电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法和装置

技术领域

本发明涉及领域电力领域，特别是涉及一种发电厂有功出力对区域电网有功网损的灵敏度检测方法和装置。

背景技术

电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的数据，计算母线的电压、各元件的功率及网损，对电网各处的运行状态进行评估，再根据计算得到的数据对电网系统的运行进行监测和优化，从而提高供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。网损计算是电力系统潮流计算中较为复杂的一部分。在传统网损优化系统中，需要人为指定各种不同的灵敏度计算方案，然后在分析人员经验指导下进行降损方案的选择。由于输电网网络拓扑复杂，数据量较大，所得到的灵敏度计算方案状态空间呈几何级数比例增长，使得灵敏度计算需要耗费大量时间，极大的降低了分析人员的工作效率。

发电厂有功出力对区域电网有功网损的灵敏度，对电网公司制定降低网损的调度决策非常有意义，可以将发电厂有功出力对网损的灵敏度进行排序，通过调整发电机组出力，有效降低区域电网网损。目前，还没有有效的、快速的方法计算发电厂有功出力对区域电网有功网损的灵敏度。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中的问题提供一种电力系统暂态电压稳定检测方法。

一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法，包括如下步骤：

读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息；

根据所述母线信息确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度；

根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度；

根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

相应地，本发明还提供一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置，包括如下模块：

第一读取模块，用于读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息；

第一灵敏度确定模块，用于根据所述母线信息确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度；

第二灵敏度计算模块，用于根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度；

网损灵敏度计算模块，用于根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

本发明首先读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息，接着确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度，然后根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度，最后根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。本发明方法能够简单快速地计算发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度，便于生成发电厂有功出力对电网的正负灵敏度排序，从而给出降低网损的调节方向，为实时降损提供辅助决策。

附图说明

图1为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第一个实施例流程图；

图2为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第二个实施例流程图；

图3为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第三个实施例流程图；

图4为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第四个实施例流程图；

图5为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第五个实施例流程图；

图6为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置第一个实施例中的结构示意图；

图7为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置第二个实施例中的结构示意图；

图8为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置第三个实施例中的结构示意图；

图9为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置第四个实施例中的结构示意图；

图10为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置第五个实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本发明的电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法在第一个实施例中的流程示意图，本实施例的电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法可以由计算机CPU、嵌入式工业控制器等处理设备来执行，例如PLC(Programmable Logic Controller可编程式逻辑控制器)、ARM控制器(Acorn RISC Machine)等。进一步地，为以示区分，电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度在本发明实施例中称之为网损灵敏度。

如图1所示，本实施例中的电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法包括以下步骤：

S110：读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息；

所述母线信息可以是母线名称、母线在电网拓扑中的拓扑地址、IP地址或者其他唯一标识该母线的信息。通常，在网损分析中，研究的对象为用户定义的区域电网，本发明称之为统计区域电网，其是完整电网的一个子集。用户输入的统计区域电网可以是电网拓扑，该电网拓扑可以只包括统计区域电网中所包含的每个母线的母线信息。此外，该电网拓扑也可以是全电网拓扑，此时用户还需额外输入在统计区域电网中所包含的母线信息，以便去除全电网拓扑中非统计区域电网的部分。本领域技术人员还可以通过其他方式规定用户输入统计区域电网的方法。

S120：根据所述母线信息确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度；

在S110获得统计区域电网所包含的各个母线后，先识别统计区域电网各个母线之间相连的支路，然后读取母线i的电压幅值、电压相角以及母线i流向母线j的潮流和从母线j流向母线j的潮流，可以通过相应公示确定出母线i电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度。具体公式过程如下：

母线i对统计区域电网的网损主要表现为母线i所连接的支路的网损。可以按照以下公式表达：

其中，P_ij、P_ji为连接母线i及其相邻的母线j的支路上流动的有功潮流，P_ij表示从母线i流向母线j的潮流，P_ji表示从母线j流向母线j的潮流。

根据式(1-1)，母线i影响的网损对母线电压的第一灵敏度，可以按照以下公式(1-2)计算获得为：

其中，V_i为母线i电压的幅值，θ_i为母线i电压的相角。

需要说明的是，如在前之描述，通常在网损分析中，研究的对象为用户定义的统计区域电网，其是完整电网的一个子集。因此对(1-1)式进行修正，修正后的公式(1-3)如下：

其中，集合LA表示统计区域电网所包含的母线集合。

S130：根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度；

可以先根据所述第一灵敏度计算发电厂中一台发电机组有功出力对母线电压的灵敏度，然后计算一台发电机组有功出力对统计区域电网网损的灵敏度，然后重复以上过程继续计算发电厂下一台发电机组有功出力对统计区域电网网损的灵敏度，直到计算获得发电厂中全部发电机组对统计区域电网的第二灵敏度。

