專利名稱：：用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行和控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)的EMS(EnergyManagementSystem,能量管理系統(tǒng))是基于計算機的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的調(diào)度自動化系統(tǒng)，其任務是對電力系統(tǒng)進行實時采集、監(jiān)視、分析、優(yōu)化和控制決策。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計是EMS的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)，狀態(tài)估計是利用從電力系統(tǒng)中采集的實時量測信息，排除錯誤信息，計算出完整、一致和可信的電力系統(tǒng)實時變量，保證EMS控制決策的正確性。電力系統(tǒng)狀態(tài)可估計的前提是量測數(shù)據(jù)集具備可觀測性，即能夠根據(jù)取得的量測量計算出完整系統(tǒng)當前狀態(tài)的信息。可觀測性分析是確保狀態(tài)估計的技術(shù)措施，其分析結(jié)果也是量測配置的重要依據(jù)，量測配置不但要確保系統(tǒng)的可觀測性，同時還要在滿足可觀測性的基礎(chǔ)上，滿足觀測可靠性、不良數(shù)據(jù)檢測和辨識、估計精度方面的需要。隨著近些年來發(fā)達國家停電事故的屢屢發(fā)生，對于可觀測性分析的研究也越來越引起人們的重視。而針對目前可觀測性分析中存在的問題，人們也提出了越來越多的解決方案。近年來，隨著大電網(wǎng)互聯(lián)的加速和遠距離輸電容量的大幅度提高，HVDC(HighVoltageDirectCurrent,高壓直流輸電)技術(shù)取得了飛速發(fā)展。在我國，己建成葛洲壩一上海和舟山群島等HVDC工程，南方電網(wǎng)更是形成了"六交兩直"的交直流混合的特大規(guī)模電網(wǎng)。目前正在建設中的包括三峽一常州、三峽一廣州、興仁一深圳以及三峽一上海等HVDC工程。同時，更多的HVDC工程正在提出和討論中，迫切要求提出實用的交直流混合系統(tǒng)可觀測性分析方法，并在EMS中得以實現(xiàn)，來保證狀態(tài)估計可以順利進行。國內(nèi)外已有一些文獻對交流系統(tǒng)的可觀測性分析方法作了研究，交流系統(tǒng)的可觀測性分析大體可分成以下兩類第一種是數(shù)值方法，第二種是拓撲方法。數(shù)值方法是通過對雅可比矩陣是否列滿秩或增益矩陣是否奇異來分析系統(tǒng)的可觀測性。對雅可比矩陣或增益矩陣進行三角分解，如果雅可比矩陣為列滿秩或增益矩陣主元不為零，則系統(tǒng)是可觀測的，反之則是不可觀測的。拓撲方法是利用能否生成滿秩樹來作為判斷系統(tǒng)可觀測性依據(jù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的可觀測性分析。但是，目前國內(nèi)外還沒有有效的直流系統(tǒng)的可觀測性分析方法。而對于交直流混合電力系統(tǒng)的可觀測性分析的方法，更是一個全新的領(lǐng)域。對于一個大規(guī)模的電力系統(tǒng)，往往根據(jù)可觀測性對系統(tǒng)的量測覆蓋情況劃分為若干個量測島，根據(jù)不同的判定規(guī)則合并量測島來擴充可觀測范圍，或者通過對量測島分析尋找量測孤點。在進行可觀測性分析時，除了要考慮狀態(tài)的可估計性外，還要從觀測健壯性角度考慮可觀測性分析的結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提出一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，解決目前電力行業(yè)中，交直流混合電力系統(tǒng)沒有有效手段進行可觀測性分析的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1:對于交直流混合電力系統(tǒng)中的交流系統(tǒng)，按照交流系統(tǒng)量測島合并方法，形成交流系統(tǒng)初始量測島，對于沒有支路量測相連的孤立節(jié)點也要作為獨立的初始量測島處理；步驟2:計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)；步驟3:對于交直流混合電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)，判斷直流系統(tǒng)是否可觀測；步驟4:如果直流系統(tǒng)可觀測，則將可觀測的直流系統(tǒng)等效為兩端交流母線處的注入功率，可觀測的直流系統(tǒng)所連接的邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)相應減去l;步驟5:掃描所有有注入功率的量測量且直流相關(guān)系數(shù)為零的邊界節(jié)點，利用任何一種已有的交流系統(tǒng)可觀測性方法對所有量測島進行合并；步驟6:判斷步驟5的操作中是否有量測島合并，如果有，跳到步驟3;步驟7:否則，形成最終的可觀測島，從而實現(xiàn)交直流混合電力系統(tǒng)的可觀測性分析。