基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，通过降低电网功率水平，采用平启动牛顿法潮流计算获取收敛解，并以此为初始态进行连续潮流计算，得到更接近真实值的基态潮流计算初值：若已达到基态水平，则说明电网潮流可解，以此时得到的电压幅值和相角作为初值，进行基态下牛顿法潮流计算，得到收敛解；若未达到基态水平，则进一步判断PV曲线是否达到分岔点：若已达到分岔点，则表明电网潮流不可解，此时进行分岔点识别，并查找电网中的最弱节点，获取灵敏度信息。本发明专利技术适用于未给定初始需要平启动的潮流计算，可作为大电网潮流计算初值改善的有效工具。

【技术实现步骤摘要】
基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法
本专利技术涉及一种基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，属于电力系统

技术介绍
现代电力系统的迅速发展，逐步形成了以大容量、远距离、区域互联为特点的大电网，另一方面，电力工业的市场化改革使得现代电力系统运行在靠近其稳定极限的状态，对这样的重负荷电力系统来说，潮流计算容易出现不收敛的情况。潮流计算发散存在2种可能性：一是该潮流问题本身有解而由于初值选取不当等原因造成算法无法求得这个解；二是系统本身并无潮流解。采用普通牛顿潮流技术，无法鉴别这2种情形，更为重要的是，它无法提供不收敛原因及其灵敏度方面的信息。“平启动”是指在潮流计算中，PQ节点电压幅值和相角分别用1(标幺值)和0°作为初值、PV节点电压相角用0°作为初值进行迭代计算。随着电网规模的不断扩大及负荷水平的不断加重，基于“平启动”策略的牛顿法面临收敛性逐步恶化的趋势。文献一《EffectiveStartingProcessforNewton-RaphsonLoadFlows》(ProceedingsofIEE1971年第118卷第8期第983页)先用PQ分解法进行若干次迭代，求出电压幅值和相角作为牛顿法潮流计算的初值。文献二《小阻抗支路对牛顿法潮流的影响及其处理方法》(电网技术1999年第23卷第9期第27页)采用小阻抗支路零功率法来选取电压初值，仅解决小阻抗支路带来的问题。文献三《极坐标系准最优乘子病态潮流解法研究》(中国电机工程学报1994年第14卷第1期第40页)采用数值实验选择准最优乘子减轻最优乘子法对初值的敏感性，并不能完全解决初值问题。电力系统运行在重负荷状态下，采用“平启动”的牛顿法潮流计算往往得不到收敛解，而实际大电网的潮流计算亟需能够有效处理此类问题的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要问题是大电网“平启动”模式下采用牛顿法潮流计算不收敛的情况，提供一种基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，并针对电网本身无解的情况找出系统的最弱节点，并提供对稳定控制有指导意义的灵敏度信息。本专利技术所采用的技术方案是：基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用平启动方式对电网基态进行牛顿潮流计算，若有收敛解，则直接退出，若没有收敛解，则进入下一步；步骤2：将电网中负荷节点的有功功率、无功功率按比例t减小，同时发电机节点有功出力也相应减小，直至采用平启动方式进行牛顿法潮流计算能够获得潮流解，将此时的电网状态视为轻载态，轻载态下负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi′＝t·Pdi,0i∈ΩdQdi′＝t·Qdi,0i∈Ωd式中：Pdi,0、Qdi,0、Pgi,0分别为负荷节点基态下的有功功率、无功功率和发电机节点基态下的有功功率，Ωd、Ωg分别为负荷节点和发电机节点的参与集合，比例t为轻载态与基态负荷水平的比值，0<t<1；步骤3：以步骤2调整得到的轻载态作为初始态，将负荷节点的有功功率、无功功率按比例增长，发电机节点的有功功率相应按比例增长，引入表现负荷水平的参数λ，将参数化后的负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi(λ)＝Pdi′+λ·Kpii∈ΩdQdi(λ)＝Qdi′+λ·Kqii∈ΩdPgi(λ)＝Pgi′+λ·Kgii∈Ωg式中：λ是负荷因子，Kpi、Kqi、Kgi分别为预设的负荷节点的有功功率、无功功率和发电机节点的有功功率的增长量；步骤4：构建参数化后的连续潮流方程，确定负荷及发电增长方向：f(x,λ)＝f(x)+λ·D式中：f(x,λ)为参数化潮流方程，f(x)为传统潮流方程，D为负荷及发电增长向量；f(x)的具体表达式为式中：P为节点有功功率；Q为节点无功功率；V为节点电压幅值；θ为节点电压相角，θij＝θi-θj；Gij、Bij为线路电导、电纳。步骤5：用预测-校正方法进行计算得到电网的PV曲线，利用连续潮流方法计算PV曲线中电网的功率水平是否达到基态水平，若已达到基态水平，则说明电网潮流可解，以此时得到的电压幅值和相角作为初值，进行基态下牛顿法潮流计算，得到收敛解；若未达到基态水平，则进一步判断PV曲线是否达到分岔点：若已达到分岔点，则表明电网潮流不可解，此时进行分岔点识别，并查找电网中的最弱节点，获取灵敏度信息；若未达到分岔点，则继续进行连续潮流计算，直到电网功率水平达到基态水平或PV曲线达到分岔点。