一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法

摘要

本发明公开了一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法。目前的平滑启动是电力系统潮流计算中最常采用的算法启动方法，其应用于病态电力系统时，容易出现初始解偏差大，潮流计算收敛困难的情况。本发明根据各PV节点及平衡节点的电压幅值取为相应设定值，电压相位取为0，且各PQ节点的功率注入相量取为0，构造初始潮流解，用于电力系统潮流计算的算法启动。本发明能够有效减小初始潮流解的偏差，为病态电力系统潮流计算提供较好的初始潮流解，改善电力系统潮流计算的收敛性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统潮流计算领域，特别涉及一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法。

背景技术

潮流计算是电力系统常用的分析计算功能，其数学本质是非线性方程组的数值求解。复杂电力系统潮流计算的计算机算法均为迭代算法，数值求解时均需要提供潮流初始解，用于潮流计算的算法启动。初始潮流解的质量是影响潮流计算收敛性的重要因素。常用的电力系统潮流计算方法(如牛顿拉夫逊法、PQ分解法和最优乘子法)均对潮流计算的初值有较高的要求。

平滑启动是电力系统潮流计算中最常采用的算法启动方法，能够为良态电力系统提供较为合理的初始值，在实际电力系统中有着广泛的应用，但将其应用于病态电力系统时，容易出现初始解偏差大，潮流计算收敛困难的情况。

三绕组变压器中存在的小的负电抗支路，以及用于模拟闭合联络开关的小阻抗支路是电力系统潮流计算出现病态的重要因素。随着电力负荷的快速增长及西电东送、区域电网互联战略的实施，一个装机容量数亿千瓦、横跨数千公里的广域电力系统已经在我国形成。大规模电力系统中三绕组变压器多，小阻抗支路多，其潮流计算经常存在严重病态的情况，导致潮流计算收敛困难。为潮流计算提供偏差更小的初始潮流解是改善潮流计算收敛性的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法，以解决病态电力系统潮流计算的算法启动问题，有效避免因潮流初始解不合理引起的潮流计算收敛困难问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法，包括如下步骤：

步骤1)，读入电网模型及参数，进行网络拓扑分析，并生成导纳矩阵；

步骤2)，各PV节点及平衡节点的电压幅值取其设定值，电压相位取为0；

步骤3)，各PQ节点的功率注入相量取为0；

步骤4)，根据网络方程计算各PQ节点的电压相量；

步骤5)，采用前述给出的各节点电压相量作为潮流计算的初始解，用于潮流计算的算法启动。

作为上述技术方案的补充，步骤4)中，采用如下方法确定各PQ节点的电压相量：

交流电力系统的网络方程为：

其中，表示节点导纳矩阵，表示节点电压复向量，表示节点注入电流复向量；

根据节点类型对电压复向量及电流复向量进行分组，

其中，下标v表示PV节点及平衡节点对应的部分，下标q表示PQ节点对应的部分；

由上式得

根据步骤2)，为给定的常量，根据步骤3)，故有

求解上式的复线性方程组，即给出各PQ节点的电压相量，能够用于潮流计算的算法启动。

作为上述技术方案的补充，步骤4)中，忽略导纳矩阵的实数部分，所述的复线性方程组替换为

其中，B_qq表示的虚数部分，B_qv表示的虚数部分；

由步骤2)可知，各PV节点及平衡节点的电压相量均为实数，即为实数向量，由上式可知，也为实数向量，故有

B_qqV_q＝-B_qvV_v

其中，V_q为相位取0时的实数描述，表示各PQ节点电压幅值构成的向量；V_v为相位取0时的实数描述，表示各PV节点及平衡节点的电压幅值构成的向量；

求解上式的实线性方程组获得各PQ节点的电压幅值，取各节点的电压相位为0，用于潮流计算的算法启动。

本发明所述的算法启动方法能够有效减小初始潮流解的偏差，为病态电力系统潮流计算提供较好的初始潮流解，改善电力系统潮流计算的收敛性。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例中采用两种不同启动方法下最优乘子法潮流计算过程中误差随迭代次数的变化情况图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示的一种改善电力系统潮流计算收敛性的算法启动方法，包括如下步骤：

步骤1：读入电网模型及参数，进行网络拓扑分析，并生成导纳矩阵；

步骤2：各PV节点及平衡节点的电压幅值取其设定值，电压相位取为0；

步骤3：各PQ节点的功率注入相量取为0；

步骤4：根据网络方程计算各PQ节点的电压相量；

步骤5：采用步骤2～4给出的各节点电压相量作为潮流计算的初始解，用于潮流计算的算法启动。

步骤4中，采用如下方法确定各PQ节点的电压相量。

交流电力系统的网络方程可描述为：

其中，表示节点导纳矩阵，表示节点电压复向量，表示节点注入电流复向量。

根据节点类型对电压复向量及电流复向量进行分组，

其中，下标v表示PV节点及平衡节点对应的部分，下标q表示PQ节点对应的部分。

由式(2)可得

根据步骤2，为给定的常量，根据步骤3，故有

求解式(4)的复线性方程组，即可给出各PQ节点的电压相量，可以用于潮流计算的算法启动。

实用中，复线性方程组的计算量相对较大，忽略导纳矩阵的实数部分，式(4)可替换为

其中，B_qq表示的虚数部分，B_qv表示的虚数部分。

由步骤2可知，各PV节点及平衡节点的电压相量均为实数，即事实上为实数向量，由式(5)可知，也为实数向量，故有

B_qqV_q＝-B_qvV_v(6)

其中，V_q为相位取0时的实数描述，表示各PQ节点电压幅值构成的向量；V_v为相位取0时的实数描述，表示各PV节点及平衡节点的电压幅值构成的向量；

求解式(6)的实线性方程组可获得各PQ节点的电压幅值，取各节点的电压相位为0，即可用于潮流计算的算法启动。

本发明应用时，以某34964节点实际电网为例，对本发明提出的启动法与电力系统常用的平滑启动法进行比较，图2给出了2种算法启动方法下最优乘子法潮流计算过程中误差随迭代次数的变化情况。本发明给出的启动法(即零注入启动)能够为潮流计算提供更好的初始解(初始误差为249.835)，潮流计算的收敛性更好，经8次迭代即获得收敛潮流解，而传统平滑启动方法所提供的初始解较差(初始误差为1268.667)，需要经过13次迭代才能收敛。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。