清华电力系统调度自动化5EMS1(网络拓扑、可观测性分析)

能量管理系统EMS－总论，网络拓扑，可观测性分析吴文传能量管理系统的内涵发电计划GenerationSchedule–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NetworkAnalysis–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EMS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–线路（串联电抗器），变压器，开关，刀闸–描述：设备名FROMNode1TONode2单端设备–发电机，负荷，电容器，电抗器等–描述：设备名ATNode1–单端设备是一类特殊的双端设备，其一端固定为大地123ln1ln2ld1ln1fromnode1tonode2ln2fromnode2tonode3ld1atnode3双端电力设备线路（串联电抗器）变压器开关刀闸ABABABAB单端电力设备发电机电容器GAAA负荷电抗器A电力系统网络模型－节点模型的例子开关FromToA12B13C24D35E46F56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从节点模型到母线模型－拓扑分析原来这么简单啊！母线模型中省掉的开关竟然这么大！SF6开关模型照片拓扑分析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(DepthFirstSearch,DFS)–广度优先搜索(BreadthFirstSearch,BFS)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)网络拓扑分析(TOPO)(续)网络拓扑分析(TOPO)(续)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。网络拓扑分析(TOPO)(续)既有发电又有负荷，可运行的为活岛。不在运行的为死岛。◆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)。深度优先搜索方法－DFS1259346710811while(TRUE){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1342id[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)1345678910211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+jQ量测系统的可观测性分析(续)☼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。V11),(),(221212221212VQQVPPP12+jQ12V22V11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。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量测岛的合并原理-局部注入量测出现冗余岛岛abcdefgh岛I岛II局部注入量测出现冗余岛III岛IV岛V岛VI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。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）–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abcdef岛I岛II岛III岛IVPI,QIPIII,QIII量测岛的基本性质量测岛的基本性质–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）UmθUθ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。abcdef岛I岛II岛III岛IVf(UII,θII),f(UIII,θIII),f(UIV,θIV)分别可以代表岛II,III和IV的所有状态量UI,θI是已知量PI,QIPII,QIIPIII,QIII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)S1’=S1’(U1)S2’=S2’(U2)mS1mS22U121U内网12)(111USS1U1)(122USS2mS1mS2)(12UfU12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。12ijmS2mS12S1S未确定死岛I可计算岛II未确定岛III图3度1节点合并判定图例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)(22fv)(33fvmS1可计算活岛I可计算岛II可计算岛III'11223312233123(,,,)((),,(),)(,)mPPVVPffP'11223312233123(,,,)((),,(),)(,)mQQVVQffQ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III222233222233332233332233(,,,)(,,,)(,,,)(,,,)mmmmPPVVQQVVPPVVQQVVS2mS3m量测系统的可观测性分析(续)-量测岛的合并mS2mS3S2m=S2m(U1,U2,U3,U4,U5)U6与S2m无关，如何判断？123456待并网1mS1岛I岛II岛III岛IV岛VmS4U1,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123456待并网1mS1mS2岛I岛II岛III岛IV岛VmS41245a6分裂后待并网A分裂后待并网B5b5c5dmS13mS3节点分裂的概念(续)123456待并网1mS1mS2岛I岛II岛III岛IV岛VmS4124653124563535VIVIVIIIIIIIIVIIIIIVVIIII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)S4m=S3m(U2,U3,U4,)U1,U2,U3,U4中有一个已知，故网络A上的岛可以合并网络B: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，则这n个岛可合并到其中的一个活岛上。规则四：例子1234123b）p1,q1p43,q43p42,q42u1123413a243b可计算岛I可计算活岛II可计算岛IIIp1,q1p42,q42规则2全网可观测规则1、全网可观测u1u2u3例子1234p42,q42u1p1,q1p3,q31324可计算岛I岛II岛III规则3、规则4全网可观测1234u1p3,q3规则4全网可观测p1,q1p4,q414a4b可计算岛I岛II23岛III岛IV例子1234u1p4,q4p24,q24p34,q341可计算岛I岛II23无可观测区域随堂测试简述为什么需要可观测性分析，客观测性分析的目的是什么？简述利用支路量测形成可观测岛的基本原理下面有５个量测岛，岛２上有一电压幅值量测，图中箭头为注入量测，请利用节点分裂和量测岛合并原理，试说明这些量测岛哪些可以合并？124653124653124653124563535IIIIIIVIVIIVIIVIVIIIIIIIIIVIIIIVIVIIIIII待并网A待并网B待并网C节点分裂