本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行及其分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于功率梯度分量來檢測電壓穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)：

19世紀(jì)70、80年代法國、瑞典、日本等國家相繼發(fā)生電壓崩潰性事故這些以電壓崩潰特征的電網(wǎng)瓦解事故每次均帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時也引起了社會的極大混亂。電壓穩(wěn)定問題已經(jīng)成為國際工學(xué)界關(guān)注的焦點。電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)有很大進步，早期人們簡單地將電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)問題看作系統(tǒng)過載引起，從而將其視為靜態(tài)問題或者認(rèn)為系統(tǒng)動態(tài)對電壓穩(wěn)定的影響很慢。但是電力系統(tǒng)本質(zhì)上是一個非線性動力學(xué)系統(tǒng)，電壓失穩(wěn)究其實質(zhì)是系統(tǒng)的動態(tài)行為，涉及到了各種元件的動態(tài)特性。因此，電壓穩(wěn)定問題可分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定性與動態(tài)電壓穩(wěn)定性，兩者研究的角度和目的不同。

理論和實踐已證明分岔理論是分析研究非線性動態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效工具。電壓穩(wěn)定的改變實質(zhì)是一種從穩(wěn)態(tài)走向分岔的過程，其外在表現(xiàn)為電壓幅值的振蕩失穩(wěn)或瞬間大幅度跌落。目前，對于靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，學(xué)者們提出了各種指標(biāo)及其方法來評估系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。但是對于動態(tài)電壓穩(wěn)定性問題，由于各種元件動態(tài)模型的建立和其相互影響的復(fù)雜性及其所導(dǎo)致的求解過程中的多維數(shù)問題，動態(tài)電壓穩(wěn)定性還有待進行進一步的研究。

電壓穩(wěn)定性分析方法主要分為三類：

(1)p-v曲線法

這是一種基于物理概念的計算分析。給定系統(tǒng)基態(tài)潮流計算結(jié)果，逐步增加系統(tǒng)負(fù)荷，求出系統(tǒng)各運行點，利用負(fù)荷特性，從而得到反映負(fù)荷實際吸收功率與節(jié)點電壓關(guān)系的一系列(p，v)點，將這些相連便可得到p-v曲線。與功角曲線相似，這條曲線的拐點處被認(rèn)為是電壓穩(wěn)定的分界點，拐點右側(cè)高電壓區(qū)，被認(rèn)為是電壓穩(wěn)定點，拐點左側(cè)低電壓區(qū)被認(rèn)為是電壓不穩(wěn)定點。當(dāng)前系統(tǒng)運行點距離拐點的距離遠(yuǎn)近反映了系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度。然而，在考慮了系統(tǒng)元件的特性后，這一判據(jù)的正確與否值得進一步研究，而且負(fù)荷電壓靜特性、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益對于電壓穩(wěn)定極限點的影響巨大。在某些情況下，系統(tǒng)有可能在p-v曲線的右側(cè)高電壓區(qū)就已失穩(wěn)，也有可能直到p-v曲線的左側(cè)低電壓區(qū)仍能保持電壓穩(wěn)定。利用p-v曲線拐點判斷電壓穩(wěn)定性造成的誤差究竟是偏保守還是偏冒進難以估算。

(2)靈敏度分析法

給定基態(tài)潮流計算結(jié)果，通過增加有功、無功負(fù)荷來獲得電壓幅值和電壓角度的變化量。所有受控變量的敏感度由電壓幅值和電壓角度的敏感度得到，受控變量包括受限的無功源、受限的聯(lián)絡(luò)線傳輸功率、變壓器分接頭的變化等。通過對受控變量的敏感度指標(biāo)進行排序，得出與電壓下降密切相關(guān)的無功源、聯(lián)絡(luò)線等強相關(guān)變量集，同時得出電壓下降最大的節(jié)點集稱為弱節(jié)點集。