所述判斷直流系統(tǒng)是否可觀測的方法是，如果對于n端直流系統(tǒng)中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《(/=1，2,...，力均可觀測，則判斷該直流系統(tǒng)的量測量是否大于等于n;如果大于等于n，則該直流系統(tǒng)可觀測；否則，該直流系統(tǒng)不可如果對于n端直流線路中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《￡(/=1,2,...，")中有^個不可觀測，那么除需要直流系統(tǒng)量測量集合中任意n個直流量測量之外，還需要在與這r個交流母線所連接的每一個直流端，追加一個直流量測量，這樣該直流系統(tǒng)和不可觀測的交流側(cè)母線電壓幅值￡以/=1，2,...，")可觀測。所述形成交流系統(tǒng)初始量測島，不考慮系統(tǒng)中所包含的直流系統(tǒng)。所述計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)是指與該邊界節(jié)點所連接的直流換流站所連接的直流系統(tǒng)的個數(shù)，當該邊界節(jié)點不與直流系統(tǒng)相連接時，其直流相關(guān)系數(shù)為零。所述兩端交流母線處的注入功率分別為AA/^和其中，/^+J^和/^+J仏為交流系統(tǒng)流入直流換流站的功率；母線處的注入功率量測方程為^^1j",(G"c。s《+萬"sin《)士^2=(Asin《-Acos《)+化其中，整流側(cè)取+，逆變側(cè)取一；第二項/V和ae分別為/^+y'fi^和i^勿'&,的實部和虛部。所述n為直流系統(tǒng)端子數(shù)，且n大于等于2。所述直流系統(tǒng)量測量集合中包括4,/V,尸必，￡。-￡^A-P。d,2a，r變量；其中，^、^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電壓；A表示直流線路的直流電流；尸&分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的有功功率；￡。-^"分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器交流側(cè)線電壓有效值；戶。w仏wa^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線有功功率和無功功率注入；/。-/^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流電流有效值；A、A分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流功率因數(shù)角；"表示整流器的觸發(fā)延遲角；r表示逆變器的熄弧角。所述追加一個直流量測量是指在所配置的量測量中，增加該端所對應的直流電壓&、直流電流&、直流功率尸a、交流母線注入換流站有功功率i^和無功功率a^、交流母線注入換流站電流4。交流側(cè)功率因數(shù)角^、整流器為觸發(fā)延遲角"或者逆變器為熄弧角r中的任意一個。本發(fā)明提出的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，將交流系統(tǒng)看成混合系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡，將直流系統(tǒng)看成主干網(wǎng)絡上嵌入的子系統(tǒng)，提出適合嵌入式交直流混合系統(tǒng)的可觀測島合并規(guī)則及合并步驟。本文提出的方法物理意義明確，便于在已有的交流系統(tǒng)可觀測性分析軟件上實現(xiàn)，并滿足工程要求。隨著越來越多直流輸電線路聯(lián)網(wǎng)送電，本文提出的方法將會得到更廣的應用。圖1是用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法流程圖。圖2是直流系統(tǒng)可觀測時混合系統(tǒng)的等效圖。圖3是兩類直流輸電系統(tǒng)示意圖。圖4是直流島際支路有貢獻示意圖。圖5是直流島際支路無貢獻示意圖。圖6是交流量測島合并的影響圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明所建立的雙端直流輸電系統(tǒng)模型圖。