CN113258575A - 交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,进行交直流互联节点多端口等值参数辨识;根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对矩阵进行奇异值分解,确定交直流互联节点最小奇异值指标;采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值表征交直流互联节点处的电压稳定指标,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度,进而确定调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系。本发明能够保证计算的调控灵敏度进行调控满足各个断面下的精度要求。
Description
技术领域
本发明属于交直流互联电网预防控制优化技术领域,具体涉及一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
对交直流互联电网建立预防控制优化模型首先需要获得静态电压稳定指标和调控措施的量化映射关系,交直流互联节点作为交直流互联大电网的关键节点,其对应交流***经过多端口等值可以形成降维等值电路,其为静态电压稳定指标为对应等值***降阶雅可比矩阵最小奇异值。据发明人了解,目前无法确认调控措施与交直流互联节点对应等值***降阶雅可比矩阵最小奇异值的量化解析关系,无法实现调控灵敏度的快速计算。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,本发明能够确定调控措施与交直流互联节点对应等值***降阶雅可比矩阵最小奇异值的量化解析关系,实现调控灵敏度的快速计算,为后续的防控优化奠定理论基础。
根据一些实施例,本发明采用如下技术方案:
一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,包括以下步骤:
进行交直流互联节点多端口等值参数辨识;
根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对矩阵进行奇异值分解,确定交直流互联节点最小奇异值指标;
采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值表征交直流互联节点处的电压稳定指标,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度,进而确定调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系。
作为可选择的实施方式,进行交直流互联节点多端口等值参数辨识的具体过程包括:将PV节点和平衡节点等值为电压源,在对PV节点和平衡节点等值处理以后,基于***的节点阻抗矩阵和节点关联矩阵获得多端口简化等值电路的节点阻抗矩阵,通过多端口简化等值电路的节点导纳矩阵获得等值阻抗,利用端口电压电流的关系获得等值电势,且在计算过程中,根据多端口电路的开路电压按节点间阻抗关联加权累加计算等值模型电源电压。
作为可选择的实施方式,确定交直流互联节点最小奇异值指标的具体过程包括:基于等值电路,根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对降阶雅可比矩阵进行奇异值分解,在电压崩溃点处雅可比矩阵奇异,有一个零奇异值;利用等值电路的降阶雅可比矩阵的最小奇异值来表示交直流互联节点距离静态电压稳定极限点的距离。
作为可选择的实施方式,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度的具体过程包括:确定矩阵最小奇异值和其对应的左奇异向量关系等式,将所述关系等式两侧对相应的调控措施进行求导,再讲求导后的关系等式两侧进行转置并右乘左奇异向量,计算得到相应调控措施对最小奇异值的调控灵敏度。
作为可选择的实施方式,计算调控措施对降阶雅可比矩阵的灵敏度的具体过程包括:计算调控量对开路电压的灵敏度,将其中的直流功率部分根据不同的直流控制方式直接获得,交流功率部分作为调控措施,进而计算调控措施与多端口等值电路的等值电势的灵敏度。
作为可选择的实施方式,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度的具体过程包括:根据调控措施与多端口等值电路的等值电势的灵敏度,结合等值电路电源电压的幅值、相角和实部、虚部的关系,对调控措施求导得到调控措施对等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度。
一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算***,包括:
参数辨识模块,被配置为进行交直流互联节点多端口等值参数辨识;
最小奇异值指标确定模块,被配置为根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对矩阵进行奇异值分解,确定交直流互联节点最小奇异值指标;
灵敏度关系确定模块,被配置为采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值表征交直流互联节点处的电压稳定指标,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度,进而确定调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系。
