CN109524960A - 自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自治‑协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，属于电力***安全和控制技术领域。首先根据相量量测单元量测出的信息，对电力***进行戴维南等值；然后***级辨识出负荷转移系数，求出电压崩溃点时刻及对应等值参数信息，下发至本地级；最后本地级求解出静态电压稳定裕度值，进行电压稳定判断。本发明方法充分利用相量量测单元实时量测出的状态信息，将电力***简化为戴维南等值模型，在电力***级计算电压崩溃点时刻的等值模型参数下发给本地级，在本地级结合本地状态快速计算出极限传输功率，从而充分协同本地级和***级，合理分配计算任务，实现快速准确的两级分布式静态电压稳定判断。

Description

自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法
技术领域
本发明涉及一种自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，属于电力***安全和控制技术领域。
背景技术
近年来，电压稳定问题已经成为电网调度运行中的主要威胁之一，因此研究电压稳定判断方法对我国电网十分重要。集中式的电压稳定判断方法需要电网全局的量测信息，通讯和计算的负担大，无法保证实时地给出电压稳定的判断结果。而传统分布式静态电压稳定判断方法仅采集本地量测信息，并没有充分考虑到大电网运行状态的变化，极端情况下可能给出过于乐观的电压稳定判断结果，给电力***的安全运行带来威胁。
发明内容
本发明的目的是提出一种自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，通过电力***级协调和本地级自律，实现快速、可信的电力***两级分布式静态电压的稳定判断。
本发明提出的自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，包括以下步骤：
(1)在电力***的第l节点，根据电力***中的相量量测单元实时量测的电力***运行状态，利用可变遗忘因子递推最小二乘法，辨识下述方程中的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq：
其中，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，由电力***中相量量测单元实时量测得到，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部，Eeq,r、Eeq,i、Req和Xeq为需要辨识的参数；
(2)根据上述辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，对当前电力***的结构变化进行判断，并根据判断结果，发出报警信号，包括以下步骤：
(2-1)根据步骤(1)辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，并利用电力***中相量量测单元实时量测的第l节点在量测时刻t的电流相量计算第l节点在量测时刻t的电压向量的实部和虚部的估计值和
其中，和为第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部；
(2-2)根据上述估计值和和第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部计算可信性指标R1：
其中，NT为计算可信性指标时采用的相量量测单元的量测断面个数，由调度中心运行人员设定，取值范围为10至50；
(2-3)根据上述可信性指标R1，对当前电力***的结构变化状态进行判断，若R1大于等于0.95，则判定电力***未处于结构快速变化阶段，进行步骤(3)，若R1小于0.95，则判定电力***处于结构快速变化阶段，发出报警信号；
(3)建立一个电力***中除第l节点以外的其他节点的负荷转移系数Wk辨识方程：
其中，D为电力***中所有节点的集合，表示电力***中第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，由相量量测单元实时量测得到，为量测时刻t+1的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)辨识得到，Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，为未知数；
(4)重复步骤(1)-步骤(3)，得到N个负荷转移系数Wk辨识方程，使N≥Nk，Nk为电力***中除l节点以外的其他节点个数，利用多元线性回归拟合方法，求解得到Nk个节点向第l节点的负荷转移系数Wk；
(5)根据上述步骤(4)的负荷转移系数Wk，在电力***调度中心求解电力***电压崩溃点时刻，包括以下步骤：
(5-1)建立一个电力***戴维南等值模型的内阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测起始时刻的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)预估计得到；Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，由步骤(4)求解得到，表示第k节点在量测起始时刻的复功率，表示第k节点在量测起始时刻的电压相量，表示第l节点在量测起始时刻的电压相量，由相量量测单元历史量测得到，表示第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，根据下述灵敏度计算方程得到：
其中，灵敏度由电力***调度中心计算得到，Cupkd为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压灵敏度，Cuqkd为第d节点的无功功率变化对于第k节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，为第d节点d的无功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，Cupld为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，Cuqld为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，d为电力***中任意一个节点，ΔPd为第d节点的有功功率单位时间变化量，ΔQd为第d节点的无功功率单位时间变化量，为第k节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定，为量测起始时刻第k节点电压的相角；
(5-2)建立电力***第l节点内部阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，表示第l节点在t时刻的复功率，按下式计算：
其中，表示第l节点在量测起始时刻的复功率，为第l节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定；
(5-3)根据电压崩溃点时刻电力***的内外阻抗模相等的原理，得到以下方程，利用牛顿法求解该方程，得到电力***电压崩溃点时刻tcrit；
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数关系计算得到，为第l节点在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-2)中的函数关系计算得到；
(6)根据下式，得到电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内电势并将电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势下发给第l节点：
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的电压相量，由步骤(5-1)中的灵敏度计算方程计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的内部阻抗，由步骤(5-2)中的函数计算得到；
