[发明专利]一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析及优化方法

权利要求书

1.一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，其特征在于，该方法含有步骤：

（1）改进的短路电流水平计算方法；

（1.1）获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；

（1.2）虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；

（1.3）计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；

（1.4）由三个不对称相量与三组对称相量之间的关系，求出三序线阻矩阵；

（1.5）由三序线路阻抗矩阵求短路电流；

（2） 基于ANFIS的安全域最优潮流分析

（2.1）对目标电网构建系统安全域；

（2.2）通过ANFIS拟合电力系统安全域，生成安全域表达式；

（2.3）构建安全域约束的最优潮流模型；

（2.4）采用牛顿法或内点法计算求取最优潮流分布。

2.根据权利要求1所述的一种适用于特高压电网分层分区的稳定性分析方法，该方法含有步骤：

（1）改进的短路电流水平计算方法

（1.1）获取节点阻抗矩阵，并根据阻抗矩阵自动分析求解方式；

通过对输入的阻抗矩阵进行分析，如果是单相输电，即只有存在一条输电线路，输入的节点阻抗矩阵是一维的，而双相输电则为二维阻抗矩阵；因此，可以基于输入矩阵维数对输电方式进行推测分析并加以补全；

（1.2）虚拟阻抗取已知节点阻抗的平均值，虚拟线路的相间阻抗为零；

对单相或双相线路添加虚拟节点和虚拟线路，使其成为完整的三相输电线路；由于虚拟节点之间并没有实际的电压和电流存在，故虚拟阻抗取得任意值都可满足欧姆定律，且虚拟线路并不存在相间阻抗；因此，将新的节点矩阵视为一个相间阻抗为零，虚拟相阻抗为任意值的新阻抗矩阵，并由对称分量法进行短路电流的计算和分析；

（1.3）计算三相线阻矩阵，线路阻抗是由故障点位置占线路长度百分比除以基础线路阻抗再乘以节点阻抗矩阵得到的；

（1.4）由三个不对称相量与三组对称相量之间的关系，求出三序线阻矩阵；

在主线k,l之间只有c相实际存在，假设存在虚拟的ab节点和虚拟阻抗，由于虚拟阻抗并不存在，线路上并没有加载负荷，流入虚拟线路的电流为零；故线路虚拟阻抗设为任意值都不会违背欧姆定律；为了方便计算，将线路虚拟阻抗设为，故线路阻抗矩阵变为：

Zkldd000Zkldd000Zklcc---(2)]]>

（1.5）由三序线路阻抗矩阵求短路电流；

通过新获取的三序线路阻抗矩阵，根据短路类型计算短路电流；

（2） 基于ANFIS的安全域最优潮流分析

首先对目标电网构建系统安全域；通过ANFIS拟合电力系统安全域，生成安全域表达式；构建安全域约束的最优潮流模型；采用牛顿法或内点法计算求取最优潮流分布；

（2.1）所述系统安全域构建方法如下：

一般来说，电力系统可由可微代数方程表示：

x.=h(x,y,ρ,λ)0=g(x,y,ρ,λ)---(3)]]>

其中，x是系统状态变量；y代表代数变量；ρ表示系统可控变量；λ是一组不可控参量；所述λ的增减会相应改变系统操作状态，从而可能导致系统不稳定；

当负荷沿某一特定方向增加时，电力系统将达到运行极限，即系统安全域；可通过对潮流方程的稳定性分析来构建系统安全域，包括对系统静态电压、相角、振荡频率进行稳定性研究并考虑N-1运行准则；设式(5-8)中λ_i=[λ_i1 λ_i2  …λ_iN]^T为N个负荷中第i个负荷的增长率，则λ可表示为

λi1=αdi1λi2=αdi2...λiN=αdiN---(4)]]>

其中，标量α≥0代表负荷系数；d_ij,j=1,2,…,N表示负荷j在第i个负荷增长率下的负荷增长方向，该方向应满足如下条件：

0≤dij≤1∀jΣj=1Ndij=1---(5)]]>

确定负荷方向d_i=[d_i1 d_i2  …d_iN]^T后，通过增加负荷系数α能使系统逐渐达到安全稳定边界，进而确定稳定边界极限值；为获得离散的安全域表达式，系统的N个负荷可由给定发电调度准则变换为负荷方向组成的M个不同集合；这样，可生成如下临界负荷矩阵来对安全域进行近似处理：

