一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，方法包括：從電力系統(tǒng)提取常規(guī)潮流計算所需的電力系統(tǒng)參數并進行初始化；在常規(guī)潮流計算模型中增加頻率待求變量，建立改進的快速解耦潮流模型，計算待求變量節(jié)點電壓、系統(tǒng)頻率和支路功率的基準狀態(tài)；計算節(jié)點電壓、系統(tǒng)頻率和支路功率的各階半不變量；由Gram-Charlier級數展開，求得待求變量節(jié)點電壓、系統(tǒng)頻率和支路功率的累積概率分布函數和概率密度函數。本發(fā)明將電力系統(tǒng)中不確定性因素對系統(tǒng)頻率的影響以及系統(tǒng)頻率的分布特征包含到概率潮流的分析之中，計算速度快，能為電力系統(tǒng)安全經濟運行分析及穩(wěn)定分析提供更加完整的綜合評估。
【專利說明】一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析領域，更具體地，涉及一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法。
【背景技術】
[0002]潮流計算是根據給定的電網結構、參數和發(fā)電機、負荷等元件的運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參數的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負荷點的功率、樞紐點電壓、平衡點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括電網各母線節(jié)點的電壓幅值和相角，以及各支路的功率分布、網絡的功率損耗等。潮流計算是電力系統(tǒng)的一種基本計算，用來描述電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況，其計算結果是電力系統(tǒng)安全經濟運行分析及穩(wěn)定分析的基礎。
[0003]傳統(tǒng)的確定性潮流只能得到給定運行狀態(tài)下節(jié)點電壓和支路功率的相關信息，潮流計算的結果也是確定的。在實際電力系統(tǒng)中，負荷的波動存在不確定性。隨著近年來風電的大力發(fā)展，風電的間歇性和不確定性受到了重點關注。在“源一網一荷”復雜互動環(huán)境下，負荷變動和可再生電源出力的不確定性使電力系統(tǒng)潮流分布呈現出隨機特性，這種隨機性可能會對電網的安全運行造成影響。概率潮流計算可以考慮到這些不確定性因素，通過概率潮流計算得到研究對象的概率分布結果，能夠分析系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，為系統(tǒng)調度、規(guī)劃等工作提供支持。
[0004]傳統(tǒng)的概率潮流方法只關注節(jié)點電壓和支路功率的概率分布，然而頻率作為衡量電力系統(tǒng)電能質量的重要指標之一，也應當將電力系統(tǒng)中不確定性因素對系統(tǒng)頻率的影響以及系統(tǒng)頻率的分布特征包含概率潮流的分析工作之中。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速隨機潮流計算方法，該方法基于考慮電力系統(tǒng)靜態(tài)特性的快速解耦潮流模型建立改進的概率潮流模型，采用基于半不變量的Gram-Charlier級數展開法進行概率潮流計算，除了節(jié)點電壓和支路功率外，還能夠得到系統(tǒng)頻率的概率分布，可以為電力系統(tǒng)分析提供更加完整的綜合評估。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是，提供一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]S1、從電力系統(tǒng)提取常規(guī)潮流計算所需的電力系統(tǒng)參數并初始化；
[0008]S2、在常規(guī)潮流計算模型中增加頻率待求變量，建立快速解耦潮流模型，結合所述模型計算待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)\、Y0和Ztl,具體包括以下子步驟:
[0009]S21、計算系統(tǒng)當前各節(jié)點的不平衡量，所述不平衡量包括有功功率不平衡量和無功功率不平衡量；[0010]S22、提取計算得到的不平衡量絕對值的最大值，當其小于設定的收斂精度要求值時，執(zhí)行步驟S23 ;當其不小于設定的收斂精度要求值時，進行一次調頻以修正節(jié)點電壓相位、幅值與系統(tǒng)頻率，返回步驟S31 ；
[0011]S23、判斷系統(tǒng)頻率偏差是否滿足給定的頻率偏移要求，若頻率偏差超出頻率偏移要求值，則通過重新整定主調頻機組的空載頻率進行系統(tǒng)二次調頻，返回步驟S21，重復執(zhí)行迭代計算直至系統(tǒng)頻率偏差小于給定的頻率偏移要求值；
[0012]S24、在系統(tǒng)頻率偏差滿足給定的頻率偏移要求后，計算待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)\、Y0和Ztl ；
[0013]S3、計算節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的各階半不變量；
[0014]S4、將待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的累積概率分布函數和概率密度分布函數按照Gram-Charlier級數展開，根據所述待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)Y0, Z0和各階半不變量確定Gram-Charlier級數系數，最終求得待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的累積概率分布函數和概率密度分布函數。
[0015]在本發(fā)明所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法中，所述步驟S21中，有功功率不平衡量計算針對所有節(jié)點進行，有功功率不平衡量APi = Pe1-Pll1-Pi,所述Pei為第i個節(jié)點的發(fā)電機輸出的有功功率，Pm為第i個節(jié)點負荷的有功功率，Pi為第i個節(jié)點的注入有功功率。
