电力系统分层快速分解法状态估计程序设计

电力系统分层快速分解法状态估计程序设计

贾健雄孙博

国网安徽省电力公司经济技术研究院安徽合肥230000

摘要：随着电力系统的迅速发展，电力系统的结构和运行方式日趋复杂，电力系统调度中心的自动化水平也不断发展。现代化的调度系统要求能迅速、准确而全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析系统的运行趋势，从而保证电力系统运行的安全性和经济性。而状态估计则是利用实时量测系统的冗余度来提高数据精度，估计或预报系统的运行状态，提高整个数据系统的质量和可靠性。本文对电力系统进行了分层处理，采用基于加权最小二乘法的快速分解电力系统状态估计算法，建立了相应的数学模型，并编制了相应的程序。所编程序对一个八节点算例系统的计算表明，对电力系统分层处理的快速分解法不仅具有通常快速分解法简便快速、收敛性好的特点，而且较后者计算时间更少。

关键词：电力系统；状态估计；快速分解法；程序设计

引言

电力系统状态估计同时被称为滤波，它通过实时量测系统的冗余度来完善数据精度，自动排除由随机干扰等所造成的错误信息，估计系统的运行状态。进行电力系统状态估计主要是为了提高经济运行水平与电力系统安全。正确而全面地掌握电力系统过去的、当时的、甚至未来的状态，方面对电力系统运行的经济性和安全性进行分析与判断。因此，通过状态估计建立一个实时数据库满足状态估计各种应用程序对数据不断增长的需求是必要而方便的。

1分层分解时空协调建模系统

1.1系统结构

互联电力系统分层分解时空协调建模系统就是建立一个系统架构，将版本管理技术、模型合并/拆分技术、SVG转换技术、模型文件的导入导出技术、在线外网等值技术等有机地融合在一起，利用版本管理技术在各级调度系统之间形成规范的图、数、模一体化的信息交换机制，建立一体化的公共信息中心，实现时空协调建模，实现互联大电网信息共享。系统结构见图1。以版本管理服务为核心，以上下级调度系统和本地调度系统为数据源，以模型合并、外网等值等为数据整合器，整合后的结果由版本管理服务分发给上下级调度系统和本地调度系统。建模系统与本地调度系统平台是松耦合关系，接口简单，主要以文件、结构化查询语言（SQL）、自定义等方式交互。

图1系统结构

1.2系统数据流

系统以版本管理服务为中心，进行信息的流入/流出。数据流主要包括3部分：①版本管理服务接收上级调度系统发送的外网等值信息，接收下级各调度系统的电网模型版本信息，接收本地调度系统的图、数、模信息（在版本管理内部形成本地版本）。②模型合并从版本管理获取“外网等值模型+本地模型+边界定义”，返回对应的“1+1”模型合并模型；模型合并从版本管理获取下级各调度系统的“电网模型+本地模型+模型边界定义”或“`1+1'模型合并的模型+下级各调度系统的电网模型+模型边界定义”，返回“1+n”模型合并结果；外网等值从版本管理获取“1+n”模型合并结果及对应的边界定义，返回下级各调度系统的外网等值模型。③版本管理发送本地电网模型的版本信息给上级调度系统，发送外网等值版本信息给下级调度系统，发送“整合后的各种电网模型+对应的SVG文件+对应的E格式文件”给本地调度系统；发送“`1+1'模型合并结果+对应的SVG文件+对应的E格式文件”给本地调度系统。

1.3时空协调建模

目前，国内各级调度系统基本上都实现了实时模型与未来模型的统一维护，即在实时模型基础上建立不影响调度实时运行的未来电网模型。各调度系统之间不仅要求实时模型共享，而且要求历史、未来模型都要共享。时空协调建模就是实现各级调度系统的历史、实时、未来模型和图形、数据的共享与整合，在空间、时态上互相协调，统一建模。建模系统分别建立历史、实时、未来的全网模型，以满足各应用系统的需求。利用建模系统实现互联电力系统的分层分解时空协调建模过程如下：①“外网等值模型+本地调度系统的电网模型+下级调度系统的电网模型”；②根据调度中心内部不同应用系统的需要，对全网CIM文件拆分，形成不同应用系统的电网模型；③本地调度系统利用CIM文件的导入/导出工具、SVG转换工具及E格式文件导入/导出工具，把图、数、模等相关信息导入本地调度系统。

