CN106712034B - 一种电网潮流的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电网潮流的计算方法，涉及电力***分析领域，用于解决电网潮流计算收敛困难的问题。所述电网潮流的计算方法包括：预设PQ收敛条件和PQ迭代步数，采用PQ分解法对电网潮流进行计算，判断PQ分解法的潮流计算结果是否满足PQ收敛条件；如果不满足，则获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，将其作为牛顿‑拉夫逊法的初值，并在预设牛顿‑拉夫逊收敛条件后采用牛顿‑拉夫逊法对电网潮流进行计算；如果满足，则将PQ分解法的潮流计算结果直接作为牛顿‑拉夫逊法的初值，在预设牛顿‑拉夫逊收敛条件后采用牛顿‑拉夫逊法对电网潮流进行计算。本发明提供的电网潮流的计算方法用于电力***分析。
Description
技术领域
本发明涉及电力***分析领域，尤其涉及一种电网潮流的计算方法。
背景技术
电网潮流计算是研究电力***稳态运行情况的一种基本电气计算，其计算结果是电力***稳定计算和故障分析的基础，使得电网潮流计算常被广泛用于电力***的规划、运行和科研工作中。
目前，常见电网潮流的计算方法一般都采用由PQ分解法和牛顿-拉夫逊法组合的方法，具体使用时，对PQ分解法设置较大的收敛条件和最大的迭代步数进行PQ分解计算，当PQ分解法的计算收敛或达到最大的迭代步数后，将PQ分解法的计算结果作为初值转入牛顿-拉夫逊法中进行计算。而与PQ分解法的收敛条件相比，牛顿-拉夫逊法的收敛条件要小的多，因此在电网潮流计算中，当计算结果达到牛顿-拉夫逊法的收敛条件后，才认为电网潮流计算收敛。
然而，随着电网规模的不断增大和电力设备的不断接入，采用上述电网潮流的计算方法，经常会遇到PQ分解法计算达不到收敛条件的情况，而且PQ分解法计算得到的有功功率偏差量和无功功率偏差量，并不随着迭代步数的增加而一直减小，使得现行使用的PQ分解法，并不能为牛顿-拉夫逊法提供较优的初值，导致电网潮流计算的收敛越来越困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电网潮流的计算方法，用于解决电网潮流计算收敛困难的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电网潮流的计算方法，包括以下步骤：
步骤1，预设PQ收敛条件和PQ迭代步数，采用PQ分解法对电网潮流进行计算，获取PQ分解法的潮流计算结果，判断PQ分解法的潮流计算结果是否满足PQ收敛条件；
如果不满足，则转入步骤2；如果满足，则转入步骤3；
步骤2，获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，将迭代计算结果作为PQ分解法的潮流计算结果；
步骤3，预设牛顿-拉夫逊收敛条件，将PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值，采用牛顿-拉夫逊法对所述电网潮流进行计算，获取牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果。
与现有技术相比，本发明提供的电网潮流的计算方法具有以下有益效果：
本发明提供的电网潮流的计算方法，在判断出PQ分解法的潮流计算结果满足PQ收敛条件后，将PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值；而在判断出PQ分解法的潮流计算结果未能满足PQ收敛条件后，获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，并将该迭代计算结果作为PQ分解法的潮流计算结果，为牛顿-拉夫逊法提供初值。可见，采用本发明提供的电网潮流的计算方法，能够将PQ分解法计算中收敛的潮流计算结果或误差最小的潮流计算结果，作为牛顿-拉夫逊法的初值，从而为牛顿-拉夫逊法提供较优的初值，以便采用牛顿-拉夫逊法对电网潮流进行计算后，能够容易的获得电网潮流计算收敛的计算结果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的电网潮流的计算方法的流程图。
具体实施方式
为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的电网潮流的计算方法进行详细描述。
参阅图1，本发明实施例提供的电网潮流的计算方法包括以下步骤：
步骤1，预设PQ收敛条件和PQ迭代步数，采用PQ分解法对电网潮流进行计算，获取PQ分解法的潮流计算结果，判断PQ分解法的潮流计算结果是否满足PQ收敛条件；
如果不满足，则转入步骤2；如果满足，则转入步骤3；
步骤2，获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，将迭代计算结果作为PQ分解法的潮流计算结果；
