本发明涉及一种热稳定安全域的快速构建方法，具体涉及一种基于关键节点注入功率空间的热稳定安全域快速构建方法。
背景技术：
近年来，电力大系统中由于安全稳定性破坏而导致的大停电事故不断出现，表明电力系统迫切需要强有力的手段来实现其在线实时安全监视、防御与控制。长期以来，电力系统安全性与稳定性的分析方法，一般都是按指定场景或运行方式在一种或几种故障方式下，由仿真计算得出系统安全或不安全、稳定或不稳定的结论。这类方法称为逐点法，虽然它仍然在电力系统分析中发挥着重要作用，但难以对电力系统的运行状态提出整体评价。安全域的方法即是从逐点法的基础上发展起来新方法，它从域的角度出发考虑问题，描述的是整体可安全稳定运行的区域，可提供安全裕度和最优控制信息，能使电力系统在线实时调控措施更科学、更有效。目前在工程应用中，传统的热稳定安全域边界方程一般是由数值仿真计算得到大量适当分布的临界运行点后，再通过数学上的最小二乘法拟合形成。这种方法虽然能够描述安全域边界并且精度较高，但是由于它需要大量数值仿真计算，从而带来了沉重的计算负担，所耗时间较长，只能离线计算在线使用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题为：基于线路潮流约束的边界方程以及安全域边界的超平面特性，定义注入功率空间上的关键节点，提供一种基于关键节点注入功率空间上的热稳定安全域快速构建方法，克服安全域仿真拟合方法计算时间长、不适用于在线应用的缺点，提高热稳定安全域在电力大系统中在线实时监视、防御与控制中的实用价值。
为了实现上述发明目的，本发明提出的一种基于关键节点注入功率空间的热稳定安全域快速构建方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1、设置状态变量：
筛选实际电网中存在有功潮流越限或重载问题的线路，设置所有存在有功潮流越限或重载问题的线路为状态变量集合f＝[线路1，线路2，…，线路k，…，线路m]，集合f中元素的总个数为m；
步骤2、确定控制变量，包括：
①计算实际电网中所有节点有功出力变化对集合f中线路的有功潮流灵敏度，基于直流潮流模型，节点i对线路k的有功潮流灵敏度sk-i计算公式如下
式(1)中，a、b为线路k的两个端点，xai为节点a与节点i之间的互阻抗，xbi为节点b与节点i之间的互阻抗，xk为线路k的电抗；
灵敏度的绝对值越大表示该节点有功出力变化对线路的有功潮流影响越大，由此选择灵敏度绝对值大小排序前十的节点作为线路k的关键节点，记作集合a1；
②计算所有节点对集合f中线路的可调能力，节点i对线路k的可调能力padj计算公式如下：
式(2)中，pi.min、pi.max、pi.now分别表示节点i的有功功率下限、有功功率上限以及当前有功注入功率；
可调能力越大表示该节点减轻线路潮流负载的能力越大，由此选择可调能力大小排序前十的节点作为线路k的关键节点，记作集合a2；
③取集合a1和集合a2的并集作为关键节点集合即控制变量集合，a＝a1∪a2；
步骤3、构建热稳定安全域：
根据步骤2中确定的控制变量集合a以及步骤1中设定的状态变量集合f，从而构建基于关键节点注入功率空间的降维热稳定安全域：
式(3)中，na为关键节点注入功率空间的维数，αk-i为第i个关键节点在第k个安全域边界的超平面系数，pi为第i个关键节点的注入功率，ck表示其余非关键节点对第k个安全域方程的影响系数；
其中，超平面系数αk-i的计算公式为：
式(4)中，uk.max和ik.max分别为线路k的基准电压和额定电流；
影响系数ck的计算公式为：
式(5)中，pk.now和pk.max分别表示线路k的当前有功功率和有功功率限额，pi.now为当前运行方式下节点i的有功功率注入量。
本发明在传统热稳定安全域在节点注入功率空间模型的基础上，根据应用场合提出了关键节点的概念，把定义在注入功率空间上的热稳定安全域降维成仅由关键节点向量描述的简化安全域；基于安全域边界的超平面特性，根据线路的潮流约束边界方程推出安全域边界超平面系数的快速计算方法。由此得到的基于关键节点注入功率空间上的热稳定安全域，克服了安全域仿真拟合方法计算时间长、不适用于在线应用的缺点，可以有效提高热稳定安全域在电力大系统中在线实时监视、防御与控制中的作用。采用本发明提出的方法可以进一步得到系统在当前运行点的安全裕度信息和实时控制措施，对电网运行调度起到指导作用，具有很强的实用价值。
具体实施方式
本发明提出的一种基于关键节点注入功率空间的热稳定安全域快速构建方法，其设计思路是，定义基于关键节点注入功率空间的降维热稳定安全域，表示如下
上式中，na为关键节点注入空间的维数，m为安全域边界超平面的总数，αk-i为第i个关键节点在第k个安全域边界的超平面系数，pi为第i个关键节点的注入功率，ck表示其余非关键节点对第k个安全域方程的影响系数。
基于以上定义，该方法的具体步骤如下：
步骤1、设置状态变量：
筛选实际电网中存在有功潮流越限或重载等热稳定问题的线路等设备作为研究对象，以线路为例设置状态变量集合f＝[线路1，线路2，…，线路k，…，线路m]，集合f中元素的总个数为m；
步骤2、确定控制变量：
本发明中所称控制变量是指对状态变量集合f中线路的有功潮流影响较大的节点，定义为关键节点。控制变量即关键节点的确定方法如下
①计算实际电网中所有节点有功出力变化对集合f中线路的有功潮流灵敏度，基于直流潮流模型，节点i对线路k的有功潮流灵敏度sk-i计算公式如下
式(1)中，a、b为线路k的两个端点，xai为节点a与节点i之间的互阻抗，xbi为节点b与节点i之间的互阻抗，xk为线路k的电抗；
灵敏度的绝对值越大表示该节点有功出力变化对线路的有功潮流影响越大，由此选择灵敏度绝对值大小排序前十的节点作为线路k的关键节点，记作集合a1；
②计算所有节点对集合f中线路的可调能力，节点i对线路k的可调能力padj计算公式如下：
式(2)中，pi.min、pi.max、pi.now分别表示节点i的有功功率下限、有功功率上限以及当前有功注入功率；
可调能力越大表示该节点减轻线路潮流负载的能力越大，由此选择可调能力大小排序前十的节点作为线路k的关键节点，记作集合a2；
③取集合a1和集合a2的并集作为关键节点集合即控制变量集合，a＝a1∪a2；
步骤3、构建热稳定安全域：
根据步骤2中确定的控制变量集合a以及步骤1中设定的状态变量集合f，从而构建基于关键节点注入功率空间的降维热稳定安全域：
式(3)中，超平面系数αk-i的计算公式为：
式(4)中，uk.max和ik.max分别为线路k的基准电压和额定电流；
影响系数ck的计算公式为：
式(5)中，pk.now和pk.max分别表示线路k的当前有功功率和有功功率限额，pi.now为当前运行方式下节点i的有功功率注入量。