CN101908764B - 电网自愈控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电力系统自动控制技术领域中的一种电网自愈控制方法,用来提高电网运行的安全性和可靠性。包括:建立电网运行状态评价指标体系;采集电网的运行状态量,对电网的运行状态进行实时评价;根据评价结果,识别电网的运行区域;若电网处于正常运行区,则判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常区;否则,实施优化控制方案;若电网处于异常脆弱区,则实施预防校正控制方案;若电网处于故障扰动区,则实施紧急恢复控制方案;若电网处于检修维护区,则实施检修维护控制方案。本发明自动实施预防校正控制、紧急恢复控制、检修维护控制,提高电网抵御各种扰动和故障的能力。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动控制技术领域,尤其涉及一种电网自愈控制方法。
背景技术
电力系统是人类自造的最复杂、最庞大的系统之一,是人类经济和社会发展的重要支柱。当前,为解决人类所面临的能源即将枯竭、环境遭受严重污染、气候不断反常变化等问题,欧美国家提出了智能电网解决方案。为适应全面建设小康社会和可持续发展的需要,我国也提出要建设具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、友好开放、灵活互动特征的统一坚强智能电网,以解决当前电网当中存在的运行、控制、保护、监测等一系列问题。
另外,由于城市电网集中了大量的重要负荷,涉及到国家的经济发展、政治稳定、社会和谐,电网本身故障或自然灾害、人为袭击对城市电网的影响将不可估量。同时,由于历史上电力工业发展的种种原因,我国的配电网自动化水平要远远低于输电网的自动化水平,配电网的自动化水平亟待提高。城市电网的智能化是统一坚强智能电网的重要内容之一,而建设自愈电网又是城市电网智能化的重要途径。通过研究城市电网自愈控制技术,赋予城市电网自预测、自预防、自优化、自恢复、自适应的能力,对于提高我国城市电网的自动化和可靠性水平、建设统一坚强智能电网,解决人类所面临的能源、环境、气候问题都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于,针对我国目前电网自动化水平较低的状况,提出一种能够实现电网自预测、自预防、自优化、自恢复、自适应的控制方法,用来提高电网运行的安全性和可靠性。
技术方案是,一种电网自愈控制方法,其特征是所述方法包括:
步骤1:建立电网运行状态评价指标体系,将电网的运行区域分为优化运行区、正常运行区、异常脆弱区、故障扰动区、检修维护区;
步骤2:通过数据采集装置采集电网的运行状态量,计算电网的运行状态评价指标体系,并对电网的运行状态进行实时评价;
步骤3:根据评价结果,识别电网的运行区域;
步骤4:若电网处于正常运行区,则判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则执行步骤5;否则,执行步骤9;
步骤5:电网继续运行在正常区;
步骤6:若电网处于异常脆弱区,则执行步骤10;
步骤7:若电网处于故障扰动区,则执行步骤11;
步骤8:若电网处于检修维护区,则执行步骤12;
步骤9:实施优化控制方案;
步骤10:实施预防校正控制方案;
步骤11:实施紧急恢复控制方案;
步骤12:实施检修维护控制方案;
所述识别电网的运行区域具体是:
步骤21:根据电网数据采集,判断电网运行状态是否发生突变;
步骤22:如果电网的运行状态未发生突变,则计算当前评价指标时采取电网前一时刻的权系数,且根据计算得到的评价指标及范围来识别电网当前的运行区域;
步骤23:如果电网的运行状态发生突变,则根据电网运行状态的特征量或突变量来判断电网所处的运行区域。
所述实施预防校正控制方案具体是:
步骤31:判断是否存在用户预定义的局部快速预防校正控制方案,如果存在,则执行步骤32;否则,执行步骤36;
步骤32:实施局部快速预防校正控制方案;
步骤33:对实施的控制方案进行效果评价;
步骤34:判断电网是否恢复正常运行,如果电网恢复正常运行,则执行步骤35;否则,执行步骤36;
步骤35:转移到正常运行区运行;
步骤36:形成全局慢速预防校正控制方案;
步骤37:对全局慢速预防校正控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速预防校正控制方案;之后返回步骤33。
