CN109861214B - 判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统，利用电网的初始潮流，通过简单的信息获取和矩阵运算，即可计算某区域电网的不同线路发生不同类型故障后的线路脆弱因子LFF矩阵，并可通过脆弱因子矩阵直接判断系统的暂态功角稳定下的最薄弱线路和最严重故障，方法简单直接，对系统的薄弱环节及其他线路对薄弱环节的影响一目了然，可以大大节省仿真时间，可用于电力系统的多种分析中。

Description

判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统。

背景技术

目前寻找电力系统暂态功角稳定薄弱线路时，往往更关心的是系统发生故障以后对系统的影响，分析故障影响的方法主要采用仿真方法，耗费时间，现有的判断薄弱断面或薄弱线路的方法要么缺乏故障影响的分析，要么方法较为复杂。

发明内容

本发明旨在一定程度地解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出了判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法。该方法能够仅根据电力系统某一状态信息直接获取薄弱线路及按对该薄弱线路影响严重程度排序的系统故障，减少计算时间和仿真时间，对电力系统的暂态功角稳定分析具有重要意义。

本发明的第二个目的在于提出判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法，包括：

S1：获取所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息。

S2：根据S1中获取的所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前所述区域电网的各线路的功率以及计算所述区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀。

S3：增加与所述区域电网外的连接母线相关联的支路，并将所述支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改所述S2中的各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前只考虑电抗的节点导纳矩阵B₀。

S4：根据设置的不同的线路故障，相应修改所述S3中的支路导纳矩阵、节点-支路关联矩阵、节点导纳矩阵，形成故障后的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀。

S5：根据所述S4中所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀计算所述故障线路的功率、所述故障线路的脆弱因子及所述故障线路脆弱因子矩阵LEF。

S6：计算所述S5中的所述故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列所述脆弱因子矩阵绝对值LEF′，所述LEF′排序中最大值对应的所述故障(LEF′最大值对应的行)为最严重故障，对应的所述线路(LEF′最大值对应的列)为最薄弱线路。

根据本发明的一个实施例，所述S1中所述区域电网各线路信息包括：所述线路两端的母线名称、所述线路两端电压等级、以及所述线路的电抗值；与所述区域电网各线路相连的母线信息，包括所述与所述区域电网各线路相连的母线名称、所述与所述区域电网各线路相连的电压等级、所述与所述区域电网各线路相连的母线电压、所述与所述区域电网各线路相连的母线相角。

根据本发明的一个实施例，所述S2中所述各支路导纳组成的矩阵B_L、节点导纳矩阵B₀的获得只考虑电抗因素。

本发明第二方面实施例提出的判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息。

第一计算模块，用于根据所述第一获取模块获取的所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前所述区域电网的各线路的功率以及计算所述区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀。

第一修改模块，增加与所述区域电网外的连接母线相关联的支路，并将所述支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改所述S2中的各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前只考虑电抗的节点导纳矩阵B₀。

第二修改模块，用于根据设置的不同的线路故障，相应修改所述第二计算模块的所述中的支路导纳矩阵、节点-支路关联矩阵、节点导纳矩阵，形成故障后的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀。

第二计算模块，用于根据所述第二修改模块的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀计算所述故障线路的功率、所述故障线路的脆弱因子及所述故障线路脆弱因子矩阵LEF。

第三计算模块，用于计算所述第二计算模块中的所述故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列所述脆弱因子矩阵绝对值LEF′，所述LEF′排序中最大值对应的所述故障(LEF′最大值对应的行)为最严重故障，对应的所述线路(LEF′最大值对应的列)为最薄弱线路。

根据本发明的一个实施例，所述获取模块的所述区域电网各线路信息包括：所述线路两端的母线名称、所述线路两端电压等级、以及所述线路的电抗值；与所述区域电网各线路相连的母线信息，包括所述与所述区域电网各线路相连的母线名称、所述与所述区域电网各线路相连的电压等级、所述与所述区域电网各线路相连的母线电压、所述与所述区域电网各线路相连的母线相角。

根据本发明的一个实施例，所述第一计算模块中所述各支路导纳组成的矩阵B_L、节点导纳矩阵B₀的获得只考虑电抗因素。

本发明利用电网的初始潮流，通过简单的信息获取和矩阵运算，即可计算某区域电网的不同线路发生不同类型故障后的线路脆弱因子LFF矩阵，并可通过脆弱因子矩阵直接判断系统的暂态功角稳定下的最薄弱线路和最严重故障，方法简单直接，对系统的薄弱环节及其他线路对薄弱环节的影响一目了然，可以大大节省仿真时间，可用于电力系统的多种分析中。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1是根据本发明公开实施例的所述判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法流程图；

图2(a)是根据本发明公开实施例的不同故障下系统最大发电机功角差仿真曲线图；

图2(b)是根据本发明公开实施例的不同故障下系统最大发电机功角差仿真曲线图；

图3是根据本发明实施例公开的所述判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统方框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出获取区域电网暂态功角稳定薄弱线路及故障的方法，基于系统的某一状态，计算系统发生不同类型故障后的线路薄弱因子矩阵，判断电网薄弱线路，并给出不同故障对该薄弱线路影响程度的指标排序，可以直接给出电网的薄弱环节和系统最严重故障，可减少计算时间和仿真时间，对电力系统暂态功角稳定分析具有十分明晰的指导作用。

