考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面确定方法

摘要

本发明提供一种考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面确定方法，包括以下步骤：计算考虑网络拓扑变化的输电断面静态稳定输电能力；计算输电断面的负载率；根据网络拓扑变化对输电能力的影响程度对输电断面进行筛选，确定薄弱断面。本发明提供的考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面确定方法，针对已经给定的断面，分别针对正常运行状态、网络拓扑变化后的状态进行评估，采用静态输电能力评估正常状态下的稳定裕度和输电能力，采用输电断面线路N-1断开、多回线路N-M断开的方式评估网络结构变化之后对系统输电能力和裕度的影响程度，最后综合评价断面的薄弱程度，识别薄弱断面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定方法，具体涉及一种考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面 确定方法。

背景技术

电力系统离线计算分析中，关心的断面基本上是确定的，但是断面的薄弱程度随着实际 情况的变化而变化，需要不断进行分析判断，因此离线计算分析中已经积累了丰富的经验。

确定薄弱输电断面，实际应用过程中通常采用大量计算的方法，例如进行大量的暂态稳 定计算，寻找容易失稳的断面、振荡中心断面等。对关心的断面，通常需要采用机电暂态仿 真软件进行输电极限的计算，考虑到系统的暂态、动态稳定性和过载等因素，计算断面的输 电能力，如果相对于当前实际功率的裕度较小，则是比较关键的断面。静态稳定极限也是评 估断面输电能力的重要方法之一，实际系统中静态稳定极限通常比较高，因此通常不采用静 态稳定极限计算的方法，只对于比较薄弱的长距离输电线路或者联络线才会进行静态极限的 计算。但是，静态稳定极限与暂态稳定极限、系统稳定水平都有密切的关系，仍然是评估断 面薄弱性的重要方法之一。

在线系统中判断断面的薄弱程度还没有比较好的方法，可以借鉴离线计算分析经验，但 在线对时间的要求比较高，因此不能依赖于大量的计算，因此需要进行研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄 弱断面确定方法，针对已经给定的断面，分别针对正常运行状态、网络拓扑变化后的状态进 行评估，采用静态输电能力评估正常状态下的稳定裕度和输电能力，采用输电断面线路N-1 断开、多回线路N-M断开的方式评估网络结构变化之后对系统输电能力和裕度的影响程度， 最后综合评价断面的薄弱程度，识别薄弱断面。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面确定方法，所述方法包括 以下步骤：

步骤1：计算考虑网络拓扑变化的输电断面静态稳定输电能力；

步骤2：计算输电断面的负载率；

步骤3：根据网络拓扑变化对输电能力的影响程度对输电断面进行筛选，确定薄弱断面。

所述步骤1中，输电断面包括单通道输电断面和多通道输电断面；所述单通道输电断面 和多通道输电断面的静态稳定输电能力分别用P_max和表示。

所述单通道输电断面的静态稳定输电能力P_max计算过程如下：

1）计算单通道输电断面两侧节点1和节点2的阻抗矩阵，有：

$Z_{\mathrm{eq}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{12}\\ Z_{21}& Z_{22}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，Z_eq表示单通道输电断面两侧节点1和节点2的阻抗矩阵，Z₁₁、Z₂₂分别为节点1、 节点2的自阻抗，Z₁₂和Z₂₁均为节点1和节点2的互阻抗；

2）计算节点1和节点2对应的导纳矩阵，有：

$Y_{\mathrm{eq}}=Z_{\mathrm{eq}}^{-1}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中，Y_eq表示节点1和节点2对应的导纳矩阵，Y₁₁、Y₂₂分别为节点1、节点2的自导 纳，Y₁₂和Y₂₁均为节点1和节点2的互阻抗；

3）计算单通道输电断面的等值阻抗，有：

$X_{\Sigma }=-\frac{1}{Y_{11}+Y_{12}}-\frac{1}{Y_{22}+Y_{21}}+\frac{1}{Y_{12}}---\left(3\right)$

