CN101425686B - 电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法 - Google Patents

Abstract

电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法适用于电力系统静态、暂态和动态安全稳定在线评估中预想故障集的确定。该方法的核心思想是依据电网上一轮安全稳定在线评估给出的各个预想故障的安全稳定裕度和模式，来确定本轮安全稳定在线评估需要重新计算的故障集。本发明基于的电网安全稳定裕度和安全稳定模式是电网安全稳定程度的量化指标，以安全稳定裕度为指标，结合安全稳定模式和电网运行状态的变化程度，从预想故障全集中筛选出需要重新计算的预想故障子集，作为满足工程实用要求的随电网运行状态变化的动态预想故障集。可减小当前时间断面下在线安全稳定评估用预想故障集的规模，提高在线安全稳定评估的计算速度。

Description

电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法。

背景技术

电力系统运行过程中总是要受到各种扰动，例如短路故障、设备停运等，为了确保电力系统安全稳定可靠运行，需要评估电力系统受到各种可能的扰动后的安全稳定性。随着电力系统的规模逐渐增大，需要进行安全稳定评估的扰动数(预想故障集)会很大。电力系统的运行状态不断在变化，在线评估电力系统的安全稳定性已成为电力系统运行调度的迫切需求。但要实现电力系统的安全稳定性的在线评估，计算周期一般要求不大于10分钟。而在10分钟之内完成成千上万的预想故障的安全稳定评估，需要的计算机群规模会很大。现有的解决方法是依据电网调度运行人员凭经验筛选出少量的预想故障，进行在线安全稳定评估，筛选掉的大量预想故障就不进行在线评估了。其可靠性与电网调度运行人员的经验是紧密相关的。因此，急需提出电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，降低预想故障集的设置与电网调度运行人员经验的依赖程度。

发明内容

本发明的发明目的是：克服电力系统在线安全稳定评估预想故障集凭电网调度运行人员经验进行设置的缺点，提供一种综合电网安全稳定裕度指标、安全稳定模式和电网运行状态变化程度的电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法。

本发明基于的电网安全稳定裕度和安全稳定模式是电网安全稳定程度的量化指标，以安全稳定裕度为指标，结合安全稳定模式和电网运行状态的变化程度，从预想故障全集中筛选出需要重新计算的预想故障子集，作为满足工程实用要求的随电网运行状态变化的动态预想故障集。可减小当前时间断面下在线安全稳定评估中需要详细计算的预想故障集的规模，提高在线安全稳定评估的计算速度。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)在线安全稳定评估系统启动后，第一次在线安全稳定评估需要对预想故障全集中每个故障分别进行安全稳定裕度计算，即第一次在线安全稳定裕度计算的故障集是没有筛选过的预想故障全集。其中安全稳定裕度和模式的计算方法是安全稳定量化计算方法。

2)第一次在线安全稳定评估完成后，针对新的电网运行状态，依据前一个电网运行状态的各个故障的安全稳定裕度和模式，确定对安全稳定裕度影响比较大的设备。对于发电机采用公式 $G_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{\mathrm{ij}}(1-{\mathrm{\η}}_j)$ 计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后的功角稳定裕度，k_ij为故障j的功角稳定模式中发电机i的参与因子；对于母线采用公式 $B_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{\mathrm{ij}}(1-{\mathrm{\η}}_j)$ 计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后母线i的电压安全稳定裕度，k_ij为故障j的电压安全稳定模式中母线i的参与因子；对于安全稳定断面采用公式 $L_i=\frac{P_i}{P_{i.\mathrm{lmt}}}$ 计算其潮流变化对电网安全稳定裕度影响程度，其中p_i为断面i的有功潮流，p_i.lmt为断面i的有功潮流安全稳定极限值。

3)再依据新的电网运行状态相对于前一个电网运行状态的变化大小(例如，对安全稳定裕度影响比较大的设备投停、发电机出力变化量、母线电压变化和断面潮流变化量等)，确定需要采用安全稳定量化计算方法，重新计算预想故障安全稳定裕度和模式的裕度门槛值( ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{cr}}={\mathrm{\η}}_{\mathrm{cr}0}+h\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left(k_i\frac{|x_{i.2}-x_{i.1}|}{x_{\mathrm{iB}}}\right)$ ，其中x_i.1为对安全稳定裕度影响比较大的状态量上一次在线评估中的值，x_i.2为相应的状态量在本次在线评估中的值，x_iB为相应状态量的基准值，k_i为上述发电机、母线和断面潮流对电网安全稳定裕度影响程度因子，h为把电网安全稳定裕度影响程度换算成安全稳定裕度的换算因子，η_cr0为裕度门槛的低限值，η_cr为裕度门槛值)。

4)依据安全稳定裕度随时间增大其可信度下降的特性，采用安全稳定裕度随时间增大而减小的裕度-时间函数(例如： ${\mathrm{\η}}_{t_2}={\mathrm{\η}}_{t_1}-k(t_2-t_1),$ 其中，

