[發明專利]一種基于PMU測量數據計算電力系統雅可比矩陣的方法

在審

• 申請號: 202011489319.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112670985A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 劉衛華;袁正華;劉杰;陳國棟;趙永剛;黃碩;呂羚;關占奇
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司漯河供電公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;G06F17/16
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 崔衛琴

本發明一種基于PMU測量數據計算電力系統雅可比矩陣的方法，其實現步驟包括：獲取電力系統電網拓撲數據；獲取某個時間段每個時刻電網上PMU的實時測量數據；根據獲取的電網拓撲數據和PMU實時測量數據建立母線凈注入有功功率和相位增量矩陣、以及母線凈注入無功功率和電壓增量矩陣；根據功率、電壓和相位的增量矩陣計算雅可比矩陣。本發明基于PMU實時測量數據計算電力系統雅可比矩陣，能夠不依賴于電力系統物理參數的改變而快速準確地計算電力系統進行安全分析時所需要使用的雅可比矩陣，以此為基礎分析預測線路是否過載越限，確保電網的安全運行。

技術領域

本發明屬于電力系統調度運行技術領域，具體涉及一種基于PMU測量數據計算電力系統雅可比矩陣的方法。

背景技術

在穩態條件下,電力系統必須遵守一些基本要求，例如供應必須等于需求加上網損；電壓大小必須保持接近額定的量值；以及輸電線路不得超載等。有關這一切，潮流分析是一個重要的工具。因為它提供了在三相平衡穩定的狀態下，每個總線的電壓和相角，以及每條支路的凈注入有功和無功潮流。求解潮流的問題通常是通過牛頓-拉弗遜迭代算法，同時通過一組非線性方程求解同等數量的未知數。該算法在每次迭代中考慮潮流雅可比矩陣的線性化問題。

對于實時安全分析，電力系統運行人員通過對所有故障求解潮流方程來確定是否該系統將滿足電力系統的安全標準。除此之外，電力系統安全分析的其他計算都要用到雅可比矩陣的準確估值。這需要用到最新和最準確的網絡拓撲結構和相應的參數。但是，數學模型使用的很可能是不準確的錯誤數據。這可能是由于錯誤的過時的記錄，或者由于從遠程監測到的有錯的數據，或者由于不可預見的設備故障造成的。電力系統傳統的基于數學模型計算潮流的安全分析方法依賴于最新的精確的電網拓撲結構和相應的參數，而這些參數特別是在擾動或故障后無法及時得到，從而使得其靜態和暫態分析的結果出現大的誤差甚至無法使用。

同步相位測量設備(PMU)以很高的速度(一般每秒30次或50次)在不同的位置對不同的設備同步測量功率、相位、電壓、電流和頻率，是一種能緊密追隨系統操作點狀態和拓撲結構變化的電力系統監控工具。現急需一種以PMU測量數據為基礎進而計算電力系統雅可比矩陣的方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于PMU測量數據計算電力系統雅可比矩陣的方法，該方法基于PMU實時測量數據進行計算，能夠不依賴于電力系統物理參數的改變而快速準確地計算電力系統進行安全分析時所需要使用的雅可比矩陣，以此為基礎分析預測線路是否過載越限，確保電網的安全運行，能適應電力系統拓撲結構和參數的瞬息變化，從而成為及時有效的電力系統安全校核的輔助方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于PMU測量數據計算電力系統雅可比矩陣的方法，包括以下步驟：

1)獲取電力系統電網拓撲數據；

2)獲取某個時間段每個時刻電網上PMU的實時測量數據；

3)根據步驟1)和2)中獲取的電網拓撲數據和PMU實時測量數據建立母線凈注入有功功率和相位增量矩陣、以及母線凈注入無功功率和電壓增量矩陣；

4)根據步驟3)中建立的母線凈注入有功功率和相位增量矩陣、以及母線凈注入無功功率和電壓增量矩陣計算雅可比矩陣。

步驟1中獲取的電力系統電網拓撲數據包括n+1個母線、f個支路以及相應的拓撲關聯矩陣，其中第n+1母線是參考母線，其電壓固定；

定義N＝{1,…,n}標識非參考母線的集合，N′標識集合N中非電壓控制母線的子集合，N′包括n′個母線；每個在N的母線i上的凈注入有功功率和相位分別標識為P_i和θ_i；每個在N’的母線i上的凈注入無功功率和電壓分別標識為Q_i和V_i，其中i∈N，N′∈N，1≤n′≤n。