CN102170131A - 基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法 - Google Patents

基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法 Download PDF

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CN102170131A CN2011101119669A CN201110111966A CN102170131A CN 102170131 A CN102170131 A CN 102170131A CN 2011101119669 A CN2011101119669 A CN 2011101119669A CN 201110111966 A CN201110111966 A CN 201110111966A CN 102170131 A CN102170131 A CN 102170131A
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刘韶峰
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Abstract

本发明属电力系统计算与分析技术领域，适用于计算考虑静态、暂态和动态安全稳定约束的关联输电断面的极限功率。在估算出考虑设备过载安全的各断面功率增加量基础上，先计算静态安全极限，再计算暂态和动态安全稳定极限。依据考核故障数和并行处理平台的算例计算能力，分轮次对各断面的功率增加空间进行分档，并对各断面不同输电功率组合的运行方式进行按算例并行的安全稳定计算，待本轮所有算例计算结束后，依据极限计算精度要求，判断是否需要进行下一轮安全稳定计算，在每轮计算之前需要对考核故障集进行筛选。最后，通过对极限计算过程信息进行分析，计算出各断面极限功率之间的相互影响因子。

Description

基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法
技术领域
本发明属于电力系统计算与分析技术领域。
背景技术
输电断面功率是电力系统调度运行人员监视电网安全稳定运行水平的关键指标，在大电网中各个输电断面的安全稳定水平可能不仅与本断面的输送功率密切相关，而且受其它断面输送功率大小的影响，本发明把存在相互影响的多个输电断面称为关联输电断面。目前，关联输电断面极限功率的计算缺乏有效的快速计算方法，仍依赖于系统分析人员通过大量的迭代计算来确定，花费的计算时间很长，无法满足在线安全稳定评估对计算速度的需求。大规模分布式并行处理技术已经在电力系统的安全稳定在线计算得到了成功应用，包括按故障算例并行的安全稳定时域仿真及基于时域仿真的裕度计算，故障临界切除时间计算，以及不考虑输电断面之间相互影响的极限功率计算等。
发明内容
本发明目的是：实现考虑多种安全稳定约束的关联输电断面中单个或多个断面输送功率最大值，以及各断面极限功率相互影响因子的的快速计算，满足关联输电断面极限功率在线评估对于快速性的要求。
本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：
1）   依据电力系统当前方式下输电断面总有功功率在其组成元件（线路、变压器）中的有功分布比例，以及断面的静态安全考核故障元件断开后其潮流转移到断面其它元件的比例，估算出该输电断面的静态安全极限功率；
2）   依据关联断面静态安全极限计算的考核故障数和并行处理平台的算例并行计算能力，在各个输电断面静态安全极限功率估算值附近的设定范围内进行档位划分，并对各个输电断面不同档位功率组合的运行方式进行按故障算例并行的静态安全计算，通过迭代，不断缩小静态安全极限功率真值的搜索范围，直至计算出满足极限计算精度要求的静态安全极限功率；
3）   依据关联断面暂态和动态安全稳定极限计算的考核故障数和并行处理平台的算例并行计算能力，在各个输电断面的当前有功功率到静态安全极限功率的范围内进行档位划分，并对各个输电断面不同档位功率组合的运行方式进行小扰动稳定计算，以及按故障算例并行的暂态和动态安全稳定计算，通过迭代，不断缩小安全稳定极限功率真值的搜索范围，直至计算出满足极限计算精度要求的安全稳定极限功率；
4）   针对各关联输电断面输送功率之间的相互影响，通过对上述计算过程信息进行分析，计算出各断面极限功率之间的相互影响因子。
效果和优点：
本发明基于大规模分布式并行处理技术，采用先静态、后暂态和动态安全稳定的分轮迭代计算，逐步缩小极限功率的搜索控制空间的计算策略，实现了考虑多种安全稳定约束的关联输电断面中单个或多个断面输送功率最大值，以及各断面极限功率相互影响因子的的快速计算，可满足关联输电断面极限功率在线评估对于快速性的要求，为大电网的安全稳定在线运行与控制提供非常重要的决策依据。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。
图1中步骤1描述的是基于电网当前运行方式估算关联输电断面中各断面的静态安全极限，首先，依据电网当前方式下各输电断面总有功功率在其组成元件（线路、变压器）中的有功分布比例，分别采用公式（1）估算出各断面组成元件中任一元件潮流达到其长期运行允许值时断面的总有功功率                                                ，其中
