一种用于直流输电系统的线路过载处理方法.pdf

本发明公开了一种用于直流输电系统的线路过载处理方法，通过直流输电系统模型方程和线路有功功率关联系数的建立，得到了可靠性高且简便的用于直流输电系统的线路过载处理方法。本发明只需利用网络结构改变前电力系统的潮流分布就可以通过有功功率关联系数快速求出网络结构改变后的潮流；当电力系统中有很严重的过载发生时，为了不使线路因长时间过载而跳闸，通过本方明的计算可以很快确定合上哪些线路可以最大限度消除线路过载。本发明可用于指导电力系统的规划和建设，为直流输电系统系统线路过载处理提供了有效的工具手段；而且在实际运行操作中，可以给调度以直观的理论指导，为实时调度提供直接的理论依据。

1.  一种用于直流输电系统的线路过载处理方法，其特征在于，该用于直流输电系统的线路过载处理方法包括以下步骤：
步骤一，计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
直流输电系统模型方程为：
P＝Bθ
P_l＝B_lΦ
式中，P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
若线路传输功率大于线路本身允许最大的功率，即P_ij＞P_ijmax，则认为网络中存在过载线路；
步骤二，若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集和待选支路集；
步骤三，方案比较，消除过载，形成无过载网络结构；从待选支路集中选择线路加入网络中，计算有功功率关联系数；根据计算的有功功率关联系数，计算网络结构改变后的各线路有功功率；
线路有功功率关联系数为：增加m条支路后第j条支路的潮流：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j]]>
式中，增加m条支路后第j条支路的潮流，为基础潮流，为同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数，为Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率；

步骤四，根据计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。

2.  如权利要求1所述的用于直流输电系统的线路过载处理方法，其特征在于，该用于直流输电系统的线路过载处理方法的具体步骤为：
步骤一：计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
直流输电系统模型方程为：
P＝Bθ
P_l＝B_lΦ
式中，P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
若线路传输功率大于线路本身允许最大的功率，即P_ij＞P_ijmax，则认为网络中存在过载线路；
步骤二：若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集B₀和待选支路集B_n；
过载支路集B₀：将所有P_ij＞P_ijmax的线路i-j放入B₀中；
待选支路集B_n：一个具有n个节点的网络，总共有n×(n-1)/2条支路，除去网络中原有的支路，剩余的支路集合即为待选支路集B_n；
步骤三：方案比较，消除过载，形成无过载网络结构；
线路有功功率关联系数为：增加m条支路后第j条支路的潮流：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j]]>
式中，增加m条支路后第j条支路的潮流，为基础潮流，为同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数，为Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率；
具体包括：
第一步，从待选支路集B_n中选择线路加入网络中，计算有功功率关联系数；
第二步，根据第一步中计算的有功功率关联系数，计算网络结构改变后的各线路有功功率；
第三步，根据第一步、第二步中的计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。

3.  如权利要求1所述的用于直流输电系统的线路过载处理方法，其特征在于，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中直流输电系统模型方程的获取方法：电力系统有n个节点，b条支路，令第i个节点的注入功率为P_i，线路ij的有：
功功率为P_ij，则有：
Pi=Σj∈iBijθj,(i=1,2,...,n)---(1)]]>
Pij=θi-θjxij,(i=1,2,...,n;j=1,2,...,n)---(2)]]>
写成矩阵形式，为：
P＝Bθ    (3)
P_l＝B_lΦ    (4)
式中：P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量。

4.  如权利要求1所述的用于直流输电系统的线路过载处理方法，其特征在于，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中线路有功功率关联系数增加一条支路功率影响系数的计算包括：
由式P＝Bθ可得：
θ＝XP    (5)
B是用1/x_ij为支路参数建立的电纳矩阵，X是B的逆；
令在网络中节点i、j之间增加一阻抗值为x_ij的线路l，支路加入前后节点注入有功功率不变，则有支路增加后的节点电压相角列矢量为：
θ~=(B+Mlxl-1MlT)-1P---(6)]]>
利用矩阵求逆辅助定理有：
θ~=(X-ηlclηlT)P=θ-ηlcl---(7)]]>
式中：
η_l＝XM_l
c_l＝(x_l+X_l-l)^-1
X_l-l＝M_l^Tη_l
θ_l＝M_l^Tθ    (8)
求出增加支路l后的节点电压相角，就利用直流潮流公式求出增加支路l后网络中支路k的有功潮流：
Pk′=θ~kxk=MkTθ~xk=θk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclθlxk---(9)]]>
式(9)中：
X_k-l＝M_k^Tη_l    (10)
式(10)中X_k-l是端口k和端口l两个端口之间的互阻抗；为了和节点的自阻抗、互阻抗相区分，在下标中k和l之间加一短横线；
Pk′=Pk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclPl-k---(11)]]>
定义为虚拟线路与线路k之间的相关功率，它只是一个具有功率单位的数学量；
这时有：
P_k′＝P_k-D_k-lP_l-k
D_k-l＝X_k-lc_l    (12)
称D_k-l是支路k和支路l之间的有功功率关联系数。

