大规模电力系统病态潮流分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种电力系统仿真及分析技术领域的系统，具体是一种可采用不 同算法对大规模电力系统病态潮流进行求解与分析的系统。
【背景技术】
[0002] 电力系统的潮流是指在给定电源注入功率和负荷输出功率后，电力网络中产生流 动的功率流。电力系统的潮流计算在给定电网和已知电网运行条件的情况下，确定电力系 统稳定运行状态的计算工作，为电力系统短路计算和稳定计算提供初值，是电力系统分析 的基石。潮流计算的本质是求解一组非线性方程组。该方程组表征电力系统节点电压和注 入功率或注入电流间的关系。在已知网络参数的情况下，以及除平衡机以外的发电机有功 出力已知的情况下，求解潮流方程组可以获得电力系统网络中各节点的电压、线路输送的 有功及无功功率、发电机无功出力及网络损耗。
[0003] 由于潮流计算的重要性和电网规模的不断扩大，自上个世纪50年代开始，电力行 业的研宄人员就已投入大量的精力到潮流计算的研宄与相关系统的开发中。至今为止，世 界范围内已出现了诸多用于大规模电力系统潮流计算与分析系统，例如：美国电力研宄院 的ETSMP、ABB公司的SIMP0W、西门子电力技术国际公司开发的PSS/E、中国电力科学研宄院 开发的PSASP和PSD - BPA等。
[0004] 尽管电力系统潮流计算的相关研宄及系统的开发已经历了数十年的历史，现阶段 还是存在以下问题需要解决：
[0005] 1)潮流计算的核心模块仍基于上个世纪60年代Tinney和Hart提出的NR(牛顿-拉夫逊）算法[Tinney W F，Hart C E. Power flow solution by Newton's method [J]. Power Apparatus and Systems，IEEE Transactions on，I967(Il) : I449-I46O.]和7〇年代 Stott和Alsac提出的PQ分解算法[Stott B，Alsa 0· Fast decoupled load flow[J]· Power Apparatus and Systems，IEEE Transactions on，1974(3) :859 - 869·]，前者利用导纳矩 阵的稀疏性大幅减少了计算机内存的需求，利用优化节点排序技术大幅减少求解线性方程 组的计算量，因此在正常工况下可以快速可靠的收敛至系统潮流解；后者迭代过程中因子 表可重复使用，大幅提高了计算速度。然而，随着输电网络的扩建，华东、华中、华北等几大 片区电网将紧密连接，我国电网形成了大规模交直流互联系统。该系统的工况复杂多样，调 度人员和运行方式规划人员在得到电网正常的运行方式安排前，需要经过大量的电网运行 参数调整，时常遇到电网参数不匹配等工况，常规牛顿法潮流计算难以收敛，而系统中重负 荷、小阻抗支路等因素，也会影响常规潮流计算方法的收敛性[张尧，宋文南，贺家李.临近 电压稳定极限的潮流和静稳极限算法[J].中国电机工程学报，1994,14(6) :17 - 23.姚玉 斌，鲁宝春，陈学允.小阻抗支路对牛顿法潮流的影响及其处理方法[J].电网技术，1999， 23 (9) : 27 -31.姚玉斌，蔡兴国，陈学允，等.PQ分解算法潮流求解含有小阻抗支路系统的收 敛性分析[J].继电器，2000,4 :001.]。这些常规方法无法收敛的情况称为病态潮流；
[0006] 2)现阶段针对病态潮流的问题，已有一定的解决方案，如先采用PQ分解算法迭代 1~2次，将迭代后的解作为初值启动牛顿迭代[Stott B. Effective starting process for Newton -Raphson load flows[C]//Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. IET Digital Library，1971，118(8) :983 - 987.]，如电科院 PSD - BPA 软件中 的潮流模块即有该方法的选项[印永华，卜广全，汤涌.PSD-BPA潮流程序用户手册[Z] [J]. 2007.]。但该方案对于初始PQ分解算法的迭代次数十分敏感，不同的迭代次数会直接 影响最终NR算法迭代的收敛情况。
