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电力系统快速静态安全分析的改进算法[J](可编辑).doc

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上传者: 性感的旧词眸光微醉 2017-10-19 评分 4.5 0 66 9 300 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《电力系统快速静态安全分析的改进算法[J](可编辑)doc》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含电力系统快速静态安全分析的改进算法J(可编辑)电力系统快速静态安全分析的改进算法J卷期中国电机工程学报VolNo,年月日Proceedingsoft符等。

电力系统快速静态安全分析的改进算法J(可编辑)电力系统快速静态安全分析的改进算法J卷期中国电机工程学报VolNo,年月日ProceedingsoftheCSEEChinSocforElecEng章编号:中图分类号:TM献标志码:A学科分类号:电力系统快速静态安全分析的改进算法丁平李亚楼徐得超田芳严剑峰于之虹中国电力科学研究院北京市海淀区ImprovedAlgorithmofFastStaticStateSecurityAnalysisofPowerSystemsDINGPing,LIYalou,XUDechao,TIANFang,YANJianfeng,YUZhihongChinaElectricPowerResearchInstitute,HaidianDistrict,Beijing,ChinaABSTRACT:TraditionalstaticstatesecurityanalysisSSSA引言researchfocusesonfastmethodtobalancingelectricenergy传统的静态安全分析关注少量元件开断对电afterremovingcomponentfrompowersystemDevelopment网稳态的影响研究集中在元件开断后的快速算法ofpowergridandincreasingexpectationofsecurityclaimmoreagainstSSSAsystem,namely,accommodationofvarious及功率分配上。电力系统的发展和安全需求的提intricateapparatusesmodelandadaptabilityofremoving,高给静态安全分析带来新的课题。各种新元件和安additionofelementandmodifyingparameterofdifferent控措施不断投入电网使电网受扰动的形式以及扰equipmentInthispaper,withdiscussingtheconvergenceof动后的状态呈现出更加复杂的局面。可控串补及fastdecoupledloadflowalgorithm,universalmodeltreatment其他灵活交流输电系统元件在电网中的操作相当principlewasputforwardBasedonpartialmatrix于快速投切元件或改变元件参数。电网规模扩大、refactorization,appendantlinktofactortablewasintroduced各部分间的联系更趋密切使静态安全分析的规模Furthermore,dynamicnetworkanalyzingmethodwasusedto相应增大、其中个模块都必须有较高的运算速reducecalculationtimeTheseprinciplesandmeasuressatisfy度才能提高整体的运行效率。归纳对静态安全分thedemandonmodelandadditionequipmentinSSSA,析系统新的要求如下:)有良好的模型适应能力achievecomprehensivecharacterofspeedy,accurateandconvergent,andownwelltheoreticalvalueandapplication)能进行元件的切除、投入和参数修改)各功expectationThemethodproposedwasvalidatedbycasesof能模块有尽可能高的计算速度。realpowergridinChina本文的解决方案是:)提出并论证在PQ分解法中处理各种元件模型的统一原则)于部KEYWORDS:staticstatesecurityanalysisPQdecoupleddealingmodelpartialmatrixrefactorizationappendantlinkto分因子修改法提出因子表附加链技术解决有元factortabledynamicnetworkconnectionanalyzingmethod件投入情况下部分因子分解后产生新增元素的问题)采用动态网络接线分析利用支路断开前摘要:传统的静态安全分析研究集中在处理电力系统元件开断后的分配不平衡功率和快速潮流算法上。