一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法及系统与流程

1.本发明属于有源配电网电压稳定性分析技术领域，尤其涉及一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法及系统。


背景技术：

2.近年来，由于化石燃料的枯竭和环境污染的加剧，以太阳能光伏和风能为代表的分布式可再生能源发展迅速。可再生能源的接入会影响电力系统潮流的大小和方向，从而不可避免地对系统的电压稳定性造成影响。
3.鉴于此，研究有源配电网的电压稳定性和电压崩溃具有重要的社会意义。目前，为了去衡量电力系统运行的稳定程度，有许多电压稳定性指标已经被提出。常用的静态电压稳定性指标有电压稳定性接近指标、局部指标、灵敏度指标和负荷裕度指标。但这些指标均存在计算复杂、线性度不好的缺点。尤其是当由分布式电源接入时，部分母线电压稳定性指标变动不明显，无法体现负荷和分布式电源变化时母线电压稳定性的敏感程度。此外，要计算这些指标需要经过潮流计算得到系统各节点的电压参数，这大大增加计算量，削弱了对电力系统稳定性的评判速度。
4.随着pmu(phasor measurement unit，相量测量装置)技术的飞速发展，基于同步向量量测的电压稳定性在线指标—基于支路末端电压可行解域的静态电压稳定指标进入了人们的视野。这类指标可以结合电力系统的阻抗矩阵、pmu量测信息、发电机出力和负荷参数直接算出。但是这些指标存在以下缺点：
5.1)计算这些指标均需要提前知晓电力系统的支路阻抗参数，并且如若出现支路阻抗为0的特殊情况时，有些指标还会失效；
6.2)当线路参数随着电力系统电压等级变化时，所计算出的电压稳定性指标是不准确的；
7.3)这些指标中均含后线路端电压的二次项，这对于指标的线性度是极为不利的。