[0007] 现代的电力系统负荷日益加重，大区域间的互联不断增强，特别是"三华"（华中-华东-华北）特高压交/直流电网的互联，使运行工况变得复杂多变；此外，在负荷不断增 大的同时，电网中的发电设备的使用越来越接近其使用极限，这些因素都导致病态潮流问 题的产生，使常规潮流计算方法难以收敛的情况变得越来越常见。
[0008] 另一方面，电力系统的运行需要绝对的安全、稳定，一旦发生了大范围的故障，其 造成的经济损失难以估量。而电力系统的潮流计算作为电力系统静态及动态分析的基础， 在电力系统的规划与运行中充当基石的作用。当电力系统中发生故障时，需要及时对故障 进行诊断分析，从而进行改变运行方式或切负荷等操作来切除故障。然而，当故障导致系统 中元器件过负荷后，可能产生连锁反应，致使故障扩大，进而出现病态潮流的问题。若在此 时无法求得正确的潮流解，会影响故障的分析诊断和及时切除，进一步恶化故障的范围，最 终甚至引发电网解裂以及大范围停电。因此，为了保证系统在极限运行工况下的安全稳定 运行，亟需解决常规潮流算法在求解病态潮流时出现的收敛性问题。
[0009] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104091092A，公开（公告）日 2014. 10. 08,公开了一种大规模电力系统小干扰稳定性的特征值分析系统，包括：用于实现 BPA数据文件的无缝读写操作的BPA数据接口模块、用于实现小干扰稳定性特征值分析中 的稀疏矩阵相关处理的稀疏矩阵计算模块、潮流计算模块、系统建模及其线性化模块、状态 矩阵计算模块、全部特征值计算引擎模块、部分特征值计算引擎模块和振荡模式提取和分 析模块，采用TTQRE、多种计算方案的IRAM及JDM，实现对实际大规模电网进行全方位、无遗 漏的小干扰稳定性特征值仿真分析。但该技术采用常规的NR法，面对求解Jacobian矩阵 接近奇异的情况会出现不收敛的问题，影响整个系统的正常工作，本发明与该现有技术相 比的本质性进步为：采用Levenberg -Marquardt(LM)方法解决了大规模电力系统病态潮流 求解与分析问题。
【发明内容】
[0010] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大规模电力系统病态潮流分析系 统，引入新的方法解决极限运行工况下的病态潮流求解问题：根据PSD - BPA格式的电网数 据文件（*. dat)，采用常规的NR算法及PQ分解算法，快速高效地得到电力系统潮流计算结 果；采用PQ分解算法迭代数次后作为NR算法初值的方法，解决部分潮流不收敛的情况；采 用Levenberg -Marquardt(LM)方法，有效解决极限运行工况下的病态潮流求解与分析问 题。
[0011] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0012] 本发明涉及一种大规模电力系统病态潮流分析系统，包括：BPA数据接口模块、用 于实现潮流计算中的稀疏矩阵相关处理的稀疏矩阵计算模块、系统建模模块、潮流计算模 块和潮流结果分析模块，其中：BPA数据接口模块接收电网数据文件，并分别与潮流计算模 块和系统建模模块相连并提供API (Application Programming Interface，应用程序编程 接口）；稀疏矩阵计算模块与潮流计算模块相连并提供API，实现计算过程中大规模稀疏矩 阵求解的计算功能；系统建模模块根据BPA数据接口模块提供的API，实现大规模电力系统 建模，即生成各电力元器件的已知量并形成初始潮流方程；潮流计算模块根据BPA数据接 口模块以及稀疏矩阵计算模块提供的API，依据预设配置选取对应算法，对系统建模模块形 成的潮流方程进行求解，并形成潮流计算结果至潮流结果分析模块；潮流结果分析模块对 潮流计算结果收敛情况进行分析，并根据结果中的静态最低、最高电压指标，完成病态潮流 的电压稳定性分析，输出各节点的电压、功率、各支路的功率流动以及电压稳定性等潮流分 析结果。该系统具备大规模电力系统病态潮流的求解及分析能力，能够解决常规潮流求解 系统在计算病态潮流时不收敛的问题，在现