网络拓扑、可观测性分析课件.ppt

1、张海波EMS应用软件系统的数据流图 拓扑分析动态着色可观测性分析网络通信SCADADB遥信网络结构母线模型SE结果实时状态估计（SE）坏数据辫识遥测历史断面历史断面保存超短期负荷预测预测数据外网等值在线潮流潮流结果静态安全评定自动故障选择最优潮流校正对策分析在线故障计算智能化网络建模灵敏度分析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短期负荷预测开停机计划水火电发电计划如何描述电网的连接关系？电力系统网络模型节点模型w 用电气连接点(Node)描述电力设备间的连接关系w 实际电力系统计算的给定条件之一w 设备分为单端设备、双端设备和节点w 双端设备线路（串联电抗器），

2、变压器，开关，刀闸描述：设备名 FROM node1 TO node2w 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123ln1ln2ld1ln1 from node1 to node2ln2 from node2 to node3ld1 at node3电力系统网络模型节点模型的例子w 开关 From Tow A 1 2 w B 1 3w C 2 4 w D 3 5w E 4 6w F 5 6 电力系统网络模型母线模型w 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w 为什么需要母

3、线模型？大大简化分析计算w 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拓扑分析w 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w 分析步骤厂站的结线分析系统的结线分析 w 搜索方法深度优先搜索(Depth First Search,DFS)广度优先搜索(Breadth First Search,BFS)网络拓扑分析(TOPO)w 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w 厂站拓扑分析w(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)w 系统的拓扑分析www(支路节点)+

4、(节点母线)=(支路母线)w 分析整个系统的节点由支路（线路、绕组）联结成多少的子系统 网络拓扑分析(TOPO)(续)既有发电又有负荷，既有发电又有负荷，可运行的为活岛。可运行的为活岛。不在运行的为死岛。不在运行的为死岛。活岛和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DFS1259346710811先儿孙再兄弟先兄弟再儿孙广度优先搜索(BFS)1345678910211量测系统可观测性分析含义 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可逆三角分解时，对角元为零的节点不可观测 拓扑方法通过拓扑

5、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w 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w 节点注入量测，如机组出力和负荷功率，简称注入量测w 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)w 原理：V111221122111212211221112sin)cos(sin)cos(gVVbVVVQbVVgVVVP),(),(221212221212VQQVPPP12+jQ12V22V11P21+jQ21已知支路一端电压幅值和角度，已知支路一端已知支路一端电压幅值和角度，已知支路一端P,Q量测，量测，

6、另一端节点电压幅值和角度可求。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)w 利用支路量测确定可观测岛w 利用节点注入量测扩大可观测岛节点节点4 可观测可观测拓扑可观测性分析的基本步骤(1)支路潮流量测形成初始可观测岛(2)利用可观测岛的边界注入量测合并可观测岛 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。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

7、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：量测岛岛际支路：岛际支路：连接不同量测岛的支路 边界节点：边界节点：岛际支路的端点叫做边界节点 边界节点的度：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 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量测岛的基本性质量测岛的基本性质量测岛内若给定一个节点的复电压U，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，）U 若量测岛内至少有一点的电压幅值电压幅值已知，若给定一个节点的电压

8、相角，则全岛的状态量可求，故可认为岛内所有电气量是相角的一元函数f()量测岛内的量测量测岛内的量测可以表达成边界可以表达成边界节点的电压的函节点的电压的函数数 2022-8-1325合并量测岛的基本依据合并量测岛的基本依据w 判定量测岛间可合并的理论依据：判定量测岛间可合并的理论依据：如果n个边界节点上的注入量测方程构成的方程组可解，即这些节点的复电压可由这n个边界节点注入量测方程计算出来，则这n个边界节点所属的量测岛可合并。内网等值概念 w 性质:w (1)系统中的量测可以分为两类：量测岛内量测和边界注入量测 w (2)支路可以分为岛内支路和岛际互联支路 w (3)岛际互联支路上不存在支路量

