電壓穩定性的分析方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種電壓穩定性的分析方法和系統，其是先獲取各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓幅值變化量，根據這四種參數計算獲取輸電網的潮流雅克比矩陣，并根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅克比矩陣，對降階潮流雅克比矩陣進行分解，獲得上三角矩陣，根據上三角矩陣中對角元素值的大小，選取較小的對角元素值對應的節點作為輸電網靜態電壓的不穩定節點。降階潮流雅克比矩陣比潮流雅克比矩陣的維數低，而且根據分解得到上三角矩陣，其中只涉及了線性運算，因此，本發明的方案計算簡單，計算速度快，有效提高了確定輸電網靜態電壓的不穩定節點的效率。
【專利說明】
電壓穩定性的分析方法和系統
技術領域
[0001] 本發明設及電力系統技術領域，特別是設及一種電壓穩定性的分析方法和系統
【背景技術】
[0002] 電壓穩定性是電力系統在額定運行條件下和遭受擾動之后系統中所有的母線都 持續地保持可接受的電壓的能力。
[0003] 電壓不穩定的特點在于電壓的逐步衰減，當有擾動如增加負荷或改變系統條件而 造成漸進的、不可控制的電壓降落，則系統進入電壓不穩定狀態。電壓不穩定是一種局部的 現象，然而局部的電壓不穩定可能會發生連鎖反應，造成整個系統發生電壓崩潰。
[0004] 電壓穩定分析主要分為靜態穩定分析和暫態穩定分析，在靜態穩定分析中，一項 重要的工作就是不穩定節點的判定，即運行中易發生電壓不穩定的母線。
[0005] 傳統的確定不穩定節點的方法，一般采用最小奇異值來確定系統的不穩定節點， 或采用最小奇異值靈敏度法確定系統的不穩定節點，或采用最小特征值靈敏度法確定系統 的不穩定節點。運些方法需要進行特征值分解或奇異值分解，計算過程復雜，計算速度慢，
【發明內容】
[0006] 基于此，有必要針對傳統的確定不穩定節點的方法需要進行特征值分解或奇異值 分解，導致計算速度慢的問題，提供一種電壓穩定性的分析方法和系統。
[0007] -種電壓穩定性的分析方法，包括W下步驟：
[0008] 分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和 電壓幅值變化量；
[0009] 根據各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓幅值變 化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣；
[0010] 根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣；
[0011] 對降階潮流雅可比矩陣進行分解，獲得上=角矩陣；
[0012] 將上=角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從最小的對角元素值開始 的預設個數的對角元素值，確定預設個數的對角元素值對應的節點為輸電網靜態電壓的不 穩定節點。
[0013] -種電壓穩定性的分析系統，包括W下單元：
[0014] 第一獲取單元，用于分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、 電壓相角變化量和電壓幅值變化量；
[0015] 第二獲取單元，用于根據各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變 化量和電壓幅值變化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣；
[0016] 第=獲取單元，用于根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣；
[0017] 分解單元，用于對降階潮流雅可比矩陣進行杜爾里特分解，獲得上=角矩陣；
[0018] 選取確定單元，用于將上=角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從最 小的對角元素值開始的預設個數的對角元素值，確定預設個數的對角元素值對應的節點為 輸電網靜態電壓的不穩定節點。