电网发展和安全的拓扑信息加速分析网络拓扑的变化。这方面问需求的提高要求静态安全分析系统能容纳多种复杂模型适题的解决在静态安全分析系统中实现了快速性、应不同种类多个元件的切除、增加和参数修改。结合PQ分准确性和收敛性的结合使本文算法具有广泛的应解法的收敛特性提出统一的模型处理原则于部分因子修用前景。正的快速算法提出因子表附加链技术用动态网络接线分析模型处理方法减少计算用时。这些原则和方法解决了静态安全分析系统对模型和新增元件的要求实现了快速性、准确性和收敛PQ分解法处理元件模型有种本的方式:性相结合具有较好的理论价值和应用前景。中国电网的算交替迭代和联合求解。前者将模型处理成挂在节点例证明了所提方法的有效性。的功率源交替求解模型的功率和全网潮流后者关键词:静态安全分析PQ分解模型处理部分因子分将模型的阶导数并入B'和B''阵联合求解该模解因子表附加链动态网络接线分析型和电网的变量。前者的特点是容易实现在交流PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建fineprint中国电机工程学报卷系统容量大时算法稳定当模型端点的系统阻抗较fx小时可能发生数值振荡而不收敛后者的特点是计算速度较快编程较复杂。但大量的计算实践表明联合求解有时收敛性好有时会恶化收敛特性。解释这一现象发生的原因并制定合理的模型处理原则对提高静态安全分析系统的实用性有重要意义。xx由定雅可比矩阵的潮流算法能推演出与PQ分xxx图牛顿潮流法迭代过程解法非常接近的迭代格式。以XB型PQ分解法为例二者的区别仅在于有功迭代矩阵FigIterationofNewtonsloadflowmethodH和B'不同并且在树形网络和所有支路rx比值都相的fx环形网络二者能保持严格一致。H的表达式为HHNLM式中H、N、M、L分别为定雅可比法迭代矩阵的有功对相角、有功对电压、无功对相角、无功对电压的子矩阵。由此解释了补偿高压电网rx比值较大支路的xx电抗能提高PQ分解法收敛性的原因同时也提供xxxx图定雅可比矩阵潮流法迭代过程了一种保证模型接入后不影响收敛性的方法:即HFigIterationoffixedJacabimatrixpowerflowmethod矩阵和B'矩阵的偏差不会扩大。若模型本身表达成fx支路参数的形式则增加该模型的H和B'矩阵是各种可能的表达方式中偏差最小的由此得条处理模型的原则:原则将模型尽可能用支路参数的形式表达然后联合求解。大部分的灵活交流输电系统元件和备用设备xx自动投入装置都可表达为支路电抗、电阻或电容的xxxxN变化。文献中PV节点被处理成自导纳为pu图PQ分解法迭代过程互导纳为pu的特殊支路因而PV和PQ节点类FigIterationoffastdecoupleloadflowmethod型相互转化的模型也能在PQ分解中进行联合求知新的模型加入定雅可比矩阵后对应的H阵并解避免导纳阵的维度因之发生变化。不是简单的扩充维数其表达式可能有比较大的变当B'和化特别是模型和电网的接口部分通常具有非常H矩阵有不可忽略的偏差PQ分解法效于一种特殊的定雅可比法即与PQ分解法导复杂的形式很难直接进行简化。现有的联合求解纳阵对应的雅可比阵不是潮流方程在初始迭代点法在接口部分对新加模型和网络矩阵通常进行简的阶导数而是某种近似的表达式。牛顿法、定单的迭加。实际上由于H阵非常复杂简单叠加雅可比矩阵法和PQ分解法迭代过程的简化示意如后的效雅可比阵与潮流方程变化率之间的偏差图~所示。很难评估一旦两者的偏差超过一定范围例如比较图~可知PQ分解法能收敛的前提是:变化方向相反则不会收敛。这是不少模型采用联在接近真值的位置效雅可比矩阵对应的斜率合求解法收敛性不稳定的原因。交替求解法分别计x与方程的变化率接近而不一定要与牛顿法和定雅算网络潮流和模型参数不存在修改效雅可比阵可比法的迭代阵接近。这解释了通常情况下B'和的问题交接误差可以通过给一个比较好的计算初值来限制。因而处理模型的另一个原则如下:H矩阵有较大的偏差但也能收敛的原因。原则不能表达成支路的模型用交替求解法处B'和B''阵的设定方法从物理特性上保证了效雅可比阵与潮流方程变化率接近。由式可理。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建fineprint期丁平:电力系统快速静态安全分析的改进算法与原则相配套的是在静态安全分析中采用解后有新元素产生则增加如图所示的附加链表态潮流作为一个故障计算的初值减少交接误新增因子表差也减小计算的迭代次数。横向位置表纵向位置表因子表附加链技术横向链表纵向链表基本算法的选择横链入口表PQ分解法中可能使用的快速算法有补偿纵链入口表法、秩一修正法和部分因子分解法。补偿法图因子附加链表包含前补偿、中补偿和后补偿种实现方式各FigChartsofappendantfactorsandlinks种实现方式都必须对补偿矩阵求逆。由文献的存储新增元素的信息。推导过程可知补偿矩阵的维数是所有补偿点中最图中横纵向位置表分别存储新增因子所属大编号和最小编号之差。