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法的步骤。
一种终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行上述一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明通过调控灵敏度直接计算得到的调控后最小奇异值和通过潮流计算得到的调控后的最小奇异值之间的相对误差百分比最大值,且按照计算调控后,最小奇异值精度高,能够保证计算的调控灵敏度进行调控满足各个断面下的精度要求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,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。
图1为多端口等值简化交直流***示意图;
图2为不同潮流断面最小奇异值调控误差示意图。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,包括以下步骤:
(1)交直流互联节点静态电压稳定评估
(1.1)交直流互联节点多端口等值参数辨识方法
多端口简化等值电路需要求解的参数包括图1所示的电路中的等值阻抗zth和等值电势Eth。由现有技术(张伯明,陈寿孙,严正.高等电力网络分析[M].清华大学出版社,2007)可知求解思路是首先基于原***的节点阻抗矩阵和节点关联矩阵获得多端口简化等值电路的节点阻抗矩阵Zpe,然后通过多端口简化等值电路的节点导纳矩阵获得等值阻抗zth,最后利用端口电压电流的关系获得等值电势Eth。
在计算中将PV节点和平衡节点等值为电流源无法考虑等效网络中PV节点对端口节点的电压支撑作用,本发明将PV节点和平衡节点等值为电压源。在对PV节点和平衡节点等值处理以后,重新计算得到等值电路节点阻抗矩阵Zpe,进而可以得到等值阻抗zth。
对于单端口等值参数,端口的开路电压即为等值模型中的电源电压,但由于多端口等值模型中各个端口之间存在阻抗互联,多端口的开路电压不再等于等值模型中的电源电压,因此利用现有技术求取的等值模型中的电源电压存在误差。本发明根据多端口电路的开路电压按节点间阻抗关联加权累加计算等值模型电源电压来提高等值参数的精度,具体计算如下式:
(2)交直流互联节点最小奇异值指标
在电压崩溃点处雅可比矩阵奇异,有一个零奇异值。因此,本发明采用图1所示等值电路的降阶雅可比矩阵Jcd的最小奇异值δmin来表示交直流互联节点距离静态电压稳定极限点的距离。
(3)调控措施对互联节点静态电压稳定指标的灵敏度关系推导
交直流互联节点处的电压稳定指标采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值来表征。为求得调控措施对互联节点电压稳定指标的灵敏度关系,本节借鉴交流***最小奇异值调控灵敏度的思想,推导降阶雅可比矩阵最小奇异值的调控灵敏度。
式(1-3)两侧对第j个调控措施rj求导得到下式:
将式(1-4)两侧进行转置并右乘左奇异向量vmin得到:
根据式(1-3)可以把式(1-5)两侧的最后一项消掉,得到调控措施rj对最小奇异值δmin的调控灵敏度:
降阶雅可比矩阵Jcd可以根据潮流断面数据和图1所示等值电路的多端口等值参数直接形成。最小奇异值δmin和其对应的左奇异向量vmin通过Jcd的奇异值分解可以直接获得。调控措施对降阶雅可比矩阵的灵敏度不同于原***的雅可比矩阵对调控措施的灵敏度求解,多端口等值电路对应的节点阻抗矩阵Zpe只和网络结构有关,调控前后保持不变,但等值电路的电源电压与调控措施有关。为求得调控措施对降阶雅可比矩阵的灵敏度需要首先求取调控措施与多端口等值电路的等值电势的灵敏度由式(1-1)可知,欲求需要先求取调控量对开路电压的灵敏度
式中,为端口i的开路电压对多端口的各个端口节点的有功和无功功率的导数; 为对多端口的各个端口节点的电压幅值和相角的导数;p为端口的个数;PM∈Rp×1、QM∈Rp×1、为各个端口节点的有功和无功功率、电压幅值和相角;为节点阻抗矩阵Zpe的i行;式(1-8)-式(1-11)中的矩阵的乘法和除法均为元素的点乘和点除。
式中,和为多端口对应的各个端口节点的电压幅值和电压相角对调控措施j的导数; 为各个端口节点的功率对调控措施j的导数,其中直流功率部分根据不同的直流控制方式直接获得,交流功率部分可以作为调控措施,所以直接将其对应的调控部分设为1即可。
等值电路电源电压的幅值、相角和实部、虚部的关系表示为:
在得到调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度后,即可得到调控措施对降阶雅可比矩阵的灵敏度求得后,根据式(1-6)可以得到rj对降阶雅可比矩阵最小奇异值δmin的调控灵敏度调控后的降阶雅可比矩阵最小奇异值δ'min可以简化为下式表示的线性表达式。
至此,调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系推导完毕。
采用国调的在线数据来验证图1所示的等值电路降阶雅可比矩阵最小奇异值调控灵敏度的精度。将辨识得到的多端口等值参数代入图1所示的交直流等值***,计算其降阶雅可比矩阵最小奇异值,然后运用式(1-6)可以得到降阶雅可比矩阵最小奇异值δmin对rj的调控灵敏度将调控灵敏度中最大的10个调控措施施加摄动量,通过计算调控后潮流最小奇异值变化量得到的调控灵敏度和运用式(1-6)计算得到的调控灵敏度对比如表1所示,其中调控措施以发电机调压和无功补偿为例进行分析。
