电网－弹性力学网络拓扑映射方法技术

传统的电网拓扑只在二维平面反映地理位置节点的连接情况，无法动态显现状态量之间的关系。本发明专利技术“电网-弹性力学网络拓扑映射方法”可将电网映射成三维空间展开布置的纵向受力的弹性网络，既保持了电网原有的拓扑连接状态，又显现了功角之间的物理特性。将WAMS实测状态量放入本发明专利技术方法映射的弹性网络模型，通过弹性网络形变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。本发明专利技术对实现电网可视化智能分析与控制具有实际意义。

【技术实现步骤摘要】

电力系统(电网)分析、运行与控制。
技术介绍
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。
技术实现思路
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实测状态量放入本专利技术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)L3_5潮流向左，(b)L3_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)方式三具体实施例方式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 丨、《的相角差为θ…线路电抗为&，则传输的有功功率为Pl =^sindv(1)jiL若发生有功功率变化，其1阶增量方程为UUUυ^Pl = (-^cos θ0 )ΑΘ0 + (-^sin θ” )AU,+ (-^sin θ,)Δ /;(2)XLXLXL定义线路弹性系数1^为Kl = APl/A θ Jj(3)则有1U AU,+U AU,“、Kl = (PiUjCoseij + 1 ‘ ‘ ^ sin^)(4)XLΔ6ν若高压线路两端通过无功补偿维持较好电压水平，即主要表现为功角特性，则可映射为单自由度弹性支路，如图1。式(4)可见，&为非线性弹性系数，不但与线路两端电压相角差有关，也与电压幅值有关，体现的是实际功角特性。图1中，交流线路有功功率相当于弹性支路上的作用力， 弹性系数如式(3)，弹性支路长度为θ Jj = θ Γ θ j(5)4由WAMS实时测量线路两端的相位角，再由式(3)就可得到实时的弹性系数。直流线路的有功功率是受控的，与线路两端所连接的交流网络节点电压相位无关。故可看成刚性支路，其有功功率可看成刚性支路所承受的拉力。3.电网-弹性网络拓扑映射映射弹性网络的拓扑以线路为支路，以母线为节点，沿着有功功率传输途径搜索而成。由于发电机数量较负荷少，故从发电机到负荷方向搜索较好。广度优先搜索不需回逆，搜索效率高且突出层次性，较为适用。拓扑生成步骤为选择所有发电机为顶端节点；顺着连接上一级节点的支路，沿着有功功率方向，搜索下一级的所有节点；重复上一步骤，直至搜索完所有负荷母线节点。按照上述步骤，将图2电力系统映射为弹性网络，如图3(a)。即使电网结构不变， 但有功方向变化，也会导致映射弹性网络拓扑变化。若图2中3、5节点间的支路有功方向反过来，则映射网络如图3(b)。对比图2和图3可知，电网中的节点、支路与弹性网络中的节点、支路相对应；支路串、并联结构映射后不变；环网拓扑映射为混联结构。实际电网拓扑比较复杂，在垂直二维空间映射可能会发生支路交叉。因此需在三维空间展开布置，即在水平面方向将垂直的支路展开布置。如图4所示，9节点电网映射成三维的纵向弹性网络，节点只能发生纵向位移，支路也只能纵向伸缩。实际电网映射时，可用三维视图技术清晰地显示，而且可任意转换视角和截取区域电网画面。电网中的负荷可映射成弹性网络中的相关节点所受的垂直向下的外力。在静态， 就相当于质块的重力，其大小为有功功率大小。节点的高低，取决于该节点相位。弹性网络的顶层节点位置(即发电机内电势相位)受有功出力和原动机机械功率影响。在WAMS测得机端电压相位后，加上内转子角(即发电机功率角)可得内电势相位， 即发电机支路的顶点高度。但内转子角的测量是比较困难的，相关研究已有文献阐述。 为降低技术难度和节省成本，发电机支路的功角及弹性系数，可以从机端输出有功功率粗略估计。若假设内电势相位恒定，即假设为无穷大电源，则发电机就是单端固定的弹性支路。若主要考虑电网中的支路弹性系数及功角稳定问题，则可直接以各个机端电压相位作弹性网络顶点位置，如图4。4.电网映射的合理性分析主要从电网和弹性网络的状态比较，分析映射的合理性。1)比较两个网络中的支路并联特性。在理想弹性网络中，若支路1、2并联，节点号为i、j。根据力学原理，两条支路受力与其弹性系数成正比，且并联的等效弹性系数为Kp = K^K2(5)其中，K1、K2为单条支路的弹性系数。在电网中，设分别为单条线路的电抗，忽略线路电阻，并联线路的等效电抗为权利要求1.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本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：竺炜，
申请(专利权)人：竺炜，
类型：发明
国别省市：43