一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，方法包括：从电力系统提取常规潮流计算所需的电力系统参数并进行初始化；在常规潮流计算模型中增加频率待求变量，建立改进的快速解耦潮流模型，计算待求变量节点电压、系统频率和支路功率的基准状态；计算节点电压、系统频率和支路功率的各阶半不变量；由Gram-Charlier级数展开，求得待求变量节点电压、系统频率和支路功率的累积概率分布函数和概率密度函数。本发明将电力系统中不确定性因素对系统频率的影响以及系统频率的分布特征包含到概率潮流的分析之中，计算速度快，能为电力系统安全经济运行分析及稳定分析提供更加完整的综合评估。
【专利说明】一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统稳态分析领域，更具体地，涉及一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法。
【背景技术】
[0002]潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、平衡点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等。潮流计算是电力系统的一种基本计算，用来描述电力系统稳态运行情况，其计算结果是电力系统安全经济运行分析及稳定分析的基础。
[0003]传统的确定性潮流只能得到给定运行状态下节点电压和支路功率的相关信息，潮流计算的结果也是确定的。在实际电力系统中，负荷的波动存在不确定性。随着近年来风电的大力发展，风电的间歇性和不确定性受到了重点关注。在“源一网一荷”复杂互动环境下，负荷变动和可再生电源出力的不确定性使电力系统潮流分布呈现出随机特性，这种随机性可能会对电网的安全运行造成影响。概率潮流计算可以考虑到这些不确定性因素，通过概率潮流计算得到研究对象的概率分布结果，能够分析系统当前的运行状态，为系统调度、规划等工作提供支持。
[0004]传统的概率潮流方法只关注节点电压和支路功率的概率分布，然而频率作为衡量电力系统电能质量的重要指标之一，也应当将电力系统中不确定性因素对系统频率的影响以及系统频率的分布特征包含概率潮流的分析工作之中。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑电力系统功频静特性的快速随机潮流计算方法，该方法基于考虑电力系统静态特性的快速解耦潮流模型建立改进的概率潮流模型，采用基于半不变量的Gram-Charlier级数展开法进行概率潮流计算，除了节点电压和支路功率外，还能够得到系统频率的概率分布，可以为电力系统分析提供更加完整的综合评估。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]S1、从电力系统提取常规潮流计算所需的电力系统参数并初始化；
[0008]S2、在常规潮流计算模型中增加频率待求变量，建立快速解耦潮流模型，结合所述模型计算待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态\、Y0和Ztl,具体包括以下子步骤:
[0009]S21、计算系统当前各节点的不平衡量，所述不平衡量包括有功功率不平衡量和无功功率不平衡量；[0010]S22、提取计算得到的不平衡量绝对值的最大值，当其小于设定的收敛精度要求值时，执行步骤S23 ;当其不小于设定的收敛精度要求值时，进行一次调频以修正节点电压相位、幅值与系统频率，返回步骤S31 ；
[0011]S23、判断系统频率偏差是否满足给定的频率偏移要求，若频率偏差超出频率偏移要求值，则通过重新整定主调频机组的空载频率进行系统二次调频，返回步骤S21，重复执行迭代计算直至系统频率偏差小于给定的频率偏移要求值；
[0012]S24、在系统频率偏差满足给定的频率偏移要求后，计算待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态\、Y0和Ztl ；
[0013]S3、计算节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的各阶半不变量；
[0014]S4、将待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的累积概率分布函数和概率密度分布函数按照Gram-Charlier级数展开，根据所述待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态Y0, Z0和各阶半不变量确定Gram-Charlier级数系数，最终求得待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的累积概率分布函数和概率密度分布函数。
[0015]在本发明所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法中，所述步骤S21中，有功功率不平衡量计算针对所有节点进行，有功功率不平衡量APi = Pe1-Pll1-Pi,所述Pei为第i个节点的发电机输出的有功功率，Pm为第i个节点负荷的有功功率，Pi为第i个节点的注入有功功率。
