专利名称：基于广域信息的静态电压失稳预测方法
技术领域：
本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于广域信 息的静态电压失稳预测方法。
背景技术：
近年来，随着电网规模的不断扩大、负荷的持续增长和电力的逐步市场化，电力系 统运行点越来越接近稳定极限，整个系统发生电压失稳甚至电压崩溃的危险在不断增加， 特别是在电源远离负荷中心的情况下或输电系统带重负荷的情况下，当无功电源突然切 除，或者无功电源不足，而负荷持续增加到一定程度时，就有可能使电压大幅度下降，诱发 电压崩溃问题。虽然当前在电网调度中心可以通过数据采集与监控系统(SCADA Supervisory Control And Data Acquisition)获得包括全网的网络拓扑，节点和支路的电压、电流和功 率等信息。基于SCADA量测信息和状态估计结果，可以在线进行P-V曲线(母线电压随有 功功率变化曲线)和Q-V(无功功率与电压)模态等计算和分析，了解系统的静态电压稳定 情况。但状态估计的数据刷新周期为秒级，静态电压稳定分析计算时间为分钟级，一旦系统 发生迅速的电压崩溃，在时间上满足不了控制决策的要求。基于GPS的同步相量测量单元 (PMU :Phaser Measurement Unit)，可以高精度地直接量测节点电压相量和相关支路电流 相量，并且借助于高速通信网络将这些测量值进行汇总，数据刷新周期为毫秒级，这就为实 现电压稳定性的实时监测创造了条件。目前通常基于当地PMU量测量进行在线电压失稳预测，从PMU安装处将系统等值 为两节点系统，利用PMU测量的不同时刻电压、电流相量，采用最小二乘估计求取戴维南等 值参数，进而计算电压稳定指标。但最小二乘拟合法并不适合于规模大、非线性度高的大电 网，大规模电力系统是一个时变的非线性的系统，很难利用PMU当地的监测值来预测电压 的失稳状态。因此，研究基于广域信息的适用于大规模电力系统的电压失稳预测方法，具有 非常重要的意义。

发明内容
本发明的目的是将SCADA量测信息和PMU数据综合，基于广域信息不仅可以进行 电网实时状态的静态电压失稳预测，而且可以判断电网实时状态下发生预想事故后工况的 静态电压稳定性。本发明结合电网中PMU的布点信息和实际网架结构，将系统划分为若干个发电区 域和负荷区域。基于SCADA量测信息和状态估计结果进行P-V曲线计算，得到电压崩溃时 各点临界电压。对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个安装PMU节点的 参与因子。根据PMU实测的电压数据，采用PMU测点参与因子作为权重，实时加权各点电压 裕度作为综合电压裕度指标。在电压紧急情况下，以负荷区域受电断面的实时无功损耗变 化对传输有功功率的灵敏度用于计算电压稳定的实时判据。
具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤1)综合电网中PMU的布点信息和实际网架结构，将电网划分为若干个发电区域和 负荷区域，传输通道和负荷区域的重要母线上均装有PMU ；2) 一旦状态估计刷新数据，则基于SCADA量测信息和状态估计结果，针对某一发 电和负荷增长模式，进行P-V曲线计算，得到电压崩溃时各点临界电压，计算包括当前工况 及其预想事故后工况；3)对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个安装PMU节点的参与因子，判别导致电压崩溃的区域和节点，计算包括当前工况及其预想事故后工况；4)根据PMU实测电压数据和预测的PMU电压量测数据，分别实时求取当前工况及 其预想事故后工况的综合电压裕度指标。假设经过Q-V模态分析后得到当前工况下及其预 想事故后工况下某区域主导模式下各个PMU厂站母线的参与因子分别为Xi* λ/ , P-V 曲线计算得到的当前工况下及其预想事故后工况下母线临界电压分别为和U，当 前工况及其预想事故后工况潮流计算得到的该母线电压分别为Vai和V。./，PMU实测的该 母线电压为Vi,对应的实测时刻为t，采用如下公式(1)来估算电网在t时刻发生预想事故 后该母线电压的PMU实测值Vi ‘。该负荷区域的t时刻及其预想事故后工况的综合电压裕 度指标分别采用如下公式(2)和(3)来计算，其中m为该负荷区域的PMU测点总数。<formula>formula see original document page 5</formula> 5)当综合电压裕度指标小于设定的裕度门槛值时，负荷区域受电断面无功损耗的 变化量可反映系统电压稳定的薄弱断面和稳定水平，考虑到实时分析计算与实际系统匹配 的误差，增加将负荷区域受电断面的实时无功损耗变化对传输有功功率的灵敏度用于计算 电压稳定的实时判据，以弥补分析计算可能存在的误差。