(7)根据上述得到的电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势利用下式计算得到第l节点极限传输负荷Plcrit，
其中，βl为量测起始时刻的内部阻抗角，为量测起始时刻第k节点的电压相角；
进而得到第l节点处的静态电压稳定裕度值Pmargin＝Plcrit-P0，其中P0为量测起始时刻第l节点负荷量；
(8)将第l节点的静态电压稳定裕度值Pmargin与量测时刻第l节点的负荷增长量Pl t-P0进行比较，若Pl t-P0小于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压稳定；若Pl t-P0大于或等于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压不稳定，实现自治-协调的两级分布式静态电压稳定判断。
本发明提出的自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，其优点是：
本发明充分利用相量量测单元实时量测出的状态信息，将电力***简化为戴维南等值模型，在***级计算电压崩溃点时刻的等值模型参数下发给本地级，在本地级结合本地状态快速计算出极限传输功率，从而充分协同本地级和***级，合理分配计算任务，实现快速准确的两级分布式静态电压稳定判断。
具体实施方式
本发明提出的一种自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，包括以下步骤：
(1)在电力***的第l节点，根据电力***中的相量量测单元实时量测的电力***运行状态，利用可变遗忘因子递推最小二乘法，辨识下述方程中的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq：
其中，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，由电力***中相量量测单元实时量测得到，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部，Eeq,r、Eeq,i、Req和Xeq为需要辨识的参数；
(2)根据上述辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，对当前电力***的结构变化进行判断，并根据判断结果，发出报警信号，包括以下步骤：
(2-1)根据步骤(1)辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，并利用电力***中相量量测单元实时量测的第l节点在量测时刻t的电流相量计算第l节点在量测时刻t的电压向量的实部和虚部的估计值和
其中，和为第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部；
(2-2)根据上述估计值和和第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部计算可信性指标R1：
其中，NT为计算可信性指标时采用的相量量测单元的量测断面个数，由调度中心运行人员设定，取值范围为10至50，本发明的一个实施例中，取值为20；
(2-3)根据上述可信性指标R1，对当前电力***的结构变化状态进行判断，若R1大于等于0.95，则判定电力***未处于结构快速变化阶段，进行步骤(3)，若R1小于0.95，则判定电力***处于结构快速变化阶段，发出报警信号；
(3)建立一个电力***中除第l节点以外的其他节点的负荷转移系数Wk辨识方程：
其中，D为电力***中所有节点的集合，表示电力***中第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，由相量量测单元实时量测得到，为量测时刻t+1的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)辨识得到，Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，为未知数；
(4)重复步骤(1)-步骤(3)，得到N个负荷转移系数Wk辨识方程，使N≥Nk，Nk为电力***中除l节点以外的其他节点个数，利用多元线性回归拟合方法，求解得到Nk个节点向第l节点的负荷转移系数Wk；
(5)根据上述步骤(4)的负荷转移系数Wk，在电力***调度中心求解电力***电压崩溃点时刻，包括以下步骤：
(5-1)建立一个电力***戴维南等值模型的内阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测起始时刻的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)预估计得到；Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，由步骤(4)求解得到，表示第k节点在量测起始时刻的复功率，表示第k节点在量测起始时刻的电压相量，表示第l节点在量测起始时刻的电压相量，由相量量测单元历史量测得到，表示第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，根据下述灵敏度计算方程得到：
其中，灵敏度由电力***调度中心计算得到，Cupkd为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压灵敏度，Cuqkd为第d节点的无功功率变化对于第k节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，为第d节点d的无功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，Cupld为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，Cuqld为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，d为电力***中任意一个节点，ΔPd为第d节点的有功功率单位时间变化量，ΔQd为第d节点的无功功率单位时间变化量，为第k节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定，为量测起始时刻第k节点电压的相角；
(5-2)建立电力***第l节点内部阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，表示第l节点在t时刻的复功率，按下式计算：
其中，表示第l节点在量测起始时刻的复功率，为第l节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定；
(5-3)根据电压崩溃点时刻电力***的内外阻抗模相等的原理，得到以下方程，利用牛顿法求解该方程，得到电力***电压崩溃点时刻tcrit；
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数关系计算得到，为第l节点在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-2)中的函数关系计算得到；
(6)根据下式，得到电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内电势并将电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势下发给第l节点：
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的电压相量，由步骤(5-1)中的灵敏度计算方程计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的内部阻抗，由步骤(5-2)中的函数计算得到；
(7)根据上述得到的电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势利用下式计算得到第l节点极限传输负荷Plcrit，
其中，βl为量测起始时刻的内部阻抗角，为量测起始时刻第k节点的电压相角；