为上一次在线计算出的安全稳定裕度，t₁是相应的电网运行状态所对应的时刻，

为本次在线估算出的安全稳定裕度，t₂是本次所计算的电网运行状态所对应的时刻，k是裕度随时间下降的斜率)，在前一次每个故障的安全稳定裕度的基础上，分别直接估算预想故障全集中每个故障的安全稳定裕度，其安全稳定模式保持不变。

5)从预想故障全集筛选出估算的裕度小于裕度门槛值η_cr的预想故障，作为新的电网运行状态下需要重新计算其安全稳定裕度和模式的预想故障集。

6)对于筛选掉的预想故障，其安全稳定裕度以步骤4)中估算出的裕度表示，其安全稳定模式保持不变；对于筛选出的预想故障，其安全稳定裕度和模式以重新计算出的裕度和模式表示。

7)针对新的电网运行状态，返回步骤2)进行安全稳定裕度计算。

本发明的有益效果如下：在电力系统的安全稳定在线评估中预想故障集是否包含了各种可能发生的故障直接影响安全稳定评估结果，本发明基于安全稳定的量化分析方法，以安全稳定裕度为指标，结合安全稳定模式和电网运行状态的变化程度，从预想故障全集中筛选出需要重新计算的预想故障子集，作为满足工程实用要求的随电网运行状态变化的动态预想故障集。可减小当前时间断面下在线安全稳定评估用预想故障集的规模，提高在线安全稳定评估的计算速度。从根本上克服了电力系统在线安全稳定评估预想故障集完全依赖电网调度运行人员经验进行设置的缺点，有力推动了大电网安全稳定在线评估系统的实用化进程。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是在线安全稳定评估系统启动后的第一次在线安全稳定评估，需要对预想故障全集中每个故障分别进行安全稳定裕度计算，即第一次在线安全稳定裕度计算的故障集是没有筛选过的预想故障全集。其中安全稳定裕度和模式的计算方法是安全稳定量化计算方法。

图1中步骤2披露了一种确定对安全稳定裕度影响比较大的设备的计算方法，即在第一次在线安全稳定评估完成后，针对新的电网运行状态，需要依据前一个电网运行状态的各个故障的安全稳定裕度和模式，确定对安全稳定裕度影响比较大的设备。

对于发电机采用公式 $G_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{\mathrm{ij}}(1-{\mathrm{\η}}_j)$ 计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后的功角稳定裕度，k_ij为故障j的功角稳定模式中发电机i的参与因子。对于母线采用公式 $B_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{\mathrm{ij}}(1-{\mathrm{\η}}_j)$ 计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后母线i的电压安全稳定裕度，k_ij为故障j的电压安全稳定模式中母线i的参与因子。对于安全稳定断面采用公式 $L_i=\frac{P_i}{P_{i.\mathrm{lmt}}}$ 计算其潮流变化对电网安全稳定裕度影响程度，其中p_i为断面i的有功潮流，p_i.lmt为断面i的有功潮流安全稳定极限值。

图1中步骤3披露了一种需要采用安全稳定量化计算方法重新计算预想故障安全稳定裕度和模式的裕度门槛值的计算方法，即依据新的电网运行状态相对于前一个电网运行状态的变化大小(例如，对安全稳定裕度影响比较大的设备投停、发电机出力变化量、母线电压变化和断面潮流变化量等)，确定需要采用安全稳定量化计算方法，重新计算预想故障安全稳定裕度的裕度门槛值 $({\mathrm{\η}}_{\mathrm{cr}}={\mathrm{\η}}_{\mathrm{cr}0}+h\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\left(k_i\frac{|x_{i.2}-x_{i.1}|}{x_{\mathrm{iB}}}\right),$ 其中x_i.1为对安全稳定裕度影响比较大的状态量上一次在线评估中的值，x_i.2为相应的状态量在本次在线评估中的值，x_iB为相应状态量的基准值，k_i为上述发电机、母线和断面潮流对电网安全稳定裕度影响程度因子，h为把电网安全稳定裕度影响程度换算成安全稳定裕度的换算因子，η_cr0为裕度门槛的低限值，η_cr为裕度门槛值)。

图1中步骤4披露了一种电网安全稳定裕度随电网运行状态变化的估算方法，即依据安全稳定裕度随时间增大其可信度下降的特性，采用安全稳定裕度随时间增大而减小的裕度-时间函数(例如： ${\mathrm{\η}}_{t_2}={\mathrm{\η}}_{t_1}-k(t_2-t_1),$ 其中，

为上一次在线计算出的安全稳定裕度，t₁是相应的电网运行状态所对应的时刻，

为本次在线估算出的安全稳定裕度，t₂是本次所计算的电网运行状态所对应的时刻，k是裕度随时间下降的斜率)，在前一次每个故障的安全稳定裕度的基础上，分别直接估算预想故障全集中每个故障的安全稳定裕度，其安全稳定模式保持不变。