2分层直流短路比在交直流系统中的应用

分层直流短路比能够一定程度反映直流多层接入的交直流系统的电网结构强度以及受端交流电网对换流母线的无功电压支撑能力的大小，因此对分层直流接入的交直流系统的电压稳定具有一定表征作用。但值得注意的是，由于分层直流短路比仍是静态指标，不能考虑交流、直流系统的动态特性，因此在实际工程应用时，仍需要通过暂态稳定分析方法进行校核。

以2018年底投运的扎鲁特~青州±800kV特高压分层直流、上海庙~山东±800kV特高压分层直流为例，两大特高压分层直流均接入山东受端交流电网，加上银川~山东±800kV特高压直流，山东将形成2大特高压分层直流以及1条特高压直流集中馈入的交直流系统格局。运行方式1中，扎鲁特~青州±800kV、上海庙~山东±800kV特高压分层直流均输送功率5000MW，银东±800kV特高压直流输送功率4000MW，山东受端断面受电1200MW，该方式下分层直流短路比与多馈入短路比的计算结果比较如表1所示。

表1运行方式1的分层直流短路比计算结果

可以看出，由于分层直流短路比附加考虑了分层直流之间的相互作用，相比原来的多馈入短路比，数值更小。该运行方式下，山东受端电网在N-1、N-2故障下均能保持稳定运行。

若当直流大功率送电方式下，由于山东电网需停开大量机组，受端电网电压无功支撑大幅减弱，当网内发生故障，可能导致上山、扎青直流同时多次换相失败，山东电网整体电压崩溃。调整运行方式，使得上山直流、扎青特高压分层直流均满送10000MW，银川~山东±800kV直流4000MW，特高压长南线北送4900MW，山东断面外受电7000MW。该运行方式下分别采用多馈入短路比以及本文提出的分层直流短路比计算。可以看出，通过提升直流功率、停开受端系统机组，多馈入短路比、分层短路比均大幅下降。通过分层直流短路比计算，上山直流500kV侧短路比为2.0，达到最小的临界数值，因此，受端交流电网发生电压失稳的风险很高。

3模型合并/拆分技术

模型合并/拆分技术是实现分层分解时空协调建模非常重要的一环，它结合CIM文件导入/导出、SVG文件导入/导出、E格式文件导入/导出等技术，为实现互联大电网全局监视、控制和在线分析提供信息基础。模型合并/拆分技术是相对较成熟的技术，基于该技术的模型合并方法多次在实际系统中应用，并取得了不错的效果，但模型合并方法没有形成统一的技术规范。本系统旨在提出规范的模型合并方法，并且把规范的模型合并方法有机地融入到建模系统。

结论

（1）相比多馈入交直流系统，分层接入交直流由于直流侧换流阀串联，直流间的相互作用增强。基于阻抗阵的多馈入短路比仅能考虑受端交流系统中不同直流落点间的相互作用，不适用于直流分层接入的交直流系统。

（2）通过分层直流临界短路比与电压稳定灵敏因子的关系推导，证明了当为分层直流临界短路比时，相应换流母线的节点电压灵敏因子为0，为静态电压稳定的临界点，从而奠定了用分层接入直流临界短路比衡量直流分层接入交直流系统电压稳定的基础。

参考文献：

[1]林伟芳，汤涌，卜广全．多馈入交直流系统短路比的定义和应用[J]．中国电机工程学报，2008，28（31）：1-8．

[2]林伟芳.多馈入交直流系统电压稳定分析[D].中国电力科学研究院，2005，北京.

[3]林伟芳，汤涌，郭小江.多馈入交直流系统短路比影响因素分析[J].电网技术，2011，（08）：64-68.