进而得到第l节点的静态电压稳定裕度值Pmargin＝Plcrit-P0，其中P0为量测起始时刻第l节点负荷量；
(8)将第l节点的静态电压稳定裕度值Pmargin与量测时刻第l节点的负荷增长量Pl t-P0进行比较，若Pl t-P0小于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压稳定；若Pl t-P0大于或等于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压不稳定，实现自治-协调的两级分布式静态电压稳定判断。

Claims (1)

1.一种自治-协调的电力***两级分布式静态电压稳定判断方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)在电力***的第l节点，根据电力***中的相量量测单元实时量测的电力***运行状态，利用可变遗忘因子递推最小二乘法，辨识下述方程中的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq：
其中，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部，和为电力***中第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，由电力***中相量量测单元实时量测得到，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部，Eeq,r、Eeq,i、Req和Xeq为需要辨识的参数；
(2)根据上述辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，对当前电力***的结构变化进行判断，并根据判断结果，发出报警信号，包括以下步骤：
(2-1)根据步骤(1)辨识得到的戴维南等值模型的内电势和内电抗Zeq，并利用电力***中相量量测单元实时量测的第l节点在量测时刻t的电流相量计算第l节点在量测时刻t的电压向量的实部和虚部的估计值和
其中，和为第l节点在量测时刻t的电流相量的实部和虚部，Eeq,r和Eeq,i为戴维南等值模型的内电势的实部和虚部，Req和Xeq为戴维南等值模型的内电抗Zeq的实部和虚部；
(2-2)根据上述估计值和和第l节点在量测时刻t的电压相量的实部和虚部计算可信性指标R1：
其中，NT为计算可信性指标时采用的相量量测单元的量测断面个数，由调度中心运行人员设定，取值范围为10至50；
(2-3)根据上述可信性指标R1，对当前电力***的结构变化状态进行判断，若R1大于等于0.95，则判定电力***未处于结构快速变化阶段，进行步骤(3)，若R1小于0.95，则判定电力***处于结构快速变化阶段，发出报警信号；
(3)建立一个电力***中除第l节点以外的其他节点的负荷转移系数Wk辨识方程：
其中，D为电力***中所有节点的集合，表示电力***中第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的复功率，表示第k节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t+1的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，由相量量测单元实时量测得到，为量测时刻t+1的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)辨识得到，Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，为未知数；
(4)重复步骤(1)-步骤(3)，得到N个负荷转移系数Wk辨识方程，使N≥Nk，Nk为电力***中除l节点以外的其他节点个数，利用多元线性回归拟合方法，求解得到Nk个节点向第l节点的负荷转移系数Wk；
(5)根据上述步骤(4)的负荷转移系数Wk，在电力***调度中心求解电力***电压崩溃点时刻，包括以下步骤：
(5-1)建立一个电力***戴维南等值模型的内阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，为量测时刻t的电力***戴维南等值模型的内电抗，为量测起始时刻的电力***戴维南等值模型的内电抗，由步骤(1)预估计得到；Wk是第k个节点向第l节点的负荷转移系数，由步骤(4)求解得到，表示第k节点在量测起始时刻的复功率，表示第k节点在量测起始时刻的电压相量，表示第l节点在量测起始时刻的电压相量，由相量量测单元历史量测得到，表示第k节点在量测时刻t的复功率，表示第k节点在量测时刻t的电压相量，表示第l节点在量测时刻t的电压相量，根据下述灵敏度计算方程得到：
其中，灵敏度由电力***调度中心计算得到，Cupkd为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压灵敏度，Cuqkd为第d节点的无功功率变化对于第k节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，为第d节点d的无功功率变化对于第k节点的电压相角的灵敏度，Cupld为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，Cuqld为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压的灵敏度，为第d节点的有功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，为第d节点的无功功率变化对于第l节点的电压相角的灵敏度，d为电力***中任意一个节点，ΔPd为第d节点的有功功率单位时间变化量，ΔQd为第d节点的无功功率单位时间变化量，为第k节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定，为量测起始时刻第k节点电压的相角；
(5-2)建立电力***第l节点内部阻抗与量测时刻t的函数关系如下：
其中，表示第l节点在t时刻的复功率，按下式计算：
其中，表示第l节点在量测起始时刻的复功率，为第l节点的复功率单位时间变化量，由电力***调度中心设定；
(5-3)根据电压崩溃点时刻电力***的内外阻抗模相等的原理，得到以下方程，利用牛顿法求解该方程，得到电力***电压崩溃点时刻tcrit；
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数关系计算得到，为第l节点在电压崩溃点时刻tcrit的内阻抗，由步骤(5-2)中的函数关系计算得到；
(6)根据下式，得到电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内电势并将电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势下发给第l节点：
其中，为电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗，由步骤(5-1)中的函数计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的电压相量，由步骤(5-1)中的灵敏度计算方程计算得到；为第l节点在电压崩溃点时刻的内部阻抗，由步骤(5-2)中的函数计算得到；
(7)根据上述得到的电力***戴维南等值模型在电压崩溃点时刻的内阻抗和内电势利用下式计算得到第l节点极限传输负荷Plcrit，
其中，βl为量测起始时刻的内部阻抗角，为量测起始时刻第k节点的电压相角；
进而得到第l节点处的静态电压稳定裕度值Pmargin＝Plcrit-P0，其中P0为量测起始时刻第l节点负荷量；
(8)将第l节点的静态电压稳定裕度值Pmargin与量测时刻第l节点的负荷增长量Pl t-P0进行比较，若Pl t-P0小于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压稳定；若Pl t-P0大于或等于静态电压稳定裕度值Pmargin，则判定电力***静态电压不稳定，实现自治-协调的两级分布式静态电压稳定判断。
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