图1中步骤5描述了预想故障集的筛选，即从预想故障全集筛选出估算的裕度小于裕度门槛值η_cr的预想故障，作为新的电网运行状态下需要重新计算其安全稳定裕度和模式的预想故障集。

图1中步骤6描述了新的运行状态下预想故障全集中每个故障的安全稳定裕度和模式的计算方法，即对于筛选掉的预想故障，其安全稳定裕度以步骤4)中估算出的裕度表示，其安全稳定模式保持不变；对于筛选出的预想故障，其安全稳定裕度和模式以重新计算出的裕度和模式表示。

从步骤2到步骤6是新的电网运行状态下预想故障全集中每个故障的安全稳定裕度和模式的计算周期。

总之，本发明基于的电网安全稳定裕度和安全稳定模式是电网安全稳定程度的量化指标，以安全稳定裕度为指标，结合安全稳定模式和电网运行状态的变化程度，从预想故障全集中筛选出需要重新计算的预想故障子集，作为满足工程实用要求的随电网运行状态变化的动态预想故障集。可减小当前时间断面下在线安全稳定评估中需要详细计算的预想故障集的规模，提高在线安全稳定评估的计算速度。

Claims (5)

1.电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)在线安全稳定评估系统启动后，第一次在线安全稳定评估需要对预想故障全集中每个故障分别进行安全稳定裕度和安全稳定模式计算；

2)第一次在线安全稳定评估完成后，每次在线安全稳定评估时，首先要依据前一个电网运行状态的安全稳定裕度和安全稳定模式，先确定对安全稳定裕度影响比较大的设备；

再结合新的电网运行状态相对于前一个电网运行状态的变化大小，确定需要重新计算预想故障的安全稳定裕度和模式的裕度门槛值；

接着，依据每个预想故障的安全稳定裕度随时间增大其可信度下降的特性，采用安全稳定裕度随时间增大而减小的裕度-时间函数，在前一次每个故障的安全稳定裕度的基础上，分别直接估算每个预想故障的安全稳定裕度，其安全稳定模式保持不变；

最后，从预想故障全集筛选出估算的裕度小于裕度门槛值的预想故障，作为新的电网运行状态下需要重新计算其安全稳定裕度和模式的预想故障集。

2.根据权利要求1所述的电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，其特征在于，所述步骤1)中在线安全稳定评估系统启动后第一次在线安全稳定裕度和模式计算的故障集是没有筛选过的预想故障全集。

3.根据权利要求1所述的电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，其特征在于，所述步骤2)中第一次在线安全稳定评估完成后，每次在线安全稳定裕度计算的故障集筛选分为四步：

第一步，依据前一个电网运行状态的各个故障的安全稳定裕度和模式确定对安全稳定裕度影响比较大的设备，其中，对于发电机采用公式

计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后的功角稳定裕度，k_ij为故障j的功角稳定模式中发电机i的参与因子；对于母线采用公式

计算其对电网安全稳定裕度影响程度，其中η_j为故障j发生后母线i的电压安全稳定裕度，k_ij为故障j的电压安全稳定模式中母线i的参与因子；对于安全稳定断面采用公式

计算其潮流变化对电网安全稳定裕度影响程度，其中p_i为断面i的有功潮流，p_i，lmt为断面i的有功潮流安全稳定极限值；

第二步，再依据新的电网运行状态相对于前一个电网运行状态的变化大小，确定需要重新计算安全稳定裕度和模式的裕度门槛值

其中x_i.1为对安全稳定裕度影响比较大的状态量在上一次在线评估中的值，x_i.2为相应的状态量在本次在线评估中的值，x_iB为相应状态量的基准值，k_i为上述发电机、母线和断面潮流对电网安全稳定裕度影响程度因子，h为把电网安全稳定裕度影响程度换算成安全稳定裕度的换算因子，η_cr0为裕度门槛的低限值，η_cr为裕度门槛值；

第三步，依据安全稳定裕度随时间增大其可信度下降的特性，采用安全稳定裕度随时间增大而减小的裕度-时间函数

其中，为上一次在线计算出的安全稳定裕度，t₁是相应的电网运行状态所对应的时刻，

为本次在线估算出的安全稳定裕度，t₂是本次所计算的电网运行状态所对应的时刻，k是裕度随时间下降的斜率，直接估算预想故障全集中每个故障的裕度；

第四步，从预想故障全集筛选出估算的裕度小于裕度门槛值η_cr的预想故障，作为新的电网运行状态下需要重新计算其安全稳定裕度和模式的预想故障集。

4.根据权利要求3所述的电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，其特征在于，在第一次在线安全稳定评估完成后，对于在上述第四步中筛选掉的预想故障，其安全稳定裕度以上述第三步中估算出的裕度表示，其安全稳定模式保持不变。

5.根据权利要求3所述的电力系统在线安全稳定评估预想故障集自适应筛选方法，其特征在于，对于上述第四步中筛选出的预想故障，其安全稳定裕度和模式以重新计算出的裕度和模式表示。

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