圖8是本發(fā)明提出的交直流混合系統(tǒng)可觀測性分析方法所應用的小算例系統(tǒng)圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。本發(fā)明的設計思路是，首先利用任何一種交流系統(tǒng)判斷規(guī)則來形成初始支路量測島，對于沒有支路量測相連的孤立節(jié)點也要作為獨立的初始量測島處理，將有電壓幅值量測的量測島定義為活島，無電壓幅值量測的量測島定義為死島。然后計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)，當邊界節(jié)點不與直流線路相連接時，其直流相關(guān)系數(shù)為零。掃描所有有注入量測且直流相關(guān)系數(shù)為零的邊界節(jié)點，利用任何一種交流系統(tǒng)可觀測性方法對初始量測島進行合并，此過程要循環(huán)進行，直到所有可以合并的量測島都已經(jīng)合并為止。圖1是用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法流程圖。圖1中，步驟101:對于交直流混合電力系統(tǒng)中的交流系統(tǒng)，按照交流系統(tǒng)量測島合并方法，形成交流系統(tǒng)初始量測島，對于沒有支路量測相連的孤立節(jié)點也要作為獨立的初始量測島處理。不考慮其中所包含的直流系統(tǒng)。步驟102:計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)。邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)是指與該邊界節(jié)點所連接的直流換流站所連接的直流系統(tǒng)的個數(shù)，當該邊界節(jié)點不與直流系統(tǒng)相連接時，其直流相關(guān)系數(shù)為零。步驟103:對于交直流混合電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)，判斷直流系統(tǒng)是否可觀測。直流系統(tǒng)是否可觀測的判斷方法如下(1)如果對于n端直流系統(tǒng)中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《力=1，2,...,")均可觀測，則判斷該直流系統(tǒng)的量測量是否大于等于n;如果大于等于n，則該直流系統(tǒng)可觀測；否則，該直流系統(tǒng)不可觀測，如步驟108所示。(2)如果對于n端直流線路中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《(/=1，2，...,《)中有r個不可觀測，那么除需要直流系統(tǒng)量測量集合中任意n個直流量測量之外，還需要在與這r個交流母線所連接的每一個直流端，追加一個直流量測量，這樣該直流系統(tǒng)和不可觀測的交流側(cè)母線電壓幅值￡:力=1,2,...,")可觀測；否則，該直流系統(tǒng)不可觀測，如步驟108所示。其中，n為直流系統(tǒng)端子數(shù)，且n大于等于2。另夕卜，直流系統(tǒng)量測量集合中包括/V,戶必，五。。.，尸。-戶w，2G。c,，A,^〃"，r變量；其中，4、^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電壓；^表示直流線路的直流電流；戶^、尸&分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的有功功率；五^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器交流側(cè)線電壓有效值；戶^、戶^、0^、0^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線有功功率和無功功率注入；4-/,分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流電流有效值；^、A分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流功率因數(shù)角；。表示整流器的觸發(fā)延遲角；r表示逆變器的熄弧角。追加一個直流量測量是指在所配置的量測量中，增加該端所對應的直流電壓^、直流電流&、直流功率/^、交流母線注入換流站有功功率/^和無功功率仏。交流母線注入換流站電流4、交流側(cè)功率因數(shù)角^或者換流站控制角(整流器為觸發(fā)延遲角a，逆變器為熄弧角JO中的任意一個。步驟104:如果直流系統(tǒng)可觀測，則將可觀測的直流系統(tǒng)等效為兩端交流母線處的注入功率，可觀測的直流系統(tǒng)所連接的邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)相應減去1。