CN100541964C - 大电网过载集中决策实时紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

大电网过载集中决策实时紧急控制方法，具体步骤包括：主机通过通讯接口从能量管理系统和安控装置中读入电网运行的实时数据；主机采用基于发电机和负荷等可选控制措施的消除线路和变压器过载的综合性能指标的算法计算出优化的紧急控制方案；主机通过通讯接口将控制方案下发至安控装置，利用安控装置的功能来实现该控制方案。本发明充分利用了现有的能量管理系统和安控装置的功能，从电网全局出发，解决了大电网的设备过载问题的集中决策和实时紧急控制方法，其对过载的判断准确、可靠，全面考虑故障原因，而且动作迅速，不会有传统的对单个节点动作发生连锁故障的问题。

Description

大电网过载集中决策实时紧急控制方法

技术领域

本发明涉及一种大电网过载集中决策实时紧急控制方法，用于解决大电网实时运行中出现线路或变压器等设备过载问题，属于安全稳定分析与控制领域。

背景技术

电网主要由线路或变压器等设备组成，当电网处于正常运行状态时，流过这些设备的电流都小于其额定电流；但是，当电网中出现事故或异常等现象时，某些设备将出现过载问题，即流过其中的电流远超出额定电流，此时必须及时做出正确处理，否则将会由于发热而损坏设备。传统的方法是通过线路继电保护装置动作来切除过载线路，但是从电网整体来说，简单地切除线路有可能导致事故扩大，主要原因是过载线路上的潮流将转移到其它支路上，从而有可能导致这些支路过载，进而出现连续跳闸的重大事故。为了避免连续跳闸的发生，可以通过安控装置切机或切负荷来消除过载，但是单机运行的安控装置只能按离线计算的定值动作，不可避免地会发生切机量(或切负荷量)不足或过多的现象。

文献一《输电断面安全性保护及其关键技术研究》(中国电机工程学报2006年11月号第26卷第21期第1页)提出了一种输电断面保护来解决传统继电保护缺乏全局观的弊病，算法的关键问题在于如何快速而准确地找到与过载线路相关联的输电断面。虽然文献中给出了一种图论方法用来寻找输电断面，但其实用性有待实践检验。此外该文献也没有尝试将算法应用于在线实时控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种大电网过载集中决策实时紧急控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：大电网过载集中决策实时紧急控制方法，具体步骤包括：

(a)、主机通过通讯接口从能量管理系统和安控装置中读入电网运行的实时数据，其中，从能量管理系统读入的实时数据包括：网络参数及拓扑结构、状态估计的潮流结果、系统各节点的注入量；从安控装置读入的实时数据包括：可供选择的解决过载问题的控制措施及实测的线路、发电机和负荷等潮流数据；

(b)、主机采用基于发电机和负荷等可选控制措施的消除线路和变压器过载的综合性能指标的算法计算出优化的紧急控制方案；

(c)、主机通过通讯接口将控制方案下发至安控装置，利用安控装置的功能来实现该控制方案。

其中，步骤(b)中的算法包括以下内容：

(1)实测数据显示线路不过载时，则无需对安控装置进行任何控制；而当安控装置的实测数据显示设备过载时，对能量管理系统的数据进行以安控数据为准的调整；

(2)采用优化算法得到紧急控制措施，其中包括以下内容：

<1>根据节点控制性能指标选择实际参与紧急控制的节点，方法如下：

首先根据公式 ${\mathrm{PI}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j\&CenterDot;S_{\mathrm{ij}}}{H_i},$ j＝1…L(1)，计算所有可控节点的控制性能指标PI_i，式(I)中，其中S_ij为节点i对于线路j的灵敏度；W_j＝(M_j)²ⁿ为S_ij的权重，H_i为节点i的调节经济代价(调节经济代价低的节点应具有较高的控制性能指标，所以为了满足调节时优先考虑发电机的原则，相对于负荷节点，发电机节点应具有更小的H_i值)， $M_j=\frac{P_{j,\mathrm{now}}}{P_{j,\mathrm{rate}}}>T,$ j＝1…L(2)，式(2)中，T为用于判断紧急状态的阀值，其取值范围在0-1之间的值，P_j，rate是设备j的额定功率，P_j，now设备j的实际功率；

然后将所有可控节点其按性能指标PI_i之绝对值的大小进行排列，按顺序选取性能指标为正的发电机节点和效率指标为负的负荷节点参与紧急控制。

<2>通过二分法搜索紧急控制量

其步骤如下：

(I)计算<1>中所选取的发电机和负荷节点的最大可切除量之和，作为最大调节量，用符号ΔP_M表示，ΔP_min为搜索范围的下限，其初始值为零，ΔP_max表示搜索范围的上限，其初始值为ΔP_M；