5.  如权利要求1所述的用于直流输电系统的线路过载处理方法，其特征在于，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中线路有功功率关联系数增加m条有功功率关联系数的计算包括：
网络中欲增加m条支路k₁,k₂,…,k_m，求支路j上的有功潮流分布；增加支路前后电网中各节点注入有功功率不变，支路k₁,k₂,…,k_m之间无互感耦合，则有：

因为
所以
增加m条支路后第j条支路的潮流是：

定义Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率，是具有功率单位的数学量；
则式(16)写成：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j---(17)]]>
其中

是同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数；定义了同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时，这m条支路上的有功潮流在网络支路j上的分布系数。

一种用于直流输电系统的线路过载处理方法
技术领域
本发明属于电力系统中直流输电技术领域，尤其涉及一种用于直流输电系统的线路过载处理方法。
背景技术
随着电网技术的不断发展，直流输电系统的优点越来越明显。直流输电系统具有多种运行方式并且可以手动或自动灵活转换，根据直流输电系统的状态需要，合理选择最优的运行方式，可以有效提高直流输电系统的安全稳定性、运行可靠性和设备可用率，使其发挥更大的作用。
然而，随着电网规模的扩大和电压等级的提高，不可避免的出现了线路过载问题，目前处理线路过载问题的方法主要是通过方式计算再凭实际经验调整运行方式，此类方法耗时较长，不利于电网稳定运行。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种用于直流输电系统的线路过载处理方法，旨在解决目前处理线路过载问题的方法是通过方式计算再凭实际经验调整运行方式，耗时较长，不利于电网稳定运行的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种用于直流输电系统的线路过载处理方法，该用于直流输电系统的线路过载处理方法包括以下步骤：
步骤一，计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
直流输电系统模型方程为：
P＝Bθ
P_l＝B_lΦ
式中，P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
若线路传输功率大于线路本身允许最大的功率，即P_ij＞P_ijmax，则认为网络中存在过载线路。
步骤二，若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集和待选支路集；
步骤三，方案比较，消除过载，形成无过载网络结构；从待选支路集中选择线路加入网络中，计算有功功率关联系数；根据计算的有功功率关联系数，计算网络结构改变后的各线路有功功率；
线路有功功率关联系数为：增加m条支路后第j条支路的潮流：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j]]>
式中，增加m条支路后第j条支路的潮流，为基础潮流，为同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数，为Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率；

