本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)靜態(tài)等值方法領(lǐng)域，具體涉及已知全網(wǎng)數(shù)據(jù)的拓?fù)浞o態(tài)等值理論。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展，各子網(wǎng)之間相互作用日益增強(qiáng)，在對(duì)所研究的子網(wǎng)(內(nèi)網(wǎng))進(jìn)行分析決策時(shí)必須有效考慮互聯(lián)子網(wǎng)(外網(wǎng))的影響。由于電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行管理的特點(diǎn)以及調(diào)度數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺(tái)的相對(duì)滯后等問題，互聯(lián)電網(wǎng)的一體化分析與決策難以實(shí)現(xiàn)，因此可以借助于拓?fù)浞o態(tài)等值理論，將外網(wǎng)的重要影響保留在接入邊界節(jié)點(diǎn)的等值網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)有的拓?fù)浞o態(tài)等值理論主要包括簡(jiǎn)單等值機(jī)法、戴維南等值法、ward等值及其拓展方法和rei等值及其拓展方法。上述方法均保留了潮流信息，卻都未考慮反映某些變量變化時(shí)系統(tǒng)內(nèi)變量之間響應(yīng)的靈敏度信息在等值前后保持一致，使得內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，計(jì)算分析誤差較大。針對(duì)此問題，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出了考慮元件類型全面性與靈敏度一致性的外網(wǎng)靜態(tài)等值方法，不僅在等值過程中保留保留了靈敏度信息，而且在等值網(wǎng)絡(luò)中完整保留了發(fā)電機(jī)、線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷和對(duì)地支路元件以反映各類型元件對(duì)內(nèi)網(wǎng)狀態(tài)變化的不同響應(yīng)，但是該方法求取對(duì)地支路時(shí)仍然沿用ward等值思路，將外網(wǎng)對(duì)地支路幾乎全部集中在邊界節(jié)點(diǎn)處，明顯擴(kuò)大了外網(wǎng)對(duì)地支路對(duì)內(nèi)網(wǎng)的影響。為了精確等值外網(wǎng)對(duì)地支路，現(xiàn)有文獻(xiàn)又通過靈敏度加權(quán)方法得到了單邊界情況下的對(duì)地支路等值參數(shù)以保證外網(wǎng)對(duì)地支路對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)的電壓無(wú)功響應(yīng)一致，但是未討論多邊界情況下如何準(zhǔn)確求解對(duì)地支路參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有拓?fù)浞o態(tài)等值理論的不足，提出一種考慮外網(wǎng)對(duì)地支路和靈敏度信息的多邊界靜態(tài)等值方法，該方法在保留等值元件類型全面性和靈敏度信息一致性的基礎(chǔ)上，通過靈敏度加權(quán)方法準(zhǔn)確求解多邊界情況下的對(duì)地支路參數(shù)，提高外網(wǎng)等值精度，進(jìn)而保證內(nèi)網(wǎng)計(jì)算分析的準(zhǔn)確性。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之技術(shù)方案是：一種考慮外網(wǎng)對(duì)地支路和靈敏度信息的多邊界靜態(tài)等值方法。首先輸入全網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)元件參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和在正常運(yùn)行條件下的潮流計(jì)算結(jié)果，進(jìn)而根據(jù)考慮元件類型全面性與靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法建立等值網(wǎng)絡(luò)，通過靈敏度加權(quán)方法推導(dǎo)多邊界情況下對(duì)地支路參數(shù)大小，再根據(jù)等值前后潮流、靈敏度和功率轉(zhuǎn)移特性一致性求解等值網(wǎng)絡(luò)其他參數(shù)。所述方法的具體步驟如下：

(1)輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

輸入互聯(lián)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括全網(wǎng)各類型元件參數(shù)(全部節(jié)點(diǎn)的對(duì)地導(dǎo)納及連接負(fù)荷功率大小、全部線路的阻抗、對(duì)地電納及其傳輸功率約束條件，全部變壓器的阻抗、對(duì)地導(dǎo)納、變比及其傳輸功率約束條件和全部發(fā)電機(jī)的出力大小及其出力約束條件等)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系及網(wǎng)絡(luò)分區(qū)情況，等值前的互聯(lián)電網(wǎng)分為外部網(wǎng)絡(luò)e，邊界節(jié)點(diǎn)b和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)i)和在正常運(yùn)行條件下的潮流計(jì)算結(jié)果(節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、節(jié)點(diǎn)電壓矩陣與節(jié)點(diǎn)注入電流矩陣)。