步骤3，预设牛顿-拉夫逊收敛条件，将PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值，采用牛顿-拉夫逊法对所述电网潮流进行计算，获取牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果。
具体实施时，在本发明实施例提供的电网潮流的计算方法中，PQ迭代步数是指允许PQ分解法进行迭代计算的最大步数，且PQ收敛条件和PQ迭代步数应由本领域工程人员根据电网潮流计算需要采用的PQ分解法自行设定。在预设PQ收敛条件和PQ迭代步数后，采用PQ分解法对电网潮流进行计算，便能获得PQ分解法的潮流计算结果，此时，判断PQ分解法的潮流计算结果是否满足PQ收敛条件，如果满足，则将PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值；如果不满足，则获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，即比较PQ分解法中每步迭代计算后的累计计算误差，将累计计算误差最小的迭代计算结果作为PQ分解法的潮流计算结果，为牛顿-拉夫逊法提供初值。然后，采用牛顿-拉夫逊法对电网潮流进行计算，获取牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果，完成电网潮流的计算。
通过上述具体实施过程可知，本发明实施例提供的电网潮流的计算方法，在判断出PQ分解法的潮流计算结果满足PQ收敛条件后，将PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值；而在判断出PQ分解法的潮流计算结果未能满足PQ收敛条件后，获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，并将该迭代计算结果作为PQ分解法的潮流计算结果，为牛顿-拉夫逊法提供初值。因此，采用本发明实施例提供的电网潮流的计算方法，能够将PQ分解法计算中收敛的潮流计算结果或误差最小的潮流计算结果，作为牛顿-拉夫逊法的初值，从而为牛顿-拉夫逊法提供较优的初值，以便采用牛顿-拉夫逊法对电网潮流进行计算后，能够容易的获得电网潮流计算收敛的计算结果。
需要说明的是，在电网潮流的计算过程中，通常将电网内的各发电机视作相对应的节点以进行计算，具体的，将有功功率和无功功率均已知的发电机作为PQ节点，而将有功功率和电压幅值均已知的的发电机作为PV节点。
示例性的，电网中发电机的总个数为n个，即电网中节点的总个数对应为n个，其中，PQ节点的个数为m个，PV节点的个数为n-m-1个；此时，电网潮流的计算则是求解如下公式：
其中，Pis为第i个节点的有功功率预设值，Qis为第i个节点的无功功率预设值，Vi为第i个节点的电压幅值，Vj为第j个节点的电压幅值，δi为第i个节点的电压相角，δj为第j个节点的电压相角，Gij为第i个节点和第j个节点之间的电导值，Bij为第i个节点和第j个节点之间的电纳值。
上述实施例中，PQ收敛条件可由本领域工程人员根据电网潮流计算的需要自行设定。本实施例中，将PQ收敛条件具体设定为：其中，ε常选用一个很小的正实数；
ΔPi k为第k步迭代计算后第i个节点的有功功率偏差量，且ΔPi k采用如下公式得到：
为第k步迭代计算后第i个节点的无功功率偏差量，且采用如下公式得到：
其中：Vi k为第k步迭代计算后第i个节点的电压幅值，为第k步迭代计算后第j个节点的电压幅值，为第k步迭代计算后第i个节点的电压相角，为第k步迭代计算后第j个节点的电压相角。
需要补充的是，上述实施例采用的PQ分解法计算过程中的累计计算误差存在多种计算方法，具体可由本领域工程人员根据电网潮流计算的实际需要确定。示例性的，本实施例中，累计计算误差
为了进一步减少电网潮流计算收敛的困难，继续参阅图1，在本发明实施例提供的电网潮流的计算方法中，还包括：
步骤4，判断牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则取消电网中各节点的无功功率限制，转入步骤5；如果满足，则输出电网潮流计算收敛的计算结果；
步骤5，依次执行步骤1-步骤3，判断步骤3中牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则输出电网潮流计算不收敛的计算结果；如果满足，则转入步骤6；
步骤6，恢复电网中各节点的无功功率限制，依次执行步骤1-步骤3，判断步骤3中牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则输出电网潮流计算不收敛的计算结果；如果满足，则输出电网潮流计算收敛的计算结果。
需要说明的是，在电网潮流的计算过程中，通常将各发电机全部作为PV节点进行计算，但是每个PV节点也均存在有对应的无功功率临界值，一般无功功率的临界值包括一个上限值和一个下限值；当某台发电机的无功功率，即某个PV节点的无功功率达到上限值或下限值后，所述PV节点对应转变为PQ节点，继续进行电网潮流的计算。
