考虑负荷波动极限的电力系统电压稳定性风险评估方法

摘要

本发明涉及电力系统电压稳定性风险评估方法，具体为考虑负荷波动极限的电力系统电压稳定性风险评估方法。解决现有电压稳定性评估角度单一的问题。本发明将拉丁超立方抽样的概率潮流模拟法应用于电力系统的电压稳定性分析，研究由于负荷功率剧烈变化及系统网架结构变化导致系统崩溃的情况。以电压风险指标、负荷节点类型风险指标、网络负荷承受能力风险指标、经济损失风险指标为依据，多角度，多指标的对系统的电压稳定性进行了全面的分析，找到了系统中电压薄弱的节点、负荷波动薄弱的节点、系统的负荷承受能力的范围、系统的经济损失风险大的节点。为电力系统进行电压监测、负荷监控、网络规划、经济评估提供了有力依据。

主权项

一种考虑负荷波动极限的电力系统电压稳定性风险评估方法，其特征在于是由如下步骤实现的：(1)获取要进行风险评估的系统的节点、元件参数包括母线电压参数、等效电源输出功率、负荷功率、输电线路阻抗参数及故障率参数、变压器参数；(2)确定各负荷节点负荷的变化范围：各负荷增长系数在[70％,K_Lk]区间上服从均匀分布1)负荷变化范围的上限假设系统有X个节点，任一节点为w(1≤w≤X)，M个负荷节点，各负荷节点负荷为L＝[L₁,L₂,……,L_M]；其中，任一负荷节点k(1≤k≤M)的初始负荷为L_k0；Z条传输线路，发生N‑1故障时，故障线路表示为l(1≤l≤Z)；采用确定性潮流计算方法中的连续潮流法依次对系统中的负荷节点按单负荷增长方式增加负荷至系统崩溃，此时计算得到增负荷节点的负荷记为L_k1，负荷增长系数记为K_Lk(K_Lk＝L_k1/L_k0)，各节点负荷增长系数组成单负荷增长系数矩阵K₀；将单负荷增长方式的负荷增长极限作为负荷变化范围的上限；2)负荷变化范围的下限将电网中日最小负荷率φ％作为负荷变化范围的下限，将φ％取值为70％。则负荷增长系数在[70％,K_Lk]区间上服从均匀分布；(3)通过概率潮流方法获取系统的崩溃状态1)将负荷增长系数[70％,K_Lk]区间平均划分为N个子区间进行拉丁超立方抽样，即抽样N次，j(1≤j≤N)表示N次抽样中的第j次，得到一个随机负荷增长系数矩阵K_N×M，该矩阵中的K_jk表示第j次抽样中第K个负荷节点负荷增长系数的取值，矩阵中第j行用K_j表示；采用确定性潮流计算方法中的连续潮流法计算系统初始情况下按全负荷等比例增长方式增加负荷至系统崩溃，得到负荷增长系数记为K_m；2)根据K_m对随机负荷增长系数矩阵K_N×M进行筛选：如果，min(K_j/K_m)＞1，负荷增长系数矩阵K_N×M的第j行K_j必然导致潮流不收敛，该行不进行连续潮流计算，删除该行；如果，max(K_j/K_m)＜1，负荷增长系数矩阵K_N×M的第j行K_j必然导致潮流收敛，该行不进行连续潮流计算，删除该行，最后得到随机负荷增长系数矩阵3)将随机负荷增长系数矩阵中的各行进行连续潮流计算，排除其中不收敛的行，如果剩余的行中存在任意两行K_A、K_B，使得max(K_A)＜min(K_B)，则K_A必然导致潮流收敛，删除K_A；得到随机负荷增长系数矩阵4)重复步骤1)至步骤3)得到一个将与前一步骤最终得到的随机负荷增长系数矩阵合并，如果合并后的矩阵中存在任意两行K_C、K_D，min(K_C·/K_D)＞1，说明K_C比K_D使系统更加接近崩溃状态，则保留K_C，删除K_D，得到5)重复步骤4)10000/N次，使采样结果更加逼近系统崩溃点，最终得到随机负荷增长系数矩阵K_n×M，n表示最终得到的系统崩溃状态的个数；6)校正，将随机负荷增长系数矩阵K_n×M的每行进行连续潮流计算，按照全负荷等比例增长方式增加负荷至系统崩溃，此时各负荷节点的负荷增长系数构成校正后的随机负荷增长系数矩阵K'_n×M，根据K'_n×M通过连续潮流计算得到由于负荷波动导致系统崩溃时的系统各节点崩溃电压矩阵V_n×X；7)采用N‑1故障分析法随机断开传输线路造成系统网架结构变化，重复步骤1)至步骤6)，得到不同网络拓扑结构下的随机负荷增长系数矩阵(K'_n×M)_l和节点崩溃电压矩阵(V_n×X)_l；前述在采用确定性潮流计算方法中的连续潮流法计算过程中，系统元件的数学模型如下：a.