(2)建立等值網(wǎng)絡(luò)

基于考慮元件類型全面性與靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法建立等值網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)i和邊界節(jié)點(diǎn)b等值前后不變，外部網(wǎng)絡(luò)e由外部等值網(wǎng)絡(luò)geq替代，等值網(wǎng)絡(luò)示意圖如附圖1所示。bi(i,j＝1,2,…,nb，nb為邊界節(jié)點(diǎn)數(shù))為邊界節(jié)點(diǎn)，geqbi為對(duì)應(yīng)的等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。

外部等值網(wǎng)絡(luò)包含等值對(duì)地支路、等值支路、等值負(fù)荷和等值發(fā)電機(jī)4種元件類型，具體如下：

①yeqb0i為bi處的等值對(duì)地支路導(dǎo)納，表征外網(wǎng)對(duì)地支路在邊界處的等值；

②yeqbij、yeqbi、yeqgij為bi與bj、bi與geqbi、geqbi與geqbj之間的等值支路導(dǎo)納，表征外網(wǎng)線路和變壓器支路在邊界節(jié)點(diǎn)處的等值；

③為bi處的等值注入電流，表征外網(wǎng)負(fù)荷在邊界處的等值；

④為geqbi處的等值發(fā)電機(jī)電壓，表征外網(wǎng)發(fā)電機(jī)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的電壓支撐；seqgi為等值發(fā)電機(jī)出力，表征外網(wǎng)發(fā)電機(jī)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的功率支撐。

(3)求解等值參數(shù)

完成以上兩個(gè)步驟的工作之后，首先通過靈敏度加權(quán)方法推導(dǎo)得出多邊界等值對(duì)地支路導(dǎo)納參數(shù)以有效反映外網(wǎng)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的電壓無(wú)功支撐，進(jìn)而基于潮流、靈敏度和功率轉(zhuǎn)移特性一致性求解其他等值參數(shù)。

1)求解等值對(duì)地支路導(dǎo)納

等值前，邊界節(jié)點(diǎn)bi的電壓與原始外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)ek(k＝1,2,…,ne，ne為外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù))的對(duì)地支路導(dǎo)納ye0k存在靈敏度關(guān)系通過靈敏度加權(quán)方法可以將原始外網(wǎng)對(duì)地支路換算到邊界節(jié)點(diǎn)。通過式(1)求解靈敏度因子α′ik，代入式(2)后加權(quán)得到原始外網(wǎng)對(duì)地支路換算后的等效值y′eqb0i。

式中：為bi電壓；yb0i、ye0k為bi、ek對(duì)地支路導(dǎo)納。

等值后，邊界節(jié)點(diǎn)bi的電壓與邊界節(jié)點(diǎn)bj(j≠i)的等值對(duì)地支路導(dǎo)納yeqb0j之間同樣存在上述靈敏度關(guān)系，通過靈敏度加權(quán)方法可以將等值對(duì)地支路換算到邊界節(jié)點(diǎn)。通過式(3)求解靈敏度因子α″ij，代入式(4)后加權(quán)得到等值對(duì)地支路換算后的等效值y″e(cuò)qb0i。

式中：yeqb0i、yeqb0j為bi、bj等值對(duì)地支路導(dǎo)納。

原始外網(wǎng)對(duì)地支路作用由等值對(duì)地支路等效，因此等值對(duì)地支路換算到邊界節(jié)點(diǎn)處的等效值應(yīng)與原始外網(wǎng)對(duì)地支路換算到邊界節(jié)點(diǎn)處的等效值相等，即y′eqb0i＝y(tǒng)″e(cuò)qb0i，通過式(5)推導(dǎo)求得等值對(duì)地支路導(dǎo)納。

yeqb0＝α^-1*diag(α)*y′eqb0(5)

式中：

2)求解其他等值參數(shù)

