[发明专利]电力系统电压稳定域可视化方法

摘要

电力系统电压稳定域可视化方法属于电力系统分析和控制领域，属于实时显示的可视化技术，其特征在于提出了关键节点状态空间电压稳定域的概念，实现了电压稳定域的可视化，给出电压稳定裕度指标，以在线监视电压稳定，确保电网的安全稳定运行。其中电力系统电压稳定域可视化方法包含了选取关键节点、选择应调发电机、计算全网以及分区关键节点状态空间电压稳定域和电压稳定裕度指标。本方法符合电力系统的实际情况，有效地解决了电压稳定域的降维问题，实现了调度员友好的电压稳定域可视化，能够有效地指导电力系统的安全稳定运行。

主权项

1.电压稳定域可视化方法，其特征在于，所述方法是在调度中心计算机上依次按以下步骤实现的：步骤(1)初始化输入以下参数：电力系统的网络参数，包括：输电线路的串联电阻、串联电抗、并联电导和并联电纳；变压器的变比和阻抗；并联在输电线路上的电容器和电抗器的阻抗；设定以下参数：各母线节点的电压、电流和有功功率和无功功率的实时量测值；各个发电机的有功功率和无功功率上限值；根据发电计划和负荷预测给出发电机功率和负荷功率增长方向和其中：1表示当前运行点，表示第i个发电机节点有功功率增长方向，表示第j个负荷节点有功功率增长方向，表示第j个负荷节点无功功率增长方向；在当前时刻，根据给定的上述参数构建当前电力系统进行潮流计算时所用的Jacobi矩阵J可以表示为：$J=\left[\begin{array}{cc}{H}_{(n-1)\times (n-1)}& N_{(n-1)\times m}\\ M_{m\times (n-1)}& L_{m\times m}\end{array}\right]---\left(1\right)$其中n为系统节点数，m为系统中的负荷节点数，分块矩阵用下式表示：Hij＝-UiUj(Gijsinθij-Bijcosθij)i≠j$H_{\mathrm{ii}}=U_i\underset{j=1j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}})---\left(2\right)$Nij＝-Uj(Gijcosθij+Bijsinθij)i≠j$N_{\mathrm{ii}}=-\underset{j=1j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}})-2U_i{G}_{\mathrm{ii}}---\left(3\right)$Mij＝UiUj(Gijcosθij+Bijsinθij)i≠j$M_{\mathrm{ii}}=-U_i\underset{j=1j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}})---\left(4\right)$Lij＝-Uj(Gijsinθij-Bijcosθij)i≠j$L_{\mathrm{ii}}=-\underset{j=1j\ne i}{\overset{n}{\Sigma }}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\theta }_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\theta }_{\mathrm{ij}})+2U_i{B}_{\mathrm{ii}}---\left(5\right)$步骤(2)依次按以下步骤选择系统和每个分区的关键节点步骤(2.1)设定系统受到高斯Gauss随机负荷扰动，此随机负荷功率期望值为零，随机负荷功率标准差正比于扰动前负荷节点无功功率，设定全网关键节点的候选节点；步骤(2.2)用最小模特征值灵敏度方法来判断步骤(2.1)中所设定的候选节点相对灵敏度；按下式计算所述雅克比矩阵J的特征值中具有最小模的特征值λmin，同时计算λmin相对上一步骤中选取的候选节点的电压灵敏度 $\frac{{\partial \lambda }_{\min }}{{\partial U}_i}=\frac{{\xi }_L^T\left[\frac{\partial J}{\partial U_i}\right]{\xi }_R}{{\xi }_L^T{\xi }_R}---\left(6\right)$其中：ξL和ξR为J对应于λmin的左右特征向量；步骤(2.3)取步骤(2.2)中灵敏度最大的节点为关键节点；步骤(2.4)按电力系统的行政管理区域将整个系统划分成若干个分区，然后采用步骤(2.1)～(2.3)的方法选择各个分区的关键节点；步骤(3)当系统中负荷节点电压降低时，按下述步骤计算各发电机机端电压对于关键节点电压的灵敏度，确定应调发电机步骤(3.1)把整个系统的节点重新编号，先编负荷节点D，后编发电机节点G，设负荷节点中的关键节点处于第1位，这样节点导纳阵的虚部[Bij]n×n变为并将写成分块矩阵的形式：$\left[\begin{array}{cc}{B}_{11}^{\prime }& B_{12}^{\prime }\\ B_{21}^{\prime }& B_{22}^{\prime }\end{array}\right];$步骤(3.2)将展开$-{B_{11}^{\prime }}^{-1}{B}_{12}^{\prime }=\left[\begin{array}{ccccc}{k}_{11}& ···& k_{1j}& ···& k_{1,n-m}\\ ·& & ·& & ·\\ ·& & ·& & ·\\ ·& & ·& & ·\\ k_{i1}& ···& k_{\mathrm{ij}}& ···& k_{i,n-m}\\ ·& & ·& & ·\\ ·& & ·& & ·\\ ·& & ·& & ·\\ k_{m1}& ···& k_{\mathrm{mj}}& ···& k_{m,n-m}\end{array}\right]---\left(7\right)$其中kij(i＝1，2，…m，j＝1，2，…n-m)是矩阵中的各元素；关键节点电压增量ΔUDl和各发电机电压变化的关系为$\Delta U_{\mathrm{Dl}}=\underset{j=1}{\overset{n-m}{\Sigma }}{k}_{\mathrm{lj}}\Delta U_{\mathrm{Gj}}---\left(8\right)$其中klj含义为关键节点电压对于第j台发电机电压的灵敏度klj；参考电网实际运行中发电机是否可调，选取klj，j＝1，2，…n-m中大小排在前80％的发电机节点作为应调发电机；步骤(4)按以下步骤计算整个系统和各个分区关键节点状态空间的稳定域和电压稳定裕度指标步骤(4.1)当整个系统的负荷以比例γ增加时，按比例ρ升高各可调发电机的机端电压以维持系统负荷节点电压，直到出现系统电压崩溃，此时得到第一个临界点；再次以比例ρ升高可调发电机的机端电压，得到一系列临界点；在抬高发电机电压的过程中，以电压标幺值的1.1倍为上限，当部分发电机机端电压达到上限时，计算中将相应的发电机机端电压限制在1.1，不再调整，直到所有发电机机端电压均达到上限时，结束计算；步骤(4.2)通过步骤(4.1)中所得临界点计算崩溃时关键节点电压和系统总负荷，用最小二乘法拟合成二次函数，就得到了电压稳定域的边界曲线，再根据关键节点电压的最大值、最小值形成由便捷曲线围成的电压稳定域；步骤(4.3)确定负荷裕度沿着指定的发电机、负荷功率增长方向，运行点和临界点的距离意即负荷裕度；为了给调度人员提供直观的电压稳定信息，采用有功负荷裕度与运行点总有功负荷的比值kp来表示电压稳定的相对裕度，其定义为$k_p=\frac{P_1-P_0}{P_0}---\left(9\right)$其中P0为当前运行点处的总有功负荷，P1为电压稳定临界点处总有功负荷。