假设1和1’分别为PMU数据实测 时刻及其预想事故后工况下组成负荷区域受电断面的支路数，AQs i和AQs i ‘分别为设定 的电网正常运行状态下及该工况下预想事故后断面的无功损耗，Ps.i和Ps」‘分别为设定的 电网正常运行状态下及该工况下预想事故后断面传输的有功功率，Δ0。」和AO。」‘分别为 当前工况下及其预想事故后工况下断面的无功损耗计算值，P。」和P。」‘分别为当前工况下 及其预想事故后工况下断面传输的有功功率计算值，AQi为PMU实测的断面无功损耗，Pi 为PMU实测的断面传输有功功率，对应的实测时刻为t，AQi'为电网在t时刻发生预想事 故后断面无功损耗PMU实测数据的估算值，采用如下公式(4)计算，Pi ‘为电网在t时刻发 生预想事故后的断面传输有功功率PMU实测数据的估算值，采用如下公式(5)计算。该负荷区域的t时刻及其预想事故后工况的电压稳定判据分别采用如下公式(6)和公式(7)来 计算。ξ越小，表示电网实时运行状态越接近静态电压失稳状态；ξ ‘越小，表示电网在实 时运行状态下发生预想事故后运行状态越接近静态电压失稳状态。
<formula>formula see original document page 6</formula>本发明的有益效果如下本发明将SCADA量测信息和PMU数据综合，基于广域信息 进行静态电压失稳预测。基于SCADA量测信息和状态估计结果进行P-V曲线计算，得到电 压崩溃时各点临界电压。对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个安装PMU 节点的参与因子。基于PMU实测的电压数据，采用PMU测点参与因子作为权重，实时加权各 点电压裕度作为综合电压裕度指标。在电压紧急情况下，以负荷区域受电断面的实时无功 损耗变化对传输有功功率的灵敏度用于计算电压稳定的实时判据。本发明充分利用SCADA 量测和广域PMU数据进行静态电压失稳预测，避免了单独利用SCADA量测速度慢和本地PMU 数据精度较差的问题，对防止电压崩溃的发生，保障电网安全稳定运行具有重大意义。


图1为本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。图1中步骤1描述的是综合电网中PMU的布点信息和实际网架结构，将电网划分 为若干个发电区域和负荷区域，传输通道和负荷区域的重要母线上均装有PMU。图1中步骤2描述的是一旦状态估计刷新数据，则基于SCADA量测信息和状态估 计结果，针对某一发电和负荷增长模式，进行P-V曲线计算，得到电压崩溃时各点临界电 压，计算包括当前工况及其预想事故后工况。图1中步骤3描述的是对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个 安装PMU节点的参与因子，判别导致电压崩溃的区域和节点，计算包括当前工况及其预想事故后工况。图1中步骤4描述的是根据PMU实测电压数据和预测的PMU电压量测数据，分别 实时求取当前工况及其预想事故后工况的综合电压裕度指标。假设经过Q-V模态分析后得 到当前工况下及其预想事故后工况下某区域主导模式下各个PMU厂站母线的参与因子分 别为Xi* λ/，P-V曲线计算得到的当前工况下及其预想事故后工况下母线临界电压分 别为V。。和W，当前工况及其预想事故后工况潮流计算得到的该母线电压分别为V。」 和V。./，PMU实测的该母线电压为Vi,对应的实测时刻为t，采用如下公式(1)来估算电网 在t时刻发生预想事故后该母线电压的PMU实测值Vi ‘。该负荷区域的t时刻及其预想事 故后工况的综合电压裕度指标分别采用如下公式(2)和(3)来计算，其中m为该负荷区域 的PMU测点总数。
<formula>formula see original document page 7</formula>图1中步骤5描述的是当综合电压裕度指标小于设定的裕度门槛值时，负荷区域 受电断面无功损耗的变化量可反映系统电压稳定的薄弱断面和稳定水平，考虑到实时分析 计算与实际系统匹配的误差，增加将负荷区域受电断面的实时无功损耗变化对传输有功功 率的灵敏度用于计算电压稳定的实时判据，以弥补分析计算可能存在的误差。假设1和1’ 分别为PMU数据实测时刻及其预想事故后工况下组成负荷区域受电断面的支路数，AQs i 和AQs」‘分别为设定的电网正常运行状态下及该工况下预想事故后断面的无功损耗，P。 和Ps」‘分别为设定的电网正常运行状态下及该工况下预想事故后断面传输的有功功率， AQai和AQai ‘分别为当前工况下及其预想事故后工况下断面的无功损耗计算值，&」和 Pai ‘分别为当前工况下及其预想事故后工况下断面传输的有功功率计算值，AQi为PMU实 测的断面无功损耗，Pi SPMU实测的断面传输有功功率，对应的实测时刻为t，AQi'为电 网在t时刻发生预想事故后断面无功损耗PMU实测数据的估算值，采用如下公式(4)计算， Pi ‘为电网在t时刻发生预想事故后的断面传输有功功率PMU实测数据的估算值，采用如 下公式(5)计算。该负荷区域的t时刻及其预想事故后工况的电压稳定判据分别采用如下 公式(6)和公式(7)来计算。ξ越小，表示电网实时运行状态越接近静态电压失稳状态； ξ ‘越小，表示电网在实时运行状态下发生预想事故后运行状态越接近静态电压失稳状态。<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>