可见只有补偿点位置非的行列横纵向链表存本行列下一个新增元素常接近求逆的计算量才能限制在较小的范围而在新增因子表中的位置横纵向链入口存本行列考虑PV转PQ的元件模型及多个元件的操作时个新增元素在新增因子表中的位置。解方程处该条件无法满足。秩一修正法次只能考虑条支理一行列时从图中的横纵链入口开始就路的参数修改在需要修正的元件较多时计算量可以遍历该行列的所有附加元素及其位置信息非常大。完成计算。由于前代回代法处理某行列时并不部分因子分解法的主要计算为需要行列元素内部按次序排列所以生成该链表也不需要按次序排列元素。附加链也能方便地处理ALDUALDU因子表中的新增行。式中:A为发生变化的子矩阵A为该矩阵的附加链技术以较小的计算代价和存储空间满变化部分L、D、U分别为A分解后的下足了不常见的新增元件的计算需求有利于保持静三角、对角和上三角子矩阵L、D、U为原因态安全分析系统的快速性。子表矩阵中的对应部分。由式可见部分因子分解的主要计算量集中动态网络接线分析在部分:乘法LDU和对A的因子分解。当网络接线分析的基本概念L、D、U的元素数小于变化后导纳阵全部支路开断或投入以及电网的拓扑结构发生变分解产生的因子数的一半时部分因子分解法主体化可能使电气岛的数目发生变化功率再分配的部分耗时小于全分解。因此该算法计算量稳定范围也相应变化。因而网络接线分析对实用的静态且通常情况下能产生较高的效率适用于作为改进安全分析系统必不可少。随着电网规模扩大一次静态安全分析系统的本算法。静态安全分析需要处理的故障数目巨大相应网络因子表附加链接线分析的次数也增加。减少这部分的用时对提高部分因子分解后因元件投入而出现的新元素静态安全分析的体速度越来越重要。的位置随故障扰动情况而变态潮流计算进行全常用的网络接线分析方法可分为大类:)部因子分解时不可能给这些新元素预留存储位置。基于邻接矩阵和自乘矩阵的方法)基于图能方便地在因子表中插入元素的存储方法是动态搜索的方法包括深度优先和广度优先。链表存储技术。但是该方法需要维护和使用全类方法速度较慢不适于静态安全分析类方体元素的位置链表比常用的按行存储繁琐。法已经发展出只针对包含变化部分的电网局部进改进的静态安全分析系统中允许投入元件但行拓扑分析的局部拓扑方法。这些方法在对变出现的频度并不高。这种情况下使用因子表附加化后的网络进行接线分析时通过限制分析的范围链技术可较好地满足快速性和灵活性的要求。减小计算时间但是在分析中并没有充分利用变化因子表附加链技术包含个方面:)当因子前的接线分析成果造成不必要的时间浪费。本文分解没有新元素产生时按行存储修改后的因子利用态潮流下建立的拓扑主表和辅助表只针对处理简单有较快的计算速度)若部分因子分故障后电网变化部分进行动态网络接线分析极大PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建fineprint中国电机工程学报卷地提高了接线分析速度。定义辅助表为按节点号记录各节点开始搜索其拓扑主表和辅助表后代节点的位置的表。对态潮流进行一次网络接线分析同时建立图所示电网的辅助表为拓扑主表。。该表指明拓扑树上个节点即节点是定义所谓拓扑主表为按节点号顺序记录各节点节点的个子孙节点个节点即节点在网络接线分析中被搜索到的次序。是节点的子孙节点。辅助表中节点对应的位置为该次分析采用混合优先搜索其原则是:)表示该节点为网络的边缘节点如节点或与与同一节点关联的节点紧邻着依次搜索)不同其关联的节点均为父辈或同辈节点已经在拓扑树层次的节点按深度优先原则搜索当某一节点向纵较低的位置出现过了如节点。深方向的子节点都搜索完毕才回到与其位于同一以下用t表示节点在拓扑主表中的值用w层的其他节点进行搜索)被搜索的节点若已经表示节点在辅助表中的值j表示与节点直接相连搜到过则不再重复。的支路数。搜索的次序可以看作维化的拓扑树拓扑主辅助表配合拓扑主表能实现个重要功能:表记录的是各节点在该拓扑树上的位置。)识别树枝。对图所示的电网进行拓扑搜索各节点被搜若支路ab为树枝且b点由a点搜索得到索到的次序即拓扑树为:由混合优先搜索原则有下式成立。。搜索过程是:从节点出发按原则找到watbwaja)识别不受树枝开断影响的网络。节点、然后按原则先处理节点找到节由混合优先搜索原则对任意两节点c、d点、再按原则处理节点找到节点按若c点由d点搜索得到必有由wdtc不满原则回到与节点同层的节点与其相连的节足该条件的节点不是由d点开始的搜索增加到拓扑点已搜到过按原则不再记录新搜索到节树。因此满足下式的节点与根节点的连通也不会点按原则由节点找到节点由节点受将d点引入拓扑树的树枝开断与否的影响。找到位于同一层的节点、和依次搜索节tcwd点、和的下层节点搜索结果为空返回网络变化后的分析方法节点搜到最后一个节点。以节点号为顺序记先考察支路移除的情况有如下原则:录各节点在上述搜索过程中出现的次序即形成拓)若切除的支路是连支不会产生新岛。扑主表如下:。)若切除的支路是树枝用如下方法判断拓扑树上被切割下的部分是否和原电气岛相连。设断开的树枝端节点为a和ba点和根节点连通。