Figure 484657DEST_PATH_IMAGE002
为某一输电断面中第i个元件的当前有功功率，
Figure 72896DEST_PATH_IMAGE003
为该元件的潮流按恒定的当前功率因数增长到其长期运行允许值时的有功功率（假设元件两端的电压不变），l为该断面的组成元件数。
Figure 576689DEST_PATH_IMAGE004
            （1）
然后，分别针对断面静态安全极限的考核故障，采用补偿法或因子表修正算法进行当前运行方式下该故障元件j的开断潮流计算，计算出当前运行方式下该故障元件开断后其潮流转移到关联断面中各组成元件的比例，采用公式（2）和公式（3）估算出各断面组成元件中任一元件潮达到其短期运行允许值时断面的总有功功率。其中
Figure 173685DEST_PATH_IMAGE006
为断面组成元件i的潮流按恒定的当前功率因数增长到其短期运行允许值时的有功功率（假设元件两端的电压不变），
Figure 560804DEST_PATH_IMAGE007
为当前运行方式下故障元件j开断后其潮流转移到断面组成元件i的比例，为故障元件j开断后断面组成元件中任一元件潮流达到其短期运行允许值时元件j的有功功率。
Figure 758884DEST_PATH_IMAGE009
             （2）
Figure 493622DEST_PATH_IMAGE010
                                           （3）
最后，先取中的最小值，见公式（4），其中
Figure 213634DEST_PATH_IMAGE011
为静态安全极限考核故障总数，作为考虑各故障元件开断后的静态安全极限功率
Figure 224315DEST_PATH_IMAGE012
，再以
Figure 129954DEST_PATH_IMAGE001
和中的小者作为该输电断面的静态安全极限功率估算值
Figure 875373DEST_PATH_IMAGE013
。
Figure 740561DEST_PATH_IMAGE014
                    （4）
图1中步骤2描述的是基于并行计算模式分轮次迭代搜索关联输电断面的静态安全极限功率，包括四步。
第一步，对于每个输电断面i，根据设定的比例
Figure 817101DEST_PATH_IMAGE015
，以该断面的静态安全极限功率估算值
Figure 400529DEST_PATH_IMAGE016
为中心，并考虑该断面所有组成元件的潮流同时达到其长期运行允许值时断面的总有功功率
Figure 587928DEST_PATH_IMAGE017
（假设元件两端的电压为额定值，潮流功率因数为1），确定出该断面的静态安全极限功率真值
Figure 573202DEST_PATH_IMAGE018
的搜索范围[，
Figure 888438DEST_PATH_IMAGE020
]，从而得到各断面的功率变化量；
第二步，通过求解式（5），其中目标函数大于等于0，M为并行处理平台的各计算节点的总核数，t为断面数，即可得到各断面的功率分档数
Figure 719308DEST_PATH_IMAGE022
，若max(
Figure 199968DEST_PATH_IMAGE023
,,,
Figure 919159DEST_PATH_IMAGE026
,,
Figure 616037DEST_PATH_IMAGE027
)小于等于
Figure 948929DEST_PATH_IMAGE028
（为极限功率计算精度），则对于各断面的功率搜索空间进行从下限开始按计算精度
Figure 523447DEST_PATH_IMAGE029
进行平均分档，最后一档的功率变化量为，否则，对于各断面的功率搜索空间按
Figure 927063DEST_PATH_IMAGE026
进行平均分档；
Figure 330363DEST_PATH_IMAGE031
                   （5）
第三步，采用并行处理平台，对各输电断面不同档位功率组合的运行方式，共
Figure 589306DEST_PATH_IMAGE032
个运行方式，分别同时进行
Figure 281318DEST_PATH_IMAGE011
个故障的静态安全计算，在按故障算例并行的计算过程中，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，判断若断面功率增量小的运行方式不能保证静态安全，则中止本轮断面功率增量大于该运行方式的所有算例的计算；
第四步，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，对第三步的静态安全计算结果进行统计分析，确定各断面静态安全极限真值的新的搜索范围，若所有断面静态安全极限真值的搜索范围都小于设定的计算精度要求，则得到各断面的静态安全极限值，否则，根据计算过程信息，对静态安全考核故障集进行过滤，去掉在关联输电断面功率大于等于新的关联输电断面极限搜索范围上限的运行方式下静态安全的考核故障，更新
