一种电网潮流仿真方法和系统与流程

专利2022-06-29 88

本发明涉及电力规划仿真技术领域，具体涉及一种电网潮流仿真方法和系统。

背景技术：

目前，在一个区域电网一般有一个电网控制中心，负责本区域电网模型维护和电力资源调度，对区域外电网模型和可调节资源并不掌握，如果将全网模型纳入一个控制中心将面临计算规模过大，优化收敛速度慢的问题，因此要依据事先确定好的联络线功率作为区域间的边界，各自优化区域内资源配置。

因为区域间的联络线潮流根据事前制定的功率计划送电，送电功率可以认为是确定的，但在电力市场环境下，联络线两端机组和用户都需要参与到竞价市场确定发电和用电，电网潮流和联络线功率将出现很大的不确定性，区域内控制中心需要外部电网发出正确动态反馈信息，确保本区域计算的准确性。

传统电力规划进行仿真时，针对规划区域的电网一般使用精确网络模型，而将外部联络线简单等值为机组，当电网模型复杂，对外联络众多的情况下，简单等值将造成网络潮流计算失真，将造成外部网络的重要信息的损失，在用电高峰时期或区域功率交换较大时潮流失真将影响对未来电网运行状态的掌控，潮流失真前提下的功率调整也将付出较大的调整代价。实际上网络中各个节点的状态和注入功率等信息对全网潮流都有影响，特别是功率注入大的关键节点和阻塞支路与断面对全网潮流影响更大，而在电力市场环境下，网络潮流分布将极大影响处于不同节点位置市场主体的利益，因此传统规划仿真时简单等值的方法可能造成部分节点潮流的不准确，对电力规划提供的参考信号不准确。

为了解决这个问题，一般通过等值方法将外部网络化简，除了上述在联络线处简单化简等值为机组外，还有把大网化简为小网与原网络模型进行拼接，但随着网络规模的扩大，区域电网对外的联络非常多，有的联系紧密有的联系不紧密，无区分对外部网络进行化简等值，可能浪费大量计算资源。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电网潮流仿真方法，该方法将与目标区域电网有功率交换的区域电网对目标区域潮流影响的关键参数和信息提炼出来，在保持较高模型精度的基础上尽可能的缩小潮流仿真模型的规格，并利用所述潮流仿真模型进行潮流仿真，进而在最大程度的减少计算量的基础上提高潮流仿真的精度。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种电网潮流仿真方法，其改进之处在于，所述方法包括：

获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

优选的，所述获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构，包括：

若与目标区域电网有功率交换的第i个区域电网至少满足电网约束条件集合中的一个约束条件，则采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，否则，采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

进一步的，所述采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

令第i个区域电网的保留节点之间的线路以及第i个区域电网的保留节点与目标区域电网之间的联络线保留，并获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵；

基于第i个区域电网的保留节点、第i个区域电网的保留节点之间的线路、第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵以及第i个区域电网的保留节点与目标区域电网之间的联络线生成第i个区域电网的等效拓扑结构。

进一步的，所述根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点，包括：

若第i个区域电网中第e个节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的灵敏度的绝对值大于灵敏度限制，则第i个区域电网中第e个节点保留，否则，第i个区域电网中第e个节点不保留，e∈(1～nie)，nie为第i个区域电网的节点总数，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

进一步的，所述采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

根据第i个区域电网中各节点计划注入目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的有功功率确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b；

若pa,i,b>0，则在所述第b条联络线处将第i个区域电网等效为一个发电机节点，该节点处连有一个出力为pa,i,b的发电机组，若pa,i,b<0，则在所述第b条联络线处将第i个区域电网等效为负荷节点，该节点处负荷为pa,i,b；