基于等值前后靈敏度一致性推導(dǎo)求得式(6)中的等值邊界節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y′ll(lb)(lb)，根據(jù)非對(duì)角線元素求反得到邊界節(jié)點(diǎn)間等值支路導(dǎo)納yeqbij，再?gòu)膶?duì)角線元素中減去其他連接支路導(dǎo)納求解邊界節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)等值發(fā)電機(jī)間的等值支路導(dǎo)納yeqbi。

式中：yll(lx)(ly)為等值前非發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣yll的子矩陣，x、y可取b、e。

基于等值前后潮流一致性推導(dǎo)式(7)、(8)中的邊界等值注入電流矩陣等值發(fā)電機(jī)電壓矩陣得到等值注入電流和等值發(fā)電機(jī)電壓

式中：為等值前非發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)注入電流矩陣的子矩陣；ylg(lx)(gy)為等值前非發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)與發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣ylg的子矩陣，x、y可取b、e；y′lg(lb)(geq)為等值后邊界節(jié)點(diǎn)與等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；為等值前發(fā)電機(jī)外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓矩陣。

基于等值前后功率轉(zhuǎn)移特性一致性推導(dǎo)式(9)中的等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y′geqgeq，根據(jù)其非對(duì)角線元素求反得到等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的支路導(dǎo)納yeqgij。

式中：yxy為等值前節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣，x、y可取b、e；y′xy為等值后節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納子矩陣，x、y可取b、geq。

根據(jù)以上等值參數(shù)推導(dǎo)式(10)中的等值發(fā)電機(jī)出力大小seqgi：

至此，考慮外網(wǎng)對(duì)地支路和靈敏度信息的多邊界靜態(tài)等值方法計(jì)算步驟結(jié)束。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果：

本發(fā)明方法在保留等值元件類型全面性和靈敏度信息一致性的靜態(tài)等值方法基礎(chǔ)上，通過靈敏度加權(quán)方法準(zhǔn)確求解多邊界情況下的對(duì)地支路參數(shù)，避免現(xiàn)有方法擴(kuò)大外網(wǎng)對(duì)地支路對(duì)內(nèi)網(wǎng)影響的問題，精確保留了外網(wǎng)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的電壓無(wú)功支撐，提高了外網(wǎng)等值精度，進(jìn)而有效保證了內(nèi)網(wǎng)計(jì)算分析的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的等值網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖2為ieee57節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)圖。圖中，節(jié)點(diǎn)3、4之間的支路斷開，節(jié)點(diǎn)8、9之間的支路斷開。節(jié)點(diǎn)1-3、9-17、23-28、30-57為內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)22、29為邊界節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4-8、18-21為外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)5、18分別連接導(dǎo)納值為0.1(p.u)的對(duì)地支路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

(1)輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

等值前互聯(lián)電網(wǎng)分為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、邊界節(jié)點(diǎn)和外部網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)集合分別為i＝{1-3、9-17、23-28、30-57}，b＝{22、29}和e＝{4-8、18-21}。首先輸入圖2所示系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括元件參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和在正常運(yùn)行條件下的潮流計(jì)算結(jié)果，潮流計(jì)算結(jié)果主要包括節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、節(jié)點(diǎn)電壓矩陣與節(jié)點(diǎn)注入電流矩陣。節(jié)點(diǎn)3、4之間的支路斷開，節(jié)點(diǎn)8、9之間的支路斷開，外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)5、18分別連接導(dǎo)納值為0.1(p.u)的對(duì)地支路，基準(zhǔn)容量取為100mw，其他數(shù)據(jù)參見ieee57標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

(2)建立等值網(wǎng)絡(luò)

第(1)步完成后，基于考慮元件類型全面性與靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法在該實(shí)施例中建立等值網(wǎng)絡(luò)，該實(shí)施例中存在兩個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)22、29，原始外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)由等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)58、59替代，與邊界節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。外部等值網(wǎng)絡(luò)的等值參數(shù)包括等值對(duì)地支路導(dǎo)納yeqb022、yeqb029，等值支路導(dǎo)納yeqb22,29、yeqb22、yeqb29、yeqg58,59，等值負(fù)荷功率seqb22、seqb29(由等值注入電流求得)，等值發(fā)電機(jī)電壓及等值發(fā)電機(jī)出力seqg58、seqg59。

(3)求解等值參數(shù)

1)求解對(duì)地支路參數(shù)

