CN102185316B - 基于保守原则的电力系统在线稳定分析断面数据整合方法 - Google Patents

Abstract

基于保守原则的电力系统在线稳定分析断面数据整合方法，属电力系统分析技术领域，包括以下步骤：1）依据上一次在线稳定分析得到的稳定裕度和模式，计算出发电机、母线对电网安全稳定的影响因子；2）对于调度管辖电网（内网），采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，进行状态估计，得到用于在线稳定分析的内网断面数据；3）对于调度管辖外电网（外网），依据发电机和母线对电网安全稳定的影响因子，确定发电机出力增加和减少的顺序，以及负荷增加和减少的顺序；4）通过调整外网发电机出力和负荷，确保内、外网之间的联络线潮流与内网状态估计结果基本一致，得到调整后的外网断面数据；5）把内、外网断面数据合在一起，则得到满足内网安全稳定在线分析的断面数据。

Description

基于保守原则的电力系统在线稳定分析断面数据整合方法

技术领域

本发明属于电力系统计算技术领域。

背景技术

电网运行断面数据是电力系统安全稳定在线分析的数据基础，其精确性直接影响到电力系统安全稳定在线分析结果的实用性。对于互联电网中一个调度中心调管的子网（简称为：内网）进行安全稳定在线分析，内网的断面数据通常直接采用该调度中心能量管理系统（EMS）的状态估计结果，该调度中心调管范围外电网（简称为：外网）的断面数据通常也是采用状态估计结果。由于内网安全稳定分析需要采用最近时刻的内网状态估计数据，而外网状态估计结果传送到内网调度中心有一定的时差，因此，内、外网状态估计结果中联络线潮流通常有一定的偏差，需要调整外网状态估计结果以满足内、外网状态估计结果中联络线潮流基本一致。由于外网状态估计结果的不同调整方式对内网安全稳定在线分析结果的影响是不同的，为了确保内网安全稳定在线分析结果具有一定的保守性，需要研究基于安全稳定保守性原则的内、外网断面数据整合方法。此外，如何基于安全稳定在线分析的角度进一步提高内网状态估计结果的精确性也是另一个需要研究的问题。

本发明提出在常规的内网状态估计算法中引入发电机和负荷对内网静态、暂态和动态安全稳定的影响因子。另一方面，提出在外网断面数据优化调整算法中也引入外网发电机和负荷相应的影响因子，根据内、外网状态估计结果中联络线功率的差值，通过增加或降低相应的发电机出力、负荷，在满足内、外网状态估计结果中联络线潮流基本一致的条件下，确保整合后的内、外网断面潮流数据用于内网安全稳定在线分析具有一定的保守性。

发明内容

本发明目的是：实现用于大电网安全稳定在线分析的断面数据整合，确保互联大电网中各调度中心的在线安全稳定分析结果具有一定的保守性。

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

1）依据上一次在线稳定分析得到的稳定裕度和模式，计算出发电机、母线对电网安全稳定的影响因子；

2）对于调度管辖的电网（内网），采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，进行状态估计，得到用于在线稳定分析的内网断面数据；

3）对于调度管辖外的电网（外网），依据发电机和母线对电网安全稳定的影响因子，确定发电机出力增加和减少的顺序，以及负荷增加和减少的顺序；

4）通过调整外网发电机出力和负荷，确保内、外网之间的联络线潮流与内网状态估计结果基本一致，得到调整后的外网断面数据；

5）把内、外网断面数据合在一起，则得到满足内网安全稳定在线分析的断面数据。

效果和优点：

本发明依据电网的安全稳定性与电网中各个发电机和负荷的相关度不同的特性，通过在线计算发电机和负荷对内网静态、暂态和动态安全稳定的影响因子，在常规的状态估计算法和外网断面数据优化调整算法中引入发电机和负荷对内网安全稳定的影响因子，实现了面向内网安全稳定在线分析的内、外网断面数据整合，确保了互联大电网中各调度中心的在线安全稳定分析结果具有满足保守性原则。

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描述的是电网安全稳定在线分析系统启动时，由于没有连续运行过程中前一次的电网安全稳定分析结果，所以需要人为设置发电机和母线对电网安全稳定的影响因子；

图1中步骤2描述的是计算发电机、母线对电网安全稳定的影响因子，包括以下3个部分：

1）对于小扰动稳定，依据前一个电网运行状态的小扰动稳定模式分析结果，采用公式(1)和(2)分别计算不考虑和考虑发电机分群两种情况下发电机对电网小扰动稳定的影响因子。