对于不同的发电调度方式，能获取相应的临界负荷矩阵；这样，满足式(5)的所有组合可用于ANFIS以获取近似的边界点；值得注意的是，如果未对考虑系统中的N-1安全校验准则，通过上述方法将获得系统稳定域而非统一的系统安全域；

（2.2）通过ANFIS拟合系统安全域，形成安全域表达式；

在ANFIS结构中，X₁，X₂是系统的输入，y推理系统输出；网络同一层的每个节点具有相似的功能，用O_1i表示第i个节点输出；

第一层：本层节点将输入数据进行模糊处理：

Q_1i=μ_Ai(x₁),Q_2i=μ_Bi(x₂),i=i,2 (7)

其中，A_i或B_i是模糊集；μ_Ai(x₁)是模糊集的隶属度函数；

第二层：将各输入数据隶属函数相乘，作为本层规则的适用度w_i：

w_i=μ_Ai(x₁)μ_Bi(x₂),i=i,2 (8)

第三层：计算第i条规则的w_i及所有适用度之和w₁+w₂，并通过两者比值完成各条规则适用度的归一化：

wi′=wiw1+w2,i=1,2---(9)]]>

第四层：用于计算各条规则的输出：

O′₄=w′_if_i=w′_i(p_ix₁+q_ix₂+r_i),i=i,2 (10)

其中，f_i为模糊系统的后项结论输出函数；当该输出函数为线性函数时，称为“一阶系统”；若为常量，称为“零阶系统”；

第五层：用于计算系统的总输出：

y=Σiwi′fi=ΣiwifiΣiwi---(11)]]>

最后，通过加权平均法将该输出结果进行解模糊化处理，并通过反向传播法和最小二乘法使输入与输出之间的误差最小；

为了训练ANFIS，使N-1个负荷的M个极限值λ_i^c所组成的边界作为ANFIS的输入；如此，定义第i个负荷节点的安全边界值λ_li^c可如下表示：

λilc≈f(λi1,λi2,...,λil-1,λil+1,...,λiN)≈f(λ^i)---(12)]]>

由式(10)和式(11)得关于负荷增长率的映射函数如下：

λlc=ΣiwifiΣiwi---(13)]]>

式(12)便可用于最优潮流方程的安全域约束中；

（2.3）结合ANFIS拟合处的系统安全域，构建安全域约束最优潮流模型，如下：

目标函数：Sb=CsTPs-CdTΔPd---(14)]]>

约束条件：F_PF(δ,V,Q_g,P_s,P_d,Q_d)=0 (15)

0≤P_s≤P_smax (16)

Q_smin≤Q_s≤Q_smax (17)

V_min≤V≤V_max (18)

λi-ΣiwimfimΣiwim≤0∀m=1,...,G---(19)]]>

ΔPdj≤0∀j=1,...,N---(20)]]>

ΔPdj=(αdj-αdj0)Pdj0∀j=1,...,N---(21)]]>

0≤dj≤1∀j=1,...,N---(23)]]>

Σj=1Ndj=1---(24)]]>

α≥0 (25)

其中，C_s和C_d分别是电力供给与需求的出价，单位为$/MWh；系统供给与需求功率分别为P_s和P_d，单位是MW；F_PF(·)为系统潮流方程；V和δ分别是节点电压和相角；Q_g为发电机无功功率；ΔP_d为符合改变量；及m为所有G个调度方案的第m个系统安全域，P_s为系统供给有功功率，Q_s为系统供给无功功率；值得注意的是，约束条件(19)强行使ΔP_d为0或负数；若ΔP_d为0，则最优潮流模型有解；反之，若ΔP_d为负数，则表示最优潮流模型无解；因此，该最优潮流模型很好地阐释了当今电力系统调度的运行准则。