电力系统关键线路辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电力技术领域的关键支路识别法,具体为电力系统关键线路辨识 方法。
【背景技术】
[0002] 世界范围内的大停电事故频发,造成巨大的经济损失和社会影响,引发了各国的 高度重视。经研究发现,引发电网连锁故障的源头主要是输变设备,其包括输电设备和变电 设备,因输电设备是系统功率传输的主要设备,且输电设备故障可能会引起大范围的潮流 波动,造成其余线路的潮流、电压越线,从而引发连锁故障。因此如何快速、准确寻找该些关 键线路,或称"脆弱线路",保障该些关键线路的安全运行,具有重要理论和应用研究价值。
[0003] 为评估线路的关键性,沈瑞寒,刘漆尘,赵洁等在《电网技术》2012年第5期发表的 "基于加权网络模型的电网潮流转移下危险线路识别"在已有潮流转移捜索方法前提下,综 合考虑电网拓扑结构和潮流分布的不均衡性,建立W线路电抗值和线路负载率倒数为边权 的2种加权电网模型,并利用该模型捜索识别开断线路节点间的最短传输路径,该方法充 分考虑了网络拓扑关系、潮流分布及大小对潮流转移的影响,但模型和方法假设母线间功 率只按最短路径流动(包括电气距离),忽略了功率按Kirchoff定律传输的事实;刘文颖, 梁才,徐鹏等在《中国电机工程学报》2013年第31期发表的"基于潮流介数的电力系统关 键线路辨识"利用"有向"概念W加权后潮流总量反应线路关键度,但忽略了潮流分量大、加 权总量小的线路,而该类线路故障后,潮流分量分别转移,设及线路多、潮流量大,可能会存 在较大的风险;王涛,搞成彬,顾雪平等在《高电压技术》2014年第8期发表的"基于事故链 模型的电网关键线路辨识"基于电网当前运行方式下的潮流分布,提出线路功率介数指标, 来识别系统关键线路,该方法的辨识指标计算需进行潮流计算,计算复杂、计算量大,且指 标定义时未考虑系统发生故障后,如何快速确定新运行状态下的关键线路。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决上述问题,提供了电力系统关键线路辨识方法。
[0005] 本发明是采用如下的技术方案实现的;电力系统关键线路辨识方法,包括W下步 骤:
[0006] 步骤一;确定发电机-支路功率分布因子;电力系统网络中发电机k发出的功 率
,发电机k通过电力系统网络中i端流入支路ij中的 分布功璋
其中i,j=l,2...,n,电力系统正常运行 时,各节点电压近似等于额定电压,根据功率分布理论,发电机-支路功率分布因子为:
_v;为节点导纳矩阵对 应元素,Zkm、Zki、Zy为节点阻抗矩阵对应元素,其中Uk、Ui为节点电压,y。为节点导纳矩阵 对应元素,为第m个发电机的电流,4第k个发电机的电流,q为发电机数,n为系统节 点数,所有物理量均采用标么值计算,A'U其物理意义是发电机k向支路ij提供的功率占 发电机k发电量的比值,现有的交流功率分布因子的计算都得使用到潮流计算,该功率分 布因子计算公式只用到阻抗和导纳矩阵,即系统基本参数,无需潮流计算;
[0007] 步骤二:确定支路绝对潮流因子;网络中所有发电机在支路ij上流过的分布功 率的绝对值之和称为该支路的绝对潮流量梦,
,电力系统 网络有1条支路,各条支路的绝对潮流量分别为S\ S2,…,Si,取其中的最大值max(Si,S2,…,Si)作为基准,对每条支路的绝对潮流量进行归一化处理,支路ij的绝对潮流因子
[0008]步骤确定支路线路权重因子:设网络中所有发电机节点集为G,支路ij线路 权重因子 其中,乏马^为系统总发电量; 免二1
[0009] 步骤四:确定支路绝对潮流介数;支路ij的绝对潮流介数Fu为线路权重因子与 线路绝对潮流因子两者之积的模,即马=K]'。.