所述预测-校正方法的操作如下：201)采用局部参数化方法来扩展潮流方程，扩展后的方程为式中：上标j表示待求点；Δs是计算步长，xk为被选参数的状态变量，k的取法为式中：为变量x1,x2,…,xn的梯度。202)预测步计算：首先计算切线预测量：式中：ek为一维行向量，只有与参数相对应的第k个分量为1，其余均为0，等式右侧分量的正负号由切线的方向确定，预测解向量由下式确定：式中：为预测值，为当前潮流解，为预测变化量，σ为控制步长；203)校正步计算及发电机节点的无功功率限制的处理：校正步是以预测步得到的为初值，通过迭代计算满足潮流方程的解潮流方程式为：式中：k为参数化所选取的第k的控制变量；采用两个恒定值Qmax、Qmin来表征发电机无功的上下限，在校正步的迭代中，采用PV-PQ双向转换逻辑将无功已越限的发电机由PV节点转换为PQ节点，将无功耗尽的发电机作为PQ节点进行计算；204)步长控制：在PV曲线平缓段，采用步长K，当预测步斜率小于初始斜率的1/d时，自适应的减小步长为K/d进行计算，d是大于1的比例常数，d的大小由PV曲线斜率决定，如果遇到不收敛情况，进一步减小步长直到计算收敛。205)当校正步收敛后，新的状态点被描绘出，返回到步骤202)，重新开始预测步、校正步，直至计算到基态功率水平或者得到分岔点。所述最弱节点的查找步骤如下：301)根据电压崩溃点前后PV节点个数判断分岔点类型：若崩溃点前后的PV节点个数相等，则为鞍结型分岔点，转向步骤302)；若在崩溃点后的PV节点个数少于在崩溃点前的PV节点个数，则为极限诱导分岔点，转向步骤303)；302)将采用局部参数化方法扩展后的潮流方程写为计算使fxv|*＝0的向量v，式中：fx为原始雅可比矩阵，v为n维非零右特征列向量；将n维向量v扩展为n+1维非零向量v′＝(vT,0)T，存在下式：(fxfλ)v′|*＝0由于扩展后的潮流方程在鞍结型分岔点的雅可比矩阵是非奇异的，有下式成立：(FxFλ)v′|*≠0式中：Fx为扩展雅可比矩阵，Fλ为扩展潮流方程关于参数λ的导数相量。由上式可得所以exv＝a≠0，又因为如果v是右特征向量，则v/a也一定是它的一个特征向量，因此，扩展的右特征向量可由下式求得找出向量v中绝对值最大的元素，该元素对应节点就是系统中最弱的节点；303)如果分岔点(x*,λ*)是极限诱导型分岔点，(fxfλ)|*的秩为n，存在一个n+1维非零列向量v′，使得(fxfλ)v′|*＝0成立，但扩展潮流方程雅可比矩阵(FxFλ)v′|*是非奇异的，其秩为n+1，即(FxFλ)v′|*≠0依然成立，同样有(exeλ)v′≠0成立，识别出极限诱导型分岔点后，连续潮流方程修改为式中：Vk∈x为节点k的电压幅值，Vk,set为本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用平启动方式对电网基态进行牛顿潮流计算，若有收敛解，则直接退出，若没有收敛解，则进入下一步；步骤2：将电网中负荷节点的有功功率、无功功率按比例t减小，同时发电机节点有功出力也相应减小，直至采用平启动方式进行牛顿法潮流计算能够获得潮流解，将此时的电网状态视为轻载态，轻载态下负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi′＝t·Pdi,0i∈ΩdQdi′＝t·Qdi,0i∈ΩdPgi′=(1-Σk∈Ωd(1-t)Pdk,0Σk∈ΩgPgk,0)Pgi,0i∈Ωg]]>式中：Pdi,0、Qdi,0、Pgi,0分别为负荷节点基态下的有功功率、无功功率和发电机节点基态下的有功功率，Ωd、Ωg分别为负荷节点和发电机节点的参与集合，比例t为轻载态与基态负荷水平的比值，0<t<1；步骤3：以步骤2调整得到的轻载态作为初始态，将负荷节点的有功功率、无功功率按比例增长，发电机节点的有功功率相应按比例增长，引入表现负荷水平的参数λ，将参数化后的负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi(λ)＝Pdi′+λ·Kpi  i∈ΩdQdi(λ)＝Qdi′+λ·Kqi  i∈ΩdPgi(λ)＝Pgi′+λ·Kgi  i∈Ωg式中：λ是负荷因子，Kpi、Kqi、Kgi分别为预设的负荷节点的有功功率、无功功率和发电机节点的有功功率的增长量；步骤4：构建参数化后的连续潮流方程，确定负荷及发电增长方向：f(x,λ)＝f(x)+λ·D式中：f(x,λ)为参数化潮流方程，f(x)为传统潮流方程，D为负荷及发电增长向量；f(x)的具体表达式为ΔPi=Pis-ViΣj∈iVj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0]]>ΔQi=Qis-ViΣj∈iVj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0]]>式中：P为节点有功功率；Q为节点无功功率；V为节点电压幅值；θ为节点电压相角，θij＝θi‑θj；Gij、Bij为线路电导、电纳。步骤5：用预测‑校正方法进行计算得到电网的PV曲线，利用连续潮流方法计算PV曲线中电网的功率水平是否达到基态水平，若已达到基态水平，则说明电网潮流可解，以此时得到的电压幅值和相角作为初值，进行基态下牛顿法潮流计算，得到收敛解；若未达到基态水平，则进一步判断PV曲线是否达到分岔点：若已达到分岔点，则表明电网潮流不可解，此时进行分岔点识别，并查找电网中的最弱节点，获取灵敏度信息；若未达到分岔点，则继续进行连续潮流计算，直到电网功率水平达到基态水平或PV曲线达到分岔点。...