圖2是直流系統(tǒng)可觀測時交直流混合系統(tǒng)的等效圖。圖2中，(a)是AB段為直流線路的示意圖，(b)是直流線路等效為A、B母線處的注入功率圖，^是注入功率。'對于交直流混合系統(tǒng)，如果根據(jù)步驟103，能夠判斷出某個直流系統(tǒng)可觀測，則圖2(a)AB段為直流線路，那么從交流母線A、B分別向直流線路看去，直流線路可以等效為A、B母線處的注入功率，分別為v^+JC和尸w+jC如圖2(b)所示。其中，/^+JC和/^+J仏為交流系統(tǒng)流入直流換流站的功率。由于該直流系統(tǒng)可觀測，因此總能夠根據(jù)量測值得到這兩個功率。這樣，A、B母線的注入功率量測方程為《=1>'力(cos&+Asin&)±&乂=1G=!>ysinW。s&)《其中，整流側(cè)取+，逆變側(cè)取一。第二項i^和込e分別為A力'0^禾口的實部和虛部，視為已知量。這樣，原先為交直流系統(tǒng)連接節(jié)點的母線成為一個只連接交流線路和功率注入的母線，就可以根據(jù)交流系統(tǒng)帶有注入量測的邊界節(jié)點特征進行分析，來合并量測島。步驟105:掃描所有有注入功率的量測量且直流相關(guān)系數(shù)為零的邊界節(jié)點，利用任何一種已有的交流系統(tǒng)可觀測性方法對所有量測島進行合并；步驟106:判斷步驟105的操作中是否有量測島合并，如果有，跳到步驟103;步驟107:否則，形成最終的可觀測島，從而實現(xiàn)交直流混合電力系統(tǒng)的可觀測性分析。為了便于對本發(fā)明的流程的理解，下面對本發(fā)明進行進一步說明。圖3是兩類直流輸電系統(tǒng)示意圖。圖3中，(a)是直流輸電系統(tǒng)作為兩個獨立電網(wǎng)之間的聯(lián)絡線示意圖。(b)是直流輸電系統(tǒng)嵌入在一個同步交流系統(tǒng)中示意圖。根據(jù)直流輸電系統(tǒng)所連接的兩端交流系統(tǒng)是否屬于一個同步電網(wǎng)，可以將直流輸電系統(tǒng)劃分為兩類第一類，直流輸電系統(tǒng)作為兩個獨立電網(wǎng)之間的聯(lián)絡線，如圖3(a)所示，例如華中與華東聯(lián)網(wǎng)；第二類，直流輸電系統(tǒng)嵌入在一個同步交流系統(tǒng)中，如圖3(b)所示，中國南方電網(wǎng)就屬于這樣的系統(tǒng)。當直流輸電系統(tǒng)作為兩個交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡線時，兩個交流系統(tǒng)可以是非同步的，如圖3(a)所示。這種情況下，無論直流系統(tǒng)是否可觀測，都無法利用直流系統(tǒng)可觀測特征合并兩個獨立電網(wǎng)。這是因為，直流系統(tǒng)參數(shù)只能將功率和電壓幅值參數(shù)傳遞到對端電網(wǎng)，卻無法將相角參數(shù)傳遞到對端電網(wǎng)。因此，如果無法確定兩個電網(wǎng)之間電壓相角之間的關(guān)系，就無法將兩個獨立電網(wǎng)合并。但是，如果兩個電網(wǎng)的相角參考節(jié)點的關(guān)系可以確定，那么判斷這種情況下混合系統(tǒng)的可觀測性，可以首先根據(jù)交流系統(tǒng)可觀測性分析方法單獨分析兩端相對獨立的交流電網(wǎng)的可觀測性，然后根據(jù)直流系統(tǒng)可觀測性分析方法判斷直流聯(lián)絡線是否可觀測，利用直流系統(tǒng)可觀測性可以修改各獨立電網(wǎng)的可觀測范圍，從而判斷兩個相對獨立的交流系統(tǒng)是否在同一可觀測島。當直流輸電系統(tǒng)嵌入在一個同步交流系統(tǒng)中時，如圖3(b)所示，就無法利用上述方法進行判斷。這是因為雖然直流線路不影響其兩端交流母線的電壓相角，但是由于其兩端的交流側(cè)母線屬于同一交流系統(tǒng)，且還有其他交流線路直接或間接連接這兩個母線。直流線路的嵌入破壞了交流系統(tǒng)判斷規(guī)則，這時直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間互相影響，不能再分別獨立進行可觀測性分析。直流系統(tǒng)嵌入后的交直流混合系統(tǒng)具有兩個特點1)交流系統(tǒng)仍然是主干網(wǎng)絡；2)直流線路內(nèi)嵌在交流主干網(wǎng)絡的某些支路上。根據(jù)這兩個特點，首先可以分析交流系統(tǒng)可觀測性形成支路量測島，然后將這些支路量測島分為兩類1)與直流系統(tǒng)不相關(guān)的支路量測島；2)與直流系統(tǒng)相關(guān)的支路量測島。直流島際支路可觀測是量測島可合并的必要條件但不是充分條件。圖4是直流島際支路有貢獻示意圖。在圖4所示的情況下，直流島際支路如果可觀測，則可以合并兩個量測島。圖5是直流島際支路無貢獻示意圖。