傳統(tǒng)的電網(wǎng)拓?fù)渲辉诙S平面反映地理位置節(jié)點(diǎn)的連接情況，無(wú)法動(dòng)態(tài)顯現(xiàn)狀態(tài)量之間的關(guān)系。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)“電網(wǎng)-彈性力學(xué)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆成浞椒ā笨蓪㈦娋W(wǎng)映射成三維空間展開(kāi)布置的縱向受力的彈性網(wǎng)絡(luò)，既保持了電網(wǎng)原有的拓?fù)溥B接狀態(tài)，又顯現(xiàn)了功角之間的物理特性。將WAMS實(shí)測(cè)狀態(tài)量放入本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法映射的彈性網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)彈性網(wǎng)絡(luò)形變直觀地顯現(xiàn)電網(wǎng)功角狀態(tài)變化，擺脫對(duì)元件參數(shù)精確性的依賴(lài)，提高對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)變化的預(yù)判能力。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可視化智能分析與控制具有實(shí)際意義。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
電力系統(tǒng)(電網(wǎng))分析、運(yùn)行與控制。
技術(shù)介紹
我國(guó)的智能電網(wǎng)研究重視主干網(wǎng)，這是符合頂層設(shè)計(jì)和效益原則的。目前，“智能化”的關(guān)鍵瓶頸在于對(duì)電網(wǎng)的“感知”程度較差，即對(duì)復(fù)雜電網(wǎng)拓?fù)浜蜖顟B(tài)量變化后的直接反應(yīng)能力較差。系統(tǒng)狀態(tài)分析一般都是基于模型、參數(shù)和初始值進(jìn)行時(shí)間斷面的復(fù)雜計(jì)算；系統(tǒng)運(yùn)行控制一般都是基于預(yù)設(shè)運(yùn)行方式或故障的離線分析，配置相應(yīng)的控制措施或提供預(yù)案。運(yùn)行中若故障情況不在預(yù)設(shè)庫(kù)中，將難以對(duì)復(fù)雜電網(wǎng)做出及時(shí)、合理的反應(yīng)。因此，智能電網(wǎng)的核心功能之一是對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)的直觀預(yù)判功能。廣域測(cè)量系統(tǒng)(wide-area measurement system, WAMS)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)的同步、實(shí)時(shí)測(cè)量，已應(yīng)用于系統(tǒng)的功角穩(wěn)定分析及評(píng)估。但是，基于現(xiàn)有模型的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并不能直接提高對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)變化時(shí)的反應(yīng)能力。目前，國(guó)內(nèi)外研究的電網(wǎng)狀態(tài)可視化技術(shù)，都是針對(duì)狀態(tài)量的動(dòng)態(tài)圖形化顯示， 起警示效果較好。但不能直接顯現(xiàn)狀態(tài)量之間的物理關(guān)系，還需根據(jù)電網(wǎng)理論分析，故對(duì)狀態(tài)預(yù)判作用有限。所以，當(dāng)務(wù)之急是構(gòu)建一種與WAMS實(shí)測(cè)量匹配的電網(wǎng)新模型。該模型依據(jù)WAMS 實(shí)時(shí)狀態(tài)測(cè)量，能直觀顯現(xiàn)符合物理特征的狀態(tài)量之間的關(guān)系，擺脫對(duì)元件參數(shù)精確性的依賴(lài)。穩(wěn)定概念是從生活感知和運(yùn)動(dòng)力學(xué)中得來(lái)的，若能將電網(wǎng)模型映射成可見(jiàn)的彈性力學(xué)網(wǎng)絡(luò)模型，以人類(lèi)對(duì)力、運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定方面的實(shí)際體驗(yàn)和知識(shí)，將有助于提高對(duì)電網(wǎng)的 “感知”程度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
