发明实施例的等效处理后配电网结构图；
[0047]
图4是本发明实施例的将有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器后的配电网结构图；
[0048]
图5是本发明实施例的配电网动态等效装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0050]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的配电网动态等效方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的配电网动态等效方法主要包括以下步骤：
[0052]
步骤s101：将配电网中各负荷节点等效为等值节点，并利用所述配电网中各负荷节点的电压模值确定所述等值节点的电压模值；
[0053]
步骤s102：将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，并利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数；
[0054]
步骤s103：将等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器，并确定所述等值有载调压变压器的详细参数。
[0055]
本实施例中，本发明提供的配电网动态等效方法遵循以下原则：
[0056]
(1)因为负荷的功率通常是负荷节点电压模值的函数，当两个负荷节点电压差较大时，将其合并为一个负荷必将带来较大的误差。因此只有满足电压同调性的负荷节点才可以被简化为一个负荷节点，等值节点的电压模值为原负荷节点电压模值的加权平均值。
[0057]
(2)配电网的等值不应改变系统其他部分的运行状态，因此未经简化的节点的电压应该保持不变。
[0058]
(3)配电网的等值不应改变流入配电网的功率，因此流入等值模型的功率应该和流出原配电网的功率一致。
[0059]
(4)等值前后配电网的损耗应该保持不变，因此网络的损耗由等值oltc的等效阻抗来承担。
[0060]
具体的，本实施例中，所述将配电网中各负荷节点等效为等值节点，包括：
[0061]
若同一电压等级的有载调压变压器的低压侧的多个负荷节点是电压同调的，则将所述多个负荷节点等效为等值节点。
[0062]
在一个实施方式中，以图2所示的配电网为例，检验负荷点的电压同调性。如果同一电压等级的oltc的低压侧节点是电压同调的，则这些节点可以被简化为一个节点，所述等值节点的电压模值的计算式如下：
[0063][0064]
上式中，um为等值节点的电压模值，uj为第j个负荷节点的电压模值，sj为第j个负荷节点的视在功率，n为所述多个负荷节点的个数。
[0065]
在一个实施方式中，所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数包括下述中的至少一种：等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0066]
在一个实施方式中，所述利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数，包括：
[0067]
将预先获取的串联的有载调压变压器的高压侧等值节点的有功功率和无功功率、串联的有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的有功损耗、无功损耗以及流入低压侧等值节点的电流和低压侧等值节点的电压模值代入预先建立的第一有载调压变压器等值方程，求解所述第一有载调压变压器等值方程，获取所述串联的有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0068]
在一个实施方式中，所述第一有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0069][0070]
上式中，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的有功损耗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的无功损耗，ki为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值变比，为流入配电网中串联的第i个有载调压变压器的电流，ri为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电阻，xi为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电抗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的电压模值，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的有功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的无功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点的电压模值，z为虚数单位。
[0071]
本实施例中，所述等值有载调压变压器的详细参数包括下述中的至少一种：等值
变比、等值电阻、等值电抗、等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0072]
在一个实施方式中，所述确定所述等值有载调压变压器的详细参数，包括：
[0073]
将配电网的有功损耗和无功损耗、等值有载调压变压器的一次侧电压模值和二次侧电压模值、配电网的电流、配电网所带负荷的有功功率和无功功率代入预先建立的第二有载调压变压器等值方程，求解所述第二有载调压变压器等值方程，获取所述等值有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗；
[0074]
利用所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的总档数确定所述等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0075]
在一个实施方式中，所述第二有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0076][0077]
上式中，p
loss
为配电网的有功损耗，q
loss
为配电网的无功损耗，k为所述等值有载调压变压器的等值变比，i为配电网的电流，r为所述等值有载调压变压器的等值电阻，x为所述等值有载调压变压器的等值电抗，为等值有载调压变压器的一次侧电压模值，为等值有载调压变压器的二次侧电压模值，p为配电网所带负荷的有功功率，q为配电网所带负荷的无功功率。
[0078]
在一个实施方式中，若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0079][0080]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0081][0082]
若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置不同且所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0083]
△
n＝
△
n0[0084]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0085][0086]
上式中，
△
n为所述等值有载调压变压器每档的调节范围，
△
ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的调节范围，m为所述等效处理后配电网中串联的有载调压变压器的总数，n为所述等值有载调压变压器总档数，ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的总档数，
