电力系统调度自动化-5EMS1(网络拓扑、可观测性分析)课件

电力系统调度自动化-5EMS1(网络拓扑、可观测性分析).ppt能量管理系统的内涵发电计划Generation

Schedule保证负荷供需平衡满足电能质量需求提高系统运行的经济性网络分析Network

Analysis提高系统运行的安全性和经济性提高调度员分析处理事故的能力从经验型调度向分析型调度转移DateEMS应用软件系统的数据流图SCADADB遥信网络通信母线模型遥测SE结果网络结构拓扑分析动态着色可观测性分析实时状态估计（SE）坏数据辫识外网等值在线潮流潮流结果超短期负荷预测短期负荷预测历史断面历史断面保存预测数据静态安全评定自动故障选择最优潮流灵敏度分析校正对策分析在线故障计算智能化网络建模经济评估分析量测系统分析维护短路容量扫描静态电压稳定分析暂态稳定分析开停机计划水火电发电计划Date电力系统网络模型－节点模型用电气连接点(Node)描述电力设备间的连接关系实际电力系统计算的给定条件之一设备分为单端设备、双端设备和节点双端设备1线路（串联电抗器），变压器，开关，刀闸描述：设备名

FROMNode1 TO

Node2单端设备发电机，负荷，电容器，电抗器等描述：设备名

AT

Node1单端设备是一类特殊的双端设备，其一端固定为大地23ln1ln2ld1ln1

from

node1

tonode2ln2

from

node2

tonode3ld1

at

node3Date双端电力设备变压器开关刀闸线路（串联电抗器）

A

BABABABDate单端电力设备发电机电容器GAAA负荷电抗器ADate电力系统网络模型－节点模型的例子开关FromToA12B13C24D35E46F56Date电力系统网络模型－典型节点模型单母线分段双母线带旁路Date电力系统网络模型－典型节点模型(续)四角接线倍半开关式接线Date电力系统网络模型－母线模型在节点模型中去掉阻抗为零的元件（合并该类元件的首末

节点）闭合的开关和刀闸极短的连接线为什么需要母线模型？大大简化分析计算母线模型－－电力系统分析计算的基础Date从节点模型到母线模型－拓扑分析原来这么简单啊！Date母线模型中省掉的开关竟然这么大！SF6开关模型照片Date拓扑分析根据开关、刀闸的开合状态，确定电力系统设备的电气连接关系分析步骤厂站的结线分析系统的结线分析搜索方法深度优先搜索(Depth

First

Search,

DFS)广度优先搜索(Breadth

First

Search,

BFS)Date网络拓扑分析(TOPO)◆目的

—

利用元件的拓扑联结关系和遥信 值确定网络的拓扑岛◆厂站拓扑分析(开关–节点)

+ (开关状态)

=> (节点–母线)Date网络拓扑分析(TOPO)(续)Date网络拓扑分析(TOPO)(续)Date网络拓扑分析(TOPO)(续)◆系统的拓扑分析

(支路–节点)+(节点–母线)=>(支路–母线)系统中，输电线路把同一电压等级的厂站联成一个拓扑岛。Date既有发电又有负荷，可运行的为活岛。不在运行的为死岛。网络拓扑分析(TOPO)(续)活岛和死岛网络拓扑的结果是产生一个可运行的网络拓扑图(拓扑岛)。Date深度优先搜索方法－DFS1253467891011DateDwa

hile(TRUE){te

for(

j1=1;

j1<=id[i];

j1++

){if(

im[i][j1]

!=

0

){j=im[i][j1];im[i][j1]=0;for(

i1=1;

i1<=id[j];

i1++

){if(im[j][i1]

==

i)im[j][i1]=0;}if(

ioi[j]

==

0

){it[k]=i;k++;ioi[j]=k;i=j;nIsland_Node[j]=nisla;}j1=0;//开始检索节点j的所有关联节点

continue;}}if(

ioi[i]

!=

1

){i=it[ioi[i]-1];//回溯

continue;}}it[i]---第i个放进搜索树的节点号

ioi[i]---节点i在搜索树的位置序号

id[i]—与节点i相连的接点各数

im[i][]—与i节点相连的节点号

nIsland_Node[i]—节点i所属的岛号13

42id[1]=1,

im[8][]={2}id[2]=3,

im[9][]={1,3,4}id[3]=1,im[10][]={2}id[4]=1,im[11][]={2}5广度优先搜索(BFS)1346789251011Date量测系统可观测性分析☼电力系统的状态：节点电压的幅值和角度☼含义能够利用量测系统算出系统的状态（电压幅值和角度）叫可观测☼数值方法要解方程AX=b若要解存在，要求A可逆☼拓扑方法通过拓扑树的搜索判断系统的可观测性Date可观测性分析的拓扑方法－量测分类支路潮流量测，如线路和变压器的首端或末端的功率量测，简称潮流量测节点注入量测，如机组出力和负荷功率，简称注入量测假设测量都是有功，无功成对出现P12+jQ12P21+jQ21P+jQP+jQDate☼原理：

