CN101881942A - 基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明了公开了基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，将稳控装置的模型结构化，稳控策略组织为(故障、运行方式、潮流水平、控制策略)四元表结构形式(其中，运行方式特指机组投停方式和线路接线方式)，并将控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种基本的控制策略结构化模型。仿真程序根据预想故障及电网实际运行方式，在结构化的稳控策略中快速识别控制策略，并将此策略追加至该仿真算例的计算场景中。本发明的有益效果在于可以适用于不同离线稳控策略的模拟。

Description

基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说是涉及一种基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法。

背景技术

作为保障电力系统安全稳定运行的重要技术装备，稳控装置在各级电网得到了广泛应用。当电网发生故障时，稳控装置根据电网实时运行工况和离线策略表，快速匹配控制策略执行。因此，在电力系统安全稳定分析计算时，需要考虑稳控装置模型，通过模拟预想故障后稳控装置的动作情况，一方面评估预想故障后电网的安全性，一方面也可对离线策略的完备性、正确性和经济性进行校核。

由于各级电网的实际情况，针对安全稳定控制的需求存在较大差异，安全稳定控制相关的因素和控制对象复杂，因此稳控装置是电力系统自动控制装置中较为复杂、难以实现通用化的装置。目前，装置主要存在以下问题：一是缺少行业统一标准，产品通用性差，如文献一(邵俊松.安全稳定控制装置的软件硬件结构特点及其发展历程.中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十二届学术年会，2006.)；二是离线策略表的制定基于离线典型方式数据，不可能涵盖实时电网的各种运行情况，策略的完备性不能得到保证；三是为保证安全性，离线策略相对保守，影响系统的经济运行。如文献二(龚瑛.区域型稳定控制系统的策略表在线刷新机制的研究.继电器，2005，18(5)：40-44.)

发明内容

本发明针对电力系统安全稳定分析计算时稳控装置动作模拟的现状，提出了一种基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法。该方法归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种基本的控制策略结构化模型，能在极短的时间内自动识别出预想故障下应采取的控制策略，从而为电网在线安全稳定分析计算提供真实的仿真场景，一方面评估稳控装置按离线策略动作后电网的安全性；另一方面，校核稳控离线策略的完备性、正确性和经济性，以便及时对离线制定的稳控策略进行调整。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：将稳控装置的模型结构化，稳控策略组织为(故障、运行方式、潮流水平、控制策略)四元表结构形式(其中，运行方式特指机组投停方式和线路接线方式)，并将控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种基本的控制策略结构化模型。仿真程序根据预想故障及电网实际运行方式，在结构化的稳控策略中快速识别控制策略，并将此策略追加至该仿真算例的计算场景中。

本发明提出的稳控装置动作模拟仿真方法包含如下步骤：

对稳控策略进行梳理，采用四元表结构形式将稳控策略组织为(故障、运行方式、潮流水平、控制策略)映射表，并将控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种基本的控制策略模型；2)根据预想故障的故障元件、故障类型，识别该预想故障是否被稳控策略考察；3)基于电力系统实时运行情况，汇集运行方式相关一次设备的投停状态，识别电网所处的运行方式；4)基于电网实际运行工况，汇集稳控装置监视断面的潮流，识别电网运行的潮流水平；5)根据故障、电网所处的运行方式及潮流水平，得出稳控装置应采取的控制策略；6)根据控制策略的控制量、控制量实施原则、控制对象、约束及相应的控制策略模型，搜索具体的控制策略。

上述步骤1)中，采用四元表结构形式将稳控策略组织为(故障、运行方式、潮流水平、控制策略)映射表，并将实现逻辑最为复杂的控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，并归纳出确定型、顺序型、最优型四种基本的控制策略模型。

其中故障是指制定离线策略依据的电网严重故障，根据故障元件、故障类型对故障进行编码。单一故障的编码公式如下：

fltcode(elei)＝no(elei)＞＞K_no+flttype(elei)＞＞K_flttype，

其中，＞＞为移位操作符，no(ele_i)为故障元件i的设备编号，K_no为设备编号移位系数，flttype(elei)表示故障元件i的故障类型码，K_flttype为故障类型移位系数。

