一种基于分布式控制的电力系统切负荷方法与流程

发明涉及一种基于分布式控制的电力系统切负荷算法，属于电力系统电力负荷调度领域。

背景技术：

分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。它具有高可靠性，开放性，灵活性，协调性且易于维护；与传统的集中式控制系统相比，分布式控制系统能改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制；当管理级发生故障时，过程控制级仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。与计算机多级控制系统相比，分布式控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低，因而越来越得到广大学者认可，并代替集中式控制系统而被应用到越来越多的系统之中。

电力系统的稳定运行要求各节点功率稳定，电力负荷的增加或者切除，都会对电力系统稳定运行造成影响，严重时会造成电力事故，引起大范围内停电。在电力负荷突然切除时，如何保证各节点功率不会引起太大波动，也是电力工作者所研究的重要课题。当电力负荷变化时，如何运用分布式控制对负荷突然切除后仍保护各节点功率稳定，是一向具有挑战且鲜有研究的问题。

技术实现要素：
：

发明目的：针对传统集中式控制系统的不足，本发明提供一种基于分布式控制的电力系统切负荷方法

发明内容：本发明提供一种基于分布式控制的电力系统切负荷算法，包括如下步骤：

(1)建立电力系统功率模型：所述功率模型满足两个条件：

(a)对于连接节点i、j的支路l，其支路功率为：

式中，pl与ql分别为支路有功功率和无功功率；a与θ分别为节点电压幅值与相角，θij＝θi-θj；gij与bij分别为支路电导与电纳；gsh,i与bsh,i分别为对地电导与电纳；

(b)每个节点流入功率必须等于流出功率：

tgpg-tlpl＝aepl

tgqg-tlql＝aeql

式中，tg为电网节点-发电机关联矩阵，tl为电网节点-负荷关联矩阵，ae为电网节点-支路关联矩阵，pg、qg为发电机注入有功功率、无功功率，pl、ql为负荷吸收的有功功率、无功功率。

(2)建立满足约束条件的节点互联矩阵:所述节点互联矩阵表示为：

式中，dij表示节点i和j之间的互联系数，满足以下约束条件：

式中，ni和nj分别表示与节点i和j有关联的节点总数。

(3)根据节点互联矩阵计算不同时刻各节点功率值:以节点i为例，对其当前时刻k进行数据更新为：

式中，表示节点i在第k时刻的数据值，n表示参与信息交流的节点数。建立列向量x^k：

则第k时刻数据更新可表示矩阵形式为：

x^k+1＝dx^k。

(4)切去负荷，重新计算各节点功率值，计算方法为：

(5)判断其是否可以达到稳定状态，如果是，输出各节点功率值；否则返回步骤2，重新建立满足约束条件的互联矩阵，进行各节点数据更新。

有益效果：电力系统的稳定对于电网安全运行至关重要，电力负荷的增加或者切除都会影响到电网的稳定性，在现有技术中，当电力故障或者电力紧缺导致必须对电力负荷进行时，很难在技术上满足对整个电网不产生影响；电网频率的波动也会影响到用户用电情况。而本发明采用一致性算法，在电力负荷切除前后都会重新计算各节点之间的关联关系，重组关联矩阵，使得各节点值在短时间内达到一致，减少电网中的功率波动，保证用电安全性和可靠性。

附图说明

图1：本发明方法流程图；

图2：ieee5节点系统图；

图3：正常情况下各节点功率图；

图4：切负荷后各节点功率图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

如图1所述，一种基于分布式控制的电力系统切负荷算法，包括如下步骤：

(1)电力系统功率模型：对于连接节点i、j的支路l，其支路功率可表示为：

式中，pl与ql分别为支路有功功率和无功功率；a与θ分别为节点电压幅值与相角，θij＝θi-θj；gij与bij分别为支路电导与电纳；gsh,i与bsh,i分别为对地电导与电纳。同时，每个节点流入功率必须等于流出功率：

tgpg-tlpl＝aepl

tgqg-tlql＝aeql

式中，tg为电网节点-发电机关联矩阵，tl为电网节点-负荷关联矩阵，ae为电网节点-支路关联矩阵。pg、qg为发电机注入有功功率、无功功率，pl、ql为负荷吸收的有功功率、无功功率。

(2)在分布式控制系统中，每点节点只与它相邻的节点进行信息交换，而与它不直接相邻的节点无信息交换，以任意节点i为例，对其当前时刻k进行数据更新为：

式中，表示节点i在第k时刻的数据值，n表示参与信息交换的节点数，dij表示节点i与节点j之间的互联系数。如果节点i与节点j不直接相邻或者节点i与节点j为同一个节点，则dij＝0；否则0＜dij＜1。由于相邻节点i与j的信息交换是相互的，所以有dij＝dji。

(3)在对节点信息更新过程中，令

则以上信息更新可写成矩阵形式为：

x^k+1＝dx^k

式中，

由矩阵d可以得出，其各行或各列加和为1；除此之外，矩阵d中每一个元素必须满足0≤dij＜1，为了进一步确定互联系数dij的取值范围，取lyapunov函数v^k＝(x^k)^tx^k，可以看出v^k满足正定条件，进一步可得如下式子：

式中，n表示参与信息交流的节点总数，ni和nj分别表示与节点i和j直接相邻的节点数，要使得δv＜0，须满足所以

(4)在各节点功率达到稳定后，突然切去总分节点负荷，使得功率平衡被打破，运用本发明提出的算法，在满足约束条件前提下，重新计算各节点功率值，并使其达到稳定，具体分析见算例。

算例分析

本发明测试的算例由ieee5节点构成，如图2所示。各节点相邻节点及初始值由下表给出：

ieee5节点系统图中，节点4和节点5为发电机，节点1、节点2和节点3为负荷，各节点互联系数为d12＝1/3，d13＝1/3，d23＝1/3，d24＝1/2，d35＝1/2，根据本发明所提出的算法，当不进行切负荷控制时，各节点功率值如图3所示，可以看出，各节点功率很快达到平衡并保持稳定；当在第14次迭代时，把节点4上的负荷减去，所得到结果如图4所示，可以看出，各节点功率在第22次迭代时重新达到平衡，并保持稳定，由此可验证本发明所提算法有效性。