其中，X_Σ单通道输电断面的等值阻抗；

4）假定节点1和节点2的电压均为1，单通道输电断面的静态稳定输电能力P_max按照如 下公式计算：

$P_{\max }=\frac{E_1{E}_2}{X_{\Sigma }}=\frac{1}{X_{\Sigma }}---\left(4\right)$

其中，E₁和E₂分别表示节点1和节点2的电压。

针对于多通道输电断面，均按照如下过程计算输电断面分别处于正常状态下、N-1状态 下以及N-M状态下的静态稳定输电能力其中N表示多通道输电断面总回路数，M表示 多通道输电断面中一个通道的回路数；

1）统计所有输电断面通道两侧的节点号，采用相同节点号的节点进行合并；

2）计算多通道输电断面的阻抗矩阵，有：

$Z_{\mathrm{eq}}^{\prime }=\left(\begin{array}{cccccc}{Z}_{11}& Z_{12}& ·& ·& ·& Z_{1n}\\ Z_{21}& Z_{22}& .& .& .& Z_{2n}\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ Z_{n1}& Z_{n2}& .& .& .& Z_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(5\right)$

其中，表示单通道输电断面的阻抗矩阵，Z₁₁、Z₂₂、...、Z_nn分别为节点1、2、…、n 的自阻抗，Z₁₂、Z₂₁、...、Z_1n、Z_n1为不同节点间的互阻抗；

3）计算节点对应的导纳矩阵，有：

$Y_{\mathrm{eq}}^{\prime }={Z_{\mathrm{eq}}^{\prime }}^{-1}=\left(\begin{array}{cccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& .& .& .& Y_{1n}\\ Y_{21}& Y_{22}& .& .& .& Y_{2n}\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ Y_{n1}& Y_{n2}& .& .& .& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

其中，表示节点对应的导纳矩阵，Y₁₁、Y₂₂、...、Y_nn分别为节点1、2、…、n的自导纳， Y₁₂、Y₂₁、...、Y_1n、Y_n1为不同节点间的互阻抗；

4）计算多通道输电断面的等值阻抗

在所述节点对应的导纳矩阵中增加一行和一列，然后对节点对应的导纳矩阵进行消去计 算，计算之后得到增加一行对角元素即两节点之间的等值导纳于是多通道输电断面的等 值阻抗表示为：

$X_{\Sigma }^{\prime }=\frac{1}{y_{\mathrm{eq}}^{\prime }}---\left(7\right)$

5）多通道输电断面的静态稳定输电能力表示为：

$P_{\max }^{\prime }\frac{1}{X_{\Sigma }^{\prime }}=y_{\mathrm{eq}}^{\prime }---\left(8\right).$

所述步骤2中，输电断面的负载率用η表示，则有：

$\eta =\frac{P_{\mathrm{load}}}{P_{\max }}---\left(9\right)$

其中，P_load表示输电断面的实际功率。

所述步骤3中，采用如下三条基本原则对输电断面进行筛选，根据设定的负载率定值， 采用逐级降低标准的方式确定最终的薄弱断面；

（1）正常状态下，负载率比较高的输电断面应该保留；

（2）N-1状态下，负载率变化较大且N-1后负载率较高的应该保留；

（3）N-M状态下，负载率变化较大且N-M后负载率较高的应该保留。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

·该方法简单可行，采用的方法是基本理论方法在复杂电力系统中的扩展延伸，方法简 单可行。

·该方法能够针对大量的断面进行快速的筛选，并且可以考虑到线路断开后形成的大量 衍生断面的计算校核，考虑比较全面；

·该方法采用了近似快速的计算方法，可以在保证一定精度的情况下大幅提高计算速 度，保证了在线条件下的实用性。

附图说明

图1是本发明实施例中简单两机系统示意图；

图2是本发明实施例中计算输电断面两侧节点为端口的等效网络示意图；

图3是本发明实施例中计算输电断面两侧节点为端口的考虑两侧电源的等效网络示意 图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种考虑网络拓扑变化对输电能力影响的薄弱断面确定方法，所述方法包括 以下步骤：

