CN101764406B - 基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统检修计划评估与优化领域，涉及一种基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估的方法。包括下列步骤：首先将网络拓扑数据，计划数据整合为潮流数据，并从参考潮流数据中提取缺失的数据，形成完整的潮流，同时还进行了基于网络拓扑的灵敏度分析，根据灵敏度分析和潮流计算的结果，计算获得发电容量损失和负荷供应充裕度，其中，基于发电容量损失的评估是通过系统网络拓扑计算发电机对所有支路的灵敏度，根据公式计算发电容量损失的归一值；基于负荷供应充裕度的评估是通过潮流计算结果、灵敏度计算结果和支路运行极限约束，计算母线负荷供应的充裕度。采用本发明的方法，解决了既有方法存在的问题。

Description

基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法

技术领域

本发明属于电力系统检修计划评估与优化领域，涉及一种基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估的方法。

背景技术

随着电力系统的发展，电力网络规模越来越大，调度中心所管辖的设备越来越多，各类设备本身都有自己的生命周期，需要定期安排检修，另外，由于基建和技改的需要，需要不定期的安排某些设备停电。设备停电会引起到电力系统运行方式的变化，有可能会出现电力系统的安全性问题，进而影响电网公司的经济效益。因此，对安排的检修计划进行安全评估分析有着很重要的意义。

目前，调度中心安排检修时一般是根据经验，判断检修计划是否会引起安全问题，而网络结构越复杂，经验判断越不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种科学有效检修计划安全评估方案，能够定量的给出待安排的检修计划的安全性能指标，根据该安全性能指标可以对检修计划的调整给出指导性建议。

本发明基于电网的物理模型参数，网络拓扑数据，负荷预测数据，安全约束等，根据确定的原则计算发电容量损失指标和负荷供应充裕度指标，得到适用于检修计划优化调整的计算结果。

因此，本发明提出了一种适用于检修计划优化调整的基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法。主要解决了以下问题：

(1)发电容量损失评估，发电容量损失越小，检修计划安排越合理。电力系统实际运行中，发输电设备检修有可能造成实际可用发电能力的降低。发电容量损失就是指由于发电设备检修或者输电设备检修，造成的实际可用发电能力降低。发电容量损失是综合考虑发电检修、输电检修和负荷需求的一个综合指标。

对发电容量损失进行评估的主要目的：

避免负荷高峰时段检修；

避免同一输电通道上多个输电设备同时检修；

鼓励发、输电设备同时检修。

(2)负荷供应充裕度评估，每个母线负荷的供应充裕度越高，检修计划安排越合理。负荷供应充裕度评估是评估在设定的检修计划模式下，各负荷需求供应的充足程度。对其评估的目的是分析检修对负荷需求供应能力的影响。对负荷供应充裕度的评估落实到每一个母线负荷节点上。通过对负荷供应充裕度评估，能够给出相应时段检修模式下系统的安全性。

本发明的方法包括如下步骤：

1)确定进行检修评估的时刻，获得各时刻检修计划的列表。

2)参与评估的系统运行方式采用正常态。首先将第一个时刻的检修计划布置到系统的网络结构上去，进行网络拓扑分析。

3)根据网络拓扑分析结果计算所有发电机和母线负荷节点对所有支路的灵敏度。因为灵敏度计算只和网络拓扑有关，所以本步骤可以在潮流计算前进行。

4)获取评估时刻的系统负荷预测值，根据经验数据，按比例将系统负荷预测分配到母线负荷上，如果检修评估能够获得母线负荷预测的结果，则可以直接使用该值。

5)根据系统负荷预测的值，加上2％的网损，减去相应的联络线计划，即可获得该时刻系统的总发电量。按照发电机额定容量比将总发电量分配到各个机组上。

6)发电和负荷分配好后，启动潮流计算。获得潮流计算结果后，结合步骤3)所得的灵敏度计算该时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度。