圖5所示的情況則表明，直流島際支路即使可觀測，也無法合并兩個量測島。如圖4(a)所示，《和《分別是A端和C端的注入功率測量。如果母線AB之間的直流線路可觀測，那么母線A、B的直流相關(guān)系數(shù)都為零，可以將直流系統(tǒng)等值為節(jié)點A、B的注入量測，如圖4(b)所示，/^+J&和/^+7'0為交流系統(tǒng)流入直流換流站的功率。那么是否可以合并這兩個量測島，要看直流系統(tǒng)等值后的注入是否對合并兩個量測島有貢獻。換句話說，要看等值后的注入能否作為邊界輸入?yún)⑴c量測島的合并。可以看出，雖然A、B兩邊界節(jié)點直流相關(guān)系數(shù)都為零，但是I島上的A節(jié)點與II島之間沒有交流島際支路相連接，無法通過A節(jié)點上的注入功率量測來判斷是否可以合并量測島；而II島上的B節(jié)點與I島之間有交流島際支路BD相連接，可以通過B、D兩節(jié)點上的注入功率量測來判斷是否可以合并量測島?？梢?，這種情況下，直流島際支路AB的可觀測性對合并兩個量測島是有貢獻的。然而對于圖5(a)所示的系統(tǒng)，情況就會不同。g和《分別是A端和C端的注入功率。當直流系統(tǒng)AB可觀測時，系統(tǒng)可以等值為圖5(b)，AA/C和/^+j仏為交流系統(tǒng)流入直流換流站的功率。雖然A、B兩邊界節(jié)點直流相關(guān)系數(shù)都為零，但是無論I島上的A節(jié)點與II島之間，還是II島上的B節(jié)點與I島之間都沒有交流島際支路相連接，無法根據(jù)直流島際支路的可觀測性判斷量測島I和島II是否可合并。可見，這種情況下，直流島際支路AB的可觀測性對合并兩個量測島沒有貢獻。另外，對量測島進行合并，有可能會擴大可觀測范圍。圖6是交流量測島合并的影響圖。^和K分別是A端和C端的注入功率測量。圖6(a)是島I和島II合并前的示意圖；圖6(b)是島I和島II合并后的示意圖。島I和島II合并后，可能使某些直流線路從不可觀測變?yōu)榭捎^測，從而部分邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)可能因直流系統(tǒng)的等值而歸零，這些直流相關(guān)系數(shù)為零的邊界節(jié)點就可以應用交流規(guī)則進行量測島合并，這樣就擴大了可觀測范圍。在交直流混合系統(tǒng)中，交流系統(tǒng)的量測模型眾所周知，而直流系統(tǒng)的量測模型是需要研究的?？紤]到我國電網(wǎng)的實際，為了突出重點，簡化分析，首先以雙端HVDC系統(tǒng)為例，介紹直流系統(tǒng)及其邊界的量測模型，然后將其推廣到多端及多饋入直流系統(tǒng)中。將雙端HVDC系統(tǒng)看作雙端口元件，潮流和電流方向均以流入HVDC系統(tǒng)為正。圖7是根據(jù)本發(fā)明所建立的雙端直流輸電統(tǒng)模型圖。如圖7所示，^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電壓；^表示直流線路的直流電流；尸&分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的有功功率；E^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器交流側(cè)線電壓有效值；iV,、P。、ga￡T、2w分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線有功功率和無功功率注入；/。c,分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流電流有效值；A、0,分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流功率因數(shù)角；"表示整流器的觸發(fā)延遲角；r表示逆變器的熄弧角；r,、r,.分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器變比；&、A表示整流側(cè)和逆變側(cè)串聯(lián)的橋數(shù)。為了簡化量測模型，忽略換流站的有功損耗，則有^=4、4=4。根據(jù)圖3中規(guī)定的正方向，忽略換流變壓器和換流器的有功損耗，可以得到雙端直流輸電系統(tǒng)數(shù)學模型為=WA，s"A^(1)^=cosr+&c,/d(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式(6)、(7)近似表示了交流側(cè)的基波電流有效值。當換相重疊角"等于零時等式成立，當y小于30度時，誤差小于1.1%，當"等于60度時，誤差為4.3%。本文在進行可觀測分析計算時，只需根據(jù)式(6)、(7)說明交流電流幅值與直流電流之間存在數(shù)學關(guān)系，并不進行數(shù)值計算，因此這種近似表示并不會影響直流系統(tǒng)可觀測性的結(jié)果。