一種計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率注入和電網(wǎng)拓?fù)涞妮旊娔芰υu估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，特別涉及一種計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率注入和電網(wǎng)拓 撲的輸電能力評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，用電需求高速增長，負(fù)荷需求 增大迫使電網(wǎng)輸送量隨之增大，使得越來越多的輸電線路運(yùn)行在輸電極限的邊緣，增加了 電力系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性。另外，加上近年來世界各地的電力系統(tǒng)中發(fā)生的大停電事故，讓 接近運(yùn)行極限的電網(wǎng)更是危機(jī)重重。因此如何在保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上， 提高電網(wǎng)輸送能力，盡可能地滿足各區(qū)域用電負(fù)荷需求，成為近幾年來電力工程界的研究 熱點(diǎn)。
[0003] 對于一個(gè)大型的互聯(lián)電力系統(tǒng)，對其輸電能力的準(zhǔn)確計(jì)算不僅可以作為電力系統(tǒng) 安全、可靠運(yùn)行的一個(gè)重要測度，也可以為電網(wǎng)規(guī)劃與擴(kuò)建改造提供重要依據(jù)。然而隨著負(fù) 荷的增長，由于線路建設(shè)的速度不能隨著負(fù)荷增長成正比例增加，也就是說電網(wǎng)建設(shè)的速 度往往滯后于負(fù)荷增長的速度，負(fù)荷增長與網(wǎng)架建設(shè)之間的不匹配性使電網(wǎng)的輸電能力不 斷地被削弱，而目前對于這種情況下電網(wǎng)輸電能力的計(jì)算缺乏有效的工具。本發(fā)明中提出 的的方法能夠有效評估這種情況下的輸電能力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 電力系統(tǒng)是由人工建立起來的一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，簡單說來，可以將電力系統(tǒng)中的發(fā) 電機(jī)、母線等看成節(jié)點(diǎn)，將傳輸線路看成邊，則電力系統(tǒng)可以抽象為一個(gè)由很多節(jié)點(diǎn)和邊組 成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，對于一個(gè)具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)，將這N個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來的最少的邊的數(shù) 目為N-I，與此相對應(yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)具有樹形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在無向圖中常被稱作生成樹。很顯 然，生成樹網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)很有效的網(wǎng)絡(luò)，通常情況下電力網(wǎng)絡(luò)中建設(shè)更多的傳輸線路，則 傳輸能力也將提高。本發(fā)明中正是基于這一點(diǎn)，定義了空間特征長度比（SCLR)指標(biāo)去量化 新增傳輸線路后的網(wǎng)絡(luò)相對于最小生成樹網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的影響。此外，在計(jì)算指標(biāo)SCLR的過 程中，不僅考慮了從發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到其供電的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離信息，這一點(diǎn)在 以往的很多研究中都曾提到過，還考慮了這兩點(diǎn)之間通過某條路徑所傳輸?shù)墓β手?。所?從這一點(diǎn)來說本發(fā)明中提出的指標(biāo)SCLR可以更好的反映電網(wǎng)的輸電能力。
[0005] 電力系統(tǒng)的輸電能力是一個(gè)受眾多因素影響的物理量，包括負(fù)荷水平、負(fù)荷分布、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、發(fā)電調(diào)度等。從總體上講，電力系統(tǒng)的輸電能力可以理解為通過電力網(wǎng)絡(luò)從源節(jié) 點(diǎn)（發(fā)出功率的節(jié)點(diǎn)）到目的節(jié)點(diǎn)（吸收功率的節(jié)點(diǎn)）之間傳輸?shù)挠泄β实淖畲笾怠?br>[0006] 電網(wǎng)中任意某個(gè)發(fā)電機(jī)及節(jié)點(diǎn)到其供電的負(fù)荷之間的詳細(xì)信息可以通過潮流追 蹤來獲得。潮流追蹤即是對某個(gè)特定的電網(wǎng)，通過分析計(jì)算，明確某個(gè)特定的負(fù)荷是由哪些 發(fā)電機(jī)供電的、某個(gè)特定的發(fā)電機(jī)的功率送給了哪些負(fù)荷，以及這兩個(gè)過程是通過哪些輸 電元件完成的。通過潮流追蹤可以得到電力系統(tǒng)中潮流分布的詳細(xì)情況，并依次能夠判斷 出向關(guān)鍵負(fù)荷送電的發(fā)電機(jī)和支路，可以依次制定合理的發(fā)電機(jī)出力分布策略和對電網(wǎng)進(jìn) 行合理的擴(kuò)建，以保障網(wǎng)絡(luò)的輸電能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率注入和電網(wǎng)拓?fù)涞?輸電能力評估方法，該方法能夠在電網(wǎng)中負(fù)荷變化時(shí)或網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變時(shí)有效評估電 網(wǎng)的輸電能力。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率注入和電網(wǎng)拓?fù)涞妮旊娔芰?評估方法，其包括如下步驟：
[0009] A、基于圖論知識與潮流追蹤技術(shù)建立名為空間特征長度比（SCLR)的指標(biāo)來表征 電網(wǎng)傳輸能力，其中，
[0011] 式中分子為正常網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對之間加權(quán)最小路徑的路徑功率乘以路徑阻抗 的平均值，分母為最小生成樹網(wǎng)絡(luò)中的相應(yīng)值，此處每對節(jié)點(diǎn)包括且僅包括一個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié) 點(diǎn)和一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；式中m代表正常網(wǎng)絡(luò)中存在路徑的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn) 對數(shù)，η代表最小生成樹網(wǎng)絡(luò)中存在路徑的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)對數(shù)；PjP X i 為第i對發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間對應(yīng)的加權(quán)最短路徑的路徑功率和路徑阻抗；含有上 標(biāo)MST的量為最小生成樹網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)值；