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

本发明提供一种电网潮流仿真系统，其改进之处在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

生成模块，用于基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

仿真模块，用于对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

优选的，获取模块，包括：

判断单元，用于判断与目标区域电网有功率交换的第i个区域电网是否至少满足电网约束条件集合中的一个约束条件，若是，则执行第一获取单元，否则执行第二获取单元；

第一获取单元，用于采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

第二获取单元，用于采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

进一步的，所述第一获取单元，包括：

第一确定子单元，用于根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

命令子单元，用于令第i个区域电网的保留节点之间的线路以及第i个区域电网的保留节点与目标区域电网之间的联络线保留，并获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵；

生成子单元，用于基于第i个区域电网的保留节点、第i个区域电网的保留节点之间的线路、第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵以及第i个区域电网的保留节点与目标区域电网之间的联络线生成第i个区域电网的等效拓扑结构。

进一步的，所述第一确定子单元，用于：

进一步的，所述第二获取单元，包括：

第二确定子单元，用于根据第i个区域电网中各节点计划注入目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的有功功率确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b；

判断子单元，用于若pa,i,b>0，则在所述第b条联络线处将第i个区域电网等效为一个发电机节点，该节点处连有一个出力为pa,i,b的发电机组，若pa,i,b<0，则在所述第b条联络线处将第i个区域电网等效为负荷节点，该节点处负荷为pa,i,b；

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的技术方案，获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果；用电网约束条件集合来衡量与目标区域电网有功率交换的区域电网对目标区域潮流影响程度，并根据影响程度选择所述区域电网拓扑等效的方法，从而在保持较高模型精度的基础上尽可能的缩小潮流仿真模型的规格，并通过利用所述潮流仿真模型进行潮流仿真，实现在最大程度的减少计算量的基础上提高潮流仿真的精度。

附图说明

图1是一种电网潮流仿真方法流程图；

图2是一种电网潮流仿真系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种电网潮流仿真方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101.获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

步骤102.基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

步骤103.对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

在本发明的最佳实施例中，所述潮流仿真模型还可以用于对目标区域电网进行优化调度，其具体实施过程为：

将潮流仿真模型中采用简单等值法等值的负荷节点的负荷、采用简单等值法等值的发电机节点的发电功率和潮流仿真模型中其它节点的预测负荷代入优化调度模型中，获取潮流仿真模型中其它节点的发电功率最优值；

控制潮流仿真模型中其它节点的发电功率为所述发电功率最优值。

其中，潮流仿真模型中采用ward等值法等值的节点的预测负荷矩阵的计算公式为：

式中，yi-be为第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵，为第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵，pi-b为第i个区域电网中保留节点的预测负荷矩阵，pi-e为第i个区域电网中不保留节点的预测负荷矩阵；

其中，按下式确定第i个区域电网中保留节点的预测负荷矩阵pi-b：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留节点的预测负荷，αz∈(1～nq)，nq为第i个区域电网中保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点的预测负荷矩阵pi-e：

式中，为第i个区域电网中第βr个不保留节点的预测负荷，βr∈(1～na)，na为第i个区域电网中不保留节点的总数。

其中，所述优化调度模型的目标函数为：

式中，f为优化调度模型的目标函数值，gr为潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组的集合，gd为原目标区域电网拓扑结构中发电机组的集合，cj为采用ward等值法等值的发电机组j单位发电功率对应的煤耗量，为采用ward等值法等值的发电机组j在t1时刻的发电功率，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1单位发电功率对应的煤耗量，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1在t1时刻的发电功率，为原目标区域电网拓扑结构发电机组k1在t1-1时刻的启停状态，为原目标区域电网拓扑结构发电机组k1启停对应的耗煤量，为原目标区域电网拓扑结构发电机组k1在t1时刻的启停状态，t1∈(1～t^*)，t^*为调度周期的时刻总数；

所述优化调度模型的目标函数的系统功率平衡约束条件为：

式中，gq为潮流仿真模型中采用简单等值法等值的发电机组的集合，为潮流仿真模型中采用简单等值法等值的发电机组v在t1时刻的发电功率，为潮流仿真模型中其它节点的预测负荷总数，dφ为潮流仿真模型中采用简单等值法等值的负荷的总数；

