一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值方法及装置

摘要

本申请公开了一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值方法及等值装置，首先获取直接参数，然后根究直接参数计算间接参数，并根据直接参数和间接参数构建仿真模型，该仿真模型为电压源串联阻抗形式向内部系统网络供电。以此为基础可以很快对内部系统网络进行仿真，从而能够加快仿真进程，提高了工作效率。

说明书

技术领域

本申请涉及电力技术领域，更具体地说，涉及一种基于边界节点实测信 息的两端口网络等值方法及装置。

背景技术

目前在对交直流大电网的事故进行暂态分析时，主要通过PSCAD /EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真工具对事故进行仿真和分析。如果对实际电 力系统进行全面的电磁暂态仿真，往往费时费力。而且在对电力系统进行暂 态分析时，一般也只是对其中的某一部分相关变量的暂态变化过程感兴趣， 因此，为了提高暂态仿真过程的效率，可以只对感兴趣的部分网络进行详细 的仿真，这部分网络称为内部系统网络；而对于其余部分网络进行简化等值 而加快其仿真进程，这部分网络称为外部系统网络。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值方 法及装置，用于对外部系统网络进行简化等值，构建仿真模型，以加快对内 部系统网络的仿真进程。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值方法，包括：

获取外部系统网络的边界节点的直接参数；

将所述直接参数代入预设的方程组，计算得到间接参数；

根据所述直接参数和所述间接参数构建仿真模型。

优选的，所述直接参数包括所述边界节点的节点电压相量和联络线的有 功功率和无功功率。

优选的，所述方程组为节点潮流方程组。

优选的，所述间接参数为外部系统网络的等值参数，包括电压源相量、 等值自阻抗和耦合阻抗。

一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值装置，包括：

测量单元，用于获取外部系统网络的边界节点的直接参数；

计算单元，用于将所述直接参数代入预设的方程组，计算得到间接参数；

模拟单元，用于根据所述直接参数和所述间接参数构建仿真模型，并以 电压源串联阻抗形式向内部系统网络供电。

优选的，所述直接参数包括所述边界节电的节点电压和联络线的有功功 率和无功功率。

优选的，所述方程组为节点潮流方程组。

优选的，所述间接参数为外部系统模型的等值参数，包括电压源相量、 等值自阻抗和耦合阻抗。

从上述技术方案可以看出，本申请提供的电力系统的等值方法及装置首 先获取直接参数，然后根究直接参数计算间接参数，并根据直接参数和间接 参数构建仿真模型，该仿真模型为电压源串联阻抗形式向内部系统网络供电。 以此为基础可以很快对内部系统网络进行仿真，从而能够加快仿真进程，提 高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种基于边界节点实测信息的两端口网络等 值方法的流程图；

图2为电力系统等值简化后的网络结构图；

图3为本申请实施例的仿真模型的结构图；

图4为本申请另一实施例公开的一种基于边界节点实测信息的两端口网 络等值装置的结构图；

图5为IEEE14节点的电力系统标准模型的拓扑结构图；

图6为线路4-5中间段发生三相接地故障，等值前后母线4和母线5上电 压的暂态特性的对比图；

图7为线路4-5中间段发生三相接地故障，等值前后线路2-5上的有功功 率和无功功率的暂态特性对比图；

图8为线路4-5中间段发生三相接地故障，等值前后线路3-4上的有功功 率和无功功率的暂态特性对比图；

图9为线路4-5中间段发生三相接地故障，等值前后线路2-4上的有功功 率和无功功率的暂态特性对比图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

根据研究问题的需要，将任意一个复杂的实际电力系统网络分为内部系 统网络、边界系统以及外部系统网络三部分。如果外部系统网络与内部系统 网络之间相连的边界节点有两个，则系统简化等值后就构成一个典型的二端 口网络，其结构如图2所示。

对于未知的外部系统网络或已知外部系统但网络结构复杂，在保证边界 节点的潮流、短路电压水平基本一致的条件下，外部系统可以等值为电压源 串联阻抗的形式向内部系统网络供电，若相邻两节点在外部系统网络内的电 气距离较近存在一定程度的耦合关系，则在表达外部系统网络结构时还需计 及节点间的耦合阻抗。

在明确上述内容后，根据如下方法构建仿真模型，图1为本实施例公开 的一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值方法的流程图。

如图1所示，本申请实施例公开的两端口网络等值方法包括如下步骤：

S101：获取直接参数。

获取电力系统的边界节电的直接参数，直接参数包括边界节电的节点电 压相量和联络线的有功功率和无功功率。

S102：计算间接参数。

根据上一步骤获取的直接参数，如边界节点的节点电压相量和联络线的 有功功率和无功功率，将直接参数代入预设的方程组，计算得到间接参数。 预设的方程组为节点潮流方程，间接参数为即外部系统模型的等值参数，包 括电压源相量、等值自阻抗和耦合阻抗。