靈敏度分析方法可以應(yīng)用于電壓穩(wěn)定的在線監(jiān)控，其中強相關(guān)變量集說明了當(dāng)前系統(tǒng)中影響電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，如哪些發(fā)電機的停運、聯(lián)絡(luò)線的檢修對電壓穩(wěn)定至關(guān)重要。而弱節(jié)點集說明了哪些區(qū)域是電壓不穩(wěn)定，系統(tǒng)最可能首先在這些區(qū)域內(nèi)失穩(wěn)，要對這些弱節(jié)點進行監(jiān)控，同時考慮增加對這些節(jié)點的無功補償。

(3)潮流多解法

潮流解的非唯一性的提法首先在1975年由klos和kerner發(fā)表的專著《thenon-uniquenessofloadflowsolution》中提出，文中提出潮流的解往往是成對出現(xiàn)的，解的個數(shù)隨著負(fù)荷水平的加重而減少，當(dāng)系統(tǒng)接近極限運行狀態(tài)時，將只存在兩個解。在所有這些解中，只有一個解是和電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)相對應(yīng)的，稱為"可運行"的解。其余的解對應(yīng)于電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行點，在電壓穩(wěn)定分析中，這些不穩(wěn)定的解叫做"低電壓解"。但是也有文獻指出，在重負(fù)荷情況下，潮流方程的解由高電壓解轉(zhuǎn)移到低電壓解這一跳躍現(xiàn)象，并未在動態(tài)仿真中出現(xiàn)過，更不曾在實際運行狀態(tài)中觀察到，潮流多解僅僅是潮流方程非線性的數(shù)學(xué)結(jié)果，各解穩(wěn)定與否不取決于解的本身，而取決于電力系統(tǒng)各元件的動態(tài)特性，例如如果考慮負(fù)荷等元件的動態(tài)特性而認(rèn)為是恒阻抗負(fù)荷時，高、低電壓解將都是穩(wěn)定的解。

目前潮流多解研究的主要意義在于為計算系統(tǒng)的極限運行狀態(tài)提供一種簡單方法，多解的個數(shù)及多解之間的距離是反映系統(tǒng)接近極限運行狀態(tài)的指標(biāo)。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包含兩個方面：功角穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性。由于現(xiàn)代控制理論、計算機和計算技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使功角穩(wěn)定性的分析和控制都達(dá)到了比較高的水準(zhǔn)，人們對功角不穩(wěn)定現(xiàn)象和機理都有了比較深刻的認(rèn)識。然而，作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的另一方面——電壓穩(wěn)定問題，雖然幾十年來取得了許多重要的成果，一些電網(wǎng)工程人員研制了電壓穩(wěn)定分析和監(jiān)測應(yīng)用軟件。但隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，新型控制設(shè)備的不斷投入運行以及電力市場化的不斷深入，人們需要更為簡便、準(zhǔn)確的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)(voltagestabilitycriterion，vsc)以及一個能正確估計電壓穩(wěn)定極限(voltagestabilitylimit，vsl)的方法，為電力系統(tǒng)運行提供調(diào)度依據(jù)。

基于穩(wěn)態(tài)潮流方程的靜態(tài)分析方法大多研究平衡點的穩(wěn)定性問題，即把網(wǎng)絡(luò)傳輸極限功率時的系統(tǒng)運行狀態(tài)當(dāng)作靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限狀態(tài)，采用系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流方程進行分析。比較具有代表性的有靈敏度分析法、特征值分析法、模態(tài)分析法、奇異值分解法、連續(xù)潮流法、非線性規(guī)劃法以及零特征根法。以上分析方法本質(zhì)上都是把電力網(wǎng)絡(luò)的潮流極限作為靜態(tài)穩(wěn)定極限點，不同之處在于抓住極限運行狀態(tài)的不同特征作為臨界點的判據(jù)。但極限運行狀態(tài)的求取經(jīng)常因為潮流計算的迭代不收斂。