一般情况下，对某区域电网，当线路k发生故障后，假设线路i上的潮流转移值为ΔP_ki，则潮流转以后线路i的功率与最大功率之比为：

根据直流潮流计算公式：

P^SP＝B₀θ (2)

令矩阵A为节点-支路关联矩阵，则有

P_L＝B_LA^Tθ (4)

P^SP＝B₀θ (5)

P_L＝B_LA^TB₀ ^-1P^SP (6)

B₀(AA^T)^-1AB_L ^-1P_L＝B₀(AA^T)^-1AB_L ^-1B_LA^TB₀ ^-1P^SP＝P^SP (7)

当线路发生开断时：

则：

式中，P_L为故障前各支路的功率向量，B_L为故障前只考虑电抗的各支路导纳组成的矩阵，A为故障前节点-支路关联矩阵，B₀为故障前只考虑电抗的节点导纳矩阵，P′_L为故障后各支路的功率，B′_L为故障后只考虑电抗的各支路导纳组成的矩阵，A′为故障后节点-支路关联矩阵，B′₀为故障后只考虑电抗的节点导纳矩阵。

如果假设各线路δ_max均相同，则可把|P′_lk·X′_lk|作为线路k故障后各线路薄弱因子指标，该指标越大，则说明线路越薄弱。其中P′_lk、X′_lk均为标幺值。

当所考察的区域电网与外区域电网存在电气联系时，在进行指标计算前，需要将外区域电网通过零阻抗进行虚拟连接，以使指标计算更为合理。

本方法应用的前提是认为电网基本都是分层分区的。

对某一层级的电网，图1为本发明公开实施例的所述判断故障后区域电网稳定薄弱线路的方法流程图，具体流程如下：

步骤S1：获取所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息，即通过系统的运行状态，获取区域电网各线路信息，包括线路两端母线名称、电压等级及线路的电抗值；获取与线路相连的母线信息，包括母线名称、电压等级及运行状态下的母线电压、相角。

S2：根据S1中获取的所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前所述区域电网的各线路的功率以及计算所述区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀。

S3：对所考察区域电网外的连接母线，增加与所述区域电网外的连接母线相关联的支路，并将所述支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改所述S2中的各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前只考虑电抗的节点导纳矩阵B₀。

S4：根据设置的不同的线路故障，相应修改所述S3中的支路导纳矩阵、节点-支路关联矩阵、节点导纳矩阵，形成故障后的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀。

S5：根据所述S4中所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀以及按公式(9)计算所述故障线路的功率、所述故障线路的脆弱因子及所述故障线路脆弱因子矩阵LEF。

S6：计算所述S5中的所述故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列所述脆弱因子矩阵绝对值LEF′，所述LEF′排序中最大值对应的所述故障(LEF′最大值对应的行)为最严重故障，对应的所述线路(LEF′最大值对应的列)为最薄弱线路。

以华东区域江苏某规划电网方案为例进行了应用验证。该规划方案下，华东电网形成特高压环网，江苏电网与外部电网的500kV联络线有4条。某极端方式下，令华东其他省份送电江苏，且江苏电网达最大受电规模。此时计算不同线路严重故障下的线路脆弱因子矩阵，选择绝对值较大的脆弱因子对应的线路，结果如表1所示。

表1极端方式下脆弱线路及其对应的脆弱因子

脆弱线路	脆弱因子
		'苏廻峰51——皖芜三51'	0.682418
'皖当涂51——苏溧阳51'	0.558321
		'苏州南51——苏溧阳51'	0.358903
'苏安澜51——苏双泗51'	0.351139
		'苏安澜51——苏豫东51'	0.329789
'苏岷珠51——苏廻峰51'	0.30947

表1表明：系统的最脆弱线路为“苏廻峰51——皖芜三51”线路，其次是“皖当涂51——苏溧阳51”。之后依次为江苏内部的其他线路。

按脆弱因子大小排序的脆弱线路及对应的故障列表如下：

表2极端方式下按脆弱因子排序的脆弱线路及对应的故障

为了查看对脆弱线路影响较大的故障，列出“苏廻峰51——皖芜三51”、“皖当涂51——苏溧阳51”等几个线路按故障后脆弱因子排序的故障线路分别如表3至表5所示。

表3极端方式下“苏廻峰——皖芜三”线路及其他线路故障时的脆弱因子

对表3中的故障进行仿真，结果表明，排在前两位的“皖当涂51——苏溧阳51”、“苏州南51——苏溧阳51”线路故障后系统失稳，其余线路故障后系统稳定。验证了指标的正确性。