S140：根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

在本发明实施例中，发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度定义为：发电厂所包含的全部发电机组对统计区域电网的第二灵敏度的算数平均值。因此，根据发电厂所包含的发电机组的机组数量以及S130中所计算获得的各个发电机组对统计区域电网的第二灵敏度，计算所述第二灵敏度的算术平均值即可获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。最终，使用公式(1-4)表达如下：

其中，S指发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度，S_k指第k个发电机组对区域电网有功网损的第二灵敏度，K为发电厂的机组数量。

在一个优选的实施例中，请参阅图2，S140可以包括以下S210-S220。

S210：计算发电厂内发电机组对统计区域电网的灵敏度总和；

将S130计算获得的各个发电机组对统计区域电网的第二灵敏度进行求和，得到发电厂内发电机组对统计区域电网的灵敏度总和。

S220：根据所述灵敏度总和以及发电厂的机组数量计算发电机组灵敏度算术平均值，将所述灵敏度算术平均值判定为发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

将S210计算获得的灵敏度总和除以发电厂所包含的发电机组的机组数量，即可获得发电厂中每一发电机组的灵敏度算术平均值。本发明中，将所述灵敏度算术平均值判定为发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

本发明首先读取用户输入的统计区域电网所包含的各个母线，接着确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度，然后根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度，最后根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。本发明方法能够简单快速地计算发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度，便于生成发电厂有功出力对电网的正负灵敏度排序，从而给出降低网损的调节方向，为实时降损提供辅助决策。

请参阅图3，其为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第三个实施例流程图。在本发明的第三个实施例中，所述S120可以包括以下步骤S310-S320：

S310：获取当前状态根据潮流计算得到的各个母线的母线电压幅值、各个母线间的电压相位差以及连接各个母线间支路的支路电导；

获取统计区域电网在当前状态下，根据潮流计算所得到的各个母线的母线电压幅值和各个母线间的电压相位差，以及连接在各个母线之间支路的支路电导。

S320：根据所述母线电压幅值、所述电压相位差以及支路电导计算得到当前状态下母线电压对统计区域电网有功网损的第一灵敏度；

根据支路潮流方程，可以得到：

其中，g_ij为支路电导，该支路连接母线i和母线j，b_ij为该支路的电纳。由公式(1-5)～(1-8)，并考虑公式(1-2)可以得到公式(1-9)：

其中，g_ij为支路电导，该支路连接母线i和母线j，V_i为母线i的电压幅值，V_j为母线j的电压幅值，θ_ij为母线i和母线j的电压相位差，LA为统计区域电网所包含的母线集合。

将S310获取的所述母线电压幅值、所述电压相位差以及所述支路电导代入公式(1-9)即可计算获得当前状态下母线电压对统计区域电网有功网损的第一灵敏度。如公式(1-9)所示，所述第一灵敏度包括母线电压幅值对统计区域电网有功网损的灵敏度和线电压相位对统计区域电网有功网损的灵敏度。

各个母线的母线电压幅值、各个母线间的电压相位差以及连接各个母线间支路的支路电导都是潮流计算中非常容易计算获得的参数，本实施例只需要获取当前状态根据潮流计算得到的各个母线的母线电压幅值、各个母线间的电压相位差以及连接各个母线间支路的支路电导，然后代入相应的公式即可计算获得当前状态下母线电压对统计区域电网有功网损的第一灵敏度，本发明实施例能够简化母线电压对统计区域电网有功网损的第一灵敏度的计算，从而进一步简化整体的发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的灵敏度检测过程。

请参阅图4，其为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第四个实施例流程图。在本发明所述方法的第四个实施例中，上述S130可以包括以下步骤S410-S420。

S410：计算各个发电机组的有功出力对所连接母线的母线电压的第三灵敏度；

可以使用解雅各比矩阵的方法计算获得发电机组的有功出力对所连接母线的母线电压的第三灵敏度(在本发明实施例中，称该灵敏度为第三灵敏度)，也可以使用其他的方式计算获得，类似地，第三灵敏度也包括了幅值灵敏度和相位灵敏度。

如图5所示，其为本发明一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法第五个实施例流程图。在本发明所述方法的第五个实施例中，S410可以进一步地包括以下S411-S412。

S411：读取当前状态下潮流计算生成的参数，将所述参数生成常熟雅各比矩阵；

雅各比矩阵的各个元素则分别为：

在j≠i时，

在j＝i时，

其中，U_i、U_j分别为发电机组i的电压幅值和母线j的母线电压幅值，G_ij为发电机组i至母线j之间线路的电导，B_ij为电机组i至母线j之间线路的电纳，δ_ij为发电机组i的电压和母线j母线电压的相位差。通常，对于确定的电网来说G_ij、B_ij都是固定的常量。

根据式(2-1)-(2-4)，当U_i、U_j已知时，即可得到U_i、U_j和δ_ij，从而可以计算得到雅各比矩阵的各元素，形成常熟雅各比矩阵。

读取当前状态下潮流计算生成的参数，该参数在本实施例中包括各个发电机组的电压和各母线的母线电压，获得各个发电机组的电压幅值、各个母线电压幅值以及各个发电机组的电压和各个母线的母线电压之间的相位差，从而生成常熟雅各比矩阵的各个元素，再将该元素加入预设的雅各比矩阵模型即可获得常熟雅各比矩阵。

