一种基于注入电流的节点耦合度分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于注入电流的节点禪合度分析方法。
【背景技术】
[0002] 全球经济快速发展的今天，电力系统的安全稳定运行越来越关系到国计民生与国 家安全。但是，随着电网规模的增长，电网的禪合程度越来越高，体现的特性也越来越复杂， 常规的建模方法已经越来越难W计算出各节点之间的禪合关联程度。在W往的系统运行经 验中，运行人员只能通过多种运行方式进行大量的计算去了解电网中存在的问题，而且节 点之间的影响程度仅仅只是来自于感性的认识，不但故障周围节点受到的影响程度不能量 化，较远位置节点受到故障的影响程度更无从判断。从而故障之后各节点之间复杂的禪合 关系也难W作出推导，尤其在暂态过程中，各节点之间的影响时时刻刻在发生变化，难W在 各个禪合程度或高或低的节点中发现对稳定性影响最大的节点，而该个过程往往是调度人 员根据W往在系统运行过程中形成的经验进行的判断，对于问题的原因还不是很清楚。若 能有一种方法去找到系统中的薄弱区域（节点），让运行人员可W针对该些薄弱区域和节 点作一些更具有针对性的工作，从而就可W更加有效的解决电网中存在的问题，提高工作 的效率。
[0003] 众所周知，在网络拓扑结构分析中，通过运用复杂网络分析技术能够快速的得出 结构上度数和介数最高的节点，而该些节点的行为对于网络结构的稳定性有着比别的节点 更大的影响。大量的研究表明，电力系统中也存在一部分的线路（节点）对稳定性的影响 远远大于其他节点（线路），而该一部分线路（节点）的故障会导致整个电网的稳定性迅速 下降，进而引起系统的失稳情况发生，但电力系统受扰动后其行为是一个非常复杂的过程， 不能简单的从网络拓扑结构上解释，为了在电网稳态运行甚至是暂态过程中迅速辨识出该 一部分相对于其他线路（节点）而言与电网禪合程度更强的线路（节点），需要分析在任意 时刻所有线路（节点）和电网之间的禪合程度大小。
[0004] 在W往的禪合程度研究中，研究人员通常从地理位置、电气路径、负荷水平上对各 节点间的禪合关系进行分析，早期的电力系统复杂网络特性分析中，大多数研究沿用了复 杂网络基本网络模型，虽然也有部分研究考虑了电力系统的特性，引入了与电力系统相关 的网络性能指标或参量，用复杂网络特性的统计指标描述电力系统整体的状态，但在建立 网络静态模型时未考虑电力网络的物理特性，该些方法大部分仅仅是通过某线路（节点） 故障后产生的后果严重性来评判线路（节点）对于电网禪合的程度，既没有实际的物理意 义，也不能够定量地计算出禪合程度的大小，
[0005] 近来在结合禪合程度对电网进行分析上，很多研究人员也作出了较多的贡献，如 将电网抽象成无权或含权的等效网络，并计算电网中所有发电机节点-负荷节点之间的平 均最短电气距离，并将其定义为电网集聚程度或网络效率，然后在电网各个线路（节点）作 故障仿真，得到攻击前后的电网平均最短路径的变化量，将变化量最大的线路（节点）作为 整个网络中的强禪合节点，通过各线路（节点）故障后，W故障后的失效节点数目、负荷损 失或电量损失作为此线路（节点）与电网禪合程度的大小。但是该种方法主要是从静态的 角度考虑问题，不能了解其暂态过程中的变化趋势和变化行为。
[0006] 最近，大量研究人员针对网络技术应用于电力系统实际也进行了深入的分析，如 参考网络拓扑结构分析方法，在基于电气距离的基础上，定义节点的禪合程度为其二端阻 抗的倒数，并说明在任意时刻，禪合程度较大的节点处于电气结构中的关键位置；但其仅仅 是从网络架构上对电网的结构特性进行了分析，并没有考虑电力系统运行参数的改变。
【发明内容】
[0007] 本发明所解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供了一种一种基于注 入电流的节点禪合度分析方法，能够实时分析各节点之间的禪合情况，W及节点与全网禪 合情况。
[000引本发明提供的技术方案为；
[0009] 一种基于注入电流的节点禪合度分析方法，包括W下步骤：
[0010] 步骤1;在整个电力系统中，根据需要分析的电压等级选取目标分析网络，其他部 分作为非目标分析网络；目标分析网络中与非目标分析网络存在直接功率传输的变电站称 为边界变电站。
[0011] 步骤2 ;基于综合稳定分析程序（PSAS巧对整个电力系统进行潮流计算和暂态稳 定计算，并从潮流计算结果中收集目标分析网络中各个变电站节点的电压和目标分析网络 中各个变电站节点与非目标分析网络之间的传输功率，从暂态稳定计算中得到各节点注入 电流；潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力 系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各发电机和变电站节 点的有功功率、无功功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括 电网各母线节点的电压幅值和相角，W及各支路的功率分布、网络的功率损耗等；暂态稳定 计算则是在潮流计算的基础上电网产生扰动之后，各发电机保持同步运行并过渡到新的或 恢复到原来稳态运行方式，该时根据各元件的动态行为计算出一段时间内各运行参数的波 动情况。