用混合优先搜索原则寻找与b点相连的节点搜索出一新的节点z判断在该支路断开前的拓扑树中是否有tzwb。若成立则不会产生新岛搜索结束否则继续搜索直到搜索不到新的节点图某电网连接图搜索出的所有节点和b点构成新的电气岛。FigConnectionsofagrid若有多条树枝移除该原则可反复使用。根据搜索过程可以得到树枝和连支的定义:有支路接入的拓扑分析分种情况:)支路定义树枝为用来在搜索过程中扩展新节点的支两端属于同一电气岛无须处理)支路两端为路。如图中接在母线和或和之间的支路。不同电气岛将这两岛合并。定义连枝为除树枝外的其他支路如图中接动态网络接线分析举例在母线和之间的支路。以图所示电网为例进行说明。若切除接在在拓扑搜索过程中各节点被搜索出后并不会母线和间的支路则有:ttw立即开始搜索它的后代节点需要借助辅助表保留wj。这一部分信息。)判断是否为树枝。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建fineprint期丁平:电力系统快速静态安全分析的改进算法因为wtwj所以该支路为计算时间s树枝。态网络接线分析用时s。)判断是否新产生岛。表充分说明了本文所提出的因子表附加链技由节点开始进行拓扑搜索依次搜索到节点术和动态网络接线分析技术的有效性。、、、其中tt且有:tw)计算正确性验证。tw。在电力系统综合稳定程序版中搭建本算故节点能通过节点与根节点即节点相例所考虑的模型计算结果完全一致。连可见没有新岛产生。结论算例电网的发展和安全需求的提高要求静态安全用本文算法对中国华中和华北联合电网进行分析系统有更好的模型适应能力能对电网元件进静态安全分析。态潮流来源于在中国国家电网调行投入、切除和参数修改的操作并具有最大可能度中心建构的在线动态安全评估系统。共有计算节计算速度。本文从处理模型的原则、快速算法的选点个发电机台线路和变压器计约择和改进以及网络接线分析个方面提出了有效条台。计算中采用的元件模型有:)准稳的解决方案使改进后的算法能有效地容纳不同的态直流线)含电压的次、次和次项的静特元件模型允许对电网元件进行增、删、改操作性负荷)PV和PQ节点类型互相转换)变电并极大地压缩了拓扑分析的用时保证了基于本算站的备用设备自动投入装置)用户自定义模型。法的静态安全分析系统具有良好的收敛性、良好的故障集为个全网主要线路或变压器含计算精度和较快的计算速度。实际电网的算例证明直流闭锁故障和某些变电站主变切除后自动投入了本文算法的有效性。备用变压器的操作。参考文献)模型收敛性校验。吴际舜(电力系统静态安全分析M(上海:上海交通大学出版社将静特性负荷模型进行PQ分解并入B'和B'':(阵进行迭代计算不能收敛。WuJishunStaticstatesecurityanalysisonelectricpowersystem按本文所述方法处理模型收敛性较好。所有M(Shanghai:ShanghaiJiaotongUniversityPress:in故障中不收敛的只有个不收敛的主要原因是某Chinese(何洋洪潮陈昆薇(稀疏向量技术在静态安全分析中的应用J(中些重负荷联网通道上的阻抗增加使重负荷的母线国电机工程学报:(电压不能维持。这些故障用普通的牛顿法计算同HeYangHongChaoChenKunwei(Studyofsparsevector样不能收敛。本算例充分验证了本文所提出的处理techniquesappliedtocontingencyanalysisJ(ProceedingsoftheCSEE:inChinese(元件模型的原则的有效性。傅旭王锡凡(静态安全分析中的联动切负荷算法J(中国电机)计算效率验证。工程学报:(在GB内存、GHz主频单核的个人电脑上FuXuWangXifan(NewapproachtoloadsheddinginstaticstatesecurityanalysisofpowersystemsJ(ProceedingsoftheCSEE串行计算全部故障比较不同算法的计算效率结:inChinese(果如表所示。其中算法为普通的牛顿法且用广张伯明陈寿孙严正(高电力网络分析M(版(北京:清度优先接线分析算法为PQ分解法全部因子华大学出版社:(分解和广度优先接线分析算法为PQ分解法ZhangBomingChenShousunYanZheng(AdvancedpowernetworkanalysisM(nded(Beijing:TsinghuaUniversityPress:部分因子分解因子表附加链和混合优先接线分inChinese(析算法为PQ分解法部分因子分解因子表周孝信赵贺武守远(可控串联补偿输电技术J(电力设备附加链和动态网络接线分析。各方法的收敛性完全:(ZhouXiaoxinZhaoHeWuShouyuan(Powertransmission一致。