所述优化调度模型的目标函数的断面潮流极限约束条件为：

式中，为断面的正向功率限制，为断面在t1时刻的有功潮流，为断面的负向功率限制；

所述优化调度模型的目标函数的原目标区域电网拓扑结构中发电机组出力上下限约束条件为

式中，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1的出力上限值，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1的出力下限值；

所述优化调度模型的目标函数的原目标区域电网拓扑结构中发电机组爬坡约束条件：

式中，为原目标区域电网拓扑结构发电机组k1在t1-1时刻的发电功率，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1在一个时段内的爬坡升降极限值；

所述潮流仿真模型的目标函数中原目标区域电网拓扑结构中发电机组启停约束条件为：

式中，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组在调度周期内的最大允许启停状态，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组k1在t1时刻的持续关闭时间，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组的最小连续停运时间，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组在t时刻的持续开启时间，为原目标区域电网拓扑结构中发电机组的最小连续开启时间；

按下式确定潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组的出力约束条件：

式中，为潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组在t1时刻总的出力下限值，为潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组在t1时刻总的出力上限值；

按下式确定潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组的爬坡约束条件：

式中，为潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组j在t1-1时刻的发电功率，△p^r为潮流仿真模型中采用ward等值法等值的发电机组所有在一个时段内的爬坡升降极限值的和。

优选的，所述步骤101，用于：

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

具体的，所述电网约束条件集合中的约束条件，包括：电源结构约束条件、单位爬坡率约束条件、负荷峰谷差约束条件、曲线斜率约束条件、交换功率约束条件和联络线数目约束条件：

按下式确定电网约束条件集合中的电源结构约束条件：

χa,i≥30％

式中，χa,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度；

在本发明的具体实施例中，当χa,i≤30％时，认为目标区域与其有功率交换的第i个区域电网具有相似的电源结构，因两区域电源结构类似，控制反应特性相似，不需要对所述第i个区域电网进行详细等值；当χa,i≥30％，认为目标区域与其有功率交换的第i个区域电网具有良好的电源互不能力，此时所述第i个区域电网与反应特性与目标区域差异较大，需保留较全面的第i个区域电网拓扑结构。

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度χa,i：

式中，γa,h为目标区域电网的火电装机容量，γa,s为目标区域电网的水电装机容量，γi,h为所述第i个区域电网的火电装机容量，γi,s为所述第i个区域电网的水电装机容量；

按下式确定电网约束条件集合中的单位爬坡率约束条件：

式中，为目标区域电网的单位爬坡率，为所述第i个区域电网的单位爬坡率；

在本发明的最佳实施例中，电源调节能力即短时爬坡速率是在计划编制时较为重要的电网调节资源，这部分资源对响应电网负荷波动至关重要。通常情况下，对纯负荷的响应不存在问题，但电网接入较大规模可再生清洁能源时该资源则将显得尤为重要。

其中，按下式确定目标区域电网的单位爬坡率

式中，λa,u为目标区域电网的发电功率向上调节能力，λa,d为目标区域电网的发电功率向下调节能力，ca为目标区域电网的装机容量；

按下式确定目标区域电网的发电功率向上调节能力λa,u：

式中，ka,s,u为目标区域电网中第s台水电机组的上爬坡率，ka,h,u为目标区域电网中第h台火电机组的上爬坡率，ka,w,u为目标区域电网中第w台风电机组的上爬坡率，h∈(1～a,foss)，a,foss为目标区域电网中火电机组的总数，s∈(1～a,hydr)，a,hydr为目标区域电网中水电机组的总数，w∈(1～a,wind)，a,wind为目标区域电网中风电机组的总数；