潮流计算前需要进行一系列设置，如设置平衡机和PV节点。如果潮流计算不收敛，能够自动调整PV节点的设置。

61)发电容量损失计算方法

对可用发电容量产生影响的检修分为两种：机组检修和支路检修。本发明对可用发电容量损失的定义是描述性的，不是准确的检修评估数据模型。

变量Sens_ij，t作为t时段发电机G_i对检修设备j的灵敏度参数，变量P_i为发电机G_i的额定功率，L_s，t为t时段系统总负荷。如果是发电机检修，则Sens_ii，t＝1；如果是支路j检修，则可以通过灵敏度计算得出发电机G_i对该支路的灵敏度Sens_ij，t。发电容量损失可以通过如下公式计算得到：

如果机组在t时段检修，则Sens_ii，t＝1，否则去0。机组可用容量的损失来自机组检修的直接影响和线路、变压器检修的间接影响，每一类的影响都不超过机组额定容量，取二者之间的最大值。如果同一通道的发、输电设备同时检修，则 $\max (\min \left(\underset{j}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{Sens}}_{\mathrm{ij},t}\×p_i,p_i}\right),{\mathrm{Sens}}_{\mathrm{ii},t}\×p_i)$ 计算的值相对较小。公式将L_s，t作为因子，即充分考虑了该时段负荷需求所造成的影响，如果该时段负荷需求很大，则公式计算所得发电容量损失也会增大，这和避免负荷高峰时安排检修的目标是契合的。另外，本公式将作为除数，是为了实现归一化处理，归一化处理后所得值应该是一个不是很大的值，便于直观的看出发电容量损失的指标变化了多少。

62)负荷供应充裕度计算方法

负荷供应充裕度评估的目的是分析检修对负荷需求供应能力的影响，评价在设定的检修计划模式下，各负荷需求供应的充足程度。对负荷供应充裕度的评估落实到每一个母线负荷节点上。

负荷供应充裕度计算分时段进行。如日检修计划的负荷供应充裕度评估可以分24个时间点进行，即每小时评估一个断面。在已知基态潮流下，在每一时段考虑相应的待评估的检修计划，计算支路有功对负荷有功的灵敏度sens_ij，同时，通过潮流计算，计算支路在其热稳定限值下，还能再增长多少出力，即P_max-P，然后，根据支路对负荷的有功灵敏度计算负荷最多还能增长多少功率P_ijldmax(如公式2)。针对某一时段的某一负荷j，在考虑所有支路的影响后，计算所得的min{P_1jldmax，P_2jldmax……P_ijldmax……}即为在相应检修下负荷j能增长的最大功率，也即负荷的裕度。

其中：P_imax表示支路i的热稳极限功率，P_i表示当前潮流的支路i的功率，sens_ij表示负荷j对支路i的灵敏度，P_ijldmax表示在支路i的限制下，负荷j能增长的最大出力。

因为灵敏度sens_ij反应了支路和负荷的相关性，相关性越大，sens_ij值就越大，而P_imax-P_i反应了支路的热稳定裕度，也即能保证该支路运行在安全范围内最大的有功功率上升空间，P_imax-P_i值越小，该支路的热稳定裕度越小，也就造成和该支路相关性越大的负荷的充裕度P_ijldmax值越小，因此公式能够很好的反映检修状态下负荷供应充裕度的情况。

另外，由于要拉高支路潮流，以计算负荷的功率上升空间，根据实际系统运行的经验，此功率的贡献一般由系统内多台机组提供，因此，此处使用的灵敏度为考虑多机平衡的灵敏度，根据经验，系统中有大量的备用，足够负荷增长的需要，换句话说，负荷在增长到一定程度时，支路早已越限，而此时系统中还有大量备用。