等效电源点出力约束潮流计算中等效电源点出力的约束为：等效电源有功达到上限时，剩余功率由其他等效电源或平衡机提供；PV节点无功越限时，将节点从PV节点转变为PQ节点；b.负荷模型采用最常用的恒功率因数负荷模型，不考虑负荷之间的相关性；c.线路模型根据线路故障率，线路模型采用最常用的0‑1概率模型；(4)建立多尺度电压稳定性风险评估指标体系，包括电压风险指标、负荷节点类型风险指标、网络负荷承受能力风险指标、经济损失风险指标假设系统崩溃状态表示为i，发生N‑1故障时，线路故障率为p_l，系统为正常情况时，l＝0；最终得到的系统崩溃状态的个数为n；1)电压风险指标a.最低电压风险指标系统崩溃时，如果节点w的电压最低，则节点w为最薄弱节点；节点w的最低电压风险指标为：${\mathrm{MV}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{\left(\underset{t_1=1}{\overset{T_{\mathrm{mvw}}}{\Sigma }}\min \right\{V_{t_{1}w}\}/T_{\mathrm{mvw}})}_l---\left(2\right)$T_mvw表示系统崩溃状态中，节点w的电压为最低电压的统计次数；表示其中第t₁(1≤t₁≤T_mvw)次系统崩溃时，各节点电压的集合；b.最低电压概率风险指标为：${\mathrm{MVP}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(T_{\mathrm{mvw}}/n)}_l---\left(3\right)$(T_mvw/n)_l表示故障线路为l时，节点w的电压为最低电压的崩溃状态出现的概率；c.最大电压变化率风险指标从正常运行状态到崩溃状态i，如果节点w的电压相对于初始电压的变化率最大，则节点w为最薄弱节点；最大电压变化率风险指标为：${\mathrm{MVC}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{\left(\underset{t_2=1}{\overset{T_{\mathrm{mvcw}}}{\Sigma }}\min \right\{(V_{t_{2}w}-V_{0w})/V_{0w}\}/T_{\mathrm{mvcw}})}_l---\left(4\right)$T_mvcw表示在系统崩溃状态中，节点w的电压波动最大的统计次数；为表示其中第t₂(1≤t₂≤T_mvcw)次系统崩溃时节点w的电压，V_0w为系统初始状况时节点w的电压；d.最大电压变化率概率风险指标为：${\mathrm{MVCP}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(T_{\mathrm{mvcw}}/n)}_l---\left(5\right)$(T_mvcw/n)_l表示故障线路为l时，节点w的电压变化率最大的崩溃状态出现的概率；e.电压灵敏度风险指标系统崩溃时，如果节点w的电压在临近崩溃点的一个很小的有功功率区域ΔP内变化最快，则节点w为薄弱节点，最大电压灵敏度风险指标为：${\mathrm{MVS}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{\left(\underset{t_3=1}{\overset{T_{\mathrm{mvsw}}}{\Sigma }}\max \right\{({\mathrm{\Delta V}}_{t_{3}w}/\Delta P_{t_3}\}/T_{\mathrm{mvsw}})}_l---\left(6\right)$T_mvsw表示在系统崩溃状态中，节点w的电压灵敏度最大的统计次数；表示其中第t₃(1≤t₃≤T_mvsw)次崩溃状态时，崩溃点附近区域的有功负荷变化量，将设为在t₃次崩溃状态时系统总有功负荷量的0.1％。表示在区域内w节点的电压变化量，可根据通过连续潮流法计算得到；f.