[0010] 步骤五;确定系统在静态下的关键线路:根据网络中各个支路绝对潮流介数排 序,潮流介数越大,支路关键性越高,因此确定系统在静态下的关键线路;
[0011] 步骤六:确定支路间的分布因子相关度;支路ij和支路mn间的分布因子 相关度Pb>-?等于两条线路的发电机支路功率分布因子向量的欧氏距离的倒数:
[0012] 步骤走:确定系统在动态下的关键线路;系统发生故障后,计算故障线路和其余 正常运行线路间的分布因子相关度,并对其进行排序,排序越靠前的线路和故障线路关联 程度越高,故其为系统动态环境下的新关键线路。
[0013] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提出电力系统网络分别在静态、动态 环境下识别系统关键线路的方法,在电流分布理论的基础上,计及机组容量因素的影响,提 出了绝对潮流介数的概念,通过该指标的排序,确定系统在静态环境下的关键线路,且该指 标的计算无需潮流计算,增强了计算效率;推导出发电机-支路功率分布因子,根据发电 机-支路功率分布因子定义了分布因子相关度指标,其反映了线路间的关联程度,能辨识 系统在动态环境下的关键线路。
【附图说明】
[0014] 图1为IE邸39节点系统接线图。
[0015] 图2为文献方法和本方法切负荷量对比图。
[0016] 图3为实施例中IE邸39节点系统其余线路与线路19-20(32)的分布因子相关度 曲线图。
[0017] 图4为实施例中负荷切除量最大的前10条线路与负荷切除量对应图。
【具体实施方式】
[0018] 电力系统关键线路辨识方法,包括W下步骤:
[001引步骤一;确定发电机-支路功率分布因子;电力系统网络中q台发电机、n个节点和1条 线路,电力系统网络中发电机k发出的功率为
发电机k通过 电力系统网络中i端流入支路ij中的分布功率
其中i,j= 1,2. ..,n,发电机-支路功率分布因子为
正常运行时电力系统节点电压标么值约等于1,近似取Ui=Uk= 1,得:觀&=如而-馬)% 其中Uk、U巧节点电压,y。为节点导纳矩阵对应元素,人U为第m个发电机的电流,记第k 个发电机的电流,q为发电机数,n为系统节点数,所有物理量均采用标么值计算;
[0020] 步骤二:确定支路绝对潮流因子;电力系统网络中所有发电机在支路U上流过的 分布功率的绝对值之和称为该支路的绝对潮流量为;其中
电力系统网络有1条支路,各条支路的绝对潮流量分别为S\S2,…,Si,取其中的最大值max(Si,S2,…,Si)作为基准,对每条支路的绝对潮流量进行归一化处理,定义为绝对潮流 因子
[0021] 步骤确定支路线路权重因子:发电机节点集为G,支路ij线路权重因子为:
其中,E4
为系统总发电量; 皮=1
[0022] 步骤四:确定支路绝对潮流介数;线路ij的绝对潮流介数Fu为线路权重因子与 线路绝对潮流因子两者之积的模
[0023] 步骤五:确定系统在静态下的关键线路;根据支路绝对潮流介数排序,潮流介数 越大,其关键性越高,因此确定电力系统静态下关键线路;
[0024] 步骤六:确定支路间的分布因子相关度;支路U和支路mn间的分布因子 相关度Pi;/^?。等于两条线路的发电机支路功率分布因子向量的欧氏距离的倒数:
[00巧]步骤走:确定系统在动态下的关键线路;系统发生故障后,计算故障线路和其余 正常运行线路间的分布因子相关度,并对其进行排序,排序越靠前的线路和故障线路关联 程度越高,故其为系统动态环境下的新关键线路。
[0026] 本方法可W快速准确的识别电力系统网络中的关键线路,尤其对于规模庞大的互 联大电网来说,潮流计算收敛难、所需时间长,本方法避免进行潮流计算,大大提高了关键 线路辨识效率,具有很大的应用前景。
[0027]WIE邸39节点为例进行仿真,该系统共有10台发电机、19个负荷点和46条 线路,其拓扑结构如图1所示。将本发明计算结果中绝对潮流介数指标排序在前10位的 线路与徐林,王秀丽和王锡凡在《中国电机工程学报》2010年第1期发表的"电气介数 及其在电力系统关键线路识别中的应用"提出电气介数模型结果进行对比,并比较按照式
计算线路潮流的排序结果,如表1所示。
[0028] 表1关键线路辨识结果对比
[0029]
[0030] 由表1可见,由于正反向潮流相互抵消,按照
计算的线路 实际潮流进行排序,可能会无法发现系统的某些关键线路,其关键线路辨识效果远远差于 本发明所提出的绝对潮流介数法。