技术实现要素：

8.本发明提供一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法及系统，用于解决无法准确地在线计算系统的电压稳定性指标以及计算得到的电压稳定性指标的线性度差的技术问题。
9.第一方面，本发明提供一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法，包括：获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支路的首端和末端；基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值；根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标；取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
10.第二方面，本发明提供一种基于广域量测的电压稳定性指标计算系统，包括：判断模块，配置为获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支路的首端和末端；获取模
块，配置为基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值；计算模块，配置为根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标；选定模块，配置为取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
11.第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的基于广域量测的电压稳定性指标计算的步骤。
12.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的基于广域量测的电压稳定性指标计算的步骤。
13.本技术的基于广域量测的电压稳定性指标计算方法及系统，以pv曲线在电压失稳过程中上、下半支电压可行解不断接近的特征为出发点，利用pmu量测得到的的节点电压幅值信息，无需测量有源配电网线路阻抗参数，就可以快速、准确地在线计算出系统的电压稳定性指标。并且推导出的电压稳定性指标计算公式中没有支路端电压二次项，极大地增强了指标的线性度，有利于向调度人员提供准确的电压稳定性信息。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明一实施例提供的一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法的流程图；
16.图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的有源配电网中单条支路的等效电路示意图；
17.图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的有源配电网中单条支路忽略对地导纳时的等效电路示意图；
18.图4为本发明一实施例提供一个具体实施例的接有分布式电源的ieee33节点配电网示意图；
19.图5为本发明一实施例提供一个具体实施例的pv曲线和指标曲线图；
20.图6为本发明一实施例提供一个具体实施例的支路27-28上不同电压稳定性指标对比图；
21.图7为本发明一实施例提供的一种基于广域量测的电压稳定性指标计算系统的结构框图；
22.图8是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
23.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1，其示出了本技术的一种基于广域量测的电压稳定性指标计算方法的流程图。
25.如图1所示，基于广域量测的电压稳定性指标计算方法具体包括步骤：
26.步骤s101，获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支路的首端和末端。
27.在本实施例中，根据pmu的安装成本和母线的重要程度，一条支路可能有一端安装有pmu，另外一端没有安装。对于比较重要的支路，为实现计算的快速性，可能两端都安装有pmu。
28.在实际有源配电网中，一条支路的首端或者末端有可能是和多支路相连接的。那么在不同的负荷水平下，某一条母线可能是另外一条母线的末端，也有可能是其首端。基于支路潮流真实流向，可以判断支路的首末端。
29.步骤s102，基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值。
30.在本实施例中，获取当前配电网系统的网络拓扑结构，并根据网络拓扑结构设置pmu的安装位置。其中，网络拓扑结构包括总支路数、总节点数以及节点与节点之间的相关性。
31.具体地，假设某一条支路的首段电压为末端电压为线路的首段注入功率为pi+jqi，末端输出功率为pj+jqj，线路等值阻抗为z＜θ＝r+jx，支路两端等值导纳为jb/2，经过母线注入等值阻抗的功率为p
′i+jq
′i，从支路阻抗流向母线j侧的功率为p
′j+jq
′j，当pmu安装在支路末端时，可知：
[0032][0033][0034]
式中，p
′i为通过阻抗靠i侧的有功功率，q
′i为通过阻抗靠i侧的无功功率，pi为注入支路首段节点的有功功率，qi为注入支路首段节点的无功功率，j为支路的末端编号，ui为支路的首段电压幅值，b/2为支路两端的等值导纳，p
′j为流出阻抗靠j侧的有功功率，q
′j为流出阻抗靠j侧的无功功率，pj为流出支路末端节点的有功功率，qj为流出支路末端节点的无功功率，uj为支路的末端电压幅值；
[0035]
当以母线j侧的电压为参考向量，即δj＝0，流经支路的电流可以通过pmu测出，记为可得：
[0036][0037]
δuj＝(p
′jr+q
′jx)/uj，
[0038]
δuj＝(p
′jx-q
′jr)/uj，
[0039]
式中，为支路首端的电压向量，为支路末首端的电压向量，为从i节点流向j节点的电流向量，r为支路电阻，x为支路电抗，δuj为支路首末端电压差的纵向分量，δuj为支路首末端电压差的横向分量；
[0040]
首段电压幅值为：
[0041][0042]
首端电压相角与末端电压相角的差值为：
[0043]
δ＝arctan(δuj/(uj+δuj))；
[0044]
当pmu安装在支路首段时，支路有功损耗和末端功率为：
[0045][0046]
pj＝p
i-δp，
[0047]
式中，δp为支路的有功损耗；
[0048]
末端电压幅值为：
[0049][0050]
δui＝(p
′ir+q
′ix)/ui，
[0051]
δui＝(p
′ix-q
′ir)/ui，
[0052]
首端电压相角与末端电压相角的差值为：
[0053]
δ＝arctan(δui/(ui+δui))。
[0054]
需要说明的是，当支路两端均安装有pmu时，那么可以同时知道支路两端的幅值和相角信息。
[0055]
步骤s103，根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标。
[0056]
在本实施例中，单条支路的等效电路如图2所示。其中，电压幅值以及相角差均可以根据上述pmu的量测信息进行推导计算得出；pj、qj分别为注入节点j的有功功率和无功功率；z＝r+jx为支路的阻抗；为支路对地导纳；经过母线注入等值阻抗的功率为p
′i+jq
′i，从支路阻抗流向母线j侧的功率为p
′j+jq
′j。在配电网中，由于电压等级较低，支路的对地导纳可以忽略不计，简化的支路电路模型如图3所示。其中ui＜δi、ui＜δi分别是支路的首段电压相量和末端电压相量。
[0057]
具体地，支路的电压稳定性指标的推导如下：
[0058]
由支路的潮流方程，有：