复合故障的编码公式如下：

$\mathrm{Fltcode}(\mathrm{ele}1,\mathrm{ele}2,...,\mathrm{elen})=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{fltcode}\left(\mathrm{elei}\right)>>K^{i-1};$

运行方式是指稳控策略定义的设备投停状态的组合，设备i的投停状态可用如下公式来定义：

与m个设备相关的运行方式可定义为：f(a₁，...，a_m)＝f(Op mode(a₁，...，a_m))Op mode(a₁，...，a_m)为一系列自定义的方式判别函数，它们和“与或非”逻辑运算符，共同构成了方式定义公式。具体的方式判别函数如下：

潮流水平是指稳控装置所考察的一组设备的传输潮流所处的区间范围，设备i的有功功率为P_i，则潮流水平的描述公式可定义为：

故障、运行方式、潮流水平与稳控装置应采取的策略组成了策略识别的映射表。

控制策略是指稳控装置所采取的一系列改变电网负荷需求、发电量或电网结构的控制行为。综合分析控制策略实施所考虑的各种因素和逻辑，可分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，并归纳出确定型、顺序型、循环型、最优型四种基本控制策略模型。

控制方式可由以下定值来定义。

控制量是指控制装置所要改变的负荷需求、发电量的目标量。可由如下公式定义：

CtrlVal＝fctrlVal(set₁，set₂，…set_m)(val₁，val₂，…val_n)

其中set_i代表定值，val_i代表电网状态量。

fctrVal(set₁，set₂，…set_m)(val₁，val₂，…val_n)为稳控装置定值和电网状态量构成的运算公式。

控制量实施原则规定了目标量和实际控制量之间的误差允许原则，仅当控制量指定方式为“指定控制量”时有效，可由以下定值来定义。

控制对象队列包含三个要素，控制对象、控制对象的优先级、选取控制对象的规则，可用如下表达式定义：

Queue(member₁，member₂，…member_n)(lev₁，lev₂，…，lev_n)(selectrule)

控制对象member_i既可以是机组、负荷、直流等一次设备，也可以是控制对象队列。选取控制对象规则selectrule由如下定值来定义：

针对控制对象，定义相关的函数访问其特征量，如下：

(1)ctrlval(member_i)控制对象i的控制量

约束则定义了控制策略实施需满足的约束条件，主要包括控制量约束和关系约束。

(1)控制量约束是指控制量必须满足允控约束、保留约束等。由如下逻辑表达式定义

(2)关系约束特指控制对象之间避免满足的约束关系，如互斥等。可由如下逻辑表达式定义：

控制量约束、关系约束和运行方式、潮流水平通过“与或非”逻辑运算符共同组合，可用来描述各类约束。用如下表达式定义：

Constrain(ctrlvalcons₁，…ctrlvalcons_v)(concerncons₁，…concercons_c)(opm₁，…opm_o)(pf₁，…，pf_p)

其中opm_i指运行方式，pf_j指潮流水平。

控制策略的逻辑模型可归纳为确定型、顺序型、循环型、最优型四种基本模型。

(1)直接型，直接指定具体的控制设备，无需任何计算。可定义为：

Direct(queue_i，constrain_i)

(2)顺序型，根据指定的顺序，依次遍历队列，在满足约束的前提下，直至满足控制量为止，可定义为：

sequence(ctrlvalsettype_i，ctrlval_i，ctrlvalrule_i，queue_i，constrain_i)

(3)循环型，针对控制对象为队列的控制对象队列，循环遍历每个子队列，在满足约束的前提下，直至满足控制量为止，可定义为：

optimum(ctrlvalsettype_i，ctrlval_i，ctrlvalrule_i，queue_i，constrain_i)

(4)最优型，根据控制量实施原则，从控制对象队列中选取最优的组合，

可定义为：loop(ctrlvalsettype_i，ctrlval_i，ctrlvalrule_i，queue_i，constrain_i)

实际的控制策略为以上四种模型的组合或嵌套。

上述步骤2)中，将预想故障的故障元件、故障类型代入故障编码公式，得出其对应的故障编码，若在稳控策略考察的故障集中匹配到与之相同的编码，则继续搜索控制策略；反之，终止搜索。