(II)检测最大调节量ΔP_M是否能够消除过载问题，如果不能，则失败，并退出；如果能，则转至步骤(III)；

(III)判断不等式ΔP_max-ΔP_min＜ΔP_th是否成立，ΔP_th的取值范围为1MW～20MW，如果成立，计算终止，输出在ΔP_max状态下断面潮流及各参与调节节点的调节量；如果不成立，转至步骤(IV)；

(IV)开始二分法搜索确定实际所需的调节量ΔP_k，调节量 $\mathrm{\&Delta;}{P}_k=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\max }+\mathrm{\&Delta;}{P}_{\min }}{2},$ 根据灵敏度计算调节后网络中流过处于紧急状态的设备的潮流，检测该调节量ΔP_k是否消除过载问题，如果消除了过载问题，将ΔP_k的值赋给ΔP_max，然后转至步骤(III)，而如果没有消除过载问题，则将ΔP_k的值赋给ΔP_min，然后转至步骤(III)。

本发明的有益效果如下：本发明充分利用了现有的能量管理系统和安控装置的功能，从电网全局出发，解决了大电网的设备过载问题的集中决策和实时紧急控制方法，其对过载的判断准确、可靠，全面考虑故障原因，而且动作迅速，不会有传统的对单个节点动作发生连锁故障的问题。

附图说明

图1是本发明的二分法搜索紧急控制调节量的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

大电网过载集中决策实时紧急控制方法，具体步骤包括：

(a)、主机通过通讯接口从能量管理系统和安控装置中读入电网运行的实时数据，其中，从能量管理系统读入的实时数据包括：网络参数及拓扑结构、状态估计的潮流结果、系统各节点的注入量；从安控装置读入的实时数据包括：可供选择的解决过载问题的控制措施及实测的线路、发电机和负荷等潮流数据；

(b)、主机采用基于发电机和负荷等可选控制措施的消除线路和变压器过载的综合性能指标的算法计算出优化的紧急控制方案；

(c)、主机通过通讯接口将控制方案下发至安控装置，利用安控装置的功能来实现该控制方案。

其中，步骤(b)中的算法包括以下内容：

(1)实测数据显示线路不过载时，则无需对安控装置进行任何控制；而当安控装置的实测数据显示设备过载时，对能量管理系统的数据进行以安控数据为准的调整；

(2)采用优化算法得到紧急控制措施，其中包括以下内容：

<1>根据节点控制性能指标选择实际参与紧急控制的节点，方法如下：

首先根据公式 ${\mathrm{PI}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j\&CenterDot;S_{\mathrm{ij}}}{H_i},$ j＝1…L(1)，计算所有可控节点的控制性能指标PI_i，式(I)中，其中S_ij为节点i对于线路j的灵敏度；W_j＝(M_j)²ⁿ为S_ij的权重，H_i为节点i的调节经济代价， $M_j=\frac{P_{j,\mathrm{now}}}{P_{j,\mathrm{rate}}}>T,$ j＝1…L(2)，式(2)中，T为用于判断紧急状态的阀值，其取值范围在0-1之间的值，P_j，rate是设备j的额定功率，P_j，now设备j的实际功率；

然后将所有可控节点其按性能指标PI_i之绝对值的大小进行排列，按顺序选取性能指标为正的发电机节点和效率指标为负的负荷节点参与紧急控制。

<2>通过二分法搜索紧急控制量，其流程参见图1，具体步骤包括：

(I)计算<1>中所选取的发电机和负荷节点的最大可切除量之和，作为最大调节量，用符号ΔP_M表示，ΔP_min为搜索范围的下限，其初始值为零，ΔP_max表示搜索范围的上限，其初始值为ΔP_M；

(II)检测最大调节量ΔP_M是否能够消除过载问题，如果不能，则失败，并退出；如果能，则转至步骤(III)；

(III)判断不等式ΔP_max-ΔP_min＜ΔP_th是否成立，ΔP_th的取值范围为1MW～20MW，如果成立，计算终止，输出在ΔP_max状态下断面潮流及各参与调节节点的调节量；如果不成立，转至步骤(IV)；

(IV)开始二分法搜索确定实际所需的调节量ΔP_k，调节量 $\mathrm{\&Delta;}{P}_k=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\max }+\mathrm{\&Delta;}{P}_{\min }}{2},$ 根据灵敏度计算调节后网络中流过处于紧急状态的设备的潮流(参见《高等电力网络分析》清华大学出版社1996))，检测该调节量ΔP_k是否消除过载问题，如果消除了过载问题，将ΔP_k的值赋给ΔP_max，然后转至步骤(III)，而如果没有消除过载问题，则将ΔP_k的值赋给ΔP_min，然后转至步骤(III)。