步骤1：计算考虑网络拓扑变化的输电断面静态稳定输电能力；

步骤2：计算输电断面的负载率；

步骤3：根据网络拓扑变化对输电能力的影响程度对输电断面进行筛选，确定薄弱断面。

对于一个简单的两机系统，如图1所示，假设两侧的发电机内电势能够保持恒定，则两 者最大交换功率为P_max，有：

$P_{\max }=\frac{E_1{E}_2}{X_{\Sigma }}=\frac{E_1{E}_2}{X_{s1}+X_L+X_{s2}}$

该公式具有比较严格的理论基础，能够在一定程度上反映简单系统的输电能力。从此公 式可以看出，除了发电机电势之外，影响系统输电能力主要是系统的等效电抗，发电机电势 部分决定于发电机的电压控制能力，而电抗部分也是系统网络结构的反映。

对于实际大规模电力系统而言，不可能用这样简单的计算公式实现输电能力的准确评估。 但是，该公式反应的基本物理特征同样能够应用于实际电力系统的简单分析，其中的等效电 抗的大小能够在一定程度上反映实际电网的物理特性。针对实际大量搜索的断面进行快速筛 选的需要，如果能够基本定性合理反应断面的强弱进行快速的筛选，剔除大部分不关心的断 面，剩余断面再进行详细评估，对实际系统应用仍然具有重要价值。

所述步骤1中，输电断面包括单通道输电断面和多通道输电断面；所述单通道输电断面 和多通道输电断面的静态稳定输电能力分别用P_max和表示。

所述单通道输电断面的静态稳定输电能力P_max计算过程如下：

1）计算单通道输电断面两侧节点1和节点2的阻抗矩阵，有：

$Z_{\mathrm{eq}}=\left(\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{12}\\ Z_{21}& Z_{22}\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，Z_eq表示单通道输电断面两侧节点1和节点2的阻抗矩阵，Z₁₁、Z₂₂分别为节点1、 节点2的自阻抗，Z₁₂和Z₂₁均为节点1和节点2的互阻抗；

2）计算节点1和节点2对应的导纳矩阵，有：

$Y_{\mathrm{eq}}=Z_{\mathrm{eq}}^{-1}=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中，Y_eq表示节点1和节点2对应的导纳矩阵，Y₁₁、Y₂₂分别为节点1、节点2的自导 纳，Y₁₂和Y₂₁均为节点1和节点2的互阻抗；

3）计算单通道输电断面的等值阻抗，有：

$X_{\Sigma }=-\frac{1}{Y_{11}+Y_{12}}-\frac{1}{Y_{22}+Y_{21}}+\frac{1}{Y_{12}}---\left(3\right)$

其中，X_Σ单通道输电断面的等值阻抗；

4）假定节点1和节点2的电压均为1，单通道输电断面的静态稳定输电能力P_max按照如 下公式计算：

$P_{\max }=\frac{E_1{E}_2}{X_{\Sigma }}=\frac{1}{X_{\Sigma }}---\left(4\right)$

其中，E₁和E₂分别表示节点1和节点2的电压。

对断面的评估方法除了需要考虑到正常方式之外，还需要考虑到网络拓扑变化后的影响， 因为断面部分线路断开后可能会对断面的强弱产生较大影响，可能是决定断面薄弱程序的隐 藏因素，但是重要因素，所以网络拓扑变化需要作为一个重要的指标进行考虑。

对断面进行上述等值计算时，需要开展正常状态下、N-1状态下和N-M状态下的等值计 算，主要根据三者之间的变化对关键故障进行初步筛选。

·正常状态下的等值计算

网络断面完整的条件下进行前面提到的等值计算，近似计算得到整个的等效阻抗，作为 后续考虑断开线路的比较基准。

·N-1状态下的等值计算

对输电断面中的每条联络线分别依次作N-1断开，并以其他联络线的两端节点为端口， 对系统进行上述等值计算，计算完成之后的等值阻抗会发生变化，能够反映断开一回线路后 的输电能力变化程度。