[0016]在本發(fā)明所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法中，所述步驟S 2 2中，節(jié)點電壓相位、幅值與系統(tǒng)頻率按照如下方式進行修正:令系統(tǒng)有η個節(jié)點，將第η個節(jié)點設為平衡節(jié)點，所述平衡節(jié)點參與有功功率的迭代，簡化后的修正方程為
【權利要求】
1.一種考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: S1、從電力系統(tǒng)提取常規(guī)潮流計算所需的電力系統(tǒng)參數并初始化； S2、在常規(guī)潮流計算模型中增加頻率待求變量，建立快速解耦潮流模型，結合所述模型計算待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)\、Y0和Ztl,具體包括以下子步驟: S21、計算系統(tǒng)當前各節(jié)點的不平衡量，所述不平衡量包括有功功率不平衡量和無功功率不平衡量； S22、提取計算得到的不平衡量絕對值的最大值，當其小于設定的收斂精度要求值時，執(zhí)行步驟S23 ;當其不小于設定的收斂精度要求值時，進行一次調頻以修正節(jié)點電壓相位、幅值與系統(tǒng)頻率，返回步驟S31 ； S23、判斷系統(tǒng)頻率偏差是否滿足給定的頻率偏移要求，若頻率偏差超出頻率偏移要求值，則通過重新整定主調頻機組的空載頻率進行系統(tǒng)二次調頻，返回步驟S21，重復執(zhí)行迭代計算直至系統(tǒng)頻率偏差小于給定的頻率偏移要求值； S24、在系統(tǒng)頻率偏差滿足給定的頻率偏移要求后，計算待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)\、Y0和Ztl ； S3、計算節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的各階半不變量； S4、將待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的累積概率分布函數和概率密度分布函數按照Gram-Charlier級數展開，根據所述待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的基準狀態(tài)Y0, Z0和各階半不變量確定Gram-Charlier級數系數，最終求得待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z的累積概率分布函數和概率密度分布函數。
2.如權利要求1所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟S21中，有功功率不平衡量計算針對所有節(jié)點進行，有功功率不平衡量APi =Pe1-Ptl1-Pi,所述Pei為第i個節(jié)點的發(fā)電機輸出的有功功率，PDi為第i個節(jié)點負荷的有功功率，Pi為第i個節(jié)點的注入有功功率。
3.如權利要求1或2所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟S22中，節(jié)點電壓相位、幅值與系統(tǒng)頻率按照如下方式進行修正:令系統(tǒng)有η個節(jié)點，將第η個節(jié)點設為平衡節(jié)點，所述平衡節(jié)點參與有功功率的迭代，簡化后的修
正方程為
4.如權利要求1或2所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟S23中，當系統(tǒng)頻率偏差超出頻率偏移要求值，則進行二次頻率調節(jié)，在系統(tǒng)的二次調頻中，平移主調頻機組的功頻特性曲線，按照如下方式重新整定主調頻發(fā)電機組的空載頻率:設二次調頻如主調頻發(fā)電機組的空載頻率為f(|，自動重新整定之后的空載頻率為fc/ ；Pf為主調頻機組在一次調頻后的出力值，APsfe為主調頻機組在二次調頻過程中有功出力的變化值，PPFK—main和PSFK—main分別為主調頻發(fā)電機組在系統(tǒng)二次調頻之前和之后的出力值，滿足PSFK—main=PpFK—main+ Δ Psfe,則由穩(wěn)態(tài)情況下發(fā)電機組一次功頻靜特性公式得到重新整定后的空載頻率
5.如權利要求3所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下子步驟: 531、計算節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z對節(jié)點注入功率變化的靈敏度矩陣R0 和 T0 ； 532、計算各節(jié)點注入功率隨機變量AW的各階矩和各階半不變量； 533、根據靈敏度矩陣R0,Ttl和AW的各階半不變量計算得到節(jié)點電壓、系統(tǒng)頻率和支路功率的各階半不變量Λ Χ(ν)、Λ Υ(ν)和ΛΖ(ν)。
6.如權利要求5所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，
所述步驟 S31 中，
7.如權利要求5所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟 S33 中，
8.如權利要求7所述的考慮電力系統(tǒng)功頻靜特性的快速概率潮流計算方法，其特征在于，所述步驟S4中，待求變量節(jié)點電壓X、系統(tǒng)頻率Y和支路功率Z標準化后的累積概率分布函數F(X)和概率密度f(x)分別為:
【文檔編號】H02J3/00GK103825269SQ201410061785
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】張步涵, 段瑤, 姚建國, 鄧韋斯, 楊勝春, 吳俊利, 丁茂生, 靳冰潔, 王珂, 張凱敏, 別佩, 曾遠方, 李玫 申請人:華中科技大學, 中國電力科學研究院南京分院, 國家電網公司, 國網寧夏電力公司