[0019] 根據上述本發明的電壓穩定性的分析方法和系統，其是先獲取各節點的有功注入 變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓幅值變化量，根據運四種參數計算獲取輸 電網的潮流雅克比矩陣，并根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅克比矩陣，對降階潮流雅 克比矩陣進行分解，獲得上=角矩陣，根據上=角矩陣中對角元素值的大小，選取較小的對 角元素值對應的節點作為輸電網靜態電壓的不穩定節點。降階潮流雅克比矩陣比潮流雅克 比矩陣的維數低，而且根據分解得到上=角矩陣，其中只設及了線性運算，因此，相比于傳 統的采用最小奇異值、最小特征值或靈敏度等方法來計算確定輸電網靜態電壓的不穩定節 點，本發明的方案計算簡單，計算速度快，有效提高了確定輸電網靜態電壓的不穩定節點的 效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1為其中一個實施例的電壓穩定性的分析方法的流程示意圖；
[0021] 圖2為其中一個實施例的電壓穩定性的分析系統的結構示意圖；
[0022] 圖3為其中一個實施例的電壓穩定性的分析系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對本 發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用W解釋本發明， 并不限定本發明的保護范圍。
[0024] 參見圖1所示，為本發明的電壓穩定性的分析方法的流程示意圖。該實施例中的電 壓穩定性的分析方法，包括W下步驟：
[0025] 步驟SlOl:分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角 變化量和電壓幅值變化量；
[0026] 在本步驟中，各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓 幅值變化量運四種數據是各節點的狀態參數數據，對輸電網的各節點實施監測，可W獲取 運些狀態參數數據。
[0027] 步驟S102:根據各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電 壓幅值變化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣；
[0028] 在本步驟中，潮流雅克比矩陣與節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相 角變化量和電壓幅值變化量有關，根據運四種數據可W計算獲得輸電網的潮流雅克比矩 陣。
[0029] 步驟S103:根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣；
[0030] 在本步驟中，降階潮流雅克比矩陣是由潮流雅克比矩陣推導而來的。
[0031] 步驟S104:對降階潮流雅可比矩陣進行分解，獲得上=角矩陣；
[0032] 在本步驟中，將降階潮流雅可比矩陣分解成兩個矩陣，分別是上=角矩陣和下= 角矩陣，運里需要的是分解而得的上=角矩陣。
[0033] 步驟S105:將上=角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從最小的對角 元素值開始的預設個數的對角元素值，確定預設個數的對角元素值對應的節點為輸電網靜 態電壓的不穩定節點。
[0034] 在本步驟中，預設個數可W根據輸電網的系統規模、運行狀況等實際情況進行設 定，在上=角矩陣中，對角元素值的大小在一定程度上反映了對應的節點的強弱，不穩定節 點對應的對角元素值較小，因此可W根據上=角矩陣中的對角元素值來確定輸電網靜態電 壓的不穩定節點。
[0035] 在本實施例中，先獲取各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化 量和電壓幅值變化量，根據運四種參數計算獲取輸電網的潮流雅克比矩陣，并根據潮流雅 克比矩陣獲取降階潮流雅克比矩陣，對降階潮流雅克比矩陣進行分解，獲得上=角矩陣，根 據上=角矩陣中對角元素值的大小，選取較小的對角元素值對應的節點作為輸電網靜態電 壓的不穩定節點。降階潮流雅克比矩陣比潮流雅克比矩陣的維數低，而且根據分解得到上 =角矩陣，其中只設及了線性運算，因此，相比于傳統的采用最小奇異值、最小特征值或靈 敏度等方法來計算確定輸電網靜態電壓的不穩定節點，本實施例中的方案計算簡單，計算 速度快，有效提高了確定輸電網靜態電壓的不穩定節點的效率。
[0036] 優選的，對降階潮流雅可比矩陣進行的是杜爾里特分解，杜爾里特分解 (Doolittle分解)將降階潮流雅可比矩陣分解成單位下=角矩陣和一個上=角矩陣，降階 潮流雅克比矩陣的行列式值與上S角矩陣的行列式值相同。