Figure 476469DEST_PATH_IMAGE011
，更新
Figure 906313DEST_PATH_IMAGE033
，返回第二步。
图1中步骤3描述的是基于并行计算模式分轮次迭代搜索关联输电断面的暂态和动态安全稳定极限功率，包括四步。
第一步，对于每个输电断面i，以该断面的静态安全极限功率
Figure 820043DEST_PATH_IMAGE018
作为暂态和动态安全稳定极限搜索上限，确定该断面的暂态和动态安全稳定极限功率真值
Figure 360745DEST_PATH_IMAGE034
的搜索范围[
Figure 941899DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 277066DEST_PATH_IMAGE018
]，
Figure 5987DEST_PATH_IMAGE035
为断面i的当前有功功率，从而得到各断面的功率变化量
Figure 22485DEST_PATH_IMAGE036
；
第二步，通过求解式（6），即可得到各断面的功率分档数
Figure 520462DEST_PATH_IMAGE022
，其中为关联断面的暂态和动态安全稳定考核故障总数，m为分配给各输电断面不同档位功率组合的运行方式的小扰动稳定计算的计算机核数，可根据多个运行方式的小扰动稳定计算量与单算例暂态安全稳定和动态安全稳定的计算量之间的比值进行设定，其它变量的含义与公式（5）相同；若max(
Figure 180431DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 62936DEST_PATH_IMAGE024
,,
Figure 295652DEST_PATH_IMAGE026
,,)小于等于
Figure 564456DEST_PATH_IMAGE028
，则对于各断面的功率搜索空间进行从下限开始按计算精度进行平均分档，最后一档的功率变化量为，否则，对于各断面的功率搜索空间按
Figure 434301DEST_PATH_IMAGE026
进行平均分档；
Figure 761378DEST_PATH_IMAGE038
                   （6）
第三步，采用并行处理平台，对各输电断面不同档位功率组合的运行方式，共
Figure 45728DEST_PATH_IMAGE032
个运行方式，若max(
Figure 395938DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 158358DEST_PATH_IMAGE024
,,
Figure 732876DEST_PATH_IMAGE026
,,
Figure 136492DEST_PATH_IMAGE027
)大于（通常a取大于等于2的值），则只分别同时进行
Figure 736418DEST_PATH_IMAGE037
个故障、按算例并行的暂态安全稳定仿真计算和不同运行方式的小扰动稳定计算，否则，把暂态安全稳定和动态安全稳定的极限计算融合在一次时域仿真计算中，分别同时进行
Figure 123537DEST_PATH_IMAGE037
个故障、按算例并行的暂态和动态安全稳定仿真计算，以及不同运行方式的小扰动稳定计算；在并行计算过程中，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，若断面功率增量小的运行方式不能保证小扰动稳定或暂态安全稳定或动态稳定，则中止本轮断面功率增量大于该运行方式的小扰动稳定计算，以及所有算例的暂态安全稳定和动态稳定计算；
第四步，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，对第三步的暂态和动态安全稳定计算结果进行统计分析，确定各断面暂态和动态安全稳定极限真值的新的搜索范围，若所有断面暂态和动态安全稳定极限真值的搜索范围都小于设定的计算精度要求，则得到各断面的暂态和动态安全稳定极限值，该极限值即为考虑静态、暂态和动态安全稳定约束的各关联输电断面的极限功率，否则，根据计算过程信息，对暂态和动态安全稳定考核故障集进行过滤，去掉在关联输电断面功率大于等于新的关联输电断面极限搜索范围上限的运行方式下暂态和动态安全稳定的考核故障，更新，更新
Figure 118672DEST_PATH_IMAGE033
，返回第二步。
图1中步骤4描述的是关联输电断面之间极限功率影响因子计算，即从上述计算过程中，搜索出第i个断面输送功率档位小于且最接近的输送功率值
Figure 838683DEST_PATH_IMAGE040
，再从与该断面输送功率档位对应的安全稳定的所有运行方式中，搜索到第j个断面功率最大值
Figure 849364DEST_PATH_IMAGE041
，采用公式（7）来计算第i个断面与第j个断面之间的极限功率影响因子
Figure 755004DEST_PATH_IMAGE042
。
Figure 851136DEST_PATH_IMAGE042
大于0，表示若第i个断面输电功率增加，则第j个断面的输电功率将减少。
Figure 231914DEST_PATH_IMAGE043
                                      （7）。