按下式确定目标区域电网的发电功率向下调节能力λa,d：

式中，ka,s,d为目标区域电网中第s台水电机组的下爬坡率，ka,h,d为目标区域电网中第h台火电机组的下爬坡率，ka,w,d为目标区域电网中第w台风电机组的下爬坡率；

按下式确定所述第i个区域电网的单位爬坡率

式中，λi,u为所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力，λi,d为所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力，ci为所述第i个区域电网的装机容量；

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力λi,u：

式中，ki,s',u为所述第i个区域电网中第s'台水电机组的上爬坡率，ki,h',u为所述第i个区域电网中第h'台火电机组的上爬坡率，ki,w',u为所述第i个区域电网中第w'台风电机组的上爬坡率，h'∈(1～i,foss)，i,foss为所述第i个区域电网中火电机组的总数，s'∈(1～i,hydr)，i,hydr为所述第i个区域电网中水电机组的总数，w'∈(1～i,wind)，i,wind为所述第i个区域电网中风电机组的总数；

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力λi,d：

式中，ki,s',d为所述第i个区域电网中第s'台水电机组的下爬坡率，ki,h',d为所述第i个区域电网中第h'台火电机组的下爬坡率，ki,w',d为所述第i个区域电网中第w'台风电机组的下爬坡率；

按下式确定电网约束条件集合中的负荷峰谷差约束条件：

ηai,f<ηa,f且ηai,f<ηi,f

式中，ηai,f为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰谷差比例，ηa,f为目标区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例，ηi,f为所述第i个区域电网的峰谷差比例；

在本发明的最佳实施例中，评价第i个区域电网对目标区域电网潮流影响，需考虑第i个区域电网和目标区域电网的负荷特性，若第i个区域电网和目标区域电网在不同时段存在负荷互补特性，此时对第i个区域电网进行详细拓扑，可以平滑负荷曲线，达到削峰填谷，减轻控制压力的效果。

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰谷差比例ηai,f：

式中，pai,f为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线的最大峰值；pai,g为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线的最小谷值；

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηa,f：

式中，pa,f为目标区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pa,g为目标区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

按下式确定按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηi,f：

式中，pi,f为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pi,g为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

若目标区域电网与所述第i个区域电网的负荷曲线的峰/谷值分别出现在t1和t2时刻，目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰/谷值出现在t1与t2之间的t3时刻，则按下式确定电网约束条件集合中的曲线斜率约束条件：

sai,t3<sa,t1且sai,t3<si,t2

式中，sai,t3为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线在t3时刻的负荷斜率，sa,t1为目标区域电网的预测负荷曲线在t1时刻的负荷斜率，si,t2为所述第i个区域电网在t2时刻的负荷斜率；

其中，按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线在t3时刻的负荷斜率sai,t3：

式中，dt3 1为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线中t3 1时刻的负荷，dt3为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线中t3时刻的负荷，dai,t为目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线中第t个时刻的负荷,t∈(1～t),t为预测负荷曲线上的时刻总数；

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线在t1时刻的负荷斜率sa,t1：

式中，dt1 1为目标区域电网的预测负荷曲线中t1 1时刻的负荷，dt3为目标区域电网的预测负荷曲线中t1时刻的负荷，da,t为目标区域电网的预测负荷曲线中第t个时刻的负荷；

按下式确定所述第i个区域电网在t2时刻的负荷斜率si,t2：

式中，dt2 1为所述第i个区域电网的预测负荷曲线中t2 1时刻的负荷，dt2为所述第i个区域电网的预测负荷曲线中t2时刻的负荷，di,t为所述第i个区域电网的预测负荷曲线中第t个时刻的负荷；

