專利名稱：一種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，而受端系統(tǒng)內(nèi)部主力電廠建設(shè)不足，對(duì)外來(lái)電力的依賴程度越來(lái)越高。此外，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，系統(tǒng)往往運(yùn)行在中負(fù)荷條件下以及由于新型用電設(shè)備的使用，不利于電壓穩(wěn)定的負(fù)荷比例越來(lái)越大。這些因素使得受端系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)甚至導(dǎo)致大停電事故的風(fēng)險(xiǎn)增加。最小電壓穩(wěn)定裕度是通過求取當(dāng)前點(diǎn)在系統(tǒng)最惡劣的變化模式下的穩(wěn)定裕度來(lái)分析系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。盡管在實(shí)際的負(fù)荷變化下系統(tǒng)存在較大的裕度，但若當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的最小電壓穩(wěn)定裕度很小，則意味著系統(tǒng)很可能在某一特定擾動(dòng)下發(fā)生電壓失穩(wěn)。目前，對(duì)最小電壓穩(wěn)定裕度的研究方法主要有一是奇異值分析法，該方法是以雅可比矩陣的零奇異值對(duì)應(yīng)的左特征向量為初始負(fù)荷的增長(zhǎng)方向，用改進(jìn)連續(xù)潮流法搜索這個(gè)方向?qū)?yīng)的電壓崩潰點(diǎn)，再以該崩潰點(diǎn)的雅可比矩陣零奇異值對(duì)應(yīng)的左奇異向量作為新的負(fù)荷增長(zhǎng)方向重新計(jì)算，直到負(fù)荷增長(zhǎng)方向與崩潰點(diǎn)處崩潰點(diǎn)曲面的法線方向重合為止。二是概率分析法，該方法通過統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征，如均值和方差，來(lái)描述負(fù)荷變化的不確定性；利用概率潮流計(jì)算方法確定靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析的初始條件。計(jì)及了更多的負(fù)荷變化信息，更接近于實(shí)際情況。這兩種方法都只適用于靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析，對(duì)于需要考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析，其應(yīng)用受到一定的限制。三是戴維南等值阻抗法，該方法結(jié)合時(shí)域仿真法，可獲得暫態(tài)過程中的動(dòng)態(tài)戴維南等值阻抗以及負(fù)荷阻抗。當(dāng)負(fù)荷等值阻抗等于系統(tǒng)的戴維南等值阻抗時(shí)，作為最小電壓穩(wěn)定裕度點(diǎn)。該方法可用于暫態(tài)電壓穩(wěn)定分析，但由于負(fù)荷等值阻抗等于系統(tǒng)的戴維南等值阻抗僅是電壓失穩(wěn)的充分條件，因此所得的裕度相對(duì)樂觀。從文獻(xiàn)來(lái)看，已有的最小電壓穩(wěn)定裕度算法，有些只適用于靜態(tài)電壓穩(wěn)定分析，有些雖然能用于暫態(tài)穩(wěn)定分析，但所得的裕度偏樂觀。運(yùn)行人員難以從中準(zhǔn)確判斷當(dāng)前系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的程度，從而難以做出正確的判斷和相應(yīng)的對(duì)策，可能導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰，帶來(lái)不良的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要物理意義明確、計(jì)算速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的電壓穩(wěn)定指標(biāo)，基于此提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，該方法得到系統(tǒng)的最速電壓崩潰裕度，運(yùn)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析，利于運(yùn)行人員正確判斷故障后系統(tǒng)的狀態(tài)并采取有效的應(yīng)對(duì)措施。本發(fā)明基于時(shí)域仿真方法，得到故障后系統(tǒng)的所監(jiān)測(cè)負(fù)荷母線對(duì)應(yīng)的戴維南等值參數(shù)，將故障后負(fù)荷母線電壓的負(fù)梯度方向作為約束條件，以負(fù)荷功率為目標(biāo)函數(shù)，通過拉格朗日因子法，構(gòu)造修正目標(biāo)函數(shù)，求取極值點(diǎn)，繼而得到系統(tǒng)的最速電壓穩(wěn)定裕度。
本發(fā)明的目的是采用下述方案予以實(shí)現(xiàn)的—種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，所述方法包括下述步驟A、基于時(shí)域仿真方法，求取故障后系統(tǒng)中需監(jiān)測(cè)的負(fù)荷母線處系統(tǒng)的戴維南等值參數(shù)；B、所述母線電壓負(fù)梯度方向?yàn)槭关?fù)荷的電壓最速下降的方向，即最危險(xiǎn)的負(fù)荷增長(zhǎng)方向；C、以所述系統(tǒng)的傳輸功率為目標(biāo)函數(shù)，以所述母線電壓負(fù)梯度方向?yàn)榧s束條件， 利用拉格朗日因子法，構(gòu)造修正目標(biāo)函數(shù)；D、求所述修正目標(biāo)函數(shù)的駐點(diǎn)，即在約束條件下目標(biāo)函數(shù)的可能極值點(diǎn)，再由可能的極值點(diǎn)中求得目標(biāo)函數(shù)的最大值點(diǎn)以及相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的最大值Pllmax ；E、以負(fù)荷有功功率表征電壓崩潰裕度，計(jì)算所述故障后系統(tǒng)每一時(shí)刻負(fù)荷母線的最速電壓崩潰裕度。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟A中求取故障后負(fù)荷母線處系統(tǒng)戴維南等值參數(shù)的方法，是利用時(shí)域仿真方法，通過每一個(gè)計(jì)算步中生成的網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程求得戴維南等值母線處的綜合阻抗矩陣，再通過補(bǔ)償法來(lái)求解任意一個(gè)負(fù)荷母線處隨時(shí)間變化的系統(tǒng)戴維南等值電勢(shì)和戴維南等值阻抗。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述步驟B中的母線電壓負(fù)梯度方向是最危險(xiǎn)的負(fù)荷增長(zhǎng)方向；當(dāng)負(fù)荷所需的有功功率超過系統(tǒng)的傳輸功率極限時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)生電