Claims (5)

1.基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）依据电力系统当前方式下输电断面总有功功率在其组成元件中的有功分布比例，以及断面的静态安全考核故障元件断开后其潮流转移到断面其它元件的比例，估算出该输电断面的静态安全极限功率；所述组成原件为线路和变压器；
2）依据关联断面静态安全极限计算的考核故障数和并行处理平台的算例并行计算能力，在各个输电断面静态安全极限功率估算值附近的设定范围内进行档位划分，并对各个输电断面不同档位功率组合的运行方式进行按故障算例并行的静态安全计算，通过迭代，不断缩小静态安全极限功率真值的搜索范围，直至计算出满足极限计算精度要求的静态安全极限功率；
3）依据关联断面暂态和动态安全稳定极限计算的考核故障数和并行处理平台的算例并行计算能力，在各个输电断面的当前有功功率到静态安全极限功率的范围内进行档位划分，并对各个输电断面不同档位功率组合的运行方式进行小扰动稳定计算，以及按故障算例并行的暂态和动态安全稳定计算，通过迭代，不断缩小安全稳定极限功率真值的搜索范围，直至计算出满足极限计算精度要求的安全稳定极限功率；
4）针对各关联输电断面输送功率之间的相互影响，通过对上述计算过程信息进行分析，计算出各断面极限功率之间的相互影响因子。
2. 根据权利1要求所述的基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法，其特征在于，步骤1)首先依据电网当前方式下各输电断面总有功功率在其组成元件中的有功分布比例，分别采用公式（1）估算出各断面组成元件中任一元件潮流达到其长期运行允许值时断面的总有功功率                                                
Figure 921832DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 872470DEST_PATH_IMAGE002
为某一输电断面中第i个元件的当前有功功率，为该元件的潮流按恒定的当前功率因数增长到其长期运行允许值时的有功功率假设元件两端的电压不变，l为该断面的组成元件数；所述组成原件为线路和变压器；
   
Figure 982826DEST_PATH_IMAGE004
            （1）
然后，分别针对断面静态安全极限的考核故障，采用补偿法或因子表修正算法进行当前运行方式下该故障元件j的开断潮流计算，计算出当前运行方式下该故障元件开断后其潮流转移到关联断面中各组成元件的比例，采用公式（2）和公式（3）估算出各断面组成元件中任一元件潮达到其短期运行允许值时断面的总有功功率；
其中
Figure 238675DEST_PATH_IMAGE006
为断面组成元件i的潮流按恒定的当前功率因数增长到其短期运行允许值时的有功功率，假设元件两端的电压不变，
Figure 862554DEST_PATH_IMAGE007
为当前运行方式下故障元件j开断后其潮流转移到断面组成元件i的比例，为故障元件j开断后断面组成元件中任一元件潮流达到其短期运行允许值时元件j的有功功率；
        
