本发明公开了一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，本发明结合阻抗模裕度指标，通过对未来一段时间内的配网负荷波动进行多步预估，预测配网各节点静态电压稳定的阻抗摸裕度指标轨迹，然后根据轨迹变化趋势评估配网静态电压稳定态势，用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，计算获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标，将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合，即可获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹，能够严密监视电压稳定薄弱节点以防发生电压失稳。
1.一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：包括以下步骤：(1)设定负荷阻抗模裕度指标，反映电力系统当前状态离极限传输状态的距离，表征电压稳定裕度；
(2)对未来一段时间内的配网负荷波动进行多个单步预估，形成多步预估，预测配网各节点静态电压稳定的阻抗摸裕度指标轨迹；
(3)利用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，计算获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标；
(4)将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合，获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹；
(5)分析静态电压裕度指标轨迹变化趋势，确定电压稳定薄弱节点；
(2-1)将配网整体等值为输配电网边界节点上所接的PQ负荷；
(2-2)用快速分解法计算预估的输电网状态，再用戴维南等值参数辨识方法计算输电网戴维南等值参数，将其接入配网根节点，用前推回带方法计算此时的配网损耗；
(2-3)将得到的配网损耗与预估配网负荷净功率相加，更新配网等值的PQ节点功率信息，重新获得戴维南等值参数；
(2-4)将重新获取的戴维南等值参数传递到配网的根节点，再利用前推回带法计算配网功率波动后的状态。
2.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(1)中，具体方法为，定义各节点的负荷阻抗模裕度指标，其值为节点i的负荷等效阻抗和戴维南等值阻抗之差与节点i的负荷等效阻抗的比值，反映了系统当前状态离极限传输状态的距离，其最大值为1，最小值为0。
3.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(1)中，当节点的负荷阻抗模裕度指标为零时，电力系统运行于电压稳定临界点。
4.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(2)中，对预估的多步配网负荷波动，其变化是连续过程，对每个单步预估，将多个单步预估组成多步预估。
5.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(2-1)中，节点所接的PQ负荷的功率值为当前运行状态的配网损耗与预估配网负荷净功率之和。
6.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体步骤为：用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，然后利用各节点的负荷阻抗模裕度指标计算方法，获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标。
7.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(4)中，将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合观察，获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹。
8.如权利要求1所述的一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，其特征是：所述步骤(5)中，对轨迹变化趋势进行详细分析，找到电压稳定薄弱点：对每个单步预估，将相邻两个状态得到的负荷阻抗模裕度指标做差，将其中差值最大的节点以及预估状态下负荷阻抗摸裕度指标最小的节点确定为电压稳定薄弱节点，严密监视电压稳定薄弱节点以防发生电压失稳。
一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法。
背景技术