按下式确定电网约束条件集合中的交换功率约束条件：

式中，ja,i为目标区域电网与所述第i个区域电网在历史发电高峰时段交换功率的平均值,pa,z为目标区域电网在调度周期的发电高峰时段的功率需求，σ为第一设定阈值；

按下式确定电网约束条件集合中的联络线数目约束条件：

la,i≥nε

式中，la,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的联络线数目，nε为第二设定阈值。

在本发明的具体实施例中，若第i个区域电网与目标区域电网之间的联系紧密性大，则需对第i个区域电网进行详细拓扑等效。

具体的，所述采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

进一步的，所述根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点，包括：

进一步的，按下式获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵

式中，yi-bb为第i个区域电网中保留节点之间的线路的导纳矩阵，yi-be为第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵，yi-eb为第i个区域电网中不保留节点与保留节点之间的线路的导纳矩阵，为第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵；

其中，按下式确定第i个区域电网中保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-bb：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留的节点与第βz个保留的节点之间的线路的导纳，αz,βz∈(1～nq)，nq为第i个区域电网中保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-be：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，βr∈(1～na)，na为第i个区域电网中不保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点与保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-eb：

式中，为第i个区域电网中第βr个不保留节点与第αz个保留节点之间的线路的导纳；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵

式中，为第i个区域电网中第αr个不保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，αr∈(1～na)。

在本发明的最佳实施例中，若y为潮流仿真模型线路的导纳矩阵，为潮流仿真模型线路的电压向量，为潮流仿真模型线路的注入电流向量，则潮流仿真模型的节点导纳方程满足因潮流仿真模型由目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成，则潮流仿真模型的导纳矩阵y可以写为：其中，为采用ward等值简化法获取的第kn个区域电网的等效拓扑结构的导纳矩阵，0表示的是为采用简单等值简化法获取的第kn个区域电网的等效拓扑结构的导纳矩阵。

其中，假设第i个区域电网中保留节点的集合为b，不保留节点集合为e,目标区域电网中节点集合为i，则可以将导纳矩阵表示的网络方程按i，b，e集合划分，则用分块矩阵形式表示的网络方程，即：

yi-ee、yi-bb、yi-ii分别集合e，b，i内部的节点的自导纳矩阵，yi-eb、yi-be、yi-ib、yi-bi分别为集合e与集合b之间的节点的互导纳矩阵、集合b与集合e之间的节点的互导纳矩阵、集合i与集合b之间的节点的互导纳矩阵以及集合i与集合b之间的节点的互导纳矩阵，分别为集合e内节点的电压向量，集合b内节点的电压向量，集合i内节点的电压向量，分别为集合e内节点的注入电流向量，集合b内节点的注入电流向量，集合i内节点的注入电流向量；

为获取第i个区域电网的等效拓扑结构的导纳矩阵需消去则所述网络方程更换为：

其中：

式中，为第i个区域电网的等效拓扑结构的等效导纳矩阵，为集合b内节点的注入等效电流向量。

同时，因为电流与功率满足下述关系：是节点注入功率的共轭，为电压向量共轭的逆向量，故而集合b内节点的注入等效电流向量的计算公式为：其中，为集合b内节点注入功率的共轭、为集合e内节点注入功率的共轭、为电压向量共轭的逆向量，为电压向量共轭的逆向量；是集合e中节点注入功率的共轭向量，即将代入上式中，可以获得：

由上式可知，第i个区域电网注入功率分配到第i个区域电网保留节点上，第i个区域电网保留节点注入功率的变化量第i个区域电网注入功率在第i个区域电网保留节点上的分配与第i个区域电网保留节点电压和第i个区域电网不保留节点电压都有关。

在直流潮流模型中，可以近似表示为：

考虑有功部分，有：

式中，是分配矩阵(分配因子)，代表了第i个区域电网不保留节点注入功率分配在第i个区域电网保留节点的分配关系。

其中，假设第i个区域电网不保留节点ei对第i个区域电网保留节点ej的分配因子为a，那么节点ei机组出力为p时，等值到节点ej的功率就为ap，同理对于节点ei的最大最小出力p^max、p^min等值到节点ej的功率就为ap^max和ap^min。

具体的，所述采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

进一步的，所述根据第i个区域电网中各节点计划注入目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的有功功率确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b，包括：