所述实施紧急恢复控制方案具体是:
步骤41:判断是否存在用户预定义的局部快速紧急恢复控制方案,如果存在,则执行步骤42;否则,执行步骤46;
步骤42:实施局部快速紧急恢复控制方案;
步骤43:对实施的控制方案进行效果评价;
步骤44:判断电网是否恢复正常运行;如果电网恢复正常运行,则执行步骤45;否则,执行步骤46;
步骤45:转移到正常运行区运行;
步骤46:形成全局慢速紧急恢复控制方案;
步骤47:对全局慢速紧急恢复控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速紧急恢复控制方案;之后返回步骤43。
所述实施检修维护控制方案具体是:
步骤51:判断是否存在用户预定义的检修维护控制方案;如果存在,则执行步骤52;否则,执行步骤56;
步骤52:实施检修维护控制方案;
步骤53:判断电网是否恢复正常,如果电网恢复正常,则执行步骤54;否则,执行步骤55;
步骤54:恢复向用户供电,电网转移到正常运行区运行;
步骤55:制定事后检修维护控制方案;
步骤56:对事后检修维护控制方案进行评价,确定并实施最佳的事后检修维护控制方案;之后返回步骤53。
所述步骤35、45和54中,转移到正常运行区运行后,还包括判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常区;否则,实施优化控制方案。
本发明将基于电网运行评价和快速仿真的城市电网自愈控制方法进行融合,在非正常运行状态时,自动实施预防校正控制、紧急恢复控制、检修维护控制,使得电网尽快回到正常状态运行,提高电网抵御各种扰动和故障的能力。
附图说明
图1为本发明提供的电网自愈控制方法整体流程图;
图2是预防校正控制方案流程图;
图3是紧急恢复控制方案流程图;
图4是检修维护控制方案流程图;
图5是电网在不同运行区域下各综合评价指标的关系示例图。
具体实施方式
下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1为本发明提供的电网自愈控制方法整体流程图。图1中,本发明提供的电网自愈控制方法包括:
步骤1:建立电网运行状态评价指标体系,将电网的运行区域分为优化运行区、正常运行区、异常脆弱区、故障扰动区、检修维护区。
预先建立电网运行指标评价体系,包括衡量坚强可靠类指标、经济高效类指标、清洁环保类指标、友好开放类指标、灵活互动类指标等,每一类指标下又有若干细化的指标,各个细化的指标均可根据电网量测量进行计算得到。
步骤2:通过数据采集装置采集电网的运行状态量,计算电网的运行状态评价指标体系,并对电网的运行状态进行实时评价。
步骤3:根据评价结果,识别电网的运行区域。
识别电网的运行区域具体是包括:
步骤21:根据电网数据采集,判断电网运行状态是否发生突变;
步骤22:如果电网的运行状态未发生突变,则计算当前评价指标时采取电网前一时刻的权系数,且根据计算得到的评价指标及范围来识别电网当前的运行区域;
步骤23:如果电网的运行状态发生突变,则根据电网运行状态的特征量或突变量来判断电网所处的运行区域。
在不同的运行区域下,对电网运行的各类指标的侧重点和要求是不同的(如表1所示)。
坚强可靠 | 经济高效 | 清洁环保 | 友好开放 | 灵活互动 | |
优化运行区 | 高 | 较高 | 较高 | 较高 | 高 |
正常运行区 | 较高 | 高 | 高 | 高 | 较高 |
异常脆弱区 | 中等 | 中等 | 中等 | 高 | 中等 |
故障扰动区 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 |
检修维护区 | 较低 | 较低 | 较低 | 较低 | 较低 |
表1:电网运行区域对各类指标的不同要求示例表
电网运行的各类指标的侧重点和要求需要分别对待,并定义电网在每个运行区域下的综合评价指标,来识别、衡量和评价电网在各个运行区域下的不同状态。
对于各个运行区域的具体描述如下:
优化运行区:着重强调电网运行的经济高效(经济性最好、效率最高)、清洁环保、友好开放类指标或其它优化指标(或目标函数),注重电网运行的坚强可靠、灵活互动类指标,满足电网运行的各种等约束条件和不能约束条件;建立在电网稳定、可靠运行的基础之上,具备很强的抵抗扰动或故障的能力,能够为用户提供优质供电服务;考虑电网运行策略,如进行潮流优化控制,在系统运行条件允许的情况下,让可再生能源优先发电,增加分布式资源发电在系统中发电的比例,或经过网络重构,使得网络运行裕度最大。