[0012] 步骤3 ;将非目标分析网络作等值，形成电力系统等效网络拓扑结构；根据步骤2 收集的数据，获得目标分析网络中与非目标分析网络中存在功率交换的变电站节点，将该 些变电站节点称为边界变电站节点；对非目标分析网络进行戴维南等效，并将其等效为一 个挂在边界变电站节点上的恒阻抗虚拟节点；由目标网络中的节点、虚拟节点及它们之间 的线路形成电力系统等效网络拓扑结构
[001引步骤4 ;计算电力系统等效网络拓扑结构的节点阻抗矩阵Z:
[0014]
【主权项】
1. 一种基于注入电流的节点耦合度分析方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:在整个电力系统中，根据需要分析的电压等级选取目标分析网络，其他部分作 为非目标分析网络；并得到目标分析网络的拓扑结构； 步骤2 :基于PSASP对整个电力系统进行潮流计算和暂态稳定计算，并从潮流计算结果 中收集目标分析网络中各个变电站节点的电压和目标分析网络中各个变电站节点与非目 标分析网络之间的传输功率数据，从暂态稳定计算中收集各节点注入电流数据； 步骤3 :根据步骤2收集的数据，获得目标分析网络中与非目标分析网络中存在功率交 换的变电站节点，将这些变电站节点称为边界变电站节点；对非目标分析网络进行戴维南 等效，并将其等效为一个挂在边界变电站节点上的恒阻抗虚拟节点；由目标网络中的节点、 虚拟节点及它们之间的线路形成电力系统等效网络拓扑结构； 步骤4 :计算电力系统等效网络拓扑结构的节点阻抗矩阵Z:
其中，n为电力系统等效网络拓扑结构中节点的个数，节点阻抗矩阵Z的对角线元素Zu为节点j的自阻抗，非对角线元素Zij为节点i与节点j的互阻抗，其中i,j= 1、2…n; 步骤5 :通过步骤4中得到的节点互阻抗Zij和步骤2中暂态稳定计算收集的各节点注 入电流，计算目标分析网络中各节点故障时的节点耦合度和电网耦合度： (1) 计算节点親合度： 对于任意节点i与节点j，节点j对节点i的親合度用节点j注入电流的变化引起的节 点i的电压变化表示； 节点j的耦合度用Dtjiu表示，D^为节点j注入电流的变化为AIj寸，引起的所有节 点的电压变化之和，其计算公式如下：
(2) 计算电网耦合度： 电网耦合程度用Dw表示，Dw为节点j注入电流的变化AL，进而引起全部节点的注入 电流均发生变化时，引起的所有节点的电压综合变化之和，其计算公式如下：
2. 根据权利要求1所述的基于注入电流的节点耦合度分析方法，其特征在于，对于目 标分析网络中的边界变电站节点i，若其电压为R，其与非目标网络之间的传输功率为次， 则挂在边界变电站节点i上的恒阻抗虚拟节点的等值阻抗为之=f/戈。
3. 根据权利要求1所述的基于注入电流的节点耦合度分析方法，其特征在于，所述步 骤四中，节点阻抗矩阵Z的计算方法为： 对于有n个独立节点的电力系统等效网络，由基尔霍夫定律得到n个节点方程，其矩阵 形式如下：
其中，乃为节点i的电压，（为节点i的注入电流，其中i，j=l、2~n; 自阻抗&的计算方法为：
即节点j的自阻抗&等于，在节点j单独注入电流，除j以外的其他所有节点的注入 电流都等于O的情况下，节点j产生的电压与注入电流之比； 互阻抗Zij的计算方法为：
即节点j与节点i之间的互阻抗Zu等于，在节点j单独注入电流，除j以外的其他所 有节点的注入电流都等于〇的情况下，在节点i产生的电压与节点j的注入电流之比。
【专利摘要】本发明公开了一种基于注入电流的节点耦合度分析方法，包括以下步骤：步骤1：在整个电力系统中，根据需要分析的电压等级确定目标分析网络，剩余部分作为非目标分析网络；步骤2：进行潮流计算和暂态计算，收集目标分析网络中各个变电站节点的电压和目标分析网络中各个变电站节点与非目标分析网络的之间的传输功率数据；步骤3：利用收集的数据对非目标分析网络进行等值，形成电力系统等效网络拓扑结构；步骤4：计算等效网络的节点阻抗矩阵；步骤5：由节点阻抗矩阵得到互阻抗和各节点注入电流，计算节点耦合度和电网耦合度。本发明能够分析量化节点与全网耦合程度，并在系统故障前后的暂态过程中，快速准确的找出影响最大和受影响最大的区域。
【IPC分类】H02J3-00
【公开号】CN104716646
【申请号】CN201510148168
【发明人】李欣然, 胡臻, 宋军英
【申请人】湖南大学, 国家电网公司, 国网湖南省电力公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月31日