[发明专利]基于映射弹性势能的电网有功承载能力定量分析指标

说明书

技术领域

电力系统(电网)安全性分析。 

背景技术

电网的最基本功能是有功功率(以下简称有功)传输，因此有功承载能力(或称有功传输能力)，是电网安全性分析的主要指标，其取决于电网结构、支路承载能力、电源和负荷的大小及分布等诸多因素。目前，实际工作中一般采用N-1(甚至N-2)支路限载校验的定性分析，电网有功承载能力的定量分析方法及指标仍然是电网安全性分析中的难点。 

统计发现上世纪末十五年，美国大停电事故符合复杂系统的自组织临界特性。受到启发，采用复杂网络理论分析评估大电网的安全性成为当前的研究热点。但复杂网络模型是基于接线拓扑的图论模型，不包含电网的元件参数，更不能自然体现电网节点、支路状态量及之间的物理关系，很难建立同时包含电网状态量和结构信息的综合性指标。 

局部指标的构建相对容易，但由此构建全网指标却不容易，理想的途径是由局部指标叠加而成。目前满足叠加性的有势能指标，如节点势能、支路势能等，但这些指标都是电网暂态稳定直接法中的概念，在静态分析中没有明确的物理概念；也未能证明元件势能叠加后可以描述电网的有功承载能力。故其表征电网安全性的理论依据不足。 

相比电网中的定义，“势能”在力学中具有明确、严格的物理概念，且具唯一性。与电网的有功承载能力相似，弹性网的承载能力也取决于网架结构、支路强度、受力大小及分布。此前申请的专利“电网—弹性力学网络拓扑映射方法”(申请公布号：CN 102227084 A)，将电网映射成纵向受力的弹性力学网络(以下简称弹性网)模型，由于映射弹性网中支路方向相同，同向受力也满足叠加性，故总势能与总负载之间关联。所以，可通过映射弹性网的势能，分析对应电网的有功承载能力。 

发明内容

本发明“基于映射弹性势能的电网有功承载能力定量分析指标”，基于电网的映射弹性网模型，通过电网支路和弹性网支路的状态映射，分析了电网支路的映射弹性势能，采用势能叠加思路，得到电网映射弹性势能的求取方法。分析发现并算例验证，该映射弹性势能可表征电网的总体有功承载裕度和支路有功承载的均衡性：在一定的总有功负载情况下，其值越大，则电网的总体有功承载裕度越小，支路有功承载越不均衡；其值越小，则相反。所以可作为电网有功承载能力的定量分析指标。本发明充实了电网安全性分析的理论基础，可广泛应用于电网的规划、运行方式分析、在线调度等方面。 

附图说明

图1电网—弹性网拓扑映射，(1)电网，(2)映射弹性网 

图2等效映射弹性支路 

图3纵向等效映射弹性网 

图4新英格兰10机39节点系统 

图5新英格兰10机39节点系统的映射弹性网结构 

图6新英格兰10机39节点系统切断线路21-22后的映射弹性网结构 

图7新英格兰10机39节点系统切断线路15-16后的映射弹性网结构 

图87节点系统结构 

图94种负荷分配方案的映射弹性网结构，(1)出线负荷分配方案一，(2)出线负荷分配方案二，(3)出线负荷分配方案三，(4)出线负荷分配方案四 

具体实施方式

1.电网支路和弹性网支路的状态映射 

忽略电阻，设交流电网支路L两端节点为i、j，节点电压的相位差为θ_ij，电抗为X_L。当电网无功充沛时，U_i、U_j变化较小，可令则传输的有功为 

P_L＝Csinθ_ij               (1) 

令k_L=dP_L/dθ_ij，取名为L的映射弹性系数，由式(1)可得 

k_L＝Ccosθ_ij              (2) 

k_L＝P_L／tanθ_ij             (3) 

设F_l、x_l分别为弹性网支路l的作用力和伸长，弹性系数为k_l=dF_l／dx_l。建立L和l的状态量映射关系：