[0002] 智能配网作为智能电网不可分割的一部分，正朝着具备灵活、可靠、高效的配电网网架结构、高可靠性和高安全性的通信网络、高渗透率的分布式电源接入、配电系统的快速仿真和自愈控制的总体方向和总体目标发展。分布式发电以及新能源发电的持续并入，智能配电网呈现更加灵活多变的趋势，使得输电网与配电网的联系日益紧密，因此输配协同分析是保证电网经济性和安全运行的重要手段。
[0003] 随着智能配网的发展，分布式电源、新能源大量接入配电网，导致配电网状态频繁波动，时刻威胁着配网的静态电压稳定。目前已有相关文献分别研究了输电网静态电压稳定的监测方法和配电网静态电压稳定的监测方法，但是这些研究大多侧重于系统当前状态的稳定评判。
[0004] 但是，实际上节点电压稳定程度不仅与当前状态得到的电压稳定指标大小有关，还与扰动后电压稳定指标态势轨迹变化的程度相关，因此需密切关注节点静态电压稳定的态势以防发生电压失稳。
发明内容
[0005] 本发明为了解决上述问题，提出了一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，本方法通过预测未来多步状态的静态电压态势轨迹，评估输配协同配网静态电压稳定态势，分析轨迹的变化趋势准确判断电压薄弱节点，为预防控制措施的实施提供了参考。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种输配协同的配网静态电压稳定态势监测方法，包括以下步骤：
[0008] (1)设定负荷阻抗模裕度指标，反映电力系统当前状态离极限传输状态的距离，表征电压稳定裕度；
[0009] (2)对未来一段时间内的配网负荷波动进行多个单步预估，形成多步预估，预测配网各节点静态电压稳定的阻抗摸裕度指标轨迹；
[0010] (3)利用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，计算获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标；
[0011] (4)将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合，获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹；
[0012] (5)分析静态电压裕度指标轨迹变化趋势，确定电压稳定薄弱节点。
[0013] 所述步骤(1)中，具体方法为，定义各节点的负荷阻抗模裕度指标，其值为节点i的负荷等效阻抗和戴维南等值阻抗之差与节点i的负荷等效阻抗的比值，反映了系统当前状态离极限传输状态的距离，其最大值为1，最小值为0。
[0014] 优选的，所述步骤(1)中，当节点的负荷阻抗模裕度指标为零时，电力系统运行于电压稳定临界点。
[0015] 所述步骤(2)中，对预估的多步配网负荷波动，其变化是连续过程，对每个单步预估，将多个单步预估组成多步预估。
[0016] 所述步骤(2)中，具体步骤包括：
[0017] (2-1)将配网整体等值为输配电网边界节点上所接的PQ负荷；
[0018] (2-2)用快速分解法计算预估的输电网状态，再用戴维南等值参数辨识方法计算输电网戴维南等值参数，将其接入配网根节点，用前推回带方法计算此时的配网损耗；
[0019] (2-3)将得到的配网损耗与预估配网负荷净功率相加，更新配网等值的PQ节点功率信息，重新获得戴维南等值参数；
[0020] (2-4)将重新获取的戴维南等值参数传递到配网的根节点，再利用前推回带法计算配网功率波动后的状态。
[0021] 所述步骤(2-1)中，节点所接的PQ负荷的功率值为当前运行状态的配网损耗与预估配网负荷净功率之和。
[0022] 所述步骤(3)中，具体步骤为：用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，然后利用各节点的负荷阻抗模裕度指标计算方法，获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标。
[0023] 所述步骤(4)中，将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合观察，获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹。
[0024] 所述步骤(5)中，对轨迹变化趋势进行详细分析，找到电压稳定薄弱点：对每个单步预估，将相邻两个状态得到的负荷阻抗模裕度指标做差，将其中差值最大的节点以及预估状态下负荷阻抗摸裕度指标最小的节点确定为电压稳定薄弱节点。严密监视电压稳定薄弱节点以防发生电压失稳。
[0025] 本发明的有益效果为：
[0026] (1)通过预测未来多步状态的静态电压态势轨迹，评估输配协同配网静态电压稳定态势，分析轨迹的变化趋势准确判断电压薄弱节点，为预防控制措施的实施提供了参考；
[0027] (2)采用戴维南等值方法对输配协同配网的静态电压安全态势进行评估，计算结果准确，计算过程简单。
附图说明