[0016]在本发明所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法中，所述步骤S 2 2中，节点电压相位、幅值与系统频率按照如下方式进行修正:令系统有η个节点，将第η个节点设为平衡节点，所述平衡节点参与有功功率的迭代，简化后的修正方程为
【权利要求】
1.一种考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: S1、从电力系统提取常规潮流计算所需的电力系统参数并初始化； S2、在常规潮流计算模型中增加频率待求变量，建立快速解耦潮流模型，结合所述模型计算待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态\、Y0和Ztl,具体包括以下子步骤: S21、计算系统当前各节点的不平衡量，所述不平衡量包括有功功率不平衡量和无功功率不平衡量； S22、提取计算得到的不平衡量绝对值的最大值，当其小于设定的收敛精度要求值时，执行步骤S23 ;当其不小于设定的收敛精度要求值时，进行一次调频以修正节点电压相位、幅值与系统频率，返回步骤S31 ； S23、判断系统频率偏差是否满足给定的频率偏移要求，若频率偏差超出频率偏移要求值，则通过重新整定主调频机组的空载频率进行系统二次调频，返回步骤S21，重复执行迭代计算直至系统频率偏差小于给定的频率偏移要求值； S24、在系统频率偏差满足给定的频率偏移要求后，计算待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态\、Y0和Ztl ； S3、计算节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的各阶半不变量； S4、将待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的累积概率分布函数和概率密度分布函数按照Gram-Charlier级数展开，根据所述待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的基准状态Y0, Z0和各阶半不变量确定Gram-Charlier级数系数，最终求得待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z的累积概率分布函数和概率密度分布函数。
2.如权利要求1所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤S21中，有功功率不平衡量计算针对所有节点进行，有功功率不平衡量APi =Pe1-Ptl1-Pi,所述Pei为第i个节点的发电机输出的有功功率，PDi为第i个节点负荷的有功功率，Pi为第i个节点的注入有功功率。
3.如权利要求1或2所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤S22中，节点电压相位、幅值与系统频率按照如下方式进行修正:令系统有η个节点，将第η个节点设为平衡节点，所述平衡节点参与有功功率的迭代，简化后的修
正方程为
4.如权利要求1或2所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤S23中，当系统频率偏差超出频率偏移要求值，则进行二次频率调节，在系统的二次调频中，平移主调频机组的功频特性曲线，按照如下方式重新整定主调频发电机组的空载频率:设二次调频如主调频发电机组的空载频率为f(|，自动重新整定之后的空载频率为fc/ ；Pf为主调频机组在一次调频后的出力值，APsfe为主调频机组在二次调频过程中有功出力的变化值，PPFK—main和PSFK—main分别为主调频发电机组在系统二次调频之前和之后的出力值，满足PSFK—main=PpFK—main+ Δ Psfe,则由稳态情况下发电机组一次功频静特性公式得到重新整定后的空载频率
5.如权利要求3所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤: 531、计算节点电压X、系统频率Y和支路功率Z对节点注入功率变化的灵敏度矩阵R0 和 T0 ； 532、计算各节点注入功率随机变量AW的各阶矩和各阶半不变量； 533、根据灵敏度矩阵R0,Ttl和AW的各阶半不变量计算得到节点电压、系统频率和支路功率的各阶半不变量Λ Χ(ν)、Λ Υ(ν)和ΛΖ(ν)。
6.如权利要求5所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，
所述步骤 S31 中，
7.如权利要求5所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤 S33 中，
8.如权利要求7所述的考虑电力系统功频静特性的快速概率潮流计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，待求变量节点电压X、系统频率Y和支路功率Z标准化后的累积概率分布函数F(X)和概率密度f(x)分别为:
【文档编号】H02J3/00GK103825269SQ201410061785
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】张步涵, 段瑶, 姚建国, 邓韦斯, 杨胜春, 吴俊利, 丁茂生, 靳冰洁, 王珂, 张凯敏, 别佩, 曾远方, 李玫 申请人:华中科技大学, 中国电力科学研究院南京分院, 国家电网公司, 国网宁夏电力公司