根据网络拓扑理论，对等值的外部系统网络、边界系统列写边界节点i 的节点潮流方程。

$\left(\begin{array}{c}{P}_i=E_i{U}_i[G_i\cos ({\theta }_i-{\delta }_i)+B_i\sin ({\theta }_i-{\delta }_i)]-G_i{U_i}^2+{(-1)}^i\mathrm{\Delta P}\\ Q_i=E_i{U}_i[G_i\sin ({\theta }_i-{\delta }_i)-B_i\cos ({\theta }_i-{\delta }_i)]+B_i{U_i}^2+{(-1)}^i\mathrm{\Delta Q}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中：ΔP、ΔQ为耦合阻抗支路上的流向2节点的潮流，

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta P}=U_1{U}_2[{(-1)}^i{G}_{12}\cos ({\theta }_2-{\theta }_1)+B_{12}\sin ({\theta }_2-{\theta }_1)]-{(-1)}^i{G}_{12}{U_i}^2\\ \mathrm{\Delta Q}=U_1{U}_2[G_{12}\sin ({\theta }_2-{\theta }_1)-{(-1)}^i{B}_{12}\cos ({\theta }_2-{\theta }_1)]+{(-1)}^i{B}_{12}{U_i}^2\end{array}\right)---\left(2\right)$

由式（1）、（2）组成的方程组共有6个未知参数：E_i、δ_i、G_i、B_i、 G₁₂、B₁₂。

外部系统等值参数的求解过程如下：

1）在某一种运行方式下，进行潮流计算，得到等值边界节电电压U_i1、θ_i1和潮流P_i1、Q_i1。

2）在内部系统网络中靠近等值点附近，略微增加或减小该点的低电压等 级负荷，进行潮流计算得到边界节点新的电压和潮流，即U_i2、θ_i2、P_i2、Q_i2。 同理，得到另一组U_i3、θ_i3、P_i3、Q_i3。

3）将步骤1、2中得到的三组数据代入方程（1）和（2）中，得到关于 未知数E_i、δ_i、G_i、B_i、G₁₂、B₁₂的方程。

4）进行数值求解,即可求出等值点的E_i、δ_i、G_i、B_i、G₁₂、和B₁₂的值。

S103：构建仿真模型。

根据直接参数和间接参数构建仿真模型，该仿真模型为电压源串联阻抗 形式向内部系统网络供电，如图3所示。

等值后外部系统网络参数为：

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{E}}_i=E_i\angle {\delta }_i\\ {\stackrel{·}{U}}_i=U_i\angle {\theta }_i\\ Y_i=\frac{1}{Z_i}=G_i+{\mathrm{jB}}_i\end{array}\right)(i=\mathrm{1,2})$

$Y_{12}=\frac{1}{Z_{12}}=G_{12}+{\mathrm{jB}}_{12}$

式中：指与边界节点i相连的等值电压源相量；

E_i指电压源相量的幅值；

δ_i指电压源相量的相位；

指边界节点i的电压相量；

U_i指电压相量的幅值；

θ_i指电压相量的相位；

Y_i（或Z_i）指与节点i相连的等值导纳(或阻抗)；

G_i指与节点i相连的等值电导；

B_i指与节点i相连的等值电纳；

Y₁₂（或Z₁₂）指边界节电1与边界节电2之间的耦合导纳(或阻抗)；

G₁₂指边界节电1与边界节电2之间的耦合电导；

B₁₂指边界节电1与边界节电2之间的耦合电纳。

从上述技术方案可以看出，本实施例公开的电力系统的基于边界节点实 测信息的两端口网络等值方法，首先获取直接参数，然后根究直接参数计算 间接参数，并根据直接参数和间接参数构建仿真模型，该仿真模型为电压源 串联阻抗形式向内部系统网络供电。以此为基础可以很快对内部系统网络进 行仿真，从而能够加快仿真进程，提高了工作效率。

实施例二

图4为本实施例公开的一种基于边界节点实测信息的两端口网络等值装 置的结构图。

如图4所示，本申请实施例公开的仿真方法包括获取单元10、计算单元 20和模拟单元30，其中计算单元20分别与获取单元10、模拟单元30相连接。

获取单元10用于获取直接参数。

获取单元10获取电力系统的边界节点的直接参数，直接参数包括边界节 点的节点电压相量和联络线的有功功率和无功功率。

计算单元20用于计算间接参数。

根据获取的直接参数，如边界节点的节点电压相量和联络线的有功功率 和无功功率，将直接参数代入预设的方程组，计算得到间接参数。预设的方 程组为节点潮流方程，间接参数为外部系统模型的等值参数，包括电压源相 量、等值自阻抗和耦合阻抗。