S412：根据所述常熟雅各比矩阵利用基于牛顿法潮流计算的线性化修正方程得到各个发电机组有功出力对母线电压的第三灵敏度；

根据所述常熟雅各比矩阵构建牛顿法潮流计算的线性化修正方程，确定发电机组所连接的母线j，除了第j个母线上的注入有功有单位变化量，其变化量为发电有功潮流增长单位1，其他变化量均为0，解所述修正方程，即可得到发电机组有功出力对母线j电压的第三灵敏度Δθ_i(相位灵敏度)和ΔV_i(幅值灵敏度)。

S420：根据所述第一灵敏度和所述第三灵敏度计算各个发电机组对统计区域电网网损的第二灵敏度；

根据S120得到的第一灵敏度和S410得到的第三灵敏度，代入以下公式(2-5)即可获得各个发电机组对统计区域电网网损的第二灵敏度：

其中，S_k表示发电机组k对统计区域电网网损的第二灵敏度,ΔV_i和Δθ_i为发电机组k的有功出力对母线i的母线电压的第三灵敏度。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

根据上述本发明的方法，本发明还提供一种电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置，下面结合附图及较佳实施例对本发明的电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置进行说明。

请参看图6，图6为本发明的装置在第一个实施例中的结构示意图。如图6所示，该实施例中的装置包括：

第一读取模块510，用于读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息；

第一灵敏度确定模块520，用于根据所述母线信息确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度；

第二灵敏度计算模块530，用于根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度；

网损灵敏度计算模块540，用于根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

优选地，如图7所示，在本发明的装置在第二个实施例中，所述网损灵敏度计算模块540可以包括以下灵敏度总和计算模块610和判定模块620：

灵敏度总和计算模块610，用于计算发电厂内发电机组对统计区域电网的灵敏度总和；

判定模块620，用于根据所述灵敏度总和以及发电厂的机组数量计算发电机组灵敏度算术平均值，将所述灵敏度算术平均值判定为发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。

以上各模块的具体实施方式参见方法实施例，此处不再赘述。

本发明首先通过第一读取模块510读取用户输入的统计区域电网所包含的母线信息，接着利用第一灵敏度确定模块520确定各个母线电压对统计区域电网有功总网损的第一灵敏度，然后第二灵敏度计算模块530根据所述第一灵敏度计算发电机组对统计区域电网的第二灵敏度，最后网损灵敏度计算模块540根据所述第二灵敏度和发电厂的机组数量计算获得发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度。本发明实施例所介绍的装置能够简单快速地计算发电厂有功出力对统计区域电网有功网损的网损灵敏度，便于生成发电厂有功出力对电网的正负灵敏度排序，从而给出降低网损的调节方向，为实时降损提供辅助决策。

请参看图8，图8为本发明的装置在第三个实施例中的结构示意图。在该实施例中，所述第一灵敏度确定模块520包括：

获取模块710，用于获取当前状态根据潮流计算得到的各个母线的母线电压幅值、各个母线间的电压相位差以及连接各个母线间支路的支路电导；

第一灵敏度计算模块720，用于根据所述母线电压幅值、所述电压相位差以及支路电导计算得到当前状态下母线电压对统计区域电网有功网损的第一灵敏度：

其中，g_ij为支路电导，该支路连接母线i和母线j，V_i为母线i的电压幅值，V_j为母线j的电压幅值，θ_ij为母线i和母线j的电压相位差，LA为统计区域电网所包含的母线集合。

请参看图9，图9为本发明的装置在第四个实施例中的结构示意图。在该实施例中，所述第二灵敏度计算模块530，包括第三灵敏度计算模块810和机组网损灵敏度模块820，其中，

第三灵敏度计算模块810，用于计算各个发电机组的有功出力对母线电压的第三灵敏度；

机组网损灵敏度模块820，用于根据所述第一灵敏度和所述第三灵敏度计算各个发电机组对统计区域电网网损的第二灵敏度：

其中，S_k表示发电机组k对统计区域电网网损的第二灵敏度,ΔV_i和Δθ_i为发电机组k的有功出力对母线i的母线电压的第三灵敏度。

优选地，如图10所示，在本发明的装置在第五个实施例中，所述第三灵敏度计算模块810，包括：

第二读取模块811，用于读取当前状态下潮流计算生成的参数，将所述参数生成常熟雅各比矩阵；

修正方程计算模块812，用于根据所述常熟雅各比矩阵利用基于牛顿法潮流计算的线性化修正方程得到各个发电机组有功出力对母线电压的第三灵敏度。

本发明的装置实施例与方法相对应，装置实施例中各模块的具体实现方式参见方法是实施例，此处不再赘述。

上述电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测装置可执行本发明实施例所提供的电厂有功出力对电网有功网损的灵敏度检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。