因此，在本实施例的步骤4中，取消电网中各节点的无功功率限制具体是指取消计算电网中各节点的无功功率，换句话说，也就是不考虑电网中所有发电机的无功功率临界值，将电网中所有发电机一直作为PV节点，对电网潮流进行计算。当步骤4取消电网中各节点的无功功率限制后，在执行步骤5时，本发明实施例提供的电网潮流的计算方法已为牛顿-拉夫逊法的潮流计算提供了更优的初值，如果此时获得的牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果能够满足牛顿-拉夫逊收敛条件，则按照步骤6，恢复电网中各节点的无功功率限制，具体为计算电网中各节点的无功功率，将无功功率超过临界值的节点从PV节点转为PQ节点，对电网潮流进行再次计算，以便校验电网潮流的计算结果是否持续收敛。
由于电网潮流的计算是否收敛，与其计算过程中电网无功功率支撑的大小相关，当取消电网中各节点的无功功率限制后，本发明实施例提供的电网潮流的计算方法能为牛顿-拉夫逊法的潮流计算提供了更优的初值，在很大程度上提高电网潮流计算的收敛性。而且，当取消电网中各节点的无功功率限制后，如果牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果满足牛顿-拉夫逊收敛条件，则恢复电网中各节点的无功功率限制，采用PQ分解法和牛顿-拉夫逊法对电网潮流进行再次计算，以便校验电网潮流的计算结果是否持续收敛，使得电网潮流的计算能够获得更为准确的计算结果。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种电网潮流的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预设PQ收敛条件和PQ迭代步数，采用PQ分解法对电网潮流进行计算，获取PQ分解法的潮流计算结果，判断所述PQ分解法的潮流计算结果是否满足所述PQ收敛条件；
如果不满足，则转入步骤2；如果满足，则转入步骤3；
步骤2，获取PQ分解法计算过程中累计计算误差最小时对应的迭代计算结果，将所述迭代计算结果作为所述PQ分解法的潮流计算结果；
步骤3，预设牛顿-拉夫逊收敛条件，将所述PQ分解法的潮流计算结果作为牛顿-拉夫逊法的初值，采用牛顿-拉夫逊法对所述电网潮流进行计算，获取牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果；
步骤4，判断所述牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足所述牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则取消电网中各节点的无功功率限制，转入步骤5；如果满足，则输出电网潮流计算收敛的计算结果；
步骤5，依次执行步骤1-步骤3，判断所述步骤3中牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足所述牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则输出电网潮流计算不收敛的计算结果；如果满足，则转入步骤6；
步骤6，恢复电网中各节点的无功功率限制，依次执行步骤1-步骤3，判断所述步骤3中牛顿-拉夫逊法的潮流计算结果是否满足所述牛顿-拉夫逊收敛条件；
如果不满足，则输出电网潮流计算不收敛的计算结果；如果满足，则输出电网潮流计算收敛的计算结果。
2.根据权利要求1所述的电网潮流的计算方法，其特征在于，
步骤4中，取消电网中各节点的无功功率限制包括：
取消计算电网中各节点的无功功率，将所述电网中各所述节点作为PV节点，对电网潮流进行计算；
步骤6中，恢复电网中各节点的无功功率限制包括：
计算所述电网中各所述节点的无功功率，将无功功率超过临界值的节点从PV节点转为PQ节点，对电网潮流进行计算；
其中，PV节点是指电网中节点有功功率和节点电压幅值均已知的节点，PQ节点是指电网中节点有功功率和节点无功功率均已知的节点。
3.根据权利要求1所述的电网潮流的计算方法，其特征在于，所述PQ收敛条件为：
其中，ε为正实数，ΔPi k为第k步迭代计算后第i个节点的有功功率偏差量，为第k步迭代计算后第i个节点的无功功率偏差量。
4.根据权利要求3所述的电网潮流的计算方法，其特征在于，
所述ΔPi k采用如下公式得到：
所述采用如下公式得到：
其中：n为电网中节点的个数，Pis为第i个节点的有功功率预设值，Qis为第i个节点的无功功率预设值，Vi k为第k步迭代计算后第i个节点的电压幅值，为第k步迭代计算后第j个节点的电压幅值，为第k步迭代计算后第i个节点的电压相角，为第k步迭代计算后第j个节点的电压相角，Gij为第i个节点和第j个节点之间的电导值，Bij为第i个节点和第j个节点之间的电纳值。
5.根据权利要求1所述的电网潮流的计算方法，其特征在于，步骤2中，所述累计计算误差
其中，n为电网中节点的个数，m为电网中PQ节点的个数，ΔPi k为第k步迭代计算后第i个节点的有功功率偏差量，为第k步迭代计算后第i个节点的无功功率偏差量；
PQ节点是指电网中节点有功功率和节点无功功率均已知的节点。
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