一种计及节点功率注入和电网拓扑的输电能力评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的电网规划领域，特别涉及一种计及节点功率注入和电网拓 扑的输电能力评估方法。
【背景技术】
[0002] 由于经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，用电需求高速增长，负荷需求 增大迫使电网输送量随之增大，使得越来越多的输电线路运行在输电极限的边缘，增加了 电力系统运行的不确定性。另外，加上近年来世界各地的电力系统中发生的大停电事故，让 接近运行极限的电网更是危机重重。因此如何在保证电网安全、经济、可靠运行的基础上， 提高电网输送能力，尽可能地满足各区域用电负荷需求，成为近几年来电力工程界的研究 热点。
[0003] 对于一个大型的互联电力系统，对其输电能力的准确计算不仅可以作为电力系统 安全、可靠运行的一个重要测度，也可以为电网规划与扩建改造提供重要依据。然而随着负 荷的增长，由于线路建设的速度不能随着负荷增长成正比例增加，也就是说电网建设的速 度往往滞后于负荷增长的速度，负荷增长与网架建设之间的不匹配性使电网的输电能力不 断地被削弱，而目前对于这种情况下电网输电能力的计算缺乏有效的工具。本发明中提出 的的方法能够有效评估这种情况下的输电能力，具有重要的现实意义。
[0004] 电力系统是由人工建立起来的一个复杂网络，简单说来，可以将电力系统中的发 电机、母线等看成节点，将传输线路看成边，则电力系统可以抽象为一个由很多节点和边组 成的复杂网络，对于一个具有N个节点的电力网络，将这N个节点连接起来的最少的边的数 目为N-I，与此相对应的电力网络具有树形的拓扑结构，在无向图中常被称作生成树。很显 然，生成树网络并不是一个很有效的网络，通常情况下电力网络中建设更多的传输线路，则 传输能力也将提高。本发明中正是基于这一点，定义了空间特征长度比（SCLR)指标去量化 新增传输线路后的网络相对于最小生成树网络所产生的影响。此外，在计算指标SCLR的过 程中，不仅考虑了从发电机节点出发到其供电的负荷节点之间的电气距离信息，这一点在 以往的很多研究中都曾提到过，还考虑了这两点之间通过某条路径所传输的功率值。所以 从这一点来说本发明中提出的指标SCLR可以更好的反映电网的输电能力。
[0005] 电力系统的输电能力是一个受众多因素影响的物理量，包括负荷水平、负荷分布、 网络结构、发电调度等。从总体上讲，电力系统的输电能力可以理解为通过电力网络从源节 点（发出功率的节点）到目的节点（吸收功率的节点）之间传输的有功功率的最大值。
[0006] 电网中任意某个发电机及节点到其供电的负荷之间的详细信息可以通过潮流追 踪来获得。潮流追踪即是对某个特定的电网，通过分析计算，明确某个特定的负荷是由哪些 发电机供电的、某个特定的发电机的功率送给了哪些负荷，以及这两个过程是通过哪些输 电元件完成的。通过潮流追踪可以得到电力系统中潮流分布的详细情况，并依次能够判断 出向关键负荷送电的发电机和支路，可以依次制定合理的发电机出力分布策略和对电网进 行合理的扩建，以保障网络的输电能力。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种计及节点功率注入和电网拓扑的 输电能力评估方法，该方法能够在电网中负荷变化时或网络的拓扑结构改变时有效评估电 网的输电能力。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种计及节点功率注入和电网拓扑的输电能力 评估方法，其包括如下步骤：
[0009] A、基于图论知识与潮流追踪技术建立名为空间特征长度比（SCLR)的指标来表征 电网传输能力，其中，
[0011] 式中分子为正常网络中所有节点对之间加权最小路径的路径功率乘以路径阻抗 的平均值，分母为最小生成树网络中的相应值，此处每对节点包括且仅包括一个发电机节 点和一个负荷节点；式中m代表正常网络中存在路径的发电机节点和负荷节点之间的节点 对数，η代表最小生成树网络中存在路径的发电机节点和负荷节点之间的节点对数；PjP X i 为第i对发电机节点和负荷节点之间对应的加权最短路径的路径功率和路径阻抗；含有上 标MST的量为最小生成树网络的相应值；