[0028] 图1为本发明的基于戴维南等值配网态势感知示意图；
[0029] 图2为本发明的IEEE 9节点系统拓扑图；
[0030] 图3为本发明的负荷提升前后节点阻抗模裕度指标对比图；
[0031] 图4为本发明的不同负荷水平下节点阻抗模裕度指标轨迹示意图。具体实施方式：
[0032] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0033] 如图1所示，戴维南等值方法多用于电力系统静态电压安全稳定的在线评估，在戴维南等值基础上提出的局部指标法，是在线监测系统最大传输能力并判断系统电压稳定薄弱节点有效方法之一。因此，本发明采用戴维南等值方法对输配协同配网的静态电压安全态势进行评估，首先定义负荷阻抗模裕度指标μ如下：
[0034]
[0035] 式中：|ZLi|、|Zthi|表示节点i的负荷等效阻抗和戴维南等值阻抗。阻抗模裕度指标μ反映了系统当前状态离极限传输状态的距离，其最大值为1，最小值为0。当μ取得最小值0时，系统运行在电压稳定临界点，因此μ能有效地反映电压稳定裕度。
[0036] 用负荷阻抗模裕度指标来分析节点电压稳定态势时，由于各节点对应指标随系统状态的变化具有不同的裕度指标轨迹，仅关注当前状态下各节点对应的指标大小容易错误判断电压稳定薄弱节点，导致对节点电压态势的评估与实际情况有偏差。为判断出准确的电压失稳节点，还需详细分析各节点对应指标的变化轨迹，找到其中更快趋向于失稳的节点，密切关注其电压态势，为及时采取预防控制措施以防电压失稳奠定基础。为此，本发明结合阻抗模裕度指标，通过对未来一段时间内的配网负荷波动进行多步预估，预测配网各节点静态电压稳定的阻抗摸裕度指标轨迹，然后根据轨迹变化趋势评估配网静态电压稳定态势，具体过程如下：
[0037] (1)对预估的多步配网负荷波动，其变化是连续过程，由多个单步预估组成。对其中的每个单步预估，用下述方法计算出各步预估情形下配网状态变化：
[0038] a)将配网整体等值为输配电网边界节点上所接的PQ负荷，设其功率值为当前运行状态的配网损耗与预估配网负荷净功率之和。用快速分解法计算预估的输电网状态，再用戴维南等值参数辨识方法计算输电网戴维南等值参数E'th、Z'th；
[0039] b)将戴维南等值参数E'th、Z'th接入配网根节点，如图1所示，用前推回带方法计算此时的配网损耗；
[0040] c)将b)计算得到的配网损耗与预估配网负荷净功率相加，用于更新配网等值的PQ节点功率信息，重复步骤a)获得戴维南等值参数E″th、Z″th；
[0041] d)将E″th、Z″th传递到配网的根节点，再利用前推回带法计算配网功率波动后的状态。
[0042] (2)用戴维南等值方法计算各步预估状态下配网节点的戴维南等值参数，然后代入式(1)计算获得每步状态下节点的负荷阻抗模裕度指标；
[0043] 将各单步状态的节点的阻抗摸裕度指标综合，即可获得预估时间段内各节点的静态电压裕度指标轨迹。对轨迹变化趋势进行详细分析，定义其中轨迹变化较快以及指标过小的节点为电压稳定薄弱节点，严密监视电压稳定薄弱节点以防发生电压失稳。
[0044] 以配网负荷波动为例验证所提方法用于评估输配协同配网静态电压安全态势的有效性。
[0045] 本仿真计算硬件平台为THINKPADW530工作站，CPU为i7-3740QM，主频2.7GHz，内存8G，软件平台为MATLAB和PSAT工具箱。
[0046] 如图2所示，以IEEE 3机9节点输电网系统搭配IEEE 33节点配电网系统进行仿真。对系统做如下更改：IEEE 9节点系统主干网架电压等级设为121kV，用IEEE 33节点配网系统替代节点6负荷，配网系统电压等级为35kV。
[0047] 以提升整体负荷水平来模拟负荷波动，首先将整体负荷水平提升至初始水平的5倍，对比负荷提升前后各节点的阻抗模裕度指标，如图3所示。配网整体负荷水平提升5倍后，节点1和节点9阻抗模裕度指标有所降低，为相对电压稳定薄弱节点。为进一步评估节点1和节点9在配网整体负荷水平提升时的电压稳定态势，以5倍基础负荷水平为步长，逐步提升配网负荷水平，得到这两个节点阻抗模裕度指标的变化轨迹。
[0048] 如图4所示，在初始负荷水平下，节点1阻抗模裕度指标为0.9938，节点9阻抗模裕度指标为0.9963，两节点阻抗模裕度指标均在1附近，具备较高的负荷裕度。将配网负荷水平逐步提升，两节点阻抗模裕度指标均有所降低，节点1阻抗模裕度指标低于节点9，且节点1指标降低的速度快于节点9，节点1将先于节点9电压失稳。因此，对配网整体负荷水平提升的场景，节点1相对节点9的电压支撑能力更加薄弱，需密切关注其电压安全态势变化以防发生电压失稳。
[0049] 通过该算例，验证了结合本发明所提方法可以评估预估多步配网负荷波动情形下的配网静态电压安全稳定态势，通过分析各节点阻抗模裕度指标的轨迹曲线，判断电压稳定薄弱节点，为电压预防控制措施的实施提供参考依据。
[0050] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
