CN101436780A - 城市配电网自愈控制方法 - Google Patents

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Abstract

城市配电网自愈控制方法，包括如下步骤：(1)定义一个与电压、电流、有功功率、无功功率、频率相关的系统状态函数，设定紧急状态函数值、恢复状态函数值、异常状态函数值、警戒状态函数值以及安全状态函数值范围；(2)采集电气量参数；(3)计算状态函数的函数值，与系统设定状态函数值分别进行比较，根据比较结果转相关控制处理步骤；(4)紧急控制处理；(5)恢复控制处理；(6)校正控制处理；(7)预防控制处理。对城市配电网运行状态进行分层控制，赋予城市配电网自我预防、自动恢复的能力，使城市配电网具有应对极端灾害和大电网紧急事故的能力，提高城市配电网供电可靠性。

Description

城市配电网自愈控制方法
技术领域
本发明涉及一种城市配电网运行状态控制方法，属于电力系统自动控制技术领域。
背景技术
随着我国现代化建设不断深入，城市配电网的发展极其迅速，现代城市配电网对电力的依赖也不断增强。特别是在发生自然灾害、大电网事故的紧急情况下，军工、医院、金融系统突然断电造成的不仅仅是经济损失，还危及社会的安全和稳定。
城市配电网集中了我国最重要的负荷，涉及国家政治、经济命脉，涉及千家万户，城市配电网发生停电事故影响面大，造成的损失也大。一直以来，城市配电网的应急控制手段、抗扰动能力，以及自愈控制方法是我国城市配电网自动化系统的空白。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种城市配电网自愈控制方法，根据城市配电网所处的运行状态，实施相应的控制，使城市配电网从当前运行状态向一种更好的运行状态转移。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：城市配电网自愈控制方法，包括如下步骤：
(1)定义一个与电压U、电流I、有功功率P、无功功率Q、频率f相关的函数f(U，I，P，Q，f)为系统状态函数，设定fex为函数f(U，I，P，Q，f)的紧急状态函数值，当状态函数值f()≥fex时，系统处在紧急状态；设定fve为函数f(U，I，P，Q，f)的恢复状态函数值，当状态函数值fve≤f()≤fex时，系统处在恢复状态；设定fse为函数f(U，I，P，Q，f)的异常状态函数值，当状态函数值fse≤f()≤fve时，系统处在异常状态；设定fcr为函数f(U，I，P，Q，f)的警戒状态函数值，当状态函数值fcr≤f()≤fse时，系统处在警戒状态；当状态函数值f()≤fcr时，系统处在安全状态。
有关这些状态的具体描述如下：
紧急状态：系统运行参数极端严重超标，城市配电网运行极端不稳定，如果不进行紧急控制，城市配电网运行状况将继续恶化，直至城市配电网崩溃。
恢复状态：对城市配电网的紧急状态实施控制后，系统参数尚能符合运行约束条件，但可能存在失去部分负荷或形成一个或多个供电孤岛，此时系统运行状态虽不再继续恶化，但正常状态尚未确立。
异常状态：城市配电网中存在过负荷情况，但其持续时间在允许范围内，电压越限但未发生电压失稳，有电压失稳的趋势或设备运行异常。
警戒状态：对于正常运行的城市配电网，一次、二次系统存在安全隐患，例如供电路径上有设备报警、小电流接地系统存在单相接地故障、有电磁环网存在，或者在受到某一个合理的预想事故扰动后，不能完全满足约束条件，安全裕度不足，很容易转为异常状态或紧急状态。
安全状态：对于正常运行的城市配电网，二次系统不存在安全隐患，满足电力系统安全导则的要求，在受到任意一个合理的预想事故扰动后，都能完全满足约束条件，具有一定的安全裕度。
(2)采集城市配电网电气量电压U、电流I、有功功率P、无功功率Q、频率f参数。
(3)计算状态函数f(U，I，P，Q，f)的函数值，与系统设定状态函数值fex、fve、fse、fcr分别进行比较，如果f()≥fex，系统处于紧急状态，转到步骤(4)；如果fve≤f()<fex，系统处于恢复状态，转到步骤(5)；如果fse≤f()<fve，系统处于异常状态，转到步骤(6)；如果fcr≤f()<fse，系统处于警戒状态，转到步骤(7)；如果f()<fcr，配电网处于安全状态，回到步骤(2)。
(4)进行紧急控制处理：首先保护动作，若仍未脱离紧急状态，则进行远方电源投入、系统主动解列、切机、切负荷，以便使系统逐步转为恢复状态、异常状态、警戒状态或安全状态。