[0012] B、計(jì)算正常網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對之間加權(quán)最小路徑的路徑功率乘以路徑阻抗的平 均值，以求解SCLR的分子；
[0013] C、計(jì)算最小生成樹網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對之間加權(quán)最小路徑的路徑功率乘以路徑阻 抗的平均值，以求解SCLR的分母；
[0014] D、綜合步驟B與步驟C的結(jié)果，求取輸電能力指標(biāo)SCLR。
[0015] 本發(fā)明的方法主要結(jié)合圖論與電力系統(tǒng)相關(guān)的知識，定義了表征電網(wǎng)輸電能力的 指標(biāo)SCLR，并詳細(xì)介紹了求取該指標(biāo)的計(jì)算過程。圍繞著電網(wǎng)中總的功率注入變化時(shí)網(wǎng)絡(luò) 的輸電能力也會變化，對某一特定的電網(wǎng)在原有功率水平的基礎(chǔ)上，通過在不同的功率增 長模式下不斷修改總的功率增量，并多次計(jì)算指標(biāo)SCLR來模擬實(shí)際系統(tǒng)中隨著時(shí)間的推 移網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)出力與負(fù)荷變化時(shí)輸電能力發(fā)生變化的情形，，得到電網(wǎng)中的功率變化 與輸電能力變化之間的關(guān)系。此外，在保持節(jié)點(diǎn)注入功率不變時(shí)，修改網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比 如網(wǎng)絡(luò)中增多一條輸電線路，得出了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化與輸電能力之間的關(guān)系。此方法具 有物理意義明確、指標(biāo)定義合理、考慮因素全面等優(yōu)點(diǎn)?？梢詾殡娋W(wǎng)規(guī)劃人員合理地?cái)U(kuò)建電 網(wǎng)提供依據(jù)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】，步驟B包括如下步驟：
[0017] B1、讀取待分析電網(wǎng)的網(wǎng)架信息數(shù)據(jù)，并計(jì)算直流潮流；
[0018] B2、根據(jù)待分析電網(wǎng)的直流潮流結(jié)果，以每條支路上流過的功率作為邊的權(quán)值，對 此網(wǎng)絡(luò)建立其潮流傳輸?shù)募訖?quán)有向圖；
[0019] B3、采用潮流追蹤技術(shù)，對步驟Bl中建立的加權(quán)有向圖進(jìn)行潮流追蹤，得到從每 個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到其供電的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的所有路徑以及這些路徑的詳細(xì)信息，包括路 徑所經(jīng)過的輸電元件、路徑傳輸?shù)墓β手?、路徑的阻抗信息?br>[0020] B4、根據(jù)步驟B3中潮流追蹤的結(jié)果，選出待分析電網(wǎng)中從每個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到 其供電的負(fù)荷之間的加權(quán)最小路徑；
[0021] B5、根據(jù)步驟M中選出的加權(quán)最小路徑計(jì)算輸電能力指標(biāo)SCLR的分子。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】，步驟C包括如下步驟：
[0023] Cl、以輸電線路的電抗作為邊的權(quán)值，對待分析電網(wǎng)建立其對應(yīng)的加權(quán)無向圖，并 求此加權(quán)無向圖對應(yīng)的最小生成樹網(wǎng)絡(luò)。
[0024] C2、對求得的最小生成樹網(wǎng)絡(luò)計(jì)算直流潮流；
[0025] C3、根據(jù)最小生成樹網(wǎng)的直流潮流結(jié)果，以最小生成樹網(wǎng)中每條支路上流過的功 率作為邊的權(quán)值，對此網(wǎng)絡(luò)建立其潮流傳輸?shù)募訖?quán)有向圖；
[0026] C4、采用潮流追蹤技術(shù)，對步驟C3中建立的加權(quán)有向圖進(jìn)行潮流追蹤，得到從每 個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到其供電的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的所有路徑以及這些路徑的詳細(xì)信息，包括路 徑所經(jīng)過的輸電元件、路徑傳輸?shù)墓β手怠⒙窂降淖杩剐畔ⅲ?br>[0027] C5、根據(jù)步驟C4中潮流追蹤的結(jié)果求電網(wǎng)輸電能力指標(biāo)SCLR的分母。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】，潮流追蹤技術(shù)為：對某個(gè)確定的電網(wǎng)，通過分析和 計(jì)算，明確某個(gè)特定的負(fù)荷是由哪些發(fā)電機(jī)供電的、某個(gè)特定的發(fā)電機(jī)的功率送給了哪些 負(fù)荷，以及這兩個(gè)過程是通過哪些輸電元件完成的。通過潮流追蹤技術(shù)搜尋得到電網(wǎng)中每 對發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到其供電的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的所有路徑的詳細(xì)信息，包括每條路徑所經(jīng)過 的輸電元件、路徑傳輸?shù)墓β手?、路徑的阻抗?br>[0029] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】，步驟M中所述的加權(quán)最小路徑為：某對節(jié)點(diǎn)之間 的所有的路徑中路徑上傳輸?shù)墓β首畲笄衣窂阶杩棺钚〉穆窂健?br>[0030] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實(shí)施方式】，可根據(jù)下式來選出步驟M中所述的從每個(gè)發(fā)電 機(jī)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到其供電的負(fù)荷之間的加權(quán)最小路徑：
[0032] 式中，P1R表任意某對節(jié)點(diǎn)之間某一路徑上傳輸?shù)墓β手?，X1為此條路徑對應(yīng)的 阻抗。W 1為此條路徑對應(yīng)的加權(quán)值。因此加權(quán)最小路徑可以通過路徑阻抗與路徑功率倒 數(shù)的乘積選出，即為W1值最小的一條路徑。
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