·N-M状态下的等值计算

对断面中含有双回线路或者多回线路的输电通道，断开这个双回线路或者多回线路，然 后按照上述方法计算其他通道联络线两侧为端口的等值阻抗。对于实际电网而言，如果一个 断面包含比较多的联络线，断开一个通道对总体上影响不一定很大，但是联络线不多的条件 下，断开一个通道可能会引起质的变化，成为限制断面强弱的关键因素。

针对于多通道输电断面，均按照如下过程计算输电断面分别处于正常状态下、N-1状态 下以及N-M状态下的静态稳定输电能力其中N表示多通道输电断面总回路数，M表示 多通道输电断面中一个通道的回路数；

1）统计所有输电断面通道两侧的节点号，采用相同节点号的节点进行合并；

2）计算多通道输电断面的阻抗矩阵，有：

$Z_{\mathrm{eq}}^{\prime }=\left(\begin{array}{cccccc}{Z}_{11}& Z_{12}& ·& ·& ·& Z_{1n}\\ Z_{21}& Z_{22}& .& .& .& Z_{2n}\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ Z_{n1}& Z_{n2}& .& .& .& Z_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(5\right)$

其中，表示单通道输电断面的阻抗矩阵，Z₁₁、Z₂₂、...、Z_nn分别为节点1、2、…、n 的自阻抗，Z₁₂、Z₂₁、...、Z_1n、Z_n1为不同节点间的互阻抗；

3）计算节点对应的导纳矩阵，有：

$Y_{\mathrm{eq}}^{\prime }={Z_{\mathrm{eq}}^{\prime }}^{-1}=\left(\begin{array}{cccccc}{Y}_{11}& Y_{12}& .& .& .& Y_{1n}\\ Y_{21}& Y_{22}& .& .& .& Y_{2n}\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ .& .& & .& & .\\ Y_{n1}& Y_{n2}& .& .& .& Y_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

其中，表示节点对应的导纳矩阵，Y₁₁、Y₂₂、...、Y_nn分别为节点1、2、…、n的自导纳， Y₁₂、Y₂₁、...、Y_1n、Y_n1为不同节点间的互阻抗；

4）计算多通道输电断面的等值阻抗

在所述节点对应的导纳矩阵中增加一行和一列，然后对节点对应的导纳矩阵进行消去计 算，计算之后得到增加一行对角元素即两节点之间的等值导纳于是多通道输电断面的等 值阻抗表示为：

$X_{\Sigma }^{\prime }=\frac{1}{y_{\mathrm{eq}}^{\prime }}---\left(7\right)$

5）多通道输电断面的静态稳定输电能力表示为：

$P_{\max }^{\prime }\frac{1}{X_{\Sigma }^{\prime }}=y_{\mathrm{eq}}^{\prime }---\left(8\right).$

所述步骤2中，输电断面的负载率用η表示，则有：

$\eta =\frac{P_{\mathrm{load}}}{P_{\max }}---\left(9\right)$

其中，P_load表示输电断面的实际功率。

所述步骤3中，采用如下三条基本原则对输电断面进行筛选，根据设定的负载率定值， 采用逐级降低标准的方式确定最终的薄弱断面；

（1）正常状态下，负载率比较高的输电断面应该保留；

（2）N-1状态下，负载率变化较大且N-1后负载率较高的应该保留；

（3）N-M状态下，负载率变化较大且N-M后负载率较高的应该保留。

基于上述几条原则，可以快速给出需要关注的断面，具体采用的评价数值对于不同电网 而言可能具有一定的差异，但可以设定一定值，采用逐级降低标准的方式搜索出一定数量范 围的断面。

在薄弱断面初步筛选之后，此时可以采用静态稳定极限计算等方法进行断面静态稳定极 限的准确计算，基本过程如下：

·计算所有断面的静态稳定极限，计算静态稳定裕度可以同时计算失去一回线路的静态 稳定裕度。

·计算静态稳定裕度，采用静态稳定极限功率和当前功率计算静态稳定裕度

·按照静态稳定裕度进行筛查，静态稳定裕度较小通常认为是比较薄弱断面，可以将所 有断面按照从小到大的顺序排序，设定一定的数值或者选择前几个。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。