正常运行区:着重强调系统运行的坚强可靠和灵活互动类指标,注重经济高效、清洁环保和友好开放类指标,完全满足电网运行时的各种等约束条件和不等约束条件,能够进行一般的稳定、可靠、长时间运行,二次系统不存在隐患,运行满足电力系统安全导则要求,在受到任意一个合理的预想事故或扰动之后,都能够可靠地抵御扰动,具有一定的安全运行裕度,为用户提供一般的、正常的供电服务,需要根据系统运行条件,决定是否进行优化控制。
异常脆弱区:满足系统运行的等约束条件,不满足(部分)不等约束条件,电网一次和二次侧存在安全隐患,如保护设定不合理、有电磁环网存在、电压越限(有失稳的趋势,但尚未失稳)、设备运行异常、过负荷等,系统运行安全裕度不足,系统能够持续运行一段时间,但是抵抗扰动或故障的能力明显减弱,急需各种预防、校正控制手段,如保护重新整定、消除电磁环网、变压器分接头调整、潮流控制等;能够为用户提供普通的供电服务,可能达不到优质的要求。
故障扰动区:已经发生扰动或故障,系统运行参数严重超标,电网运行很不稳定,如负荷突然增大、低频振荡、单相接地等,对系统的运行已经造成一定的影响,部分用户可能会受到影响或供电中断,如不采取紧急控制手段,系统运行状况就会恶化、形成一个(或多个)供电孤岛,可能导致电网崩溃。如果只是一般性扰动,在系统运行裕度较大、且不采取专门控制措施的情况下,可以有效地抵御扰动,不会导致用户供电中断现象发生;如果电网自身不能抵御扰动,则需通过电力系统第一道防线或实施局部快速控制手段,可以迅速消除故障,用户停电不会中断,不会造成大面积停电;否则的话,要通过电力系统第二道防线或第三道防线,采取紧急控制或恢复控制手段,尽量减少供电中断对用户的影响,保证重要用户的优先供电,尽快使得系统回到正常运行区域运行。在故障扰动区运行的电网,坚强可靠性受到严重考验,不强调经济高效、清洁环保、友好开放、灵活互动运行,着重强调用户供电不中断或减少扰动对电力用户的影响,要通过采取紧急控制或恢复控制时段,尽快恢复用户正常供电。
检修维护区:设备运行异常或发生故障,需要检修维护人员的现场作业。带电检修强调检修不停电,不会对用户供电造成影响,不强调各项指标;停电检修强调检修时间和检修质量,对各项指标不作要求。
步骤4:若电网处于正常运行区,则判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则执行步骤5;否则,执行步骤9。
步骤5:电网继续运行在正常区。
步骤6:若电网处于异常脆弱区,则执行步骤10;
步骤7:若电网处于故障扰动区,则执行步骤11;
步骤8:若电网处于检修维护区,则执行步骤12;
步骤9:实施优化控制方案。
如果存在优化控制方案,则首先形成优化控制方案,进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳优化控制方案。从而,电网可以转移到优化控制区运行。
步骤10:实施预防校正控制方案。
图2是预防校正控制方案流程图。图2中,实施预防校正控制方案具体包括:
步骤31:判断是否存在用户预定义的局部快速预防校正控制方案,如果存在,则执行步骤32;否则,执行步骤36;
步骤32:实施局部快速预防校正控制方案;
步骤33:对实施的控制方案进行效果评价。
步骤34:判断电网是否恢复正常运行,如果电网恢复正常运行,则执行步骤35;否则,执行步骤36;
步骤35:转移到正常运行区运行。转移到正常运行区运行后,还包括判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常区;否则,实施优化控制方案。
步骤36:形成全局慢速预防校正控制方案;
步骤37:对全局慢速预防校正控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速预防校正控制方案,之后返回步骤33。
步骤11:实施紧急恢复控制方案。
图3是紧急恢复控制方案流程图。图3中,实施紧急恢复控制方案具体包括:
步骤41:判断是否存在用户预定义的局部快速紧急恢复控制方案,如果存在,则执行步骤42;否则,执行步骤46;
步骤42:实施局部快速紧急恢复控制方案;
步骤43:对实施的控制方案进行效果评价;
步骤44:判断电网是否恢复正常运行;如果电网恢复正常运行,则执行步骤45;否则,执行步骤46;