Figure 117748DEST_PATH_IMAGE009
             （2）
        
Figure 980661DEST_PATH_IMAGE010
                                           （3）
最后，先取中的最小值，见公式（4），其中
Figure 469729DEST_PATH_IMAGE011
为静态安全极限考核故障总数，作为考虑各故障元件开断后的静态安全极限功率
Figure 488500DEST_PATH_IMAGE012
，再以
Figure 838710DEST_PATH_IMAGE001
和中的小者作为该输电断面的静态安全极限功率估算值
Figure 985975DEST_PATH_IMAGE013
；
        
Figure 441227DEST_PATH_IMAGE014
                    （4）。
3.根据权利1要求所述的基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法，其特征在于，步骤2)分为四步：
第一步，对于每个输电断面i，根据设定的比例，以该断面的静态安全极限功率估算值
Figure 579264DEST_PATH_IMAGE016
为中心，并考虑该断面所有组成元件的潮流同时达到其长期运行允许值时断面的总有功功率
Figure 880933DEST_PATH_IMAGE017
，假设元件两端的电压为额定值，潮流功率因数为1，确定出该断面的静态安全极限功率真值
Figure 444769DEST_PATH_IMAGE018
的搜索范围[，
Figure 831984DEST_PATH_IMAGE020
]，从而得到各断面的功率变化量；
第二步，通过求解式（5），其中目标函数大于等于0，M为并行处理平台的各计算节点的总核数，t为断面数，即可得到各断面的功率分档数
Figure 722897DEST_PATH_IMAGE022
，若max(,
Figure 52695DEST_PATH_IMAGE024
,,,,)小于等于
Figure 517306DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 590917DEST_PATH_IMAGE029
为极限功率计算精度，则对于各断面的功率搜索空间进行从下限开始按计算精度进行平均分档，最后一档的功率变化量为，否则，对于各断面的功率搜索空间按
Figure 160066DEST_PATH_IMAGE026
进行平均分档；
    
Figure 469825DEST_PATH_IMAGE031
                   （5）
第三步，采用并行处理平台，对各输电断面不同档位功率组合的运行方式，共
Figure 478232DEST_PATH_IMAGE032
个运行方式，分别同时进行
Figure 469322DEST_PATH_IMAGE011
个故障的静态安全计算，在按故障算例并行的计算过程中，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，判断若断面功率增量小的运行方式不能保证静态安全，则中止本轮断面功率增量大于该运行方式的所有算例的计算；
第四步，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，对第三步的静态安全计算结果进行统计分析，确定各断面静态安全极限真值的新的搜索范围，若所有断面静态安全极限真值的搜索范围都小于设定的计算精度要求，则得到各断面的静态安全极限值，否则，根据计算过程信息，对静态安全考核故障集进行过滤，去掉在关联输电断面功率大于等于新的关联输电断面极限搜索范围上限的运行方式下静态安全的考核故障，更新，更新
Figure 157902DEST_PATH_IMAGE033
，返回第二步。
4.根据权利1要求所述的基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法，其特征在于，步骤3)中若极限功率搜索空间的档位变化量与极限计算精度比值大于设定值，则只进行暂态安全稳定时域仿真计算，否则，把暂态安全稳定和动态安全稳定的极限计算融合在一次时域仿真计算中，分为四步：
第一步，对于每个输电断面i，以该断面的静态安全极限功率
Figure 687103DEST_PATH_IMAGE018
作为暂态和动态安全稳定极限搜索上限，确定该断面的暂态和动态安全稳定极限功率真值
Figure 381390DEST_PATH_IMAGE034
的搜索范围[
Figure 298530DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 15951DEST_PATH_IMAGE018
]，
Figure 411160DEST_PATH_IMAGE035
为断面i的当前有功功率，从而得到各断面的功率变化量
Figure 163215DEST_PATH_IMAGE036
；
第二步，通过求解式（6），即可得到各断面的功率分档数
Figure 923361DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure 190394DEST_PATH_IMAGE037
为关联断面的暂态和动态安全稳定考核故障总数，m为分配给各输电断面不同档位功率组合的运行方式的小扰动稳定计算的计算机核数，可根据多个运行方式的小扰动稳定计算量与单算例暂态安全稳定和动态安全稳定的计算量之间的比值进行设定，其它变量的含义与公式（5）相同；若max(
Figure 264660DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 933539DEST_PATH_IMAGE024
,,
Figure 553669DEST_PATH_IMAGE026
,,
Figure 689432DEST_PATH_IMAGE027
)小于等于
Figure 119276DEST_PATH_IMAGE028
，则对于各断面的功率搜索空间进行从下限开始按计算精度进行平均分档，最后一档的功率变化量为，否则，对于各断面的功率搜索空间按进行平均分档；
    