，把直流系統(tǒng)所有量測量分為三類A類量測直流側(cè)的變量，包括(4,4,/々i^,P必)；B類量領(lǐng)!l:交流側(cè)的變量，包括尸。c"Qacr,/acr,0〃A);c類量測換流站內(nèi)的變量，包括^r)。制定直流系統(tǒng)可觀測規(guī)則的目標就是要從量測量集合中找出一組最少的量測量，利用系統(tǒng)的數(shù)學模型使得整個系統(tǒng)的所有變量都可觀測，即A類，B類和C類變量都可觀測。當五^和五w都可觀測時，根據(jù)量測配置的不同，可能出現(xiàn)以下六種情況:(I)有兩個A類量測。為了使直流線路可觀測，我們首先考慮只含變量A的方程(3)、(8)和(9)，共有3個方程，5個未知量，所以只要任意知道兩個A類的量測量，那么直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀測。(II)有兩個B類量測。除了方程(3)、(8)和(9)以外，對于方程(16)和(17)，只要知道兩個B類量測量Q^和Q^，就都能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程，所以(3)、(8)、(9)加上(16)或(17)，共有5個方程，5個未知量，那么直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀測。(m)有兩個C類量測。除了方程(3)、(8)和(9)以外，對于方程(1)和(2)，只要知道兩個C類量測量"和r，就都能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程，所以(3)、(8)、(9)加上(1)和(2)，共有5個方程，5個未知量，那么直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀測。(IV)一個A類量測一個B類量測。除了方程(3)、(8)和(9)以外，對于方程(16)或(17)，只要知道一個B類量測量G^或g^，就能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程(例如式(16)，如果已知，那么就只含有^和^兩個A類變量)，所以(3)、(8)、(9)加上(16)或(17)，，共有4個方程，5個未知量，只要任意知道一個A類的量測量，那么直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀(V)—個A類量測一個C類量測。除了方程(3)、(8)和(9)以外，對于方程(1)或(2),只要知道一個C類量測量"或r，就能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程(例如式(l)，如果"己知，那么就只含有A和F^兩個A類變量)，所以(3)、(8)、(9)加上(1)或(2)，共有4個方程，5個未知量，只要任意知道一個A類的量測量，那么直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀測。(VI)—個B類量測一個C類量測。除了方程(3)、(8)和(9)以外，對于方程(1)或(2),只要知道一個C類量測量?；騬，就能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程；對于方程(16)或(17)，只要知道一個B類量測量0^或G^，就能轉(zhuǎn)化為只含變量A的方程；所以(3)、(8)、(9)加上(1)或(2)、(16)或(17)，共有5個方程，5個未知量，那么等效直流線路就可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)綜合分析上述六種可能存在的情況，并將其擴展至多端直流輸電系統(tǒng)，可以得到技術(shù)方案步驟3:如果n端直流輸電系統(tǒng)中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《(1=1，2,...，^均可觀測，只要量測集合中還包括任意n個直流量測，那么該直流系統(tǒng)就可觀測。當五^和五^都不可觀測或不都可觀測時，根據(jù)(16)和(17)，交流側(cè)的變量g。"和g。"不再是只由直流線路側(cè)的變量來表示，還與交流側(cè)變量五^和相關(guān)，所以技術(shù)方案步驟3不再適用，顯然需要追加新的量測量。從技術(shù)方案步驟3的推導過程中可以看出，在￡^和￡。?？捎^測的前提下，直流線路可觀測是整個雙端直流系統(tǒng)可觀測的充要條件。所以當五^或^不可觀測時，這個充要條件要想成立，就必須通過追加新的量測量使得￡^或&.對技術(shù)方案步驟3的(I)~(VI)重新分析，來找到使得￡^和￡。。變?yōu)榭捎^測的條件。