7)返回到步骤(2)-(6)，计算下一时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度。

8)计算完所有时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度后，进行结果展示，程序退出。

本发明的方法具有以下特点和功能：

(1)能够自动整合潮流计算数据，并进行潮流计算和灵敏度计算。

(2)计算所得发电容量损失，可以表征在检修模式下，由于发电设备检修或者输电设备检修，造成的实际可用发电能力变化情况。

(3)计算所得负荷供应充裕度评估，可以表征在检修模式下，由于设备检修，所造成的负荷供应充裕度变化情况。

本发明所达到的有益效果：

本发明对检修计划编制，不管是日检修计划编制、月检修计划编制还是年检修计划编制，都可以进行初步的检修计划安排的安全性评估，通过分析安全评估结果，可以得出检修计划安排的建设性建议。如何安排检修计划，使系统运行不仅能够满足安全性的要求，还能够兼顾系统经济，一直是检修计划优化领域研究的问题。本发明提出的基于发电容量损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法从系统运行的经济性和安全性两个角度考虑，进行检修模式下的系统的仿真计算，安全性评估，并针对可能出现的安全性问题，可以通过分析评估结果，得出辅助性的建议。本发明可以分析检修模式下系统运行的安全隐患，指导检修计划安排的调整，对电网的安全稳定运行有着重要的意义。由于负荷预测、联络线计划等计划数据不是完整的潮流数据，所以把计划数据，网络拓扑数据等整合成潮流数据，并进行调整，获得满足运行要求的潮流是检修计划安全评估的重要部分，也是进行安全分析的前提。

本方法在实际电网数据下开展检修计划安全评估的研究和尝试，摸索出一种在自动整合潮流数据的基础上，进行检修计划安全评估的方法。本方法将网络拓扑数据，计划数据整合为潮流数据，形成完整潮流，在此基础上进行潮流计算和灵敏度计算，利用计算结果进行分析，得出检修模式下，系统的发电容量损失和负荷供应充裕度，安全评估所得结果有助于制定合理的检修计划，提高电网运行的安全性和经济性。

由于本方法涉及的潮流计算和安全评估，都是自动计算，不需要大量人力的参与，计算速度也可以满足需求，有效的解决了以往评估分析需大量人力，依靠经验，效率低的弊病。

附图说明

图1是本发明检修计划安全评估分析计算流程图。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实施案例，包含了采用本发明方法的一个日检修计划编制的评估过程，它的特征、目的和优点可以从实施例的说明中看出。

在日检修计划评估过程中，评估分24个时段进行，按照需评估的时刻顺序，整理每一时段的检修计划，同时根据获得的计划数据和网络拓扑数据进行潮流数据整合，然后根据预定的方案、运行极限约束等自动计算评估结果，直到所有时段评估完成为止。

本发明的检修计划评估主要包括两个部分，一个是基于发电容量损失的评估，通过系统网络拓扑计算发电机对所有支路的灵敏度，根据公式计算发电容量损失的归一值；另一部分是基于负荷供应充裕度的评估，通过潮流计算结果、灵敏度计算结果和支路运行极限约束，计算母线负荷供应的充裕度。

(1)发电容量损失的计算

发电容量损失可以通过公式(1)计算得到。

如果机组在t时段检修，则Sens_ii，t＝1，否则取0。机组可用容量的损失来自机组检修的直接影响和线路、变压器检修的间接影响，每一类的影响都不超过机组额定容量，取二者之间的最大值。

发电容量损失的计算是首先分时段进行，得到24个发电容量损失值后，将24个时段计算结果相加，得到本次日检修计划编制的总的发电容量损失。另外，可以通过比较每个时段发电容量损失值的变化，和检修计划的变化作对比，可以分析得到每个检修计划，所引起的发电容量损失的变化的趋势。

(2)负荷供应充裕度的计算

负荷供应充裕度的计算分24个时段进行，即每小时评估一个断面。在已知基态潮流下，在每一时段考虑相应的待评估的检修计划，计算支路有功对负荷有功的灵敏度sens_ij，同时，通过潮流计算，计算支路在其热稳定限值下，还能再增长多少出力，即P_max-P，然后，根据公式(2)计算支路对负荷的有功灵敏度计算负荷最多还能增长多少功率P_ijldmax。针对某一时段的某一负荷j，在考虑所有支路的影响后，计算所得的min{P_1jldmax，P_2jldmax……P_ijldmax……}即为在相应检修下负荷j能增长的最大功率，也即负荷的裕度。

因为灵敏度sens_ij反应了支路和负荷的相关性，相关性越大，sens_ij值就越大，而P_imax-P_i反应了支路的热稳定裕度，也即能保证该支路运行在安全范围内最大的有功功率上升空间，P_imax-P_i值越小，该支路的热稳定裕度越小，也就造成和该支路相关性越大的负荷的充裕度P_ijldmax值越小，因此公式能够很好的反映检修状态下负荷供应充裕度的情况。