表4极端方式下“皖当涂51——苏溧阳51”线路及其他线路故障时的脆弱因子

表5极端方式下“苏州南51——苏溧阳51”线路及其他线路故障时的脆弱因子

对表4、表5中的故障进行仿真，结果表明，排在最前面的“苏廻峰51——皖芜三51”线路故障后系统失稳，其余线路故障后系统稳定。验证了指标的正确性。

部分故障的仿真曲线图2(a)、图2(b)所示。

本发明第二方面实施例提出的判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统，图3为判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统方框图，系统300包括：

获取模块301，用于获取所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息。

第一计算模块302，用于根据所述第一获取模块获取的所述区域电网各线路信息以及与所述区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前所述区域电网的各线路的功率以及计算所述区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀。

第一修改模块303，用于对所考察区域电网外的连接母线，增加与所述区域电网外的连接母线相关联的支路，并将所述支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改所述S2中的各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前所述区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前只考虑电抗的节点导纳矩阵B₀。

第二修改模块304，用于根据设置的不同的线路故障，相应修改所述第二计算模块的所述中的支路导纳矩阵、节点-支路关联矩阵、节点导纳矩阵，形成故障后的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀。

第二计算模块305，用于根据所述第二修改模块的所述支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀计算所述故障线路的功率、所述故障线路的脆弱因子及所述故障线路脆弱因子矩阵LEF。

第三计算模块306，用于计算所述第二计算模块中的所述故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列所述脆弱因子矩阵绝对值LEF′，所述LEF′排序中最大值对应的所述故障(LEF′最大值对应的行)为最严重故障，对应的所述线路(LEF′最大值对应的列)为最薄弱线路。

根据本发明的一个实施例，所述获取模块301的所述区域电网各线路信息包括：所述线路两端的母线名称、所述线路两端电压等级、以及所述线路的电抗值；与所述区域电网各线路相连的母线信息，包括所述与所述区域电网各线路相连的母线名称、所述与所述区域电网各线路相连的电压等级、所述与所述区域电网各线路相连的母线电压、所述与所述区域电网各线路相连的母线相角。

根据本发明的一个实施例，所述第一计算模块302中所述各支路导纳组成的矩阵B_L、节点导纳矩阵B₀的获得只考虑电抗因素。

这里判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统与第一方面实施例中的判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路采用的方法相同或相似，这里不再赘述。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：获取区域电网各线路信息以及与区域电网各线路相连的母线信息,其中,区域电网各线路信息包括线路两端的母线名称、线路两端电压等级、以及线路的电抗值；与区域电网各线路相连的母线信息，包括与区域电网各线路相连的母线名称、与区域电网各线路相连的电压等级、与区域电网各线路相连的母线电压、与区域电网各线路相连的母线相角；

S2：根据S1中获取的区域电网各线路信息以及与区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前区域电网的各线路的功率以及计算区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀；

S3：增加与区域电网外的连接母线相关联的支路，并将该支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改S2中的故障前 各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀；

S4：根据设置的不同的线路故障，相应修改S3中的故障前 各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀，形成故障后的支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀；

S5：根据S4中支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀，计算故障线路的功率、故障线路的脆弱因子及故障线路脆弱因子矩阵LEF；

S6：计算S5中的故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列脆弱因子矩阵绝对值LEF′，LEF′排序中最大值在LEF′矩阵中对应的故障为最严重故障，对应的线路为最薄弱线路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， S2中各支路导纳组成的矩阵B_L、节点导纳矩阵B₀的获得只考虑电抗因素。

3.判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取区域电网各线路信息以及与区域电网各线路相连的母线信息,其中,区域电网各线路信息包括线路两端的母线名称、线路两端电压等级、以及线路的电抗值；与区域电网各线路相连的母线信息，包括与区域电网各线路相连的母线名称、与区域电网各线路相连的电压等级、与区域电网各线路相连的母线电压、与区域电网各线路相连的母线相角；

第一计算模块，用于根据获取模块获取的区域电网各线路信息以及与区域电网各线路相连的母线信息，计算故障前区域电网的各线路的功率以及计算区域电网的各线路的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀；

第一修改模块，用于增加与区域电网外的连接母线相关联的支路，并将该支路对应的导纳值设置为无穷大，并对应修改第一计算模块中的各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀；

第二修改模块，用于根据设置的不同的线路故障，相应修改第一修改模块中的故障前各支路导纳组成的矩阵B_L、故障前区域电网的各线路的节点-支路关联矩阵A、故障前节点导纳矩阵B₀ ，形成故障后的支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀；

第二计算模块，用于根据第二修改模块的支路的导纳矩阵B′_L、节点-支路关联矩阵A′、节点导纳矩阵B′₀， 计算故障线路的功率、故障线路的脆弱因子及故障线路脆弱因子矩阵LEF；

第三计算模块，用于计算第二计算模块中的故障线路脆弱因子矩阵绝对值LEF′，并降序排列脆弱因子矩阵绝对值LEF′，LEF′排序中最大值在LEF′矩阵中对应的故障为最严重故障，对应的线路为最薄弱线路。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，第一计算模块中各支路导纳组成的矩阵B_L、节点导纳矩阵B₀的获得只考虑电抗因素。

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