按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b：

pa,i,b＝p'a,i,b λb·△p

式中，p'a,i,b为目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线计划交换的有功功率，λb为目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的分配系数，△p为目标区域电网与第i个区域电网通过各条联络线计划交换的有功功率总和与目标区域电网与第i个区域电网计划交换的有功功率的差值；

其中，按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线计划交换的有功功率p'a,i,b(t)：

式中，pey为第i个区域电网中第e个节点计划注入目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的有功功率，pef为第i个区域电网中第e个节点的有功负荷，sbe为第i个区域电网中第e个节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的灵敏度，e∈(1～nie)，nie为第i个区域电网的节点总数。

在本发明的最佳实施例中，

本发明提供一种电网潮流仿真系统，如图2所示，所述系统包括：

获取模块，用于获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

生成模块，用于基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

仿真模块，用于对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

具体的，获取模块，包括：

第一获取单元，用于采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

第二获取单元，用于采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

具体的，所述电网约束条件集合中的约束条件，包括：电源结构约束条件、单位爬坡率约束条件、负荷峰谷差约束条件、曲线斜率约束条件、交换功率约束条件和联络线数目约束条件；

按下式确定电网约束条件集合中的电源结构约束条件：

χa,i≥30％

式中，χa,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度；

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度χa,i：

按下式确定电网约束条件集合中的单位爬坡率约束条件：

式中，为目标区域电网的单位爬坡率，为所述第i个区域电网的单位爬坡率；

其中，按下式确定目标区域电网的单位爬坡率

式中，λa,u为目标区域电网的发电功率向上调节能力，λa,d为目标区域电网的发电功率向下调节能力，ca为目标区域电网的装机容量；

按下式确定目标区域电网的发电功率向上调节能力λa,u：

按下式确定目标区域电网的发电功率向下调节能力λa,d：

按下式确定所述第i个区域电网的单位爬坡率

式中，λi,u为所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力，λi,d为所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力，ci为所述第i个区域电网的装机容量；

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力λi,u：

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力λi,d：

按下式确定电网约束条件集合中的负荷峰谷差约束条件：

ηai,f<ηa,f且ηai,f<ηi,f

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰谷差比例ηai,f：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηa,f：

式中，pa,f为目标区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pa,g为目标区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

按下式确定按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηi,f：

式中，pi,f为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pi,g为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

sai,t3<sa,t1且sai,t3<si,t2

其中，按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线在t3时刻的负荷斜率sai,t3：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线在t1时刻的负荷斜率sa,t1：

按下式确定所述第i个区域电网在t2时刻的负荷斜率si,t2：

按下式确定电网约束条件集合中的交换功率约束条件：

按下式确定电网约束条件集合中的联络线数目约束条件：

la,i≥nε

式中，la,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的联络线数目，nε为第二设定阈值。

具体的，所述第一获取单元，包括：

第一确定子单元，用于根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

进一步的，所述第一确定子单元，用于：

进一步的，所述命令子单元，具体用于：

按下式获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵

其中，按下式确定第i个区域电网中保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-bb：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留的节点与第βz个保留的节点之间的线路的导纳，αz,βz∈(1～nq)，nq为第i个区域电网中保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-be：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，βr∈(1～na)，na为第i个区域电网中不保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点与保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-eb：

式中，为第i个区域电网中第βr个不保留节点与第αz个保留节点之间的线路的导纳；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵

式中，为第i个区域电网中第αr个不保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，αr∈(1～na)。

具体的，所述第二获取单元，用于：

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

进一步的，所述第二确定子单元，用于：

按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b：

pa,i,b＝p'a,i,b λb·△p

其中，按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线计划交换的有功功率p'a,i,b(t)：

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种电网潮流仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构，包括：

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电网约束条件集合中的约束条件，包括：电源结构约束条件、单位爬坡率约束条件、负荷峰谷差约束条件、曲线斜率约束条件、交换功率约束条件和联络线数目约束条件；