基于非線性微分方程的動態(tài)分析方法主要包括小擾動分析法和大擾動分析法。其中的小干擾分析法的做法為將描述電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組在當(dāng)前運行點線性化，消去代數(shù)約束后形成系統(tǒng)矩陣，通過該矩陣的特征值和特征向量來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和各元件的作用，其主要難點在于建立簡單而又包括系統(tǒng)主要元件相關(guān)動態(tài)的模型；大干擾分析法主要對電壓穩(wěn)定進行時域仿真研究或者對能量函數(shù)進行提取，然而對于具有復(fù)雜的動態(tài)特性和有損耗的輸電系統(tǒng)而言，并不能保證能量函數(shù)存在，而且時域仿真存在困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決對電壓穩(wěn)定性問題檢測過程中存在的困難，提出一種易于實現(xiàn)、簡單快速的電壓穩(wěn)定性的功率梯度檢測方法(powergradientcriterion,簡寫為pgc)，它在電力系統(tǒng)傳輸路徑的基礎(chǔ)上，通過功率梯度分量，可以快速、簡便地判斷電網(wǎng)的電壓的穩(wěn)定性，并能給出相應(yīng)條件下的電壓穩(wěn)定裕度和整個系統(tǒng)或局部系統(tǒng)電壓最易失去穩(wěn)定性的關(guān)鍵節(jié)點。

該檢測方法用于判別系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性時,稱系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcs表示；該方法用于判別一個局部系統(tǒng)的電壓壓定性時,稱為局部系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcl表示；該方法用于判別一個負(fù)荷電壓穩(wěn)定性時，稱為節(jié)點電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcb表示；該判據(jù)用于判別系統(tǒng)中一個關(guān)鍵節(jié)點的電壓穩(wěn)定性時，用pgcc表示。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

所述電壓穩(wěn)定性控制流程如圖1所示。

首先，通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采集電網(wǎng)運行狀態(tài)相關(guān)量測，獲取電網(wǎng)運行指標(biāo)、系統(tǒng)中電網(wǎng)各結(jié)點的電壓、電流等信息。

其次，在電力系統(tǒng)ems調(diào)度自動化應(yīng)用軟件中，構(gòu)建電壓穩(wěn)定性分析模塊。

進一步的，在其內(nèi)部建立了相應(yīng)的計算功能。

第三，電壓穩(wěn)定極限(vsl)的計算，計算負(fù)荷功率達(dá)到vsl的條件

第四，功率梯度分量的計算。

第五，對功率梯度分量進行辨識，判斷各局部系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點和整個系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點，判斷其電壓穩(wěn)定性。

第六，根據(jù)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度及具體情況，判斷是否下發(fā)調(diào)節(jié)指令，如果本周期無需下發(fā)調(diào)節(jié)指令，則等待下一個控制周期。

本發(fā)明的有益效果是：本方法可用于電壓穩(wěn)定性的在線監(jiān)視和控制，易于實現(xiàn)、計算量較小。同時，本方法對于電壓穩(wěn)定性的判別范圍不但限于局部系統(tǒng)，也適用于整個系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的在線監(jiān)視。

附圖及附圖說明

圖1是電壓穩(wěn)定性控制流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做出進一步說明。一種基于功率梯度分量的電壓穩(wěn)定性檢測方法，它的方法為，

s1.通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采集電網(wǎng)運行狀態(tài)相關(guān)量測，獲取電網(wǎng)運行指標(biāo)、系統(tǒng)中電網(wǎng)各結(jié)點的電壓、電流等信息。

s2.在電力系統(tǒng)ems調(diào)度自動化應(yīng)用軟件中，構(gòu)建電壓穩(wěn)定性分析模塊，在其內(nèi)部構(gòu)建相應(yīng)的計算功能。

s3.電壓穩(wěn)定極限(vsl)的計算，計算負(fù)荷功率達(dá)到vsl的條件。vsl的計算，包括下述兩個子步驟：

s3.1設(shè)某一負(fù)荷節(jié)點k的傳輸功率拉格朗日函數(shù)lk(u,x,y)為：

其中，λ和μ分別是有功平衡方程和無功平衡方程的拉格朗日乘子，plk為系統(tǒng)有功功率，u、x、y為3個變量。

為負(fù)荷節(jié)點集合，內(nèi)所包含的節(jié)點均是負(fù)荷功率能發(fā)生的變化的負(fù)荷節(jié)點，它可能是所有負(fù)荷節(jié)點的集合也可能是某一局部系統(tǒng)所包含的負(fù)荷節(jié)點的集合還可能是整個系統(tǒng)的部分關(guān)鍵節(jié)點的集合甚至只包含一個負(fù)荷節(jié)點。