[0059][0060]
对式(1)分离实部和虚数得：
[0061][0062][0063]
其中δ＝δ
i-δj，联立式(2)、式(3)可得：
[0064][0065]
rq
j-xpj＝-uiujsinδ，(5)
[0066]
联立式(4)、式(5)分别消去pj、qj得：
[0067][0068][0069]
联立式(6)、式(7)得:
[0070][0071]
其中联立式(4)、式(8)消去δ得:
[0072][0073]
由于pv曲线上的电压值大于0，得式(9)的解为:
[0074][0075]
设u
j1
、u
j2
分别为pv曲线的上半支解和下半支解，则由式(10)有:
[0076][0077]
联立式(4)、式(8)、式(11)得:
[0078][0079]
由于电力系统支路首末端电压相角差很小，可设δ≈0，则有cosδ≈1，将式(12)简化得:
[0080][0081]
在系统逐渐临近奔溃点时，u
j1-u
j2
逐渐趋于零，当系统稳定运行直至临近崩溃时，有:
[0082][0083]
对式(14)进行变换得支路电压稳定性指标:
[0084][0085]
步骤s104，取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
[0086]
在本实施例中，在求得各支路的电压稳定性指标之后，支路中电压稳定性指标的最大值即为有源配电网的电压稳定性指标，系统的电压稳定性指标由下式确定：
[0087]
l
det.max
＝max
k∈n
l
det，k
，
[0088]
式中，n为系统所有支路的集合，l
det，k
为第k条支路的电压稳定性指标。
[0089]
综上，本实施例的方法能够实现以下技术效果：
[0090]
1)、建立的电压稳定性指标无需计算线路的阻抗参数，可以直接根据pmu量测数据直接求，出，极大地减小了线路阻抗参数随电压等级变化时给电压稳定性指标带来的误差，同时极大地提高了电压稳定性指标的计算速度；
[0091]
2)、建立的电压稳定性指标克服了特殊情况下线路阻抗为0时无法有效计算电压稳定性指标的情况；
[0092]
3)、提出的电压稳定性指标公式里面不含有线路端电压的二次项，极大地提高了电压稳定性指标线性度。
[0093]
对图4中的ieee33节点有源配电网算例进行仿真分析。首先用连续潮流计算系统的最大负荷增长率。负荷模型采用恒功率负荷，并且设定系统负荷以各自初始的功率因素，随着负荷增长率λ的增长而增长。本发明提供算例中pv曲线和指标曲线图如图5所示。在增长至系统崩溃的过程中，支路27-28的电压稳定性指标最先到达1。与此同时，与支路27-28相邻的支路电压稳定性指标均较高，这是因为系统崩溃是从最薄弱支路开始，并向临近支路蔓延。
[0094]
对于图6对比结果可知，l
pj
和l
qj
误差均较大，l
pj
、l
qj
分别为根据支路首末端节点电压方程有无解推导出来的两种电压稳定性指标，究其原因，第一是在线路两端功率因素角和线路阻抗角相等时，相关末端节点所求出的电压才在pv曲线上，从而导致计算误差较大。第二是首段节点等效为无穷大电网，而末端节点与首段节点有较强的耦合性，这样就会导致所求指标线性度和准确性均较差。其次，当线路在特殊情况下电阻为0的时，两个指标均无效。对于l
mn
指标而言，l
mn
为基于支路潮流平衡点可行解域的概念推导出的一种电压稳定性指标，其准确度和线性度均较为良好，但是在负荷较轻的情况时，其稳定性指标较高，这对于轻负荷情况下评判电压稳定性是不利的。对于l
det
指标，要求得该电压稳定性指标，只需要pmu中量测的电压幅值数据即可，不需要电路阻抗参数，这样就克服了l
pj
、l
qj
中电阻为0引起的弊端。其次，该电压稳定性指标公式中线路端电压均为一次项，极大地提高了指标的线性度。以上结果表明，l
det
指标无论在线性度和准确性方面，都有突出优势。
[0095]
请参阅图7，其示出了本技术的基于广域量测的电压稳定性指标计算系统的结构框图。
[0096]
如图7所示，电压稳定性指标计算系统200，包括判断模块210、获取模块220、计算模块230以及选定模块240。
[0097]
其中，判断模块210，配置为获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支
路的首端和末端；获取模块220，配置为基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值；计算模块230，配置为根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标；选定模块240，配置为取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
[0098]
应当理解，图7中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图7中的诸模块，在此不再赘述。
[0099]
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的基于广域量测的电压稳定性指标计算方法；
[0100]
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
[0101]
获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支路的首端和末端；
[0102]
基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值；
[0103]
根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标；
[0104]
取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
[0105]
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据基于广域量测的电压稳定性指标计算系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于广域量测的电压稳定性指标计算系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0106]
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于广域量测的电压稳定性指标计算方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于广域量测的电压稳定性指标计算系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
[0107]
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
[0108]
作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于广域量测的电压稳定性指标计算系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
[0109]
获取支路潮流方向，并根据所述支路潮流方向判断支路的首端和末端；
[0110]
基于预设的pmu分别获取支路的首端电压幅值和末端电压幅值；
[0111]
根据所述首端电压幅值和所述末端电压幅值计算有源配电网系统各支路的电压稳定性指标；
[0112]
取同一时刻所有支路中电压稳定性指标的最大值作为有源配电网系统的电压稳定性指标。
[0113]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0114]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。