[0037] 在其中一個實施例中，在確定預設個數的對角元素對應的節點為輸電網靜態電壓 穩定不穩定節點的步驟之后還包括W下步驟：
[0038] 將最小的對角元素值作為輸電網靜態電壓的穩定裕度值。
[0039] 在本實施例中，輸電網靜態電壓的穩定裕度值可W反映輸電網的相對穩定性，也 可W反映輸電網中不穩定節點的強弱程度，當不穩定節點對輸電網的影響較大時，輸電網 的相對穩定性較低，而此時獲得的上=角矩陣中的對應的對角元素值也較小，從輸電網整 體來看，上=角矩陣中的最小對角元素值可W用來衡量輸電網靜態電壓的穩定裕度值。由 于在確定預設個數的對角元素對應的節點為輸電網靜態電壓的不穩定節點時已經比較過 上=角矩陣中的對角元素值，因此可W很容易獲得輸電網靜態電壓的穩定裕度值，用W判 斷輸電網的電壓穩定性。
[0040] 在其中一個實施例中，根據各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角 變化量和電壓幅值變化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣的步驟包括W下步驟：
[0041] 根巧
獲取輸電網的潮流雅克比矩陣；
[0042] 式中，J表示潮流雅克比矩陣，A P表示包括各節點有功注入變化量的列向量，AQ 表示包括各節點無功注入變化量的列向量，A 0表示包括各節點電壓相角變化量的列向量， A V表示包括各節點電壓幅值變化量的列向量。
[0043] 在本實施例中，將各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和 電壓幅值變化量表示成列向量，依據公式進行矩陣運算可W獲得潮流雅克比矩陣。
[0044] 在其中一個實施例中，根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣的步驟包括 W下步驟：
[0045] 根據
和Jr(V)A-KH-IN獲取降階潮流雅可比矩陣；
[0046] 式中，J表示潮流雅克比矩陣，Jr(V)表示降階潮流雅克比矩陣，H表示各節點有功 注入變化量對各節點電壓相角變化量的偏導數矩陣，N表示各節點有功注入變化量對各節 點電壓幅值變化量的偏導數矩陣，K表示各節點無功注入變化量對各節點電壓相角變化量 的偏導數矩陣，L表示包括各節點電壓相角變化量對各節點電壓幅值變化量的偏導數矩陣。
[0047] 在本實施例中，將潮流雅克比矩陣劃分為四個矩陣，根據運四個矩陣來計算降階 潮流雅克比矩陣，其中，各節點有功注入變化量對各節點電壓相角變化量的偏導數矩陣H是 非奇異矩陣，可W計算其逆矩陣fi，進而獲得降階潮流雅克比矩陣。降階潮流雅克比矩陣的 維數是潮流雅克比矩陣的一半，可W大大簡化后續的計算過程。
[0048] 在其中一個實施例中，輸電網各節點包括負荷節點，還包括除平衡節點外的發電 機節點。
[0049] 在本實施例中，由于平衡節點不會對電壓穩定性產生影響，因此只需針對負荷節 點和除平衡節點外的發電機節點。潮流雅克比矩陣所設及的節點數越少，計算過程越簡單。
[0化0] 在實際應用中，設矩時
，且矩陣H可逆。
[0051 ]設矩陣J的LU分解(杜爾里特分解)的一般形式如下：
[0化2]
[0化3] 由上式可知：H = 并且當子矩陣H可逆時，Jr(V) =L-KH-1n = L2U2,顯然diag
}成立，表明了分別對矩陣J、H和 Jr(V)分別進行LU分解后，立個U矩陣間的關系。運里{A}表示矩陣A的集合。對矩陣H進行LU 分解得b和化，對矩陣Jr( V)進行LU分解得L2和化。
[0054]潮流方程如下：
[0化5]
[0056] 上式中，A P、A Q分別表示節點有功和無功注入變化列向量，A 0、A V分別表示節 點電壓相角和電壓幅值變化列向量。矩陣J表示潮流雅克比矩陣，子矩陣H、N、K和L分別表示 有功P和無功Q對電壓角度Q和電壓幅值V的偏導數。
集合和不包括平衡節點在內的發電機節點集合。
[0057] 由于電壓穩定性可認為是負荷穩定性問題，為突出重點，只用計及負荷節點的降 階雅克比巧K* /半S站日、諒視^古* ^ K片化,U分解。
[005引來 改為如下形式，其中下標L和G分別代表負荷節點
[0化9]
[0060]根據上式得到只有負荷節點組成的反映A V/A Q關系的降階雅克比矩陣Jr(V) = L-KF^No
[0061 ] W下僅討論Jr(V)。由于det(J) =deUH)det( Jr(V))，而H是非奇異矩陣，因此Jr(V) 奇異等價于J奇異，因此只需對Jr(V)進行LU分解，設Jr(V)=LU,矩陣U中的對角元素都不小 于零。上=角陣矩陣U中對角元素的大小一定程度上反映了節點的強弱，不穩定節點所對應 的U矩陣中對角元素較小，反之亦然。若對J和Jr (V)分別進行LU分解，由
