[发明专利]电网－弹性力学网络拓扑映射方法

说明书

技术领域

电力系统(电网)分析、运行与控制。

背景技术

我国的智能电网研究重视主干网，这是符合顶层设计和效益原则的。目前，“智能化”的关键瓶颈在于对电网的“感知”程度较差，即对复杂电网拓扑和状态量变化后的直接反应能力较差。系统状态分析一般都是基于模型、参数和初始值进行时间断面的复杂计算；系统运行控制一般都是基于预设运行方式或故障的离线分析，配置相应的控制措施或提供预案。运行中若故障情况不在预设库中，将难以对复杂电网做出及时、合理的反应。因此，智能电网的核心功能之一是对电网状态的直观预判功能。广域测量系统(wide-area measurement system，WAMS)可实现对电网状态的同步、实时测量，已应用于系统的功角稳定分析及评估。但是，基于现有模型的海量实时数据并不能直接提高对电网状态变化时的反应能力。目前，国内外研究的电网状态可视化技术，都是针对状态量的动态图形化显示，起警示效果较好。但不能直接显现状态量之间的物理关系，还需根据电网理论分析，故对状态预判作用有限。

所以，当务之急是构建一种与WAMS实测量匹配的电网新模型。该模型依据WAMS实时状态测量，能直观显现符合物理特征的状态量之间的关系，摆脱对元件参数精确性的依赖。

稳定概念是从生活感知和运动力学中得来的，若能将电网模型映射成可见的弹性力学网络模型，以人类对力、运动和稳定方面的实际体验和知识，将有助于提高对电网的“感知”程度。

发明内容

将平面二维电网映拓扑映射成三维空间展开布置的纵向受力的弹性网络拓扑，将电网的有功、电压相位角状态量映射成弹性网络的力、弹性形变状态量。映射的弹性网络保持了电网原有的拓扑连接状态，且受力分析简单；通过力——弹性形变显现了电网有功——相位角之间的物理特性。将WAMS实测状态量放入本发明方法映射的弹性网络模型，通过弹性网络形变可直观地显现电网功角状态变化，摆脱对元件参数精确性的依赖，提高对电网状态变化的预判能力。

附图说明

图1交流线路-单自由度弹性支路映射，(a)交流线路，(b)单自由度弹性支路

图2电网拓扑

图3纵向弹性网络拓扑，(a)L_3-5潮流向左，(b)L_3-5潮流向右

图4三维空间拓扑映射，(a)电网，(b)弹性网络

图5电网拓扑及潮流(方式一)

图6电网拓扑及潮流(方式二)

图7电网拓扑及潮流(方式三)

图8弹性网络，(a)方式一，(b)方式二，(c)方式三

具体实施方式

1.映射思路

电网是地理位置节点连接的二维平面接线网。由于地理位置的固定，电网中节点、支路中的状态量变化在电网拓扑中没有显现的空间，即只能用抽象的数字表示，无法从拓扑上得到反映。

支路状态和节点状态是对应及相应变化的。一般情况下，支路功角特性，与弹簧的拉力-伸长特性是相似的。因此，电网可以映射成弹性力学网络。

复杂的拓扑使支路受力方向杂乱，受力分析困难，失去直观性。因此，若将电网映射成弹性力学网络需主要解决两个问题：1)弹性网络和电网的节点、支路连接情况须一致；2)简化支路受力方向。

虽然电网平面拓扑中支路方向杂乱，但有功流向都遵循同一规律，即从发电机流向负荷。若将所有负荷位置“下沉”，有功就都朝下流；原来固定长度的支路，就可朝下伸缩。为使有功功率相加与矢量力的叠加规律相同，须将所有支路放入同一方向，可都摆成垂直方向。功角特性分析时节点的精确地理位置并不重要，只要保持原有的连线关系，故可在水平方向将节点展开布置。因此，反映功角特性的电网可在三维空间映射成纵向支路受力的弹性网络。

2.线路的功角弹性特性

忽略电阻，设交流线路L两端节点为i、j，节点电压 的相角差为θ_ij，线路电抗为X_L，则传输的有功功率为