上述步骤3)中，将电网实际运行的一次设备的投停状态代入方式定义公式，若公式返回值为1，表示与该方式匹配；若为0，表示不匹配。

上述步骤4)中，将稳控装置监视的断面在电网实际运行方式下的传输潮流代入潮流水平描述公式，若公式返回1，表示与该潮流水平匹配；若公式返回0，则表示不匹配。

上述步骤5)中，根据故障、电网所处的运行方式及潮流水平，得出稳控装置应采取的控制策略。

上述步骤6)中，根据步骤5)得到的控制策略所包括的五个基本元素和所属的策略模型，将其转化为具体的控制动作。

本发明具有以下优点：采用四元表结构形式将稳控策略组织为(故障、运行方式、潮流水平、控制策略)映射表，并将控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种基本的控制策略模型，可以适用于不同离线稳控策略的模拟。

附图说明

图1为本发明方法的稳控装置动作模拟仿真流程图。

具体实施方式

下面参照附表并结合实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。

本实例中，表1为由步骤1)得到的稳控策略表，表中包含了两个故障(Flt1、Flt2)。每个故障分别考察两个运行方式，分别为Opmode1和Opmode2。每一个运行方式下需考虑两档潮流水平(Pf1、Pf2)，对应每档潮流水平，均要采取相应的控制策略。假定预想故障Flt为元件1三相永久故障，则对应的故障编码为0101(设备编码为01，故障类型编码为01)；当前电网运行方式下，元件1、2、3均投运，则由方式定义公式可知当前匹配的运行方式为Opmode1；元件1、2、3的传输潮流为1200MW，根据潮流水平定义可知，当前处于的潮流水平为Pf2。

由预想故障Flt1(根据编码0101匹配得到)、当前匹配的运行方式Opmode1、当前处于的潮流水平Pf2，得到对应的控制策略1，表2为控制策略1的具体定义。

控制策略1为顺序模型，控制量为切除两台机，控制对象队列为gn1、gn2、gn3、gn4四台机，选取原则为挑选优先级最高的机组，约束为保留1台机，所以最终得到切除gn1、gn2两台机的控制行为。

实验表明本发明提出的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法切实有效，速度快。

表1

表2

Claims (7)

1.基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对稳控策略进行梳理，采用四元表结构形式将稳控策略组织为故障、运行方式、潮流水平、控制策略映射表，并将控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出直接型、顺序型、循环型、最优型四种结构化的控制策略模型；2)根据预想故障的故障元件、故障类型，识别该预想故障是否被稳控策略考察；3)基于电力系统实时运行情况，汇集运行方式相关一次设备的投停状态，识别电网所处的运行方式；4)基于电网实际运行工况，汇集稳控装置监视断面的潮流，识别电网运行的潮流水平；5)根据故障、电网所处的运行方式及潮流水平，得出稳控装置应采取的控制策略；6)根据控制策略的控制量、控制量实施原则、控制对象、约束及相应的控制策略模型，具体实施控制策略。

2.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤1)中，将稳控策略四元表结构中实现逻辑最为复杂的控制策略分解为控制方式、控制量、控制量实施原则、控制对象队列、约束五个基本元素，归纳出确定型、顺序型、最优型四种结构化的控制策略模型。

3.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤2)中，将预想故障的故障元件、故障类型代入故障编码公式，得出其对应的故障编码，若在稳控策略考察的故障集中匹配到与之相同的编码，则继续搜索控制策略；反之，终止控制策略的搜索。

4.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤3)中，基于电网实时运行方式，将稳控策略所涉及的一次设备投停状态代入方式定义公式，若公式返回值为1，表示与该方式匹配；若为0，表示不匹配。

5.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤4)中，将稳控装置监视的断面在电网实际运行方式下的传输潮流代入潮流水平描述公式，若公式返回1，表示与该潮流水平匹配；若公式返回0，则表示不匹配。

6.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤5)中，根据步骤2)得到的稳控策略考察的故障、步骤3)得到的电网运行方式、步骤4)得到的潮流水平，得出稳控装置应采取的控制策略。

7.根据权利要求1所述的基于结构化模型驱动的稳控装置动作模拟仿真方法，其特征是步骤6)中，根据步骤5)得到的控制策略所包括的五个基本元素和所属的策略模型，将其转化为具体的控制动作。

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