步骤45:转移到正常运行区运行。转移到正常运行区运行后,还包括判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常区;否则,实施优化控制方案。
步骤46:形成全局慢速紧急恢复控制方案;
步骤47:对全局慢速紧急恢复控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速紧急恢复控制方案;之后返回步骤43。
步骤12:实施检修维护控制方案。
图4是检修维护控制方案流程图。图4中,实施检修维护控制方案具体包括:
步骤51:判断是否存在用户预定义的检修维护控制方案;如果存在,则执行步骤52;否则,执行步骤56;
步骤52:实施检修维护控制方案;
步骤53:判断电网是否恢复正常,如果电网恢复正常,则执行步骤54;否则,执行步骤55;
步骤54:恢复向用户供电,电网转移到正常运行区运行。转移到正常运行区运行后,还包括判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常区;否则,实施优化控制方案。
步骤55:制定事后检修维护控制方案;
步骤56:对事后检修维护控制方案进行评价,确定并实施最佳的事后检修维护控制方案;之后返回步骤53。
图5是电网在不同运行区域下各综合评价指标的关系示例图。图5中,首先定义电网运行的指标评价体系:设定坚强可靠类指标为IRR、经济高效类指标为IEE、清洁环保类指标为IEC、友好开放类指标为IOF、灵活互动类指标为IFR。
设定FRO、FAV、FCF、FAM分别为电网在正常运行区(ROZ)、异常脆弱区(AVZ)、故障扰动区(CFZ)、检修维护区(AMZ)的综合评价指标阈值;||YOO||、||YRO||、||YAV||、||YCF||、||YAM||分别表示电网在优化运行区(OOZ)、正常运行区(ROZ)、异常脆弱区(AVZ)、故障扰动区(CFZ)、检修维护区(AMZ)综合评价指标的范数,均为实数,且分别满足FRO≤||YOO||、FAV≤||YRO||<FRO、FCF≤||YAV||<FAV、FAM≤||YCF||<FCF、0≤||YAM||<FAM。
根据电网数据采集装置采集到的数据,计算出当前电网的综合评价指标Y,并识别电网的运行区域,预测电网存在的安全隐患和各种扰动或异常。电网在不同运行区域下各综合评价指标的关系示例如图5所示:
(1)当电网在0~t1时段运行时,0≤||Y||<FAM,识别出电网运行在检修维护区,如果存在用户预先定义的检修维护控制方案,则首先实施该控制方案。经过实施预先定义的控制方案以后,若电网综合评价指标FAV≤||Y||,则检修维护控制成功,电网恢复正常运行;若电网综合评价指标0≤||Y||<FAM或不存在用户预先定义的检修维护控制方案,则需要制定相应的检修维护控制方案,包括在线检修、停电检修等内容,经过方案评价以后,确定并实施最佳控制方案,直到FAV≤||Y||为止。
(2)当电网运行在t1~t2时段时,FAM≤||Y||<FCF,识别出电网运行在故障扰动区,经过对电网故障或扰动的严重性进行评价、后果进行分析后,如果存在用户预先定义的紧急恢复控制方案,则实施该控制方案,经过控制效果评价以后,若电网综合评价指标FAV≤||Y||,则该预先定义的控制成功,电网恢复正常运行;若FAM≤||Y||<FCF或不存在用户预先定义的紧急恢复控制方案,则形成紧急恢复控制方案,包括保护动作、切机、切负荷、分布式电源或储能装置投入、用户需求侧管理等内容,经过快速仿真和模拟后,确定并实施最佳紧急恢复控制方案,直到FAV≤||Y||为止。
(3)当电网运行在t2~t3时段时,FCF≤||Y||<FAV,识别出电网运行在异常脆弱区,经过电网脆弱性和严重性评价以后,如果存在用户预先定义的预防校正控制方案,则实施该方案,经过控制效果评价以后,若电网综合评价指标FAV≤||Y||,则该预先定义控制成功,电网恢复正常运行;若FCF≤||Y||<FAV或不存在用户预先定义的预防校正控制方案,则形成预防校正控制方案,包括变压器分接头调整、DFACTS装置投入、电网拓扑结构调整等内容,经过快速仿真和模拟后,确定并实施最佳预防校正控制方案,直到FAV≤||Y||为止。
(4)当电网运行在t3~t4时段时,FAV≤||Y||<FRO,识别出电网运行在正常运行区,如果存在优化控制方案,包括储能装置充放电优化、潮流优化、为用户提供最佳用能建议、网络拓扑重构、优先让可再生能源发电等,则经过快速仿真和模拟以后,确定并实施最佳优化控制方案,若电网综合评价指标FRO≤||Y||,该优化控制成功,电网在优化运行区运行;若FAV≤||Y||<FRO或不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常运行区。