(5)进行恢复控制处理：进行就地恢复供电决策或远方恢复供电决策，选择合理的供电路径，排除故障，恢复负荷供电，实现孤岛并网运行，使系统逐步转为异常状态、警戒状态或安全状态。
(6)进行校正控制处理：排除设备异常运行，对异常设备进行N-1(电力系统静态安全分析方法中的N-1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其它元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求，下同)分析，进行网络运行结构控制决策，消除过负荷与电压越限，进行电压稳定仿真与控制决策，避免发生电压失稳，使系统逐步转为警戒状态或者安全状态。
(7)进行预防控制处理：对特殊运行方式或网络结构变化进行保护定值与校验，进行故障预防与预测，对假想故障进行N-1情况下负荷转移能力分析，在无负荷转移能力时进行网络运行结构控制决策，通过在线监测、校核、调节无功补偿设备、切换线路的方式，消除城市配电网的故障隐患，使系统逐步转为安全状态。
本发明的有益效果如下：对城市配电网运行状态进行分层控制，将其嵌入城市配电网调度自动化系统中，及时、充分利用新型的保护测控装置、在线监测装置等各种自动化装置采集到的信息，进行城市配电网自愈策略的决策，并自动传达到相应的控制设备，协同完成自愈策略的执行，整个过程是一个协调的整体，实现了将数据采集、控制策略决策与执行的一体化，赋予城市配电网自我预防、自动恢复的能力，使城市配电网具有应对极端灾害和大电网紧急事故的能力，提高城市配电网供电可靠性。
附图说明
图1为本发明城市配电网自愈控制方法流程图。
图2为图1中紧急控制流程图。
图3为图1中恢复控制流程图。
图4为图1中校正控制流程图。
图5为图1中预防控制流程图。
图6为实施例中某供电公司的城市配电网示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明方法进行详细描述。但本发明不限于所给出的实施例。
如图6所示的城市配电网中，#1变电站为枢纽变电站，#3变电站母线上的负荷为必保供电的用电负荷。
设定实施例中城市配电网运行约束条件额定电压为35KV，额定频率为50HZ，当电压和/或频率正负偏离额定值大于或等于40％时，状态函数f(U，I，P，Q，f)对应紧急状态函数值fex，城市配电网处于紧急状态；当电压和/或频率正负偏离额定值大于或等于30％并且小于40％时，状态函数f(U，I，P，Q，f)对应恢复状态函数值fve，城市配电网处于恢复状态；当电压和/或频率正负偏离额定值大于或等于15％并且小于30％时，状态函数f(U，I，P，Q，f)对应异常态函数值fse，城市配电网处于异常状态；当电压和/或频率正负偏离额定值大于或等于5％并且小于15％时，状态函数f(U，I，P，Q，f)对应警戒状态函数值fcr，城市配电网处于警戒状态；当电压和/或频率正负偏离额定值小于5％时，城市配电网处于安全状态。
假设电网中#1变电站在大电网故障情况下全站停电，我们要保证#3变电站母线电压和周波在正常值的±5％范围以内。
按照本发明城市配电网自愈控制方法操作如下：#1变电站全站停电，此时f()≥fex，城市配电网处于紧急状态，进入紧急控制流程，首先继电保护动作，#1变电站脱离系统，退出运行。以下可能出现两种情况：
1)如果此时fve≤f()<fex成立，系统进入恢复状态；#3变电站由#2变电站两台发电机G供电，#3变电站母线电压和周波在正常值的±5％范围以内，电网可以继续运行。然而由于#1变电站退出运行，电网不在平时的正常运行方式下运行，电网处于异常状态，fse≤f()<fve，需要进入校正控制，判断是否有设备异常或过负荷现象存在，电压是否稳定。所有情况得到控制，fcr≤f()≤fse，系统进入警戒状态，执行预防控制流程。预防控制检查电网结构，直到#1变电站恢复供电，在此期间电网运行处于随时准备恢复#1变电站供电，同时重新整定继电保护定值，应用电力系统静态安全分析方法中的N-1原则进行此方式下的故障预测，在N-1状态下考察负荷转移能力，防止在此期间发生其他故障时，电网自我保护措施不足。
2)如果此时fve≤f()<fex不成立，系统将继续执行紧急控制流程。比如解列东门线、龙门线或两线全部解列，再判fve≤f()<fex是否成立；如果还不成立，解列程桥线、新集线或两线全部解列，直到fve≤f()<fex成立。由于事先经过计算，只要按此步骤执行，系统经过远方电源投入，解列、切负荷，电网可以进入恢复状态。电网进入恢复状态后，其余步骤与第一种情况相同。