普通的混合优先接线分析用时s动technologyofthyristorcontrolledseriescompensationJ(Electrical表不同静态安全分析算法的耗比较Equipment:inChinese(TabComparisonoftimeconsumptionamong诸骏伟(电力系统分析上册M(北京:中国电力出版社:variousstaticstatesecurityanalysisalgorithms(ZhuJunwei(PowersystemanalysisIM(Beijing:ChinaElectric算法PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建fineprint中国电机工程学报卷PowerPress:inChinese(networktopologybasedontrackingtechnologyJ(PowerSystemMonticelliAGarciaASaavedraOR(Fastdecoupledloadflow:Technology:inChinese(hypothesisderivationsandtestingJ(IEEETransonPower文东刘广一于尔铿(电力网络局部拓扑分析的快速算ApparatusandSystems:(法J(电网技术:(StottBAlsacO(FastdecoupledloadflowJ(IEEETransonPowerZhuWendongLiuGuangyiYuErkengetal(ThefastcalculationApparatusandSystems:(methodoflocalpowernetworktopologyJ(PowerSystemVanAmerongerRAM(AgeneralpurposeversionofthefastTechnology:inChinese(decoupledloadflowJ(IEEETransonPowerSystems:董张卓秦红霞孙启宏(采用面向对象技术和方法的电力(系统网络拓扑的快速跟踪一J(中国电机工程学报:周孝信李汉香吴中习(电力系统分析R(北京:能源部电力(科学研究院研究生部(DongZhangzhuoQinHongxiaSunQihongetal(ObjiectorientedZhouXiaoxinLiHanxiangWuZhongxi(PowersystemanalysistofasttrackingoftopologyforpowersystemspartJ(ProceedingsR(BeijingGraduateSchoolofElectricPowerResearchInstitutionoftheCSEE:inChinese(ofChina’sEnergyMinistryinChinese(董张卓秦红霞孙启宏(采用面向对象技术和方法的电力AlsacOStottBTinneyWF(Sparsityorientedcompensation系统网络拓扑的快速跟踪二J(中国电机工程学报:methodsformodifiednetworksolutionJ(IEEETrans(onPower(ApparatusandSystems:(DongZhangzhuoQinHongxiaSunQihongetal(ObjiectorientedChanSMBrandwajnV(PartialmatrixrefactorizationJ(IEEETranstofasttrackingoftopologyforpowersystemspartJ(ProceedingsonPowerSystems:(oftheCSEE:inChinese(张伟周步祥(于有向支路的配电网络拓扑分析方法J(电力梅念石东源段献忠(基于图论的电网拓扑快速形成与局部修系统自动化:(正新方法J(电网技术:(ZhangWeiZhouBuxiang(TopologyanalysismethodofdistributionMeiNianShiDongyuanDuanXianzhong(AnovelmethodforfastnetworkbasedonvectorbranchJ(AutomationofElectricPowerpowernetworktopologyformationandpartialrevisionbasedonSystems:inChinese(graphtheoryJ(PowerSystemTechnology:in王湘中黎晓兰(于关联矩阵的电网拓扑辨识J(电网技术Chinese(:(WangXiangzhongLiXiaolan(Topologyidentificationofpower收稿日期:。networkbasedonincidencematrixJ(PowerSystemTechnology作者简介::inChinese(丁平―男博士主要研究方向为电徐俊明(图论及其应用M(合肥:中国科学技术大学出版社:力系统仿真和电力系统分析。(XuJunming(GraphtheoryanditsapplicationM(Hefei:UniversityofScienceandTechnolo

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