[发明专利]一种基于PMU测量数据计算电力系统雅可比矩阵的方法

说明书

本发明一种基于PMU测量数据计算电力系统雅可比矩阵的方法，其实现步骤包括：获取电力系统电网拓扑数据；获取某个时间段每个时刻电网上PMU的实时测量数据；根据获取的电网拓扑数据和PMU实时测量数据建立母线净注入有功功率和相位增量矩阵、以及母线净注入无功功率和电压增量矩阵；根据功率、电压和相位的增量矩阵计算雅可比矩阵。本发明基于PMU实时测量数据计算电力系统雅可比矩阵，能够不依赖于电力系统物理参数的改变而快速准确地计算电力系统进行安全分析时所需要使用的雅可比矩阵，以此为基础分析预测线路是否过载越限，确保电网的安全运行。

技术领域

本发明属于电力系统调度运行技术领域，具体涉及一种基于PMU测量数据计算电力系统雅可比矩阵的方法。

背景技术

在稳态条件下,电力系统必须遵守一些基本要求，例如供应必须等于需求加上网损；电压大小必须保持接近额定的量值；以及输电线路不得超载等。有关这一切，潮流分析是一个重要的工具。因为它提供了在三相平衡稳定的状态下，每个总线的电压和相角，以及每条支路的净注入有功和无功潮流。求解潮流的问题通常是通过牛顿-拉弗逊迭代算法，同时通过一组非线性方程求解同等数量的未知数。该算法在每次迭代中考虑潮流雅可比矩阵的线性化问题。

对于实时安全分析，电力系统运行人员通过对所有故障求解潮流方程来确定是否该系统将满足电力系统的安全标准。除此之外，电力系统安全分析的其他计算都要用到雅可比矩阵的准确估值。这需要用到最新和最准确的网络拓扑结构和相应的参数。但是，数学模型使用的很可能是不准确的错误数据。这可能是由于错误的过时的记录，或者由于从远程监测到的有错的数据，或者由于不可预见的设备故障造成的。电力系统传统的基于数学模型计算潮流的安全分析方法依赖于最新的精确的电网拓扑结构和相应的参数，而这些参数特别是在扰动或故障后无法及时得到，从而使得其静态和暂态分析的结果出现大的误差甚至无法使用。

同步相位测量设备(PMU)以很高的速度(一般每秒30次或50次)在不同的位置对不同的设备同步测量功率、相位、电压、电流和频率，是一种能紧密追随系统操作点状态和拓扑结构变化的电力系统监控工具。现急需一种以PMU测量数据为基础进而计算电力系统雅可比矩阵的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于PMU测量数据计算电力系统雅可比矩阵的方法，该方法基于PMU实时测量数据进行计算，能够不依赖于电力系统物理参数的改变而快速准确地计算电力系统进行安全分析时所需要使用的雅可比矩阵，以此为基础分析预测线路是否过载越限，确保电网的安全运行，能适应电力系统拓扑结构和参数的瞬息变化，从而成为及时有效的电力系统安全校核的辅助方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于PMU测量数据计算电力系统雅可比矩阵的方法，包括以下步骤：

1)获取电力系统电网拓扑数据；

2)获取某个时间段每个时刻电网上PMU的实时测量数据；

3)根据步骤1)和2)中获取的电网拓扑数据和PMU实时测量数据建立母线净注入有功功率和相位增量矩阵、以及母线净注入无功功率和电压增量矩阵；

4)根据步骤3)中建立的母线净注入有功功率和相位增量矩阵、以及母线净注入无功功率和电压增量矩阵计算雅可比矩阵。

步骤1中获取的电力系统电网拓扑数据包括n+1个母线、f个支路以及相应的拓扑关联矩阵，其中第n+1母线是参考母线，其电压固定；

定义N＝{1,…,n}标识非参考母线的集合，N′标识集合N中非电压控制母线的子集合，N′包括n′个母线；每个在N的母线i上的净注入有功功率和相位分别标识为P_i和θ_i；每个在N’的母线i上的净注入无功功率和电压分别标识为Q_i和V_i，其中i∈N，N′∈N，1≤n′≤n。