步骤四，根据计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。
进一步，该用于直流输电系统的线路过载处理方法的具体步骤为：
步骤一：计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
直流输电系统模型方程为：
P＝Bθ
P_l＝B_lΦ
式中，P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
若线路传输功率大于线路本身允许最大的功率，即P_ij＞P_ijmax，则认为网络中存在过载线路。
步骤二：若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集B₀和待选支路集B_n；
过载支路集B₀：将所有P_ij＞P_ijmax的线路i-j放入B₀中；
待选支路集B_n：一个具有n个节点的网络，总共有n×(n-1)/2条支路，除去网络中原有的支路，剩余的支路集合即为待选支路集B_n；
步骤三：方案比较，消除过载，形成无过载网络结构；
线路有功功率关联系数为：增加m条支路后第j条支路的潮流：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j]]>
式中，增加m条支路后第j条支路的潮流，为基础潮流，为同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数，为Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率；
具体包括：
第一步，从待选支路集B_n中选择线路加入网络中，计算有功功率关联系数；
第二步，根据第一步中计算的有功功率关联系数，计算网络结构改变后的各线路有功功率；
第三步，根据第一步、第二步中的计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。
进一步，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中直流输电系统模型方程的获取方法：电力系统有n个节点，b条支路，令第i个节点的注入功率为P_i，线路ij的有：
功功率为P_ij，则有：
Pi=Σj∈iBijθj,(i=1,2,...,n)---(1)]]>
Pij=θi-θjxij,(i=1,2,...,n;j=1,2,...,n)---(2)]]>
写成矩阵形式，为：
P＝Bθ    (3)
P_l＝B_lΦ    (4)
式中：P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量。
进一步，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中线路有功功率关联系数增加一条支路功率影响系数的计算包括：
由式P＝Bθ可得：
θ＝XP    (5)
B是用1/x_ij为支路参数建立的电纳矩阵，X是B的逆；
令在网络中节点i、j之间增加一阻抗值为x_ij的线路l，支路加入前后节点注入有功功率不变，则有支路增加后的节点电压相角列矢量为：
θ~=(B+Mlxl-1MlT)-1P---(6)]]>
利用矩阵求逆辅助定理有：
θ~=(X-ηlclηlT)P=θ-ηlcl---(7)]]>
式中：
η_l＝XM_l
c_l＝(x_l+X_l-l)^-1
X_l-l＝M_l^Tη_l
θ_l＝M_l^Tθ    (8)
求出增加支路l后的节点电压相角，就利用直流潮流公式求出增加支路l后网络中支路k的有功潮流：
Pk′=θ~kxk=MkTθ~xk=θk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclθlxk---(9)]]>
式(9)中：
X_k-l＝M_k^Tη_l    (10)
式(10)中X_k-l是端口k和端口l两个端口之间的互阻抗；为了和节点的自阻抗、互阻抗相区分，在下标中k和l之间加一短横线；
Pk′=Pk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclPl-k---(11)]]>
定义为虚拟线路与线路k之间的相关功率，它只是一个具有功率单位的数学量；
这时有：
P_k′＝P_k-D_k-lP_l-k
D_k-l＝X_k-lc_l    (12)
称D_k-l是支路k和支路l之间的有功功率关联系数。
进一步，该用于直流输电系统的线路过载处理方法中线路有功功率关联系 数增加m条有功功率关联系数的计算包括：
网络中欲增加m条支路k₁,k₂,…,k_m，求支路j上的有功潮流分布；增加支路前后电网中各节点注入有功功率不变，支路k₁,k₂,…,k_m之间无互感耦合，则有：

因为
所以
增加m条支路后第j条支路的潮流是：

定义Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率，是具有功率单位的数学量；
则式(16)可以写成：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j---(17)]]>
其中

是同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数；定义了同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时，这m条支路上的有功潮流在网络支路j上的分布系数。
本发明提供的用于直流输电系统的线路过载处理方法，通过直流输电系统模型方程和线路有功功率关联系数的建立，设计合理、可靠性高且方法简便的用于直流输电系统的线路过载处理方法。
本发明只需利用网络结构改变前电力系统的潮流分布就可以通过有功功率关联系数快速求出网络结构改变后的潮流；当电力系统中有很严重的过载发生时，为了不使线路因长时间过载而跳闸，通过本方明的计算可以很快确定合上哪些线路可以最大限度消除线路过载。本发明可用于指导电力系统的规划和建设，为直流输电系统系统线路过载处理提供了有效的工具手段；而且在实际运行操作中，可以给调度以直观的理论指导，为实时调度提供直接的理论依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于直流输电系统的线路过载处理方法流程图；
图2是本发明实施例提供的用于直流输电系统的线路过载处理方法实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的用于直流输电系统的线路过载处理方法包括以下步骤：
S101：计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
S102：若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集和待选支路集；
S103：方案比较，消除过载，形成无过载网络结构；从待选支路集中选择线路加入网络中，按照公式计算有功功率关联系数；根据中计算的有功功率关联系数，按照公式计算网络结构改变后的各线路有功功率；
S104：根据计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。
本发明的具体步骤为：
步骤一：计算直流输电系统线路潮流，判断网络中是否存在过载线路；
步骤二：若网络中有线路发生过载，则形成过载支路集B₀和待选支路集B_n；
过载支路集B₀：将所有P_ij＞P_ijmax的线路i-j放入B₀中；
待选支路集B_n：一个具有n个节点的网络，总共有n×(n-1)/2条支路，除去网络中原有的支路，剩余的支路集合即为待选支路集B_n；
步骤三：方案比较，消除过载，形成无过载网络结构，具体包括：
第一步，从待选支路集B_n中选择线路加入网络中，按照公式计算有功功率关联系数；
第二步，根据第一步中计算的有功功率关联系数，按照公式计算网络结构改变后的各线路有功功率；
第三步，根据第一步、第二步中的计算结果，比较增加不同支路时新增支路对网络中其它支路潮流的影响，确定无过载网络结构。
本发明用于直流输电系统的线路过载处理方法，其核心包括直流输电系统模型方程和线路有功功率关联系数的建立；
直流输电系统模型方程为：
P＝Bθ
P_l＝B_lΦ
式中，P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
线路有功功率关联系数为：增加m条支路后第j条支路的潮流
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j]]>
式中，增加m条支路后第j条支路的潮流，为基础潮流，为同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数，为Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率；