權(quán)利要求
1.一種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟A、基于時(shí)域仿真方法，求取故障后系統(tǒng)中需監(jiān)測(cè)的負(fù)荷母線處系統(tǒng)的戴維南等值參數(shù)；B、所述母線電壓負(fù)梯度方向?yàn)槭关?fù)荷的電壓最速下降的方向，即最危險(xiǎn)的負(fù)荷增長(zhǎng)方向；C、以所述系統(tǒng)的傳輸功率為目標(biāo)函數(shù)，以所述母線電壓負(fù)梯度方向?yàn)榧s束條件，利用拉格朗日因子法，構(gòu)造修正目標(biāo)函數(shù)；D、求所述修正目標(biāo)函數(shù)的駐點(diǎn)，即在約束條件下目標(biāo)函數(shù)的可能極值點(diǎn)，再由可能的極值點(diǎn)中求得目標(biāo)函數(shù)的最大值點(diǎn)以及相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的最大值Pllmax ；E、以負(fù)荷有功功率表征電壓崩潰裕度，計(jì)算所述故障后系統(tǒng)每一時(shí)刻負(fù)荷母線的最速電壓崩潰裕度。
2.如權(quán)利要求1所述的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟A中求取故障后負(fù)荷母線處系統(tǒng)戴維南等值參數(shù)的方法，是利用時(shí)域仿真方法，通過每一個(gè)計(jì)算步中生成的網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程求得戴維南等值母線處的綜合阻抗矩陣，再通過補(bǔ)償法來(lái)求解任意一個(gè)負(fù)荷母線處隨時(shí)間變化的系統(tǒng)戴維南等值電勢(shì)和戴維南等值阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B中的母線電壓負(fù)梯度方向是最危險(xiǎn)的負(fù)荷增長(zhǎng)方向；當(dāng)負(fù)荷所需的有功功率超過系統(tǒng)的傳輸功率極限時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)；定義最危險(xiǎn)的負(fù)荷增長(zhǎng)方向?yàn)槭关?fù)荷的電壓最速下降的方向，
4.如權(quán)利要求1所述的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟C中的目標(biāo)函數(shù)是系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β?，即等于?fù)荷的有功功率，所述負(fù)荷的有功功率是關(guān)于負(fù)荷電阻1 和電抗&的二元函數(shù)，用P (Rn, Xn)表示；約束條件為該母線電壓梯度方向?qū)?yīng)的負(fù)荷約束條件，用Φ (Rn, Xn)表示；通過拉格朗日函數(shù)法，構(gòu)造修正目標(biāo)函數(shù)為
5.如權(quán)利要求1所述的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟D中的修正目標(biāo)函數(shù)的駐點(diǎn)通過求解以下方程組得到
6.如權(quán)利要求1所述的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟E中的最速電壓崩潰裕度以負(fù)荷有功功率表征，代表最快速方向的電壓崩潰裕度；求取不同負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的最速電壓崩潰裕度來(lái)篩選系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；假設(shè)當(dāng)前負(fù)荷的有功功率為Po，則當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的最速電壓崩潰裕度Imin為
全文摘要
本發(fā)明一種基于電壓梯度的最速電壓崩潰裕度計(jì)算方法，該方法得到故障后系統(tǒng)的所監(jiān)測(cè)負(fù)荷母線處系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的戴維南等值參數(shù)，將故障后母線電壓的負(fù)梯度方向作為約束條件，以負(fù)荷功率為目標(biāo)函數(shù)，通過拉格朗日因子法，構(gòu)造修正目標(biāo)函數(shù)，求取極值點(diǎn)，繼而得到負(fù)荷母線的最速電壓崩潰裕度。本發(fā)明運(yùn)用于離線以及在線的電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析以及運(yùn)行控制，利于系統(tǒng)運(yùn)行、分析人員辨別故障后系統(tǒng)狀況，采取有效的安全控制措施，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行水平。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102522745SQ201110393688
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者吳萍, 孫華東, 林偉芳, 湯涌 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院