將平面二維電網(wǎng)映拓?fù)溆成涑扇S空間展開(kāi)布置的縱向受力的彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?將電網(wǎng)的有功、電壓相位角狀態(tài)量映射成彈性網(wǎng)絡(luò)的力、彈性形變狀態(tài)量。映射的彈性網(wǎng)絡(luò)保持了電網(wǎng)原有的拓?fù)溥B接狀態(tài)，且受力分析簡(jiǎn)單；通過(guò)力——彈性形變顯現(xiàn)了電網(wǎng)有功——相位角之間的物理特性。將WAMS實(shí)測(cè)狀態(tài)量放入本專(zhuān)利技術(shù)方法映射的彈性網(wǎng)絡(luò)模型， 通過(guò)彈性網(wǎng)絡(luò)形變可直觀地顯現(xiàn)電網(wǎng)功角狀態(tài)變化，擺脫對(duì)元件參數(shù)精確性的依賴(lài)，提高對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)變化的預(yù)判能力。附圖說(shuō)明圖1交流線路-單自由度彈性支路映射，(a)交流線路，(b)單自由度彈性支路圖2電網(wǎng)拓?fù)鋱D3縱向彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?a)L3_5潮流向左，(b)L3_5潮流向右圖4三維空間拓?fù)溆成洌?a)電網(wǎng)，(b)彈性網(wǎng)絡(luò)圖5電網(wǎng)拓?fù)浼俺绷?方式一)圖6電網(wǎng)拓?fù)浼俺绷?方式二)圖7電網(wǎng)拓?fù)浼俺绷?方式三)圖8彈性網(wǎng)絡(luò)，(a)方式一，(b)方式二，(C)方式三具體實(shí)施例方式1.映射思路電網(wǎng)是地理位置節(jié)點(diǎn)連接的二維平面接線網(wǎng)。由于地理位置的固定，電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)、 支路中的狀態(tài)量變化在電網(wǎng)拓?fù)渲袥](méi)有顯現(xiàn)的空間，即只能用抽象的數(shù)字表示，無(wú)法從拓?fù)渖系玫椒从场Ｖ窢顟B(tài)和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)是對(duì)應(yīng)及相應(yīng)變化的。一般情況下，支路功角特性，與彈簧的拉力-伸長(zhǎng)特性是相似的。因此，電網(wǎng)可以映射成彈性力學(xué)網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜的拓?fù)涫怪肥芰Ψ较螂s亂，受力分析困難，失去直觀性。因此，若將電網(wǎng)映射成彈性力學(xué)網(wǎng)絡(luò)需主要解決兩個(gè)問(wèn)題1)彈性網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)、支路連接情況須一致；2)簡(jiǎn)化支路受力方向。雖然電網(wǎng)平面拓?fù)渲兄贩较螂s亂，但有功流向都遵循同一規(guī)律，即從發(fā)電機(jī)流向負(fù)荷。若將所有負(fù)荷位置“下沉”，有功就都朝下流；原來(lái)固定長(zhǎng)度的支路，就可朝下伸縮。 為使有功功率相加與矢量力的疊加規(guī)律相同，須將所有支路放入同一方向，可都擺成垂直方向。功角特性分析時(shí)節(jié)點(diǎn)的精確地理位置并不重要，只要保持原有的連線關(guān)系，故可在水平方向?qū)⒐?jié)點(diǎn)展開(kāi)布置。因此，反映功角特性的電網(wǎng)可在三維空間映射成縱向支路受力的彈性網(wǎng)絡(luò)。2.線路的功角彈性特性忽略電阻，設(shè)交流線路L兩端節(jié)點(diǎn)為i、j，節(jié)點(diǎn)電壓 丨、《的相角差為θ…線路電抗為&，則傳輸?shù)挠泄β蕿镻l =^sindv(1)jiL若發(fā)生有功功率變化，其1階增量方程為UUUυ^Pl = (-^cos θ0 )ΑΘ0 + (-^sin θ” )AU,+ (-^sin θ,)Δ /;(2)XLXLXL定義線路彈性系數(shù)1^為Kl = APl/A θ Jj(3)則有1U AU,+U AU,“、Kl = (PiUjCoseij + 1 ‘ ‘ ^ sin^)(4)XLΔ6ν若高壓線路兩端通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償維持較好電壓水平，即主要表現(xiàn)為功角特性，則可映射為單自由度彈性支路，如圖1。式(4)可見(jiàn)，&為非線性彈性系數(shù)，不但與線路兩端電壓相角差有關(guān)，也與電壓幅值有關(guān)，體現(xiàn)的是實(shí)際功角特性。圖1中，交流線路有功功率相當(dāng)于彈性支路上的作用力， 彈性系數(shù)如式(3)，彈性支路長(zhǎng)度為θ Jj = θ Γ θ j(5)4由WAMS實(shí)時(shí)測(cè)量線路兩端的相位角，再由式(3)就可得到實(shí)時(shí)的彈性系數(shù)。直流線路的有功功率是受控的，與線路兩端所連接的交流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓相位無(wú)關(guān)。故可看成剛性支路，其有功功率可看成剛性支路所承受的拉力。3.電網(wǎng)-彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆成溆成鋸椥跃W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟跃€路為支路，以母線為節(jié)點(diǎn)，沿著有功功率傳輸途徑搜索而成。由于發(fā)電機(jī)數(shù)量較負(fù)荷少，故從發(fā)電機(jī)到負(fù)荷方向搜索較好。廣度優(yōu)先搜索不需回逆，搜索效率高且突出層次性，較為適用。拓?fù)渖刹襟E為選擇所有發(fā)電機(jī)為頂端節(jié)點(diǎn)；順著連接上一級(jí)節(jié)點(diǎn)的支路，沿著有功功率方向，搜索下一級(jí)的所有節(jié)點(diǎn)；重復(fù)上一步驟，直至搜索完所有負(fù)荷母線節(jié)點(diǎn)。