可知，diag{U(Jr(V)}是 diag化(J)}的子集，即只計及負荷節點的降階雅克比矩陣的U矩陣對角元素集合是潮流雅 克比矩陣的U陣對角元素集合的子集，由于運里只考慮負荷節點，因此只計及負荷節點的降 階雅克比矩陣的U矩陣對角元素的最小值可W作為電力系統的穩定裕度值。
[0062] 根據上述電壓穩定性的分析方法，本發明還提供一種電壓穩定性的分析系統，W 下就本發明的電壓穩定性的分析系統的實施例進行詳細說明。
[0063] 參見圖2所示，為本發明的電壓穩定性的分析系統的結構示意圖。該實施例中的電 壓穩定性的分析系統包括W下單元：
[0064] 第一獲取單元210,用于分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化 量、電壓相角變化量和電壓幅值變化量；
[0065] 第二獲取單元220,用于根據各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相 角變化量和電壓幅值變化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣；
[0066] 第=獲取單元230,用于根據潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣；
[0067] 分解單元240,用于對降階潮流雅可比矩陣進行分解，獲得上=角矩陣；
[0068] 選取確定單元250,用于將上=角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從 最小的對角元素值開始的預設個數的對角元素值，確定預設個數的對角元素值對應的節點 為輸電網靜態電壓的不穩定節點。
[0069] 在其中一個實施例中，如圖3所示，電壓穩定性的分析系統還包括穩定裕度值確定 單元260,用于將最小的對角元素值作為輸電網靜態電壓的穩定裕度值。
[0070] 在其中一個實施例中，第二獲取單元220根
獲取輸電網的潮 流雅克比矩陣；
[0071] 式中，J表示潮流雅克比矩陣，A P表示包括各節點有功注入變化量的列向量，AQ 表示包括各節點無功注入變化量的列向量，A 0表示包括各節點電壓相角變化量的列向量， A V表示包括各節點電壓幅值變化量的列向量。
[0072] 在其中一個實施例中，第S獲取單元230根巧
和Jr(V)=kKiriN獲 取降階潮流雅可比矩陣；
[0073] 式中，J表示潮流雅克比矩陣，Jr(V)表示降階潮流雅克比矩陣，H表示各節點有功 注入變化量對各節點電壓相角變化量的偏導數矩陣，N表示各節點有功注入變化量對各節 點電壓幅值變化量的偏導數矩陣，K表示各節點無功注入變化量對各節點電壓相角變化量 的偏導數矩陣，L表示包括各節點電壓相角變化量對各節點電壓幅值變化量的偏導數矩陣。
[0074] 在其中一個實施例中，輸電網各節點包括負荷節點，還包括除平衡節點外的發電 機節點。
[0075] 本發明的電壓穩定性的分析系統與本發明的電壓穩定性的分析方法一一對應，在 上述電壓穩定性的分析方法的實施例闡述的技術特征及其有益效果均適用于電壓穩定性 的分析系統的實施例中。
[0076] 在本發明中，"第一"、"第二"等序數詞只是為了對所設及的對象進行區分，并不是 對對象本身進行限定。
[0077] W上所述實施例的各技術特征可W進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要運些技術特征的組合不存 在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0078] W上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發明的保護 范圍。因此，本發明專利的保護范圍應W所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種電壓穩定性的分析方法，其特征在于，包括W下步驟： 分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓 幅值變化量； 根據各所述節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓幅值變 化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣； 根據所述潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣； 對所述降階潮流雅可比矩陣進行分解，獲得上Ξ角矩陣； 將所述上Ξ角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從最小的對角元素值開始 的預設個數的對角元素值，確定所述預設個數的對角元素值對應的節點為輸電網靜態電壓 的不穩定節點。