需要特别注意的是，因为切机和切负荷都对应于离散量，所以虽然在搜索中将它们做为连续量处理，但是在搜索结束后应将结果归整，即将排在最后一位的发电机(或负荷)全部切除。

<3>采用牛顿法对调节后的潮流数据进行校核

在二分法搜索过程中采用灵敏度计算来判断是否存在过载问题，算法具有计算速度快的优点；但是，缺点是ΔP_max并不能够保证完全消除过载，所以在二分法搜索结束后，需要采用牛顿法(参见《高等电力网络分析》清华大学出版社1996)对ΔP_max状态下的潮流数据进行校核，检查所有监视设备是否存在过载问题。如果没有过载问题，则成功退出；否则，将在新的潮流数据的基础上重复前面的计算直至完全消除过载或者达到预设的最大循环次数(建议取3-5次)为止。而后一种情况表示计算失败，即在可选的控制措施内无法消除过载，此时应报警并提示用户增加控制措施。

本发明已经被成功地实施到江苏省调在线系统。

Claims (2)

1、大电网过载集中决策实时紧急控制方法，具体步骤包括：

(a)、主机通过通讯接口从能量管理系统和安控装置中读入电网运行的实时数据，其中，从能量管理系统读入的实时数据包括：网络参数及拓扑结构、状态估计的潮流结果、系统各节点的注入量；从安控装置读入的实时数据包括：可供选择的解决过载问题的控制措施及实测的线路、发电机和负荷的潮流数据；

(b)、主机采用基于发电机和负荷的可选控制措施的消除线路和变压器过载的综合性能指标的算法计算出优化的紧急控制方案；

(c)、主机通过通讯接口将控制方案下发至安控装置，利用安控装置的功能来实现该控制方案；

所述步骤(b)中的算法包括以下内容：

(1)实测数据显示设备不过载时，则无需对安控装置进行任何控制；而当安控装置的实测数据显示设备过载时，对能量管理系统的数据进行以安控数据为准的调整；

(2)采用优化算法得到紧急控制方案，其中包括以下内容：

<1>根据节点控制性能指标选择实际参与紧急控制的节点，方法如下：

首先根据公式 ${\mathrm{PI}}_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_j\&CenterDot;S_{\mathrm{ij}}}{H_i},$ j＝1…L(1)，计算所有可控节点的控制性能指标PI_i，式(1)中，其中S_ij为节点i对于线路j的灵敏度；W_j＝(M_j)²ⁿ为S_ij的权重，H_i为节点i的调节经济代价， $M_j=\frac{P_{j,\mathrm{now}}}{P_{j,\mathrm{rate}}}>T,$ j＝1…L(2)，式(2)中，T为用于判断紧急状态的阀值，其取值范围在0-1之间的值，P_j，rate是设备j的额定功率，P_j，now是设备j的实际功率；

然后将所有可控节点其按性能指标PI_j之绝对值的大小进行排列，按顺序选取性能指标为正的发电机节点和效率指标为负的负荷节点参与紧急控制；

<2>通过二分法搜索紧急控制量，其步骤如下：

(I)计算<1>中所选取的发电机节点和负荷节点的最大可切除量之和，作为最大调节量，用符号ΔP_M表示，ΔP_min为搜索范围的下限，其初始值为零，ΔP_max表示搜索范围的上限，其初始值为ΔP_M；

(II)检测最大调节量ΔP_M是否能够消除过载问题，如果不能，则失败，并退出；如果能，则转至步骤(III)；

(III)判断不等式ΔP_max-ΔP_min＜ΔP_th是否成立，ΔP_th的取值范围为1MW～20MW，如果成立，计算终止，输出在ΔP_max状态下断面潮流及各参与调节节点的调节量；如果不成立，转至步骤(IV)；

(IV)开始二分法搜索确定实际所需的调节量ΔP_k，调节量 $\mathrm{\&Delta;}{P}_k=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\max }+\mathrm{\&Delta;}{P}_{\min }}{2},$ 根据灵敏度计算调节后网络中流过处于紧急状态的设备的潮流，检测该调节量ΔP_k是否消除过载问题，如果消除了过载问题，将ΔP_k的值赋给ΔP_max，然后转至步骤(III)，而如果没有消除过载问题，则将ΔP_k的值赋给ΔP_min，然后转至步骤(III)。

根据权利要求1所述大电网过载集中决策实时紧急控制方法，其特征是：通过二分法搜索紧急控制量后，采用牛顿法对调节后的潮流数据进行校核，检查所有监视设备是否存在过载问题，如果没有过载问题，则成功退出；否则，将在新的潮流数据的基础上重复前面的计算直至完全消除过载，如果循环3-5次后依然没有完全消除过载，则失败，报警并提示用户增加控制措施。

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