△
n0为所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围。
[0087]
在如图2所示的应用场景中，首先，将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，如图3所示，进一步的，在分段等值模型的基础上对变压器组的串联结构作进一步简化处理，最终用一台等值有载调压变压器来代替原配电网中的有载调压变压器组，如图4所示。
[0088]
基于同一发明构思，本发明提供一种配电网动态等效装置，如图5所示，所述配电网动态等效装置包括：
[0089]
第一等效模块，用于将配电网中各负荷节点等效为等值节点，并利用所述配电网中各负荷节点的电压模值确定所述等值节点的电压模值；
[0090]
第二等效模块，用于将配电网的电网结构中并联的有载调压变压器进行等效，并利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数；
[0091]
第三等效模块，用于将等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器等效为一个等值有载调压变压器，并确定所述等值有载调压变压器的详细参数。
[0092]
优选的，所述将配电网中各负荷节点等效为等值节点，包括：
[0093]
若同一电压等级的有载调压变压器的低压侧的多个负荷节点是电压同调的，则将所述多个负荷节点等效为等值节点。
[0094]
进一步的，所述等值节点的电压模值的计算式如下：
[0095][0096]
上式中，um为等值节点的电压模值，uj为第j个负荷节点的电压模值，sj为第j个负荷节点的视在功率，n为所述多个负荷节点的个数。
[0097]
进一步的，所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数包括下述中的至少一种：等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0098]
进一步的，所述利用所述等值节点的电压模值确定等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的相关参数，包括：
[0099]
将预先获取的串联的有载调压变压器的高压侧等值节点的有功功率和无功功率、串联的有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的有功损耗、无功损耗以及流入低压侧等值节点的电流和低压侧等值节点的电压模值代入预先建立的第一有载调压变压器等值方程，求解所述第一有载调压变压器等值方程，获取所述串联的有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗。
[0100]
进一步的，所述第一有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0101][0102]
上式中，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压
侧等值节点之间的有功损耗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点和高压侧等值节点之间的无功损耗，ki为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值变比，为流入配电网中串联的第i个有载调压变压器的电流，ri为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电阻，xi为配电网中串联的第i个有载调压变压器等值电抗，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的电压模值，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的有功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器高压侧等值节点的无功功率，为配电网中串联的第i个有载调压变压器低压侧等值节点的电压模值，z为虚数单位。
[0103]
优选的，所述等值有载调压变压器的详细参数包括下述中的至少一种：等值变比、等值电阻、等值电抗、等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0104]
进一步的，所述确定所述等值有载调压变压器的详细参数，包括：
[0105]
将配电网的有功损耗和无功损耗、等值有载调压变压器的一次侧电压模值和二次侧电压模值、配电网的电流、配电网所带负荷的有功功率和无功功率代入预先建立的第二有载调压变压器等值方程，求解所述第二有载调压变压器等值方程，获取所述等值有载调压变压器的等值变比、等值电阻和等值电抗；
[0106]
利用所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的总档数确定所述等值有载调压变压器每档的调节范围和总档数。
[0107]
进一步的，所述第二有载调压变压器等值方程的计算式如下：
[0108][0109]
上式中，p
loss
为配电网的有功损耗，q
loss
为配电网的无功损耗，k为所述等值有载调压变压器的等值变比，i为配电网的电流，r为所述等值有载调压变压器的等值电阻，x为所述等值有载调压变压器的等值电抗，为等值有载调压变压器的一次侧电压模值，为等值有载调压变压器的二次侧电压模值，p为配电网所带负荷的有功功率，q为配电网所带负荷的无功功率。
[0110]
进一步的，若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0111][0112]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0113][0114]
若所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器的延时设置不同且所述等
效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围相同，则所述等值有载调压变压器每档的调节范围的计算式如下：
[0115]
△
n＝
△
n0[0116]
所述等值有载调压变压器总档数的计算式如下：
[0117][0118]
上式中，
△
n为所述等值有载调压变压器每档的调节范围，
△
ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的调节范围，m为所述等效处理后配电网中串联的有载调压变压器的总数，n为所述等值有载调压变压器总档数，ni为配电网中串联的第i个有载调压变压器的总档数，
△
n0为所述等效处理后配电网中串联的各有载调压变压器中末级串联的有载调压变压器每档的调节范围。
[0119]
进一步的，本发明提供一种存储装置，该存储装置其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电网动态等效方法。
[0120]
进一步的，本发明提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述任一项技术方案所述的配电网动态等效方法。
[0121]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0122]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0123]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0124]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0125]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何
修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。