按下式确定电网约束条件集合中的电源结构约束条件：

χa,i≥30％

式中，χa,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度；

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度χa,i：

按下式确定电网约束条件集合中的单位爬坡率约束条件：

式中，为目标区域电网的单位爬坡率，为所述第i个区域电网的单位爬坡率；

其中，按下式确定目标区域电网的单位爬坡率

式中，λa,u为目标区域电网的发电功率向上调节能力，λa,d为目标区域电网的发电功率向下调节能力，ca为目标区域电网的装机容量；

按下式确定目标区域电网的发电功率向上调节能力λa,u：

按下式确定目标区域电网的发电功率向下调节能力λa,d：

按下式确定所述第i个区域电网的单位爬坡率

式中，λi,u为所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力，λi,d为所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力，ci为所述第i个区域电网的装机容量；

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力λi,u：

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力λi,d：

按下式确定电网约束条件集合中的负荷峰谷差约束条件：

ηai,f<ηa,f且ηai,f<ηi,f

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰谷差比例ηai,f：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηa,f：

式中，pa,f为目标区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pa,g为目标区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

按下式确定按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηi,f：

式中，pi,f为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pi,g为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

sai,t3<sa,t1且sai,t3<si,t2

其中，按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线在t3时刻的负荷斜率sai,t3：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线在t1时刻的负荷斜率sa,t1：

按下式确定所述第i个区域电网在t2时刻的负荷斜率si,t2：

按下式确定电网约束条件集合中的交换功率约束条件：

按下式确定电网约束条件集合中的联络线数目约束条件：

la,i≥nε

式中，la,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的联络线数目，nε为第二设定阈值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点，包括：

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按下式获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵

其中，按下式确定第i个区域电网中保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-bb：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留的节点与第βz个保留的节点之间的线路的导纳，αz,βz∈(1～nq)，nq为第i个区域电网中保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-be：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，βr∈(1～na)，na为第i个区域电网中不保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点与保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-eb：

式中，为第i个区域电网中第βr个不保留节点与第αz个保留节点之间的线路的导纳；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵

式中，为第i个区域电网中第αr个不保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，αr∈(1～na)。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构，包括：

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据第i个区域电网中各节点计划注入目标区域电网与第i个区域电网之间的第b条联络线的有功功率确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b，包括：

按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b：

pa,i,b＝p'a,i,b λb·△p

其中，按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线计划交换的有功功率p'a,i,b(t)：

9.一种电网潮流仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；

生成模块，用于基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；

仿真模块，用于对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，获取模块，包括：

第一获取单元，用于采用ward等值简化法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

第二获取单元，用于采用简单等值法获取所述第i个区域电网的等效拓扑结构；

其中，i∈(1～rs)，rs为与目标区域电网有功率交换的区域电网的总数。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电网约束条件集合中的约束条件，包括：电源结构约束条件、单位爬坡率约束条件、负荷峰谷差约束条件、曲线斜率约束条件、交换功率约束条件和联络线数目约束条件

按下式确定电网约束条件集合中的电源结构约束条件：

χa,i≥30％

式中，χa,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度；

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网之间的电源结构差异度χa,i：

按下式确定电网约束条件集合中的单位爬坡率约束条件：

式中，为目标区域电网的单位爬坡率，为所述第i个区域电网的单位爬坡率；

其中，按下式确定目标区域电网的单位爬坡率

式中，λa,u为目标区域电网的发电功率向上调节能力，λa,d为目标区域电网的发电功率向下调节能力，ca为目标区域电网的装机容量；

按下式确定目标区域电网的发电功率向上调节能力λa,u：

按下式确定目标区域电网的发电功率向下调节能力λa,d：

按下式确定所述第i个区域电网的单位爬坡率

式中，λi,u为所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力，λi,d为所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力，ci为所述第i个区域电网的装机容量；