最大电压灵敏度概率风险指标为：${\mathrm{MVSP}}_w=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(T_{\mathrm{mvsw}}/n)}_l---\left(7\right)$(T_mvsw/n)_l表示故障线路为l时，节点w电压灵敏度最高的崩溃状态出现的概率；利用公式(2)(4)(6)计算各电压值风险指标；MV由低到高排列，某节点MV值越低该节点越薄弱；MVC和MVP由高到低排列，某节点MVC和MVP值越高该节点越薄弱；利用公式(3)(5)(7)计算各电压概率风险指标；概率风险指标高表明抽样结果中节点出现崩溃的次数多；2)负荷节点类型指标在崩溃状态i时，节点y为按电压指标找到的系统薄弱节点，将其作为此时系统的崩溃节点，负荷节点k负荷增长系数为K_Lki，以负荷节点k在系统初始状况下按单负荷增长方式增加负荷至系统崩溃的负荷增长系数K_Lk作为基准，负荷增长率为：LGR_ki＝{K_Lki/K_Lk}  (8)负荷增长率指标越大，说明负荷增长程度越接近其极限增长能力，越容易引起系统崩溃；根据以上指标选择出对系统崩溃影响大的负荷节点，分析这些节点会引起哪些节点的崩溃；最终抽样量为n，其中崩溃节点为y的崩溃状态数量为n_y，T_lgrky表示在n_y中负荷节点k的负荷增长率最大的统计次数；负荷增长率概率风险指标为：${\mathrm{LGRP}}_{\mathrm{ky}}=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(T_{\mathrm{lgrky}}/n_y)}_l---\left(9\right)$(T_lgrky/n_y)_l表示故障线路为l，系统崩溃节点为y，节点k的负荷增长率最大的崩溃状态出现的概率；利用公式(8)(9)计算各负荷节点类型指标；对系统崩溃节点进行排序，从负荷波动程度及负荷节点类型的角度分析系统发生崩溃的主要原因，分析负荷节点的薄弱程度；3)系统承受负荷能力风险指标设系统崩溃节点为y，崩溃时系统负荷总量为L_ally；最低负荷总量风险指标为：${\mathrm{MinL}}_y=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{\left(\min \right\{L_{\mathrm{ally}}\left\}\right)}_l---\left(10\right)$最高负荷总量风险指标为：${\mathrm{MaxL}}_y=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{\left(\max \right\{L_{\mathrm{ally}}\left\}\right)}_l---\left(11\right)$平均负荷总量风险指标为：${\mathrm{AL}}_y=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(\underset{t_4=1}{\overset{n_y}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{ally}}/n_y)}_l---\left(12\right)$故障线路为l时，(min{L_ally})_l表示最低负荷总量；(max{L_ally})_l表示最高负荷总量；表示平均负荷总量；t₄(1≤t₄≤n_y)表示n_y中第t₄次崩溃状态；从系统承受负荷能力的角度分析系统薄弱节点，利用公式(10)(11)(12)计算系统负荷承受能力指标；4)系统负荷损失经济风险指标负荷损失风险指标为：${\mathrm{LL}}_y=\underset{l=0}{\overset{Z}{\Sigma }}{p}_l·{(\underset{t_5=1}{\overset{n_y}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{ally}}/n)}_l---\left(13\right)$表示负荷总量的期望值；t₅(1≤t₅≤n_y)表示n_y中第t₅次崩溃状态；负荷损失风险指标LL从经济角度体现了崩溃状态的严重程度和崩溃节点的薄弱程度；指标越高说明负荷经济损失越大，崩溃节点越薄弱。