Figure 427712DEST_PATH_IMAGE038
                   （6）
第三步，采用并行处理平台，对各输电断面不同档位功率组合的运行方式，共
Figure 29070DEST_PATH_IMAGE032
个运行方式，若max(
Figure 107885DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 543545DEST_PATH_IMAGE024
,,
Figure 141197DEST_PATH_IMAGE026
,,
Figure 313869DEST_PATH_IMAGE027
)大于，通常a取大于等于2的值，则只分别同时进行
Figure 632035DEST_PATH_IMAGE037
个故障、按算例并行的暂态安全稳定仿真计算和不同运行方式的小扰动稳定计算，否则，把暂态安全稳定和动态安全稳定的极限计算融合在一次时域仿真计算中，分别同时进行个故障、按算例并行的暂态和动态安全稳定仿真计算，以及不同运行方式的小扰动稳定计算；在并行计算过程中，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，若断面功率增量小的运行方式不能保证小扰动稳定或暂态安全稳定或动态稳定，则中止本轮断面功率增量大于该运行方式的小扰动稳定计算，以及所有算例的暂态安全稳定和动态稳定计算；
第四步，根据设定的关联输电断面中单断面极限功率最大或几个断面极限功率之和最大原则，对第三步的暂态和动态安全稳定计算结果进行统计分析，确定各断面暂态和动态安全稳定极限真值的新的搜索范围，若所有断面暂态和动态安全稳定极限真值的搜索范围都小于设定的计算精度要求，则得到各断面的暂态和动态安全稳定极限值，该极限值即为考虑静态、暂态和动态安全稳定约束的各关联输电断面的极限功率，否则，根据计算过程信息，对暂态和动态安全稳定考核故障集进行过滤，去掉在关联输电断面功率大于等于新的关联输电断面极限搜索范围上限的运行方式下暂态和动态安全稳定的考核故障，更新
Figure 576354DEST_PATH_IMAGE037
，更新
Figure 439268DEST_PATH_IMAGE033
，返回第二步。
5.根据权利1要求所述的基于并行计算模式的关联输电断面极限功率计算方法，其特征在于，步骤4) 从上述计算过程中，搜索出第i个断面输送功率档位小于且最接近
Figure 663576DEST_PATH_IMAGE034
的输送功率值
Figure 659826DEST_PATH_IMAGE040
，再从与该断面输送功率档位对应的安全稳定的所有运行方式中，搜索到第j个断面功率最大值
Figure 944177DEST_PATH_IMAGE041
，采用公式（7）来计算第i个断面与第j个断面之间的极限功率影响因子
Figure 294387DEST_PATH_IMAGE042
；
                                          （7）。
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