[0031] 与文献"电气介数及其在电力系统关键线路识别中的应用"辨识结果相比,排序在 前 10 位的线路中,均判定线路 16-19 (27)、16-17 (26)、15-16 (25)、2-3 (3)和 26-27(42)属 于关键线路,除上述5条线路外,两种方案有5条关键线路辨识结果不同,因"电气介数及其 在电力系统关键线路识别中的应用"未考虑和发电机、负荷直联的线路,则该些关键线路没 有被发现。
[0032]分别断开两种方法得出的排序前两位的关键线路,计算线路开断后的系统最优切 负荷量,如图2所示。由图2可见基于绝对潮流介数的切负荷量比基于"电气介数及其在电 力系统关键线路识别中的应用"的电气介数切负荷量高,本发明提出的绝对潮流介数指标 能够更好地辨识电网中的关键线路。
[0033]WIE邸39节点系统线路19-20(32)为例进行分析,其余线路与其的分布因子相 关度计算结果按降序排列,取前10条线路绘制图3。横坐标为线路编号,纵坐标为对应线路 与线路19-20(32)之间的分布因子相关度。
[0034] 假定线路19-20 (32)线路故障后,分别断开系统的其他线路,计算系统所有切除2 条线路的情况下,负荷切除量,并按照降序排列,取负荷切除量最大的前10条线路,线路排 序及负荷切除量如图4所示。
[003引 由图3、图4对比可知,除第10条线路不同外,前9条线路的排序一致,可知,若按 照负荷切除量描述线路的重要程度,本发明所提出的分布因子相关度指标可W很好的发现 系统某条线路故障后,其余线路的重要程度。而该指标的计算远比负荷切除量的计算要简 单快速。
[0036] 采用线路介数和分布因子相关度双重指标能更好识别关键线路W及故障后电网 的新的关键线路。
[0037] 本发明在IE邸-39节点系统上仿真,结果显示,系统内各支路绝对潮流介数相差 很大,因此对绝对潮流介数高的支路加强监管,对提高系统稳定性和可靠性上很有实际意 义;结果和其它相比较可知,本发明能找出某些隐藏性的关键线路。加快系统的静态、动态 关键线路辨识速度和效果。
【主权项】
1.电力系统关键线路辨识方法,其特征在于包括以下步骤: 步骤一:确定发电机-支路功率分布因子:电力系统网络中发电机k发出的功率,发电机k通过电力系统网络中i端流入支路ij中的分布 功率,其中i,j = 1,2...,n,发电机-支路功率分布因子 为:其中Uk、Ui为节点电压, Yij为节点导纳矩阵对应元素,L为第m个发电机的电流,4第k个发电机的电流,q为发 电机数,η为系统节点数; 步骤二:确定支路绝对潮流因子:网络中所有发电机在支路ij上流过的分布功率的 绝对值之和称为该支路的绝对潮流量Sl,电力系统 网络有1条支路,各条支路的绝对潮流量分别为S1,S2,…,S1,取其中的最大值maWS 1, S2,…,S1)作为基准,对每条支路的绝对潮流量进行归一化处理,支路ij的绝对潮流因子步骤三:确定支路线路权重因子:设网络中所有发电机节点集为G,支路ij线路权重 因 ?步骤四:确定支路绝对潮流介数:支路ij的绝对潮流介数Fu为线路权重因子与线路 绝对潮流因子两者之积的模,即A =h々l; 步骤五:确定系统在静态下的关键线路:根据网络中各个支路绝对潮流介数排序,潮 流介数越大,支路关键性越高,因此确定系统在静态下的关键线路; 步骤六:确定支路间的分布因子相关度:支路ij和支路mn间的分布因子相 关度等于两条线路的发电机支路功率分布因子向量的欧氏距离的倒数:步骤七:确定系统在动态下的关键线路:系统发生故障后,计算故障线路和其余正常 运行线路间的分布因子相关度,并对其进行排序,排序越靠前的线路和故障线路关联程度 越高,故其为系统动态环境下的新关键线路。
【专利摘要】本发明涉及一种电力技术领域的关键支路识别法,具体为电力系统关键线路辨识方法,包括如下步骤:步骤一:确定发电机-支路功率分布因子,步骤二:确定支路绝对潮流因子,步骤三:确定支路线路权重因子,步骤四:确定支路绝对潮流介数,步骤五:确定系统在静态下的关键线路,步骤六:确定支路间的分布因子相关度,步骤七:确定系统在动态下的关键线路。根据发电机-支路功率分布因子,发明了绝对潮流介数,其通过阻抗矩阵的简单变化求取,无需进行复杂的潮流计算,加快了关键线路辨识速度;为了加快系统动态关键线路辨识,本发明还定义了分布因子相关度指标来描述线路之间的关联程度,用来快速发现系统故障后新的关键线路。
【IPC分类】H02J3/00
【公开号】CN104901308
【申请号】CN201510363307
【发明人】贾燕冰, 何海丹, 韩肖清, 王英, 秦文萍
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日