根據(jù)式(1)、(2)引入靈敏度因子α′5,22、α′18,22、α′5,29、α′18,29，通過靈敏度加權(quán)方式求得外網(wǎng)節(jié)點(diǎn)5、18對(duì)地支路導(dǎo)納換算到邊界節(jié)點(diǎn)22、29處的等效值，其大小分別為y′eqb022＝0.0597i、y′eqb029＝0.3296i。通過式(3)、(4)引入靈敏度因子α″22,29、α″29,22求得等值對(duì)地支路yeqb022、yeqb029換算到邊界節(jié)點(diǎn)22、29處等效值y″e(cuò)qb022、y″e(cuò)qb029的靈敏度加權(quán)表達(dá)式。借助式(5)可以推導(dǎo)求得邊界節(jié)點(diǎn)22、29處的等值對(duì)地支路導(dǎo)納，其大小分別為yeqb022＝0.0366i、yeqb029＝0.3232i。

2)求解其他等值參數(shù)

通過式(6)得到該實(shí)施例中等值后邊界節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y′22,29，其非對(duì)角線元素求反等于邊界節(jié)點(diǎn)22、29間等值支路導(dǎo)納yeqb22,29，再?gòu)膶?duì)角線元素中減去其他連接支路導(dǎo)納即可求解邊界節(jié)點(diǎn)22與等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)58、邊界節(jié)點(diǎn)9與等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)59間的等值支路導(dǎo)納yeqb22、yeqb29。式(7)、(8)用于計(jì)算該實(shí)施例中的等值注入電流和等值發(fā)電機(jī)電壓等值注入電流可以進(jìn)一步求得等值負(fù)荷功率seqb22、seqb29。根據(jù)式(9)推導(dǎo)等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)間的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣y′58,59，其非對(duì)角線元素求反等于等值發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)58、59間等值支路導(dǎo)納yeqg58,59。最后，借助式(10)可以求出等值發(fā)電機(jī)出力seqg58、seqg59。等值網(wǎng)絡(luò)所有參數(shù)均已求得，具體如表1所示。

表1外網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(p.u)

實(shí)驗(yàn)效果

完成以上步驟后，將本發(fā)明方法與其他等值方法運(yùn)用于靜態(tài)安全分析中，考慮線路36-40、線路22-38斷開兩種預(yù)想事故，比較不同方法的節(jié)點(diǎn)電壓幅值和線路無(wú)功功率的誤差大小。在該實(shí)施例中，參與比較的幾種方法如下：

m0：原始全網(wǎng)計(jì)算；

m1：本發(fā)明方法；

m2：考慮元件類型全面性和靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法；

m3：擴(kuò)展ward等值方法。

現(xiàn)定義能反映靜態(tài)安全分析精度的指標(biāo)：相對(duì)誤差e1，該指標(biāo)的數(shù)值越小，說明精度越高。

式中：x為保留全網(wǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)算值；xeq為基于等值網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算值。

1.采用方法m0-m3計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)電壓幅值誤差如表2所示。

表2ieee57節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在m0-m3方法下的節(jié)點(diǎn)電壓幅值誤差

2.采用方法m0-m3計(jì)算得到的線路無(wú)功功率誤差如表3所示。

表3ieee57節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)在m0-m3方法下的線路無(wú)功功率誤差

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：使用本發(fā)明提出的考慮外網(wǎng)對(duì)地支路和靈敏度信息的多邊界靜態(tài)等值方法后，相較于其他等值方法，明顯減小了靜態(tài)安全分析的最大誤差和平均誤差，準(zhǔn)確得出了內(nèi)網(wǎng)在預(yù)想故障下的電壓無(wú)功情況。

綜上所述，本發(fā)明方法提出的考慮外網(wǎng)對(duì)地支路和靈敏度信息的多邊界靜態(tài)等值方法，在保留等值前后潮流、靈敏度一致性和等值元件類型全面性的基礎(chǔ)上，通過靈敏度加權(quán)方法得到等值對(duì)地支路參數(shù)，保留外網(wǎng)對(duì)內(nèi)網(wǎng)的電壓無(wú)功支撐，提高了外網(wǎng)等值精度，從而保證內(nèi)網(wǎng)計(jì)算分析的準(zhǔn)確性。