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向上调节能力λi,u：

按下式确定所述第i个区域电网的发电功率向下调节能力λi,d：

按下式确定电网约束条件集合中的负荷峰谷差约束条件：

ηai,f<ηa,f且ηai,f<ηi,f

其中，按下式确定目标区域电网与所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后的曲线的峰谷差比例ηai,f：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηa,f：

式中，pa,f为目标区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pa,g为目标区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

按下式确定按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线的峰谷差比例ηi,f：

式中，pi,f为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最大峰值；pi,g为所述第i个区域电网的预测负荷曲线的最小谷值；

sai,t3<sa,t1且sai,t3<si,t2

其中，按下式确定所述第i个区域电网的预测负荷曲线叠加后曲线在t3时刻的负荷斜率sai,t3：

按下式确定目标区域电网的预测负荷曲线在t1时刻的负荷斜率sa,t1：

按下式确定所述第i个区域电网在t2时刻的负荷斜率si,t2：

按下式确定电网约束条件集合中的交换功率约束条件：

按下式确定电网约束条件集合中的联络线数目约束条件：

la,i≥nε

式中，la,i为目标区域电网与所述第i个区域电网之间的联络线数目，nε为第二设定阈值。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一获取单元，包括：

第一确定子单元，用于根据第i个区域电网中各节点对目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线的灵敏度确定第i个区域电网的保留节点；

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一确定子单元，用于：

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述命令子单元，具体用于：

按下式获取第i个区域电网的保留节点之间的线路的等效导纳矩阵

其中，按下式确定第i个区域电网中保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-bb：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留的节点与第βz个保留的节点之间的线路的导纳，αz,βz∈(1～nq)，nq为第i个区域电网中保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中保留节点与不保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-be：

式中，为第i个区域电网中第αz个保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，βr∈(1～na)，na为第i个区域电网中不保留节点的总数；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点与保留节点之间的线路的导纳矩阵yi-eb：

式中，为第i个区域电网中第βr个不保留节点与第αz个保留节点之间的线路的导纳；

按下式确定第i个区域电网中不保留节点之间的线路的导纳矩阵的逆矩阵

式中，为第i个区域电网中第αr个不保留节点与第βr个不保留节点之间的线路的导纳，αr∈(1～na)。

15.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二获取单元，用于：

其中，b∈(1～nai)，nai为目标区域电网与第i个区域电网之间的联络线总条数。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第二确定子单元，用于：

按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线交换的有功功率pa,i,b：

pa,i,b＝p'a,i,b λb·△p

其中，按下式确定目标区域电网与第i个区域电网通过第b条联络线计划交换的有功功率p'a,i,b(t)：

技术总结
本发明涉及一种电网潮流仿真方法和系统，包括：获取与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构；基于目标区域电网的拓扑结构以及与目标区域电网有功率交换的区域电网的等效拓扑结构生成潮流仿真模型；对所述潮流仿真模型进行潮流仿真，获取所述目标区域电网的潮流结果。本发明提供的技术方案，将与目标区域电网有功率交换的区域电网对目标区域潮流影响的关键参数和信息提炼出来，在保持较高模型精度的基础上尽可能的缩小潮流仿真模型的规格，并利用所述潮流仿真模型进行潮流仿真，进而在最大程度的减少计算量的基础上提高潮流仿真的精度。

技术研发人员：车勇;孙伟;李湘华;张艳;左雅;凡鹏飞;李香平;赵志强;张增强;吕盼;辛超山;王新刚;孙立成;吴高磊;宋新甫;孟宪珍;付高善;周专;韩立芝;常喜强;余中平;朱泽磊;李嵘;李晓磊;武赓;王理厦;方少雄
受保护的技术使用者：国网新疆电力有限公司;国网新疆电力有限公司经济技术研究院;电力规划总院有限公司
技术研发日：2019.12.20
技术公布日：2020.06.09

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