表1最小奇异值调控灵敏度误差
由表1可以看出通过潮流计算得到的最小奇异值的调控灵敏度和运用式(1-6)计算得到的调控灵敏度基本一致,证明了运用式(1-6)计算降阶雅可比矩阵最小奇异值调控灵敏度的准确性。
为验证依据最小奇异值的调控灵敏度进行调控的实际精度,将国调在线数据中所有的PQ节点功率按照当前断面的比例以0.04作为步长增长得到10个潮流断面,其中PV节点按照当前断面的比例分配增长的功率。在每个潮流断面下,将调控灵敏度最大的50个调控措施在调控范围内随机调控,施加10次随机调控。通过调控灵敏度直接计算得到的调控后最小奇异值和通过潮流计算得到的调控后的最小奇异值之间的相对误差百分比最大值如图2所示。
由图2可以看出采用调控后,通过式(1-6)计算得到的调控后的最小奇异值精度非常高。随着断面负荷的加重,误差稍有增加,但最大值仍小于2%,说明采用式(1-6)计算的调控灵敏度进行调控满足各个断面下的精度要求。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:包括以下步骤:
进行交直流互联节点多端口等值参数辨识;
根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对矩阵进行奇异值分解,确定交直流互联节点最小奇异值指标;
采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值表征交直流互联节点处的电压稳定指标,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度,进而确定调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系。
2.如权利要求1所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:进行交直流互联节点多端口等值参数辨识的具体过程包括:将PV节点和平衡节点等值为电压源,在对PV节点和平衡节点等值处理以后,基于***的节点阻抗矩阵和节点关联矩阵获得多端口简化等值电路的节点阻抗矩阵,通过多端口简化等值电路的节点导纳矩阵获得等值阻抗,利用端口电压电流的关系获得等值电势,且在计算过程中,根据多端口电路的开路电压按节点间阻抗关联加权累加计算等值模型电源电压。
3.如权利要求1所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:确定交直流互联节点最小奇异值指标的具体过程包括:基于等值电路,根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对降阶雅可比矩阵进行奇异值分解,在电压崩溃点处雅可比矩阵奇异,有一个零奇异值;利用等值电路的降阶雅可比矩阵的最小奇异值来表示交直流互联节点距离静态电压稳定极限点的距离。
4.如权利要求1所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度的具体过程包括:确定矩阵最小奇异值和其对应的左奇异向量关系等式,将所述关系等式两侧对相应的调控措施进行求导,再讲求导后的关系等式两侧进行转置并右乘左奇异向量,计算得到相应调控措施对最小奇异值的调控灵敏度。
5.如权利要求1所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:计算调控措施对降阶雅可比矩阵的灵敏度的具体过程包括:计算调控量对开路电压的灵敏度,将其中的直流功率部分根据不同的直流控制方式直接获得,交流功率部分作为调控措施,进而计算调控措施与多端口等值电路的等值电势的灵敏度。
6.如权利要求1所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法,其特征是:计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度的具体过程包括:根据调控措施与多端口等值电路的等值电势的灵敏度,结合等值电路电源电压的幅值、相角和实部、虚部的关系,对调控措施求导得到调控措施对等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度。
7.一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算***,其特征是:包括:
参数辨识模块,被配置为进行交直流互联节点多端口等值参数辨识;
最小奇异值指标确定模块,被配置为根据不同的直流运行方式求取降阶雅可比矩阵,对矩阵进行奇异值分解,确定交直流互联节点最小奇异值指标;
灵敏度关系确定模块,被配置为采用降阶雅可比矩阵的最小奇异值表征交直流互联节点处的电压稳定指标,根据矩阵最小奇异值,计算调控措施对最小奇异值的调控灵敏度,计算调控措施对多端口等值电路电源电压幅值和相角的灵敏度,进而确定调控措施对互联节点对应的降阶雅可比矩阵最小奇异值的灵敏度关系。
8.一种计算机可读存储介质,其特征是:其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法的步骤。
9.一种终端设备,其特征是:包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种交直流互联节点静态电压稳定指标调控灵敏度计算方法的步骤。
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