s3.2計算負(fù)荷功率達(dá)到vsl的條件：

其中，k為無功分量和有功分量的比例系數(shù)，v為節(jié)點電壓，θ為節(jié)點功角。

如將(3)和(4)兩式寫成矩陣方程的形式，有：

其中，λ＝[λ1，λ2，…，λn]^t，為n×1階矢量；

為nl×1階矢量；

a＝[a1，a2，…，an]^t，為n×1階矢量；

0＝[0，0，…，0]^t，為nl×1階矢量。

s4.功率梯度分量的計算，包括下述子步驟：

s4.1給定初始運行條件。

s4.2求解(5)和(6)兩式，并保留最后一次迭代時的雅可比矩陣。

s4.3檢查發(fā)電機節(jié)點的無功功率是否越限，如越限，將其變?yōu)閜q節(jié)點，返回步驟2)。

s4.4確定分別選和一個負(fù)荷節(jié)點。

s4.5計算各負(fù)荷節(jié)點的阻抗分量ge和be:

ge＝(p0+cv+gv2)/v2(8)

be＝(q0+dv+bv2)/v2(9)

其中，c和g為有功功率分量，d和b成為無功功率分量。

s4.6修正雅可比矩陣，修正后的雅可比矩陣[j’]為：

其中，h、n、j、l是考慮綜合負(fù)荷模型時的雅可比矩陣元素。

s4.7形成[j’]的轉(zhuǎn)置矩陣的因子表。

s4.8.對任意負(fù)荷節(jié)點k，令計算(7)式，求出λk和μk，計算出所有負(fù)荷節(jié)點所對應(yīng)的λ和μ。

s4.9該判據(jù)用于判別系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性時,稱系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcs表示；該判據(jù)用于判別一個局部系統(tǒng)的電壓壓定性時,稱為局部系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcl表示；該判據(jù)用于判別一個負(fù)荷電壓穩(wěn)定性時，稱為節(jié)點電壓穩(wěn)定性判據(jù)，用pgcb表示；該判據(jù)用于判別系統(tǒng)中一個關(guān)鍵節(jié)點的電壓穩(wěn)定性時，用pgcc表示。

s5.對功率梯度分量進行辨識，判斷各局部系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點和整個系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點，判斷其電壓穩(wěn)定性。按照下式求出pgc：

或表達(dá)為：

s5.1屬于的各負(fù)荷節(jié)點的pgcs、pgcl、pgcb、pgcc均大于零時，由內(nèi)的各負(fù)荷節(jié)點所組成的系統(tǒng)的電壓是穩(wěn)定的。其中,時，系統(tǒng)電壓是穩(wěn)定的；時，局部系統(tǒng)的電壓是穩(wěn)定的；只包含一個負(fù)荷節(jié)點時，該點電壓是穩(wěn)定的。

s5.2當(dāng)各功率分量pgcs、pgcl、pgcb、pgcc等于零時，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

s5.3當(dāng)各負(fù)荷節(jié)點的功率梯度分量均小于零時，則系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定。

在實際應(yīng)用中，沒必要計算出整個系統(tǒng)各個負(fù)荷節(jié)點的pgc，只須計算出幾個關(guān)鍵點的pgcb，并求出pgcc，用幾個關(guān)鍵節(jié)點的pgcb和pgcc監(jiān)視整個系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，足以滿足電力系統(tǒng)的實際需要。

s6.根據(jù)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定程度及具體情況，判斷是否下發(fā)調(diào)節(jié)指令，如果本周期無需下發(fā)調(diào)節(jié)指令，則等待下一個控制周期。