以下结合附图2对本发明实施例做进一步详述：
假设系统有n个节点，b条支路，令第i个节点的注入功率为P_i，线路ij的有功功率为P_ij，则有：
Pi=Σj∈iBijθj,(i=1,2,...,n)---(1)]]>
Pij=θi-θjxij,(i=1,2,...,n;j=1,2,...,n)---(2)]]>
写成矩阵形式，为：
P＝Bθ    (3)
P_l＝B_lΦ    (4)
式中：P为节点注入功率向量，B为节点导纳矩阵，θ为节点电压相角向量；
P_l为各支路有功功率构成的向量，B_l为各支路导纳组成的对角矩阵；Φ为各支路两端相角差向量；
线路有功功率关联系数为：
增加一条支路功率影响系数的计算：
由式(3)可得
θ＝XP    (5)
B是用1/x_ij为支路参数建立的电纳矩阵，X是B的逆；
令在网络中节点i、j之间增加一阻抗值为x_ij的线路l，假定支路加入前后节点注入有功功率不变，则有支路增加后的节点电压相角列矢量为：
θ~=(B+Mlxl-1MlT)-1P---(6)]]>
利用矩阵求逆辅助定理有：
θ~=(X-ηlclηlT)P=θ-ηlcl---(7)]]>
式中：
η_l＝XM_l
c_l＝(x_l+X_l-l)^-1
X_l-l＝M_l^Tη_l
θ_l＝M_l^Tθ    (8)
求出增加支路l后的节点电压相角，就可以利用直流潮流公式求出增加支路l后网络中支路k的有功潮流：
Pk′=θ~kxk=MkTθ~xk=θk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=θkxk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclθlxk---(9)]]>
式(9)中：
X_k-l＝M_k^Tη_l    (10)
式(10)中X_k-l是端口k和端口l两个端口之间的互阻抗；为了和节点的自阻抗、互阻抗相区分，在下标中k和l之间加一短横线；
Pk′=Pk-Xk-lclθlxk=Pk-Xk-lclPl-k---(11)]]>
定义为虚拟线路与线路k之间的相关功率，它只是一个具有功率单位的数学量；
这时有：
P_k′＝P_k-D_k-lP_l-k
D_k-l＝X_k-lc_l    (12)
称D_k-l是支路k和支路l之间的有功功率关联系数；
增加m条有功功率关联系数的计算：
假设网络中欲增加m条支路k₁,k₂,…,k_m，求支路j上的有功潮流分布；假定增加支路前后电网中各节点注入有功功率不变，支路k₁,k₂,…,k_m之间无互感耦合，则有：

因为
所以
增加m条支路后第j条支路的潮流是：

定义Pk1-j=defθk1xj,Pk2-j=defθk2xj,...,Pkm-j=defθkmxj]]>为虚拟线路与线路j之间的相关功率，是具有功率单位的数学量；
则式(16)可以写成：
Pj′=Pj-Dj-(k1k2...km)Pk1-j...Pkm-j---(17)]]>
其中

是同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时的有功功率关联系数；它定义了同时增加支路k₁,k₂,…,k_m时，这m条支路上的有功潮流在网络支路j上的分布系数。
本发明只需利用网络结构改变前电力系统的潮流分布就可以通过有功功率关联系数快速求出网络结构改变后的潮流；当电力系统中有很严重的过载发生时，为了不使线路因长时间过载而跳闸，通过本方明的计算可以很快确定合上哪些线路可以最大限度消除线路过载。该方法可用于指导电力系统的规划和建设，为直流输电系统系统线路过载处理提供了有效的工具手段。而且在实际运行操作中，可以给调度以直观的理论指导，为实时调度提供直接的理论依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。