另外，由于要拉高支路潮流，以计算负荷的功率上升空间，根据实际系统运行的经验，此功率的贡献一般由系统内多台机组提供，因此，此处使用的灵敏度为考虑多机平衡的灵敏度，根据经验，系统中有大量的备用，足够负荷增长的需要，换句话说，负荷在增长到一定程度时，支路早已越限，而此时系统中还有大量备用。

实际应用效果：

本技术方案在某区域电网一体化检修优化管理系统中得到应用。该电网包括五个省级电网。能够从其他系统获得省网拼接的大模型，及其相应的物理模型数据，网络拓扑数据，系统负荷预测数据，联络线计划等，通过数据整合形成该区域全网评估日的24个点的完整潮流数据。通过潮流计算和灵敏度分析，获得检修计划安全评估所需的基础数据，最后根据评估的公式计算获得最终评估结果。

对计算结果进行分析，检修计划安全评估的结果符合实际情况。

本方法在实际电网数据下开展检修计划安全评估的研究和尝试，摸索出一种基于发电容量损失和负荷供应充裕度评估的方法。该方法将网络拓扑数据，计划数据整合为潮流数据，并从参考潮流数据中提取缺失的数据，形成完整的潮流，同时还进行了基于网络拓扑的灵敏度分析，根据灵敏度分析和潮流计算的结果，计算获得发电容量损失和负荷供应充裕度。该方法不需要大量人力的参与，计算速度可以满足实际应用的需要，有效地解决了传统的检修计划安全评估需要大量人力，依靠经验，效率低，安全性评估不准确的弊病，具有广泛的推广前景。

此处根据特定的示例性实施案例描述了本发明。对本领域的技术人员来说不脱离本发明范围下进行适当的替换或修改是显而易见的。示例性的实施案例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附属的权利要求定义。

Claims (3)

1.一种基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)确定进行检修评估的时刻，获得各时刻检修计划的列表；

2)参与评估的系统运行方式采用正常态，首先将第一个时刻的检修计划布置到系统的网络结构上去，进行网络拓扑分析；

3)根据网络拓扑分析结果计算所有发电机和母线负荷节点对所有支路的灵敏度；

4)获取评估时刻的系统负荷预测值，根据经验数据，按比例将系统负荷预测分配到母线负荷上，如果检修评估能够获得母线负荷预测的结果，则直接使用该值；

5)根据系统负荷预测的值，加上2％的网损，减去相应的联络线计划，获得该时刻系统的总发电量，按照发电机额定容量比将总发电量分配到各个机组上；

6)发电和负荷分配好后，启动潮流计算，获得潮流计算结果后，结合步骤3)所得的灵敏度计算该时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度；

7)返回到步骤2)-6)，计算下一时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度；

8)计算完所有时刻的发电容量损失和负荷供应充裕度后，进行结果展示。

2.根据权利要求1所述的基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法，其特征在于：在所述步骤6)中，发电容量损失计算方法如下：

变量Sens_ij，t作为t时段发电机G_i对检修设备或支路j的灵敏度参数，变量P_i为发电机G_i的额定功率，L_s，t为t时段系统总负荷，如果是发电机检修，则灵敏度参数sens_ii，t＝1；如果是支路检修，则通过灵敏度计算得出发电机G_i对该支路的灵 敏度参数Sens_ij，t，发电容量损失可以通过如下公式计算得到：

公式(1)。

3.根据权利要求1所述的基于发电损失和负荷供应充裕度的检修计划安全评估方法，其特征在于：在所述步骤6)中，负荷供应充裕度指标计算方法如下：

a)在已知基态潮流下，考虑评估时段相应的待评估的检修计划，计算支路有功对负荷有功的灵敏度sens_ij；

b)通过潮流计算，计算支路在其热稳定限值下，还能再增长多少出力，即P_max-P；

c)利用公式(2)根据支路对负荷的有功灵敏度计算负荷最多还能增长多少功率P_ijldmax；

公式(2)

d)针对某一时段的某一负荷j，在考虑所有支路的影响后，计算所得的min{P_1jldmax，P_2jldmax......P_ijldmax......}即为在相应检修下负荷j能增长的最大功率，也即负荷的裕度，

其中：P_imax表示支路i的热稳极限功率，P_i表示当前潮流的支路i的功率，sens_ij表示支路有功对负荷有功的灵敏度，P_ijldmax表示在支路i的限制下，负荷j能增长的最大出力。 

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