對于滿足(I)的情況，五^和&"不可觀測，相當于增加了未知量的個數(shù)，所以只要追加適當?shù)牧繙y量使得方程的個數(shù)與未知量的個數(shù)相同，就可以得到例如，五^不可觀測，^,可觀測，對于滿足(I)的情況，(3)、(8)和(9)，共有3個方程，5個未知量，所以只要任意知道兩個A類的量測量，那么直流線路就可觀測，但是由于E^不可觀測，整個雙端直流系統(tǒng)并不是全部可觀測的(。，g^，A不可觀測)，考慮方程(1)和(16)，如果追加量測量0^，那么(3)、(8)、(9)和(16)，共有4個方程，4個未知數(shù)，就可以使直流線路和五^都可觀測，進而整個雙端直流系統(tǒng)可觀測。上述情況有很多種，總結(jié)起來可以得到技術(shù)方案步驟4:如果n端直流輸電系統(tǒng)中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《(l",2，…，")中有r個不可觀測，那么除需要包括任意n個直流輸電系統(tǒng)量測量之外，還需要在與這r個交流母線所連接的直流端追加一個直流量測量，那么直流線路和不可觀測的E就可觀測，進而該直流系統(tǒng)就可觀測。圖8是本發(fā)明提出的交直流混合系統(tǒng)可觀測性分析方法所應用的小算例系統(tǒng)圖。采用加入一條直流線路的正EE14節(jié)點系統(tǒng)對合并方法進行驗證。其中在母線4與母線5之間用一條雙端直流輸電線路代替原有的交流線路，母線4端為整流側(cè)，母線5端為逆變側(cè)。交流系統(tǒng)的量測配置如圖8所示，包括母線1處的電壓幅值量測、母線1，2，4-7，9-13處的11個母線注入量測和支路2，8，9，15處的4個支路量測。根據(jù)表1不同的直流量測配置，應用本文的方法得出系統(tǒng)的可觀測性結(jié)果如表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表1不同直流量測配置時可觀測性分析表固定直流量測配置為Frf,，/d，。，根據(jù)表2不同的交流量測配置，應用本文的方法得出系統(tǒng)的可觀測性結(jié)果如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表2不同交流量測配置時可觀測性分析表為驗證判定結(jié)果的正確性，應用狀態(tài)估計的交替迭代算法對以上幾種量測配置下的混合系統(tǒng)做狀態(tài)估計。如果直流系統(tǒng)量測方程不包含換流站無功或者控制角，狀態(tài)估計就會發(fā)散，所以在直流系統(tǒng)中都配置了無功或者控制角量測來消除這種情況對算例驗證的影響。結(jié)果表明在交流配置不變的情況下，隨著直流線路的量測配置冗余度的提高，混合系統(tǒng)的可觀測性范圍擴大；在直流配置不變的情況下，通過在關(guān)鍵母線追加注入量測可以增大混合系統(tǒng)的可觀測性范圍。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。權(quán)利要求1、一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1對于交直流混合電力系統(tǒng)中的交流系統(tǒng)，按照交流系統(tǒng)量測島合并方法，形成交流系統(tǒng)初始量測島，對于沒有支路量測相連的孤立節(jié)點也要作為獨立的初始量測島處理；步驟2計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)；步驟3對于交直流混合電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)，判斷直流系統(tǒng)是否可觀測；步驟4如果直流系統(tǒng)可觀測，則將可觀測的直流系統(tǒng)等效為兩端交流母線處的注入功率，可觀測的直流系統(tǒng)所連接的邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)相應減去1；步驟5掃描所有有注入功率的量測量且直流相關(guān)系數(shù)為零的邊界節(jié)點，利用任何一種已有的交流系統(tǒng)可觀測性方法對所有量測島進行合并；步驟6判斷步驟5的操作中是否有量測島合并，如果有，跳到步驟3；步驟7否則，形成最終的可觀測島，從而實現(xiàn)交直流混合電力系統(tǒng)的可觀測性分析。2、根據(jù)權(quán)利1所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述判斷直流系統(tǒng)是否可觀測的方法是，如果對于n端直流系統(tǒng)中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《,("1，2,...,)均可觀測，則判斷該直流系統(tǒng)的量測量是否大于等于n;如果大于等于n，則該直流系統(tǒng)可觀測；否則，該直流系統(tǒng)不可觀如果對于n端直流線路中換流站交流側(cè)母線電壓幅值《.