【技术特征摘要】
1.基于连续潮流的电网潮流可解性辨识及初值生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用平启动方式对电网基态进行牛顿潮流计算，若有收敛解，则直接退出，若没有收敛解，则进入下一步；步骤2：将电网中负荷节点的有功功率、无功功率按比例t减小，同时发电机节点有功出力也相应减小，直至采用平启动方式进行牛顿法潮流计算能够获得潮流解，将此时的电网状态视为轻载态，轻载态下负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi′＝t·Pdi,0i∈ΩdQdi′＝t·Qdi,0i∈Ωd式中：Pdi,0、Qdi,0、Pgi,0分别为负荷节点基态下的有功功率、无功功率和发电机节点基态下的有功功率，Ωd、Ωg分别为负荷节点和发电机节点的参与集合，比例t为轻载态与基态负荷水平的比值，0＜t＜1；步骤3：以步骤2调整得到的轻载态作为初始态，将负荷节点的有功功率、无功功率按比例增长，发电机节点的有功功率相应按比例增长，引入表现负荷水平的参数λ，将参数化后的负荷节点及发电机节点的功率分别表示为：Pdi(λ)＝Pdi′+λ·Kpii∈ΩdQdi(λ)＝Qdi′+λ·Kqii∈ΩdPgi(λ)＝Pgi′+λ·Kgii∈Ωg式中：λ是负荷因子，Kpi、Kqi、Kgi分别为预设的负荷节点的有功功率、无功功率和发电机节点的有功功率的增长量；步骤4：构建参数化后的连续潮流方程，确定负荷及发电增长方向：f(x,λ)＝f(x)+λ·D式中：f(x,λ)为参数化潮流方程，f(x)为传统潮流方程，D为负荷及发电增长向量；f(x)的具体表达式为式中：i表示节点，ΔPi表示节点i的有功不平衡量，ΔQi表示节点i的无功不平衡量，Pis表示节点i的有功注入，Qis表示节点i的无功注入；V为节点电压幅值；θ为节点电压相角，θij＝θi-θj；Gij、Bij为线路电导、电纳；步骤5：用预测-校正方法进行计算得到电网的PV曲线，利用连续潮流方法计算PV曲线中电网的功率水平是否达到基态水平，若已达到基态水平，则说明电网潮流可解，以此时得到的电压幅值和相角作为初值，进行基态下牛顿法潮流计算，得到收敛解；若未达到基态水平，则进一步判断PV曲线是否达到分岔点：若已达到分岔点，则表明电网潮流不可解，此时进行分岔点识别，并查找电网中的最弱节点，获取灵敏度信息；若未达到分岔点，则继续进行连续潮流计算，直到电网功率水平达到基态水平或PV曲线达到分岔点；所述预测-校正方法的操作如下：201)采用局部参数化方法来扩展潮流方程，扩展后的方程为式中：上标j表示待求点；Δs是计算步长，xk为被选参数的状态变量，k的取法为式中：为变量x1,x2,…,xn的梯度；202)预测步计算：首先计算切线预测量：式中：ek为一维行向量，只有与参数相对应的第k个分量为1，其余均为0，等式右侧分量的正负号由切线的方向确定，预测解向量由下式确定：式中：为预测值，为当前潮流解，为预测变化量，σ为控制步长；203)校正步计算及发电机节点的无功功率限制的处理：校正步是以预测步得到的为初值，通过迭代计算满足潮流方程的解潮流方程式为：式中：k为参数化所选取的第k个控制变量；采用两个恒定值Qmax、Qmin来表征发电机无功的上下限，在校正步的迭代中，采用PV-PQ双向转换逻辑将无功已越限的发电机由PV节点转换为PQ节点，将无功耗尽的发电机作为PQ节点进行计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋泉，关朝杰，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32