Claims (5)

1、城市配电网自愈控制方法，包括如下步骤：
(1)定义一个与电压U、电流I、有功功率P、无功功率Q、频率f相关的函数f(U，I，P，Q，f)为系统状态函数，设定fex为函数f(U，I，P，Q，f)的紧急状态函数值，当状态函数值f()≥fex时，系统处在紧急状态；设定fve为函数f(U，I，P，Q，f)的恢复状态函数值，当状态函数值fve≤f()≤fex时，系统处在恢复状态；设定fse为函数f(U，I，P，Q，f)的异常状态函数值，当状态函数值fse≤f()≤fve时，系统处在异常状态；设定fcr为函数f(U，I，P，Q，f)的警戒状态函数值，当状态函数值fcr≤f()≤fse时，系统处在警戒状态；当状态函数值f()≤fcr时，系统处在安全状态；
(2)采集城市配电网电气量电压U、电流I、有功功率P、无功功率Q、频率f参数；
(3)计算状态函数f(U，I，P，Q，f)的函数值，与系统设定状态函数值fex、fve、fse、fcr分别进行比较，如果f()≥fex，系统处于紧急状态，转到步骤(4)；如果fve≤f()<fex，系统处于恢复状态，转到步骤(5)；如果fse≤f()<fve，系统处于异常状态，转到步骤(6)；如果fcr≤f()<fse，系统处于警戒状态，转到步骤(7)；如果f()<fcr，配电网处于安全状态，回到步骤(2)；
(4)进行紧急控制处理；
(5)进行恢复控制处理；
(6)进行校正控制处理；
(7)进行预防控制处理。
2、根据权利要求1所述的城市配电网自愈控制方法，其特征是所述的紧急控制处理包括如下步骤：首先保护动作，若仍未脱离紧急状态，则进行远方电源投入、系统主动解列、切机、切负荷，以便使系统逐步转为恢复状态、异常状态、警戒状态或安全状态。
3、根据权利要求1所述的城市配电网自愈控制方法，其特征是所述的恢复控制处理包括如下步骤：进行就地恢复供电决策或远方恢复供电决策，选择合理的供电路径，排除故障，恢复负荷供电，实现孤岛并网运行，使系统逐步转为异常状态、警戒状态或安全状态。
4、根据权利要求1所述的城市配电网自愈控制方法，其特征是所述的校正控制处理包括如下步骤：排除设备异常运行，对异常设备进行N-1分析，进行网络运行结构控制决策，消除过负荷与电压越限，进行电压稳定仿真与控制决策，避免发生电压失稳，使系统逐步转为警戒状态或者安全状态。
5、根据权利要求1所述的城市配电网自愈控制方法，其特征是所述的预防控制处理包括如下步骤：对特殊运行方式或网络结构变化进行保护定值与校验，进行故障预防与预测，对假想故障进行N-1情况下负荷转移能力分析，在无负荷转移能力时进行网络运行结构控制决策，通过在线监测、校核、调节无功补偿设备、切换线路的方式，消除城市配电网的故障隐患，使系统逐步转为安全状态。
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