9、测 n1 岛1 岛2 n2 n3 Sij S1 S2 S3 内网等值概念w 研究边界节点的注入量测能否合并量测岛时，就可以忽略量测岛内的细节，只保留边界注入量测和岛际互联支路，从而使量测岛的合并分析得以简化。1.1mS 2.2mS 内部网 1 2.111()Sf U.222()Sf U(a)(b).1mS.2mS 量测岛内电气量可以表达成岛内量测岛内电气量可以表达成岛内任意任意边界节点的电压的函数边界节点的电压的函数)(12UfU待并网待并网w 待并网：待并网：由边界节点和岛际互连支路边界节点和岛际互连支路构成的连通网络叫待并待并网abcdef岛I岛II岛III岛IVPI,QIPIII,QII

10、I量测岛的合并原理mIS量测岛合并条件量测岛合并条件：当待并网中有一边界节点电压确定后，通过待并网的注入量测的约束方程可以求出其他边界节点的电压，则待并网关联的可观测岛可以合并。abcdIIIIII岛IVmIS.()IaSf UmIIS.()IIIcSf UmIIS.()bIISf U.(,)(,)(,)madcdIIamadcdIIIIbmadcdIIIIcSSf UUUUSSf UUUUSSf UUUU.(,)(,)(,)madcdIamadcdIIbmadcdIIcSf UUUUSf UUUUSf UUUU潮流定解原理潮流定解原理对度1、度2节点的讨论若有一边界节点的度为1，且该节点上有

11、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。2mS1mS2S1S1n2ninjn1D2D3Dkn注入量测222222(,)(,)0miijjSSSU USU U节点2注入量测方程 22(,()0()0ijiih U U Uh U或假设2岛可计算，上式可表示为 若由度2节点相连的三个量测岛都有电压量测，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。123)(22fv)(33fv mS1可计算岛I可计算岛II可计算岛III11223312233123(,)(),(),)(,)mPP VVP ffP 11223312233123(,)(),(),)(

12、,)mQQ VVQ ffQ 若存在这样两个有若存在这样两个有注入量测的度注入量测的度2节点，即与他们直接相连的所有边界节点节点，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所在的岛加上这两个度2节点所属量测岛的岛数仅为节点所属量测岛的岛数仅为3，即可将这三个岛合并。即可将这三个岛合并。与之类似的规则也可推广到度与之类似的规则也可推广到度3、度、度4等节点，等节点，可计算岛I岛II岛III222233222233332233332233(,)(,)(,)(,)mmmmPP VVQQ VVPP VVQQ VVS2mS3m2022-8-13331n2n3n4n5n6n7n8n9n10n1 1n

13、1W2W1D2D3D4D5D6D7D8D注入量测量测系统的可观测性分析(续)-量测岛的合并mS2mS3w S2m=S2m(U1,U2,U3,U4,U5)w U6与S2m无关，如何判断？123456待并网1mS1岛I岛II岛III岛IV岛VmS4U1,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，都能计算出来吗？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

14、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1mS1mS2岛I岛II岛III岛IV岛VmS41245a6分裂后待并网A分裂后待并网B5b5c5dmS13mS3(续)123456待并网1mS1mS2岛I岛II岛III岛IV岛VmS4124653124563535VIVIVIIIIIIIIVIIIIIVVIIII待并网A待并网B待并网Cw网络A：w S1m=S1m(U1,U2,U3)w S2m=S2m(U1,U2,U3,U4)w S4m=S3m(U2,U3,U4,)w U1,U2,U3,U4中有一个已知，故网络A上的岛可以合并w网络B:量测岛是否可合并=分裂

15、后待并网上是否潮流可解？规则4（待并网合并规则）：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可计算岛上。12453IVIIIIIIS1S2S4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、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2022-8-13422022-8-1343