根据网络拓扑理论，对等值的外部系统网络、边界系统列写边界节点i 的节点潮流方程。

$\left(\begin{array}{c}{P}_i=E_i{U}_i[G_i\cos ({\theta }_i-{\delta }_i)+B_i\sin ({\theta }_i-{\delta }_i)]-G_i{U_i}^2+{(-1)}^i\mathrm{\Delta P}\\ Q_i=E_i{U}_i[G_i\sin ({\theta }_i-{\delta }_i)-B_i\cos ({\theta }_i-{\delta }_i)]+B_i{U_i}^2+{(-1)}^i\mathrm{\Delta Q}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中：ΔP、ΔQ为耦合阻抗支路上的流向2节点的潮流，

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta P}=U_1{U}_2[{(-1)}^i{G}_{12}\cos ({\theta }_2-{\theta }_1)+B_{12}\sin ({\theta }_2-{\theta }_1)]-{(-1)}^i{G}_{12}{U_i}^2\\ \mathrm{\Delta Q}=U_1{U}_2[G_{12}\sin ({\theta }_2-{\theta }_1)-{(-1)}^i{B}_{12}\cos ({\theta }_2-{\theta }_1)]+{(-1)}^i{B}_{12}{U_i}^2\end{array}\right)---\left(2\right)$

由式（1）、（2）组成的方程组共有6个未知参数：E_i、δ_i、G_i、B_i、 G₁₂、B₁₂。

外部系统等值参数的求解过程如下：

1）在某一种运行方式下，进行潮流计算，得到等值边界节电电压U_i1、θ_i1和潮流P_i1、Q_i1。

2）在内部系统网络中靠近等值点附近，略微增加或减小该点的低电压等 级负荷，进行潮流计算得到边界节点新的电压和潮流，即U_i2、θ_i2、P_i2、Q_i2。 同理，得到另一组U_i3、θ_i3、P_i3、Q_i3。

3）将步骤1、2中得到的三组数据代入方程（1）和（2）中，得到关于 未知数E_i、δ_i、G_i、B_i、G₁₂、B₁₂的方程。

4）进行数值求解,即可求出等值点的E_i、δ_i、G_i、B_i、G₁₂、和B₁₂的值。

模拟单元30用于构建仿真模型。

根据直接参数和间接参数构建仿真模型，并向内部系统网络以电压源串 联阻抗形式进行供电。

等值后外部系统网络参数为：

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{E}}_i=E_i\angle {\delta }_i\\ {\stackrel{·}{U}}_i=U_i\angle {\theta }_i\\ Y_i=\frac{1}{Z_i}=G_i+{\mathrm{jB}}_i\end{array}\right)(i=\mathrm{1,2})$

$Y_{12}=\frac{1}{Z_{12}}=G_{12}+{\mathrm{jB}}_{12}$

式中：指与边界节点i相连的等值电压源相量；

E_i指电压源相量的幅值；

δ_i指电压源相量的相位；

指边界节点i的电压相量；

U_i指电压相量的幅值；

θ_i指电压相量的相位；

Y_i（或Z_i）指与节点i相连的等值导纳(或阻抗)；

G_i指与节点i相连的等值电导；

B_i指与节点i相连的等值电纳；

Y₁₂（或Z₁₂）指边界节电1与边界节电2之间的耦合导纳(或阻抗)；

G₁₂指边界节电1与边界节电2之间的耦合电导；

B₁₂指边界节电1与边界节电2之间的耦合电纳。

从上述技术方案可以看出，本实施例公开的电力系统的仿真装置首先获 取直接参数，然后根究直接参数计算间接参数，并根据直接参数和间接参数 构建仿真模型，该仿真模型为电压源串联阻抗形式向内部系统网络供电。以 此为基础可以很快对内部系统网络进行仿真，从而能够加快仿真进程，提高 了工作效率。

下面以IEEE14节点的电力系统标准模型为例，其系统的拓扑结构如图5 所示，IEEE14节点系统可被划分为3个部分，即：内部系统网络，外部系统 网络以及边界节点。节点4和节点5为边界节点，保留节点为1～5节点，其 余部分需要简化等值。应用本发明研究的等值方法对IEEE14节点系统简化等 值，等值前后保留部分系统静态特征对比如表1、表2、表3所示。

当系统遭受大扰动时，等值前后系统的暂态特性对比如图6、图7、图8 和图9所示。

结果显示，用基于边界节点实测信息的两端口网络的等值方法对IEEE14 节点系统的外部系统网络进行简化等值，能够保证等值前后系统保留部分的 短路电流基本一致；从系统遭受大扰动故障下线路电压、有功功率和无功功 率对比可以看出，等值前后系统各母线电压水平、潮流分布基本一致，最大 偏差出现于暂态过程，系统恢复稳定后的趋势基本一致。因此，可以认为简 化等值后的系统基本保持了原系统的暂态特性。

表1等值前后边界节点短路水平对比

表2等值前后保留部分节点电压对比

表3等值前后保留部分潮流分布对比

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存 在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。