2. 根據權利要求1所述的電壓穩定性的分析方法，其特征在于，在確定所述預設個數的 對角元素對應的節點為輸電網的不穩定節點的步驟之后還包括W下步驟： 將所述最小的對角元素值作為輸電網靜態電壓的穩定裕度值。3. 根據權利要求1所述的電壓穩定性的分析方法，其特征在于，所述根據各所述節點的 有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變化量和電壓幅值變化量獲取輸電網的潮流 雅克比矩陣的步驟包括W下步驟： 根賽I獲取輸電網的潮流雅克比矩陣； 式中，J表示潮流雅克比矩陣，Δ P表示包括各節點有功注入變化量的列向量，Δ Q表示 包括各節點無功注入變化量的列向量，A Θ表示包括各節點電壓相角變化量的列向量，ΔΥ 表示包括各節點電壓幅值變化量的列向量。4. 根據權利要求1所述的電壓穩定性的分析方法，其特征在于，所述根據所述潮流雅克 比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣的步驟包括W下步驟： 根據[巧Jr(V) =L-K!TiN獲取所述降階潮流雅可比矩陣； 式中，J表示潮流雅克比矩陣，Jr(V)表示降階潮流雅克比矩陣，Η表示各節點有功注入變 化量對各節點電壓相角變化量的偏導數矩陣，Ν表示各節點有功注入變化量對各節點電壓 幅值變化量的偏導數矩陣，Κ表示各節點無功注入變化量對各節點電壓相角變化量的偏導 數矩陣，L表示包括各節點電壓相角變化量對各節點電壓幅值變化量的偏導數矩陣。5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的電壓穩定性的分析方法，其特征在于，所述輸 電網各節點包括負荷節點，還包括除平衡節點外的發電機節點。6. -種電壓穩定性的分析系統，其特征在于，包括W下單元： 第一獲取單元，用于分別獲取輸電網各節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓 相角變化量和電壓幅值變化量； 第二獲取單元，用于根據各所述節點的有功注入變化量、無功注入變化量、電壓相角變 化量和電壓幅值變化量獲取輸電網的潮流雅克比矩陣； 第Ξ獲取單元，用于根據所述潮流雅克比矩陣獲取降階潮流雅可比矩陣； 分解單元，用于對所述降階潮流雅可比矩陣進行分解，獲得上Ξ角矩陣； 選取確定單元，用于將所述上Ξ角矩陣中的對角元素值從小到大依次排列，選取從最 小的對角元素值開始的預設個數的對角元素值，確定所述預設個數的對角元素值對應的節 點為輸電網靜態電壓的不穩定節點。7. 根據權利要求6所述的電壓穩定性的分析系統，其特征在于，還包括穩定裕度值確定 單元，用于將所述最小的對角元素值作為輸電網靜態電壓的穩定裕度值。8. 根據權利要求6所述的電壓穩定性的分析系統，其特征在于，所述第二獲取單元根據獲取輸電網的潮流雅克比矩陣； 式中，J表示潮流雅克比矩陣，AP表示包括各節點有功注入變化量的列向量，AQ表示 包括各節點無功注入變化量的列向量，A Θ表示包括各節點電壓相角變化量的列向量，ΔΥ 表示包括各節點電壓幅值變化量的列向量。9. 根據權利要求6所述的電壓穩定性的分析系統，其特征在于，所述第Ξ獲取單元根據和Jr(V)二心皿可獲取所述降階潮流雅可比矩陣； 式中，J表示潮流雅克比矩陣，Jr(V)表示降階潮流雅克比矩陣，Η表示各節點有功注入變 化量對各節點電壓相角變化量的偏導數矩陣，Ν表示各節點有功注入變化量對各節點電壓 幅值變化量的偏導數矩陣，Κ表示各節點無功注入變化量對各節點電壓相角變化量的偏導 數矩陣，L表示包括各節點電壓相角變化量對各節點電壓幅值變化量的偏導數矩陣。10. 根據權利要求6至9中任意一項所述的電壓穩定性的分析系統，其特征在于，所述輸 電網各節點為負荷節點和除平衡節點外的發電機節點。
【文檔編號】H02J3/00GK106099919SQ201610546863
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】葉萌, 郭慶來, 王珂, 孫宏斌, 王斐, 張伯明, 蔡瑩, 徐志友
【申請人】廣州供電局有限公司, 北京清大高科系統控制有限公司