权利要求
基于广域信息的静态电压失稳预测方法，其特征在于包括下列步骤1)综合电网中PMU的布点信息和实际网架结构，将电网划分为若干个发电区域和负荷区域，传输通道和负荷区域的重要母线上均装有PMU；2)一旦状态估计刷新数据，则基于SCADA量测信息和状态估计结果，针对某一发电和负荷增长模式，进行P-V曲线计算，得到电压崩溃时各点临界电压，计算包括当前工况及其预想事故后工况；3)对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个安装PMU节点的参与因子，判别导致电压崩溃的区域和节点，计算包括当前工况及其预想事故后工况；4)根据PMU实测电压数据和预测的PMU电压量测数据，分别实时求取当前工况及其预想事故后工况的综合电压裕度指标；5)当综合电压裕度指标小于设定的裕度门槛值时，负荷区域受电断面无功损耗的变化量可反映系统电压稳定的薄弱断面和稳定水平，考虑到实时分析计算与实际系统匹配的误差，增加将负荷区域受电断面的实时无功损耗变化对传输有功功率的灵敏度用于计算电压稳定的实时判据，以弥补分析计算可能存在的误差。
2.根据权利要求1所述的基于广域信息的静态电压失稳预测方法，其特征在于，所述 步骤4)中综合电压裕度指标计算方法如下假设经过Q-V模态分析后得到当前工况下及其 预想事故后工况下某区域主导模式下各个PMU厂站母线的参与因子分别为X 4和X / ,P-V 曲线计算得到的当前工况下及其预想事故后工况下母线临界电压分别为V。u和f，当 前工况及其预想事故后工况潮流计算得到的该母线电压分别为V。a和V。,/，PMU实测的该 母线电压为\，对应的实测时刻为t，采用如下公式(1)来估算电网在t时刻发生预想事故 后该母线电压的PMU实测值\ ‘ ；该负荷区域的t时刻及其预想事故后工况的综合电压裕 度指标分别采用如下公式(2)和(3)来计算，其中m为该负荷区域的PMU测点总数。<formula>formula see original document page 2</formula>
3.根据权利要求1所述的基于广域信息的静态电压失稳预测方法，其特征在于所述步 骤5)中将负荷区域受电断面的无功损耗变化对传输有功功率的灵敏度用于计算电压稳定 的实时判据，假设1和1’分别为PMU数据实测时刻及其预想事故后工况下组成负荷区域受 电断面的支路数，AQs,i和AQs,i ‘分别为设定的电网正常运行状态下及该工况下预想事故 后断面的无功损耗，Ps,i和Ps,i ‘分别为设定的电网正常运行状态下及该工况下预想事故后 断面传输的有功功率，AQd* AQu ‘分别为当前工况下及其预想事故后工况下断面的无功损耗计算值，P。,i和P。,i ‘分别为当前工况下及其预想事故后工况下断面传输的有功功率 计算值，AQi为PMU实测的断面无功损耗，Pi为PMU实测的断面传输有功功率，对应的实测 时刻为t，AQ/为电网在t时刻发生预想事故后断面无功损耗PMU实测数据的估算值，采 用如下公式(4)计算，P, ‘为电网在t时刻发生预想事故后的断面传输有功功率PMU实测 数据的估算值，采用如下公式(5)计算；该负荷区域的t时刻及其预想事故后工况的电压稳 定判据分别采用如下公式(6)和公式(7)来计算；I越小，表示电网实时运行状态越接近 静态电压失稳状态；I ‘越小，表示电网在实时运行状态下发生预想事故后运行状态越接近 静态电压失稳状态。<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本发明属电力系统及其自动化技术领域，适用于基于广域信息进行电网实时状态及其预想事故后工况的静态电压失稳预测，本发明包括以下步骤1)综合电网中PMU的布点信息和实际网架结构，将电网划分为若干个发电区域和负荷区域；2)基于SCADA量测信息和状态估计结果进行P-V曲线计算，得到电压崩溃时各点临界电压；3)对电压临近崩溃的潮流进行Q-V模态分析计算，得到各个安装PMU节点的参与因子；4)根据PMU实测的电压数据，采用PMU节点参与因子作为权重，实时加权各点电压裕度作为综合电压裕度指标；5)当综合电压裕度指标比较小时，以负荷区域受电断面的无功损耗变化对传输有功功率的灵敏度用于计算电压失稳的实时判据。
文档编号G01R31/08GK101819243SQ20101014263
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者任先成, 徐泰山, 曹路, 李碧君, 杨卫东, 段慧, 汪德星, 鲍颜红 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司;华东电网有限公司