[发明专利]一种电网稳态模型的可视化构建方法

摘要

本发明涉及一种电网稳态模型的可视化构建方法，其特征在于1）对电网进行图像建模，构建三机九节点的电网图像模型；2）采用函数封装对电网模型进行搭建，为每一种电力设备模型建立一个封装函数；3）确定三机九节点的电网图像模型的阻抗值等基本参数，形成节点导纳矩阵参数和发电机功率负荷参数；4）采用牛顿‑拉弗森算法，对步骤1）的三机九节点的电网图像模型进行潮流分布计算，求得电网模型参数；5）将步骤4）得出的电网模型参数，融入到步骤1）的电网图像模型，通过OpenGL图形库在电脑屏幕上搭建和显示，形成参数数值显示和潮流的动态流动效果；6）数据更新后，重新执行步骤1）－步骤4），构成可视化电网稳态模型。本发明能准确反映电网的潮流分布情况及直观观察到潮流的动态流动效果。具有节约人力和时间、高效率和准确度高等特点。

主权项

一种电网稳态模型的可视化构建方法，其特征在于包括以下步骤：1)对电网进行图像建模，构建三机九节点的电网图像模型；2)采用函数封装对电网模型进行搭建，为每一种电力设备模型建立一个封装函数；3)确定三机九节点的电网图像模型的阻抗值基本参数，形成节点导纳矩阵参数和发电机功率负荷参数，并通过所述节点导纳矩阵参数和发电机功率负荷参数得到在潮流计算中需要使用的计算参数值；4)采用牛顿‑拉弗森算法，通过C语言对步骤1)所述三机九节点的电网图像模型进行潮流分布计算，包括对九处母线电压幅值、相角、负载百分比、母线功率和线路损耗的计算，求得电网模型参数；具体方法如下：4‑1)给定各节点电压的初值U(0),δ(0)；4‑2)求取修正方程式中的误差函数值ΔP(0)及ΔQ(0)；在含有n个节点的系统中，设PQ节点有m个，平衡节点有1个，PU节点则有n‑(m+1)个，由于各节点已知量不同，则相应的节点方程也有所不同，对于PQ节点，Pi及Qi是给定的，记为PiF和QiF，则有ΔPi=PiF-UiΣj=1nUj(Gijcosδij+Bijsinδij)---(1)]]>ΔQi=QiF-UiΣj=1nUj(Gijsinδij+Bijcosδij)---(2)]]>式中，i＝1，2，3……m，ΔPi和ΔQi为修正方程式中的误差函数值，从上式得出，有m个PQ节点，有2m个方程；对于PU节点，Pi和Ui为给定值，记为PiF及UiF，代入(1)有ΔPi=PiF-UiFΣj=1nUj(Gijcosδij+Bijsinδij)]]>式中，i＝m+1,m+2,…,n‑1，ΔPi为修正方程式中的误差函数值，从上式得出，有n‑(m+1)个PU节点，有n‑(m+1)个误差方程；对于平衡节点，设为第n个节点，Un、δn为给定值，记为Us、δs无需要参加迭代计算；4‑3)将节点电压初值代入节点Jacobian矩阵中求该矩阵的各元素，并形成列；ΔP(1)ΔQ(1)...ΔP(m)ΔQ(m)ΔP(m+1)...ΔP(n-1)=H(1,1)N(1,1)...H(1,m)N(1,m)H(1,m+1)...H(1,n-1)J(1,1)L(1,1)...J(1,m)L(1,m)J(1,m+1)...J(1,n-1)........................H(m,1)N(m,1)...H(m,m)N(m,m)H(m,m+1)...H(m,n-1)J(m,1)L(m,1)...J(m,m)L(m,m)J(m,m+1)...J(m,n-1)H(m+1,1)N(m+1,1)...H(m+1,m)N(m+1,m)H(m+1,m+1)...H(m+1,n-1)........................H(n-1,1)N(n-1,1)...H(n-1,m)N(n-1,m)H(n-1,m+1)...H(n-1,n-1)Δδ(1)ΔU(1)U(1)...Δδ(m)ΔU(m)U(m)Δδ(m+1)...Δδ(n-1)]]>式中，节点Jacobian矩阵的各个元素分别为Hij=∂ΔP1∂δ1,Nij=∂ΔP1∂U1U1]]>Jij=∂ΔQ1∂δ1,Lij=∂ΔQ1∂U1U1]]>以上为潮流算法的理论求解过程，从中得出在节点Jacobian矩阵中，共有4类参数，分别是H参数，N参数，J参数和L参数，对节点Jacobian矩阵中的参数进行分块处理，写出这样的形式：通过分别计算4类参数值再写回节点Jacobian矩阵后，确定参数之间的相互位置关系，以进行迭代运算；进迭代运算时，根据分块的节点Jacobian矩阵，通过行列式的移位来确定其他计算参数的位置；变换后的修正方程如下：4‑4)解修正方程，求出节点电压修正量ΔU(0)/U(1,Δδ(0)；修正各节点电压δ(1)＝δ(0)‑Δδ(0)U(1)＝U(0)‑ΔU(0)将δ(1)、U(1)代入公式，求ΔP(1)及ΔQ(1)检验收敛与否：若收敛，计算平衡节点功率计线路功率等，输出结果；若不收敛，执行步骤4‑2)，以δ(1)、U(1)代替δ(0)、U(0)进行下一次迭代计算，直至收敛；其中，线路功率计算如下：Sij＝UiIij*＝Ui[Ui*Yi0*+(Ui*‑Uj*)Y*ij]＝Pij+jQijSji＝UjIji*＝Uj[Uj*Y*j0+(Uj*‑Ui*)Y*ji]＝Pji+jQjiΔSij＝Sij+Sji＝ΔPij+jΔQij5)将步骤4)计算得出的电网模型参数，融入到步骤1)建立的电网图像模型，通过OpenGL图形库在电脑屏幕上搭建和显示，形成参数的数值显示和潮流的动态流动效果；6)当数据更新后，重新执行步骤1)－步骤4)，求得电网模型参数后执行步骤5)，如此不断循环，构成可视化电网稳态模型。