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一種計及電壓和無功的線性化潮流計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510406452.4

申請日:

2015.07.10

公開號:

CN104993491A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 3/16申請日:20150710|||公開
IPC分類號: H02J3/16; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: H02J3/16
申請人: 清華大學
發明人: 楊知方; 鐘海旺; 夏清; 康重慶
地址: 100084北京市海淀區清華園1號
優先權:
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201 代理人: 廖元秋
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510406452.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.04.12|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種計及電壓和無功的線性化潮流計算方法,屬于電力系統潮流計算技術領域,該方法包括:運用輸電網網損估計值得到節點有功注入向量;根據輸電網線路參數生成計算節點電壓相角所需的矩陣;運用最優估計方法估算節點電壓相角;根據輸電網參數得到潮流方程求解中所需的矩陣;用電壓相角值計算節點注入無功功率的補償項;運用線性化矩陣運算得到潮流方程中的待求量。本發明充分利用了潮流方程的特性,提出的線性化的潮流方程,能夠準確估計節點待求狀態量。本方法無需迭代求解,計算效率高,開發難度小,具有較強的工業應用價值。

權利要求書

權利要求書
1.  一種計及電壓和無功的線性化潮流計算方法,其特征在于,該方法包括:運用輸電網網損估計值得到節點有功注入向量;根據輸電網線路參數生成計算節點電壓相角所需的矩陣;運用最優估計方法估算節點電壓相角;根據輸電網參數得到潮流方程求解中所需的矩陣;用電壓相角值計算節點注入無功功率的補償項;運用線性化矩陣運算得到潮流方程中的待求量。

2.  如權利要求1所述方法,其特征在于,該方法設輸電網共有N個節點,其中共有1個Vθ節點,m-1個PV節點,N-m個PQ節點;將節點編號重新排序為:節點1為Vθ節點,節點2~節點m為PV節點,節點m+1~節點N為PQ節點,Vθ節點的相角設為0;Vθ節點電壓幅值和電壓相角給定,有功注入和無功注入為待求量;PV節點有功注入和電壓幅值已知,無功注入和電壓相角待求;PQ節點有功注入和無功注入已知,電壓幅值和電壓相角待求;該方法具體包括以下步驟:
(1)運用輸電網網損估計值PLoss得到節點1~節點N的有功注入向量P:
已知節點2~節點N的有功注入,將節點2~節點N有功注入按順序組成組成(N-1)×1維列向量,用PR表示;根據功率守恒可得電網中節點1~節點N的有功注入向量P為:
P=-eRTPR+PLossPR---(1)]]>
其中,eR=[1,...1]T,為(N-1)×1維的列向量,所有元素均為1;
2)根據輸電網中所有線路的電抗參數,生成計算節點電壓相角所需的矩陣B0和B
B0為N×N維矩陣,其計算方法如式(2)所示:
B0,ij=-1/xij,B0,ii=-Σj≠iB0,ij    (2)
其中,B0,ij為矩陣B0在第i行、第j列的元素,xij為連接在節點i和節點j間的線路的電抗,若節點i和節點j之間不存在線路,則xij→∞,B0,ij=0;
將B0寫作分塊矩陣形式,如式(3)所示:
B0=B11b1Tb1BR---(3)]]>
其中,B11為B0矩陣第1行第1列位置上的元素,b1為B0矩陣第1列第2~第N位元素組成的列向量,維度為(N-1)×1,BR為B0矩陣除去第一行和第一列后余下的矩陣,維度為(N-1)×(N-1);
設為B0矩陣除去第一列后余下的子矩陣,維度為N×(N-1),表達式如下;

3)計算節點2~電壓N電壓相角:
由于節點1的電壓相角已知(為0),節點2~節點N的電壓相角待求,節點2~節點N的電壓相角向量θOE,R可用下式求解:

θOE,R為(N-1)×1維;
故節點1~節點N的電壓相角θOE可表示為:
θOE=0θOE,R---(6)]]>
4)根據輸電網導納矩陣和阻抗矩陣求取潮流計算,設計算過程中所使用的潮流中間矩陣分別為:GP、BP、BQ、GQ、Lvm、LQm、Lvn、LQn;
設Y為輸電網導納矩陣,矩陣G和B分別為Y矩陣的實部和虛部,即Y=G+jB,設Gij、Bij分別為矩陣G、矩陣B第i行第j列的所在元素,首先根據矩陣G和矩陣B生成GP、BP、BQ、GQ:
GP,ii=12Σj=1NGij+12Gii,GP,ij=12Gij---(7)]]>
BP,ii=-Σj=1,j≠iNBij,BP,ij=Bij---(8)]]>
BQ,ii=12Σj=1NBij+12Bii,BP,ij=12Bij---(9)]]>
GQ,ii=-Σj=1NGij,GQ,ij=Gij---(10)]]>
其中,GP,ij、BP,ij、BQ,ij、GQ,ij分別表示GP、BP、BQ、GQ第i行第j列的所在元素;
將GP、BP、BQ、GQ表示為分塊矩陣形式:
GP=GP(m,m)GP(m,n)GP(n,m)GP(n,n)---(11)]]>
BP=BP(m,m)BP(m,n)BP(n,m)BP(n,n)---(12)]]>
BQ=BQ(m,m)BQ(m,n)BQ(n,m)BQ(n,n)---(13)]]>
GQ=GQ(m,m)GQ(m,n)GQ(n,m)GQ(n,n)---(14)]]>
其中,矩陣的維度為m×m,其余分塊矩陣可依次類推,
進而可得潮流計算中所需中間矩陣H(m,m)、H(m,n)、H(n,m)、H(n,n)如下:
H(m,m)=-BP(m,m)-GP(m,n)(BQ(n,n))-1GQ(n,m)---(15)]]>
H(m,n)=-BP(m,n)-GP(m,n)(BQ(n,n))-1GQ(n,n)---(16)]]>
H(n,m)=-BP(n,m)-GP(n,n)(BQ(n,n))-1GQ(n,m)---(17)]]>
H(n,n)=-BP(n,n)-GP(n,n)(BQ(n,n))-1GQ(n,n)---(18)]]>
將矩陣H(m,m)、H(m,n)、H(n,m)、H(n,n)拼接可得矩陣H:
H=H(m,m)H(m,n)H(n,m)H(n,n)---(19)]]>
將H寫作分塊矩陣形式,如下所示:
H=H11h1Th1HR---(20)]]>
其中,H11為H矩陣第1行第1列位置上的元素,h1為H0矩陣第1列第2~第N位元素組成的列向量,維度為(N-1)×1,HR為H0矩陣除去第一行和第一列后余下的矩陣,維 度為(N-1)×(N-1);
設為H矩陣除去第一列后余下的子矩陣,維度為N×(N-1),表達式如下;

矩陣Lvm、LQm、Lvn、LQn計算方法如下:
Lvm=GP(m,m)-GP(m,n)(BQ(n,n))-1BQ(n,m)---(22)]]>
Lvn=GP(n,n)-GP(m,n)(BQ(n,n))-1BQ(n,m)---(23)]]>
LQm=-GP(m,n)(BQ(n,n))-1---(24)]]>
LQm=-GP(n,n)(BQ(n,n))-1---(25)]]>
5)計算節點1~節點N注入無功功率的補償項:
節點的無功注入補償項Wi計算公式如下:
Wi=Σj=1NBijθij22---(26)]]>
其中,Bij為導納矩陣B第i行第j列元素,θij=θOE,i-θOE,j,為公式(5)所得節點i和節點j的電壓相角差。
由此可得節點無功注入補償列向量為W:W=[W1,...,WN]T,維度為N×1
6)運用矩陣運算求取潮流計算中的待求量,包括節點1~節點m的無功注入,節點2~節點N的電壓相角,節點m+1~節點N的電壓幅值;
設潮流計算中引入的中間列向量如下:vs,δ′s,維度均為N×1;
列向量vs,δ′s,P,Q,W的分塊表示如下:
vs=vS(m)vS(n)---(27)]]>
δs=δ(m)δ(n)---(28)]]>
P=P(m)P(n)---(29)]]>
Q=Q(m)Q(n)---(30)]]>
W=W(m)W(n)---(31)]]>
由Q和W可得列向量如下:
Q‾=Q‾(m)Q‾(n)=Q-W=Q(m)Q(n)-W(m)W(n)---(32)]]>
根據Vθ節點、PQ節點、PV節點的已知參量,潮流求解中,給定輸電網估算網損PLoss,列向量P、Q(n)、的所有元素均為已知量;
首先根據下列等式可求出潮流計算中的待求量和中間變量:

vS(n)=-(BQ(n,n))-1Q‾(n)-(BQ(n,n))-1BQ(n,m)vS(m)-(BQ(n,n))-1GQ(n,m)δ(m)-(BQ(n,n))-1GQ(n,n)δ(n)---(34)]]>
進而可得潮流方程中的待求量如下:
包括節點1~節點m的無功注入:
Q(m)=-BQ(m,m)vS(m)-BQ(m,n)vS(n)-GQ(m,m)δ(m)-GQ(m,n)δ(n)+W(m)---(35)]]>
節點2~節點N的電壓相角,即為公式(5)得到的電壓相角:
θi=θOE,i,i=2,...,N(36)
設vs,i為向量vs中的第i個元素,其物理意義即為電壓幅值的平方,故可得節點m+1~節點N的電壓幅值:
vi2=vs,i,i=m+1,...,N---(37)]]>
至此,所有潮流計算中的待求量均通過線性矩陣運算得出。

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一種 電壓 無功 線性化 潮流 計算方法
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