[0012] B、计算正常网络中所有节点对之间加权最小路径的路径功率乘以路径阻抗的平 均值，以求解SCLR的分子；
[0013] C、计算最小生成树网络中所有节点对之间加权最小路径的路径功率乘以路径阻 抗的平均值，以求解SCLR的分母；
[0014] D、综合步骤B与步骤C的结果，求取输电能力指标SCLR。
[0015] 本发明的方法主要结合图论与电力系统相关的知识，定义了表征电网输电能力的 指标SCLR，并详细介绍了求取该指标的计算过程。围绕着电网中总的功率注入变化时网络 的输电能力也会变化，对某一特定的电网在原有功率水平的基础上，通过在不同的功率增 长模式下不断修改总的功率增量，并多次计算指标SCLR来模拟实际系统中随着时间的推 移网络中的发电机出力与负荷变化时输电能力发生变化的情形，，得到电网中的功率变化 与输电能力变化之间的关系。此外，在保持节点注入功率不变时，修改网络的拓扑结构，比 如网络中增多一条输电线路，得出了网络拓扑结构变化与输电能力之间的关系。此方法具 有物理意义明确、指标定义合理、考虑因素全面等优点。可以为电网规划人员合理地扩建电 网提供依据。
[0016] 根据本发明另一【具体实施方式】，步骤B包括如下步骤：
[0017] B1、读取待分析电网的网架信息数据，并计算直流潮流；
[0018] B2、根据待分析电网的直流潮流结果，以每条支路上流过的功率作为边的权值，对 此网络建立其潮流传输的加权有向图；
[0019] B3、采用潮流追踪技术，对步骤Bl中建立的加权有向图进行潮流追踪，得到从每 个发电机节点出发到其供电的负荷节点之间的所有路径以及这些路径的详细信息，包括路 径所经过的输电元件、路径传输的功率值、路径的阻抗信息；
[0020] B4、根据步骤B3中潮流追踪的结果，选出待分析电网中从每个发电机节点出发到 其供电的负荷之间的加权最小路径；
[0021] B5、根据步骤M中选出的加权最小路径计算输电能力指标SCLR的分子。
[0022] 根据本发明另一【具体实施方式】，步骤C包括如下步骤：
[0023] Cl、以输电线路的电抗作为边的权值，对待分析电网建立其对应的加权无向图，并 求此加权无向图对应的最小生成树网络。
[0024] C2、对求得的最小生成树网络计算直流潮流；
[0025] C3、根据最小生成树网的直流潮流结果，以最小生成树网中每条支路上流过的功 率作为边的权值，对此网络建立其潮流传输的加权有向图；
[0026] C4、采用潮流追踪技术，对步骤C3中建立的加权有向图进行潮流追踪，得到从每 个发电机节点出发到其供电的负荷节点之间的所有路径以及这些路径的详细信息，包括路 径所经过的输电元件、路径传输的功率值、路径的阻抗信息；
[0027] C5、根据步骤C4中潮流追踪的结果求电网输电能力指标SCLR的分母。
[0028] 根据本发明另一【具体实施方式】，潮流追踪技术为：对某个确定的电网，通过分析和 计算，明确某个特定的负荷是由哪些发电机供电的、某个特定的发电机的功率送给了哪些 负荷，以及这两个过程是通过哪些输电元件完成的。通过潮流追踪技术搜寻得到电网中每 对发电机节点出发到其供电的负荷节点之间的所有路径的详细信息，包括每条路径所经过 的输电元件、路径传输的功率值、路径的阻抗。
[0029] 根据本发明另一【具体实施方式】，步骤M中所述的加权最小路径为：某对节点之间 的所有的路径中路径上传输的功率最大且路径阻抗最小的路径。
[0030] 根据本发明另一【具体实施方式】，可根据下式来选出步骤M中所述的从每个发电 机节点出发到其供电的负荷之间的加权最小路径：
[0032] 式中，P1R表任意某对节点之间某一路径上传输的功率值，X1为此条路径对应的 阻抗。W 1为此条路径对应的加权值。因此加权最小路径可以通过路径阻抗与路径功率倒 数的乘积选出，即为W1值最小的一条路径。
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