(5)当电网运行在t4~t5时段时,FRO≤||Y||,识别出电网运行在优化运行区,当电网优化目标不该变时,则保持在该状态运行。
本发明将基于电网运行评价和快速仿真的城市电网自愈控制方法融入到城市电网调度中心,借助新的诸如传感器、光电互感器、智能表计、智能开关等智能化装置和设备,结合高级测量技术、自动控制技术、计算机快速仿真和模拟技术、集成通信等技术,可以使得城市电网在正常运行时,自动进行优化控制,提高电网运行的稳定性、可靠性、经济性(或其它优化目标);在非正常运行状态时,自动实施预防校正控制、紧急恢复控制、检修维护控制,使得电网尽快回到正常状态运行。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种电网自愈控制方法,其特征是所述方法包括:
步骤1:建立电网运行状态评价指标体系,将电网的运行区域分为优化运行区、正常运行区、异常脆弱区、故障扰动区、检修维护区;
步骤2:通过数据采集装置采集电网的运行状态量,计算电网的运行状态评价指标体系,并对电网的运行状态进行实时评价;
步骤3:根据评价结果,识别电网的运行区域;
所述识别电网的运行区域具体是:
步骤21:根据电网数据采集,判断电网运行状态是否发生突变;
步骤22:如果电网的运行状态未发生突变,则计算当前评价指标时采取电网前一时刻的权系数,且根据计算得到的评价指标及范围来识别电网当前的运行区域;
步骤23:如果电网的运行状态发生突变,则根据电网运行状态的特征量或突变量来判断电网所处的运行区域;
步骤4:若电网处于正常运行区,则判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则执行步骤5;否则,执行步骤9;
步骤5:电网继续运行在正常运行区;
步骤6:若电网处于异常脆弱区,则执行步骤10;
步骤7:若电网处于故障扰动区,则执行步骤11;
步骤8:若电网处于检修维护区,则执行步骤12;
步骤9:实施优化控制方案;
步骤10:实施预防校正控制方案;所述实施预防校正控制方案具体是:
步骤31:判断是否存在用户预定义的局部快速预防校正控制方案,如果存在,则执行步骤32;否则,执行步骤36;
步骤32:实施局部快速预防校正控制方案;
步骤33:对实施的控制方案进行效果评价;
步骤34:判断电网是否恢复正常运行,如果电网恢复正常运行,则执行步骤35;否则,执行步骤36;
步骤35;转移到正常运行区运行;
步骤36:形成全局慢速预防校正控制方案;
步骤37:对全局慢速预防校正控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速预防校正控制方案;之后返回步骤33;
步骤11:实施紧急恢复控制方案;所述实施紧急恢复控制方案具体是:
步骤41:判断是否存在用户预定义的局部快速紧急恢复控制方案,如果存在,则执行步骤42;否则,执行步骤46;
步骤42:实施局部快速紧急恢复控制方案;
步骤43:对实施的控制方案进行效果评价;
步骤44:判断电网是否恢复正常运行;如果电网恢复正常运行,则执行步骤45;否则,执行步骤46;
步骤45:转移到正常运行区运行;
步骤46:形成全局慢速紧急恢复控制方案;
步骤47;对全局慢速紧急恢复控制方案进行快速仿真和模拟,确定并实施最佳的全局慢速紧急恢复控制方案;之后返回步骤43;
步骤12:实施检修维护控制方案;所述实施检修维护控制方案具体是:
步骤51:判断是否存在用户预定义的检修维护控制方案;如果存在,则执行步骤52;否则,执行步骤56;
步骤52:实施检修维护控制方案;
步骤53:判断电网是否恢复正常,如果电网恢复正常,则执行步骤54;否则,执行步骤55;
步骤54:恢复向用户供电,电网转移到正常运行区运行;
步骤55:制定事后检修维护控制方案;
步骤56:对事后检修维护控制方案进行评价,确定并实施最佳的事后检修维护控制方案;之后返回步骤53。
2.根据权利要求1所述的一种电网自愈控制方法,其特征是所述步骤35、45或54中,转移到正常运行区运行后,还包括判断是否存在优化控制方案;如果不存在优化控制方案,则电网继续运行在正常运行区;否则,实施优化控制方案。
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