(/=1,2,...,力中有〃個不可觀測，那么除需要直流系統(tǒng)量測量集合中任意n個直流量測量之外，還需要在與這r個交流母線所連接的每一個直流端，追加一個直流量測量，這樣該直流系統(tǒng)和不可觀測的交流側(cè)母線電壓幅值《(/=1,2，...,")可觀測。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述形成交流系統(tǒng)初始量測島，不考慮系統(tǒng)中所包含的直流系統(tǒng)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述計算所有邊界節(jié)點的直流相關(guān)系數(shù)是指與該邊界節(jié)點所連接的直流換流站所連接的直流系統(tǒng)的個數(shù)，當該邊界節(jié)點不與直流系統(tǒng)相連接時，其直流相關(guān)系數(shù)為零。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述兩端交流母線處的注入功率分別為/^+JC和/V^O^;其中，尸^V'&和/^+J'仏為交流系統(tǒng)流入直流換流站的功率；母線處的注入功率量測方程為2,=Zv'v/(G(,sin《-Acos《)+&其中，整流側(cè)取+，逆變側(cè)取一；第二項^和^^分別為/^+/0^和^勿込,的實部和虛部。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述n為直流系統(tǒng)端子數(shù)，且n大于等于2。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述直流系統(tǒng)量測量集合中包括F必，尸必，￡。-尸釘，尸。c,込c"込c/臟，",r變量；其中，Ka、F^.分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的直流電壓；/^表示直流線路的直流電流；戶^、戶&分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)的有功功率；￡。-五^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器交流側(cè)線電壓有效值；P。e,、P。wg、a^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線有功功率和無功功率注入；4a、/^分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流電流有效值；0,、A分別表示整流側(cè)和逆變側(cè)交流功率因數(shù)角；"表示整流器的觸發(fā)延遲角；r表示逆變器的熄弧角。8、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法，其特征是所述追加一個直流量測量是指在所配置的量測量中，增加該端所對應的直流電壓^、直流電流&、直流功率/^、交流母線注入換流站有功功率尸。c和無功功率^e、交流母線注入換流站電流4。交流側(cè)功率因數(shù)角^、整流器為觸發(fā)延遲角"或者逆變器為熄弧角r中的任意一個。全文摘要本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)運行和控制
技術(shù)領(lǐng)域：
中的一種用于交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析的方法。技術(shù)方案是，將交流系統(tǒng)看成混合系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡，將直流系統(tǒng)看成主干網(wǎng)絡上嵌入的子系統(tǒng)；首先通過對直流系統(tǒng)的模型進行合理的簡化，提出了適用于雙端及多端直流系統(tǒng)可觀測性分析規(guī)則；然后，在不對原有交流系統(tǒng)可觀測性分析量測島合并規(guī)則進行較大改動的前提下，通過分析嵌入式直流子系統(tǒng)對交直流混合系統(tǒng)可觀測性的影響，提出邊界節(jié)點直流相關(guān)系數(shù)的概念和適合嵌入式交直流混合系統(tǒng)的可觀測島合并規(guī)則及合并步驟。本發(fā)明為交直流混合電力系統(tǒng)可觀測性分析提供了有效的手段。文檔編號G01R31/00GK101425690SQ200810240319公開日2009年5月6日申請日期2008年12月17日優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日發(fā)明者劉崇茹,江左,洪善寧,欣艾申請人:華北電力大學