按照上述步驟，將圖2電力系統(tǒng)映射為彈性網(wǎng)絡(luò)，如圖3(a)。即使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不變， 但有功方向變化，也會(huì)導(dǎo)致映射彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓Ｈ魣D2中3、5節(jié)點(diǎn)間的支路有功方向反過(guò)來(lái)，則映射網(wǎng)絡(luò)如圖3(b)。對(duì)比圖2和圖3可知，電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)、支路與彈性網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)、支路相對(duì)應(yīng)；支路串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)映射后不變；環(huán)網(wǎng)拓?fù)溆成錇榛炻?lián)結(jié)構(gòu)。實(shí)際電網(wǎng)拓?fù)浔容^復(fù)雜，在垂直二維空間映射可能會(huì)發(fā)生支路交叉。因此需在三維空間展開(kāi)布置，即在水平面方向?qū)⒋怪钡闹氛归_(kāi)布置。如圖4所示，9節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)映射成三維的縱向彈性網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)只能發(fā)生縱向位移，支路也只能縱向伸縮。實(shí)際電網(wǎng)映射時(shí)，可用三維視圖技術(shù)清晰地顯示，而且可任意轉(zhuǎn)換視角和截取區(qū)域電網(wǎng)畫(huà)面。電網(wǎng)中的負(fù)荷可映射成彈性網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)所受的垂直向下的外力。在靜態(tài)， 就相當(dāng)于質(zhì)塊的重力，其大小為有功功率大小。節(jié)點(diǎn)的高低，取決于該節(jié)點(diǎn)相位。彈性網(wǎng)絡(luò)的頂層節(jié)點(diǎn)位置(即發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)相位)受有功出力和原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率影響。在WAMS測(cè)得機(jī)端電壓相位后，加上內(nèi)轉(zhuǎn)子角(即發(fā)電機(jī)功率角)可得內(nèi)電勢(shì)相位， 即發(fā)電機(jī)支路的頂點(diǎn)高度。但內(nèi)轉(zhuǎn)子角的測(cè)量是比較困難的，相關(guān)研究已有文獻(xiàn)闡述。 為降低技術(shù)難度和節(jié)省成本，發(fā)電機(jī)支路的功角及彈性系數(shù)，可以從機(jī)端輸出有功功率粗略估計(jì)。若假設(shè)內(nèi)電勢(shì)相位恒定，即假設(shè)為無(wú)窮大電源，則發(fā)電機(jī)就是單端固定的彈性支路。若主要考慮電網(wǎng)中的支路彈性系數(shù)及功角穩(wěn)定問(wèn)題，則可直接以各個(gè)機(jī)端電壓相位作彈性網(wǎng)絡(luò)頂點(diǎn)位置，如圖4。4.電網(wǎng)映射的合理性分析主要從電網(wǎng)和彈性網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)比較，分析映射的合理性。1)比較兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的支路并聯(lián)特性。在理想彈性網(wǎng)絡(luò)中，若支路1、2并聯(lián)，節(jié)點(diǎn)號(hào)為i、j。根據(jù)力學(xué)原理，兩條支路受力與其彈性系數(shù)成正比，且并聯(lián)的等效彈性系數(shù)為Kp = K^K2(5)其中，K1、K2為單條支路的彈性系數(shù)。在電網(wǎng)中，設(shè)分別為單條線路的電抗，忽略線路電阻，并聯(lián)線路的等效電抗為權(quán)利要求1.將平面二維電網(wǎng)映拓?fù)溆成涑扇S空間展開(kāi)布置的縱向受力的彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢㈦娋W(wǎng)的有功、電壓相位角狀態(tài)量映射成彈性本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．將平面二維電網(wǎng)映拓?fù)溆成涑扇S空間展開(kāi)布置的縱向受力的彈性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢㈦娋W(wǎng)的有功、電壓相位角狀態(tài)量映射成彈性網(wǎng)絡(luò)的力、彈性形變狀態(tài)量。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：竺煒，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：竺煒，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：43
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