已知支路一端电压幅值和角度，已知支路一端P,Q量测，另一端节点电压幅值和角度可求。量测系统的可观测性分析(续)P12+jQ12Date量测系统的可观测性分析(续)☼利用支路量测确定可观测岛☼利用节点注入量测扩大可观测岛节点4可以上可观测岛Date量测岛间可合并原理两个电路理论中的基本事实：事实1：已知支路一端的电压和该支路一端的功率可计算该支路另一端的电压，亦即该支路的支路电压可估计。Date量测岛间可合并原理事实2：网络的树枝电压是一组独立变量，可由树枝电压计算全网各节点电压，进而求出全网支路潮流。分析：支路潮流量测支撑支路量测岛上的所有节点，该岛上必有一组支路量测集构成支路量测岛上的树，给定该岛上任一节点的电压，由事实1，所有树支电压可求，进而由事实2所有节点电压可求1213146111098743251红色线路：有支路量测虚线：量测岛Date基本概念支路量测岛：支路潮流量测形成的初始量测岛。量测岛：支路量测岛或由注入量测将支路量测岛合并后形成的新岛Date量测岛的合并原理-局部注入量测出现冗余岛cdefg岛I

a岛II

b岛III岛IV岛V岛h岛VI局部注入量测出现冗余实际上只有1-4号岛可以合并，而其他两个岛不能与它们合并在一起。Date量测岛的基本性质可计算岛：

若量测岛内至少有一点的电压幅值已知，若给定一个节点的电压相角θ，则全岛的状态量可求，故可认为岛内所有电气量是相角θ的一元函数f(θ)不确定岛：

量测岛内若给定一个节点的复电压{U，θ}，则岛内所有状态量可求，所有的电气量可表示为该点电压的函数f（U，θ）Datecdef岛I

a岛II

b岛III岛IV量测岛的基本性质岛际支路：连接不同量测岛的支路边界节点：岛际支路的端点叫做边界节点边界节点的度：与该边界节点有岛际支路相连的其他量测岛的个数待并网：由边界节点和岛际互连支路构成的连通网络叫待并网PI,

QI

PIII,QIIIDate量测岛的基本性质–

可计算岛：若量测岛内至少有一点的电压幅值已知，若给定一个节点的电压相角θ，则全岛的状态量可求，故可认为岛内所有电气量是相角θ的一元函数f(θ)Um

θ–

不确定岛：量测岛内若给定一个节点的复电压{U，θ}，则岛内所有状态量可求，所有的电气量可表示为该点电压的函数f（U，θ）U

θDate量测岛的合并原理如果n个待合并的量测岛中每个量测岛都至少有一点的复电压可由这n个量测岛的边界节点注入量测方程计算出来，则这n个量测岛可合并成一个可观测岛。cdef岛I

a岛II

b岛III岛IVII

IIf(U

,

θ

)III

III

IV

IV,f(U

,

θ

)

,f(U

,θ

)分别可以代表岛II,III和IV的所有状态量UI,θI是已知量PII,QIIPI,

QI

PIII,QIIIDate量测岛内部网等值到边界节点流入边界节点ni的功率有三类:(1)

ni的注入功率Sim(2)岛际互联支路功率Sit(3)岛内与ni联的支路功率Si’Si

=Si

(Ui)’

’U1=f(U2)

,U2=f(U1)S

’=S

’

(U

)1

1

1S

’=S

’

(U

)2

2

2121

内网22112Date对度1、度2节点的讨论规则一：若有一边界节点的度为1，且该节点上有注入量测，则该注入量测所在的岛可以和与该边界节点相连的另一量测岛合并。12未确定死岛I可计算岛IIi未确定岛IIIj图3

度1节点合并判定图例Date规则二：若由度2节点相连的三个量测岛都为活岛，且度2节点有注入量测，在不采用P，Q分解法状态估计时可将这三个岛合并。活岛活岛活岛123可计算活岛I可计算岛II可计算岛IIIDate规则三：若存在这样两个有注入量测的度2节点，即与他们直接相连的所有边界节点所在的岛加上这两个度2节点所属量

测岛的岛数仅为3，即可将这三个岛合并。–

与之类似的规则也可推广到度3、度4…等节点，可计算岛I岛II岛IIIS2mS3mDate量测系统的可观测性分析(续)-量测岛的合并136待并网1岛I岛II

24岛III岛IV5岛VU1,U2,U3,U4,U5

,U6能通过S1m

,S2m

,S3m

,S4m

求出则岛I,岛II,岛III,岛IV可合并S2

=S2

(U1,

U2,U3,U4,

U5)m

mU6与S2

无关，如何判断？mDate节点分裂的概念–含义：对待并网中没有注入量测的边界节点按其所联岛际支路数分成多个独立的边界节点，分裂后的这些新生成的节点的电压相等，但拓扑上彼此独立–目的：保证了分裂后待并网上的所有节点电压都包含在其上边界节点注入量测方程中，这就便于我们采用简单的潮流定解条件来分析分裂后待并网的可观测性，而不至于产生误判1346待并网1岛I岛II

2岛III岛IV5岛V1246分裂后待并网A分裂后待并网B5a5b5c5d3Date节点分裂的概念(续)136待并网1岛I岛II

24岛III岛IV5岛VDate12465312465VIVIV5IIIIIIIIVI53IIIIVVIII3I待并网A待并网B待并网C网络A：S1m=S1m

(U1,

U2,U3)S2m=S2m

(U1,

U2,U3,U4)4m

3m

2

3

4S

=S (

U

,U

,U

,)U1,U2,U3,U4中有一个已知，故网络A上的岛可以合并网络B:Date假定分裂后待并网上边界节点所在量测岛数为n，只要该网节点中有注入量测的边界节点所属的不同量测岛数大于等于n-1