$G_{\mathrm{si}}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_{\mathrm{aij}}(\mathrm{\σ}-{\mathrm{\σ}}_j)}{\mathrm{\σ}}---\left(1\right)$

$G_{\mathrm{ij}}^{\′}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{k_{\mathrm{ij}}{p}_{\mathrm{aij}}(\mathrm{\σ}-{\mathrm{\σ}}_j)}{\mathrm{\σ}}---\left(2\right)$

其中，σ为用于从所有低频振荡模式中过滤出相对严重模式的阻尼比门槛值，m为阻尼比小于σ的模式数，σ_j为第j个模式的阻尼比，p_aij，为第j个模式中发电机i的参与因子，若减少发电机i的有功出力可以提高第j个模式的阻尼比，则k_ij取1，否则，k_ij取-1。

2）对于静态电压稳定，依据前一个电网运行状态的静态电压稳定模式分析结果，采用公式(3)计算母线负荷对静态电压稳定的影响因子。

$B_{\mathrm{si}}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{p_{v.\mathrm{ij}}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_j)}{\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

其中，λ为用于从所有电压稳定模式中过滤出相对严重模式的特征值门槛值，n为特征值小于λ的模式数，λ_j为第j个模式的特征值，p_v.ij为第j个模式中负荷母线i的参与因子。

3）对于暂态功角稳定和暂态电压安全稳定，依据前一个电网运行状态下内网各预想故障的暂态功角稳定裕度、模式和暂态电压安全稳定裕度、模式，采用公式(4)和(5)分别计算不考虑和考虑发电机分群两种情况下发电机对电网暂态安全稳定的影响因子，采用公式(6)计算母线负荷对内网暂态安全稳定的影响因子。

$G_{\mathrm{ti}}=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\left|q_{\mathrm{aij}}\right|({\mathrm{\η}}_a-{\mathrm{\η}}_{a.j})}{{\mathrm{\η}}_a}---\left(4\right)$

$G_{\mathrm{ti}}^{\′}\text{=}\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{q_{\mathrm{aij}}({\mathrm{\η}}_a-{\mathrm{\η}}_{a.j})}{{\mathrm{\η}}_a}---\left(5\right)$

$B_{f.i}\text{=}\underset{j=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{q_{v.\mathrm{ij}}({\mathrm{\η}}_v-{\mathrm{\η}}_{v.\mathrm{ij}})}{{\mathrm{\η}}_v}---\left(6\right)$

其中，η_a为用于从所有预想故障中过滤出暂态功角稳定相对严重故障的稳定裕度门槛值，k为暂态功角稳定裕度小于η_a的预想故障数，η_a.j为故障j发生后的暂态功角稳定裕度，q_a.ij为故障j的暂态功角稳定模式中发电机i的参与因子（领前群发电机的参与因子为正，滞后群发电机的参与因子为负）；η_v为用于从所有预想故障中过滤出暂态电压安全稳定相对严重故障的安全稳定裕度门槛值，l为暂态电压安全稳定裕度小于η_v的预想故障数，η_v.ij为故障j发生后负荷母线i的暂态电压安全稳定裕度（-1≤η_v.ij≤1，η_v.ij<0表示电压不安全或失稳，η_v.ij=0表示电压临界安全稳定，η_v.ij>0表示电压安全稳定），q_vij为故障j的暂态电压安全稳定模式中负荷母线i的参与因子。

图1中步骤3描述的是对内网断面进行面向内网安全稳定在线分析的状态估计，即对内网的状态估计算法进行修改，采用发电机和负荷对内网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，即在状态估计的残差方程中，对于发电机量测量权值，采用发电机对内网静态、暂态和动态安全稳定的综合影响因子k₁(G_s.i+k_tG_ti)与反映量测误差的权值的乘积来代替，对于负荷量测量权值，采用负荷对内网静态、暂态和动态安全稳定的综合影响因子k₂(B_si+l_tB_ti)与反映量测误差的权值的乘积来代替，其中k₁、k_t、k₂和l_t为设定值。再对内网进行状态估计计算，即可得到用于安全稳定在线分析的内网断面数据；

图1中步骤4描述的是确定外网发电机出力和负荷增加/减少的顺序，即依据外网发电机对电网安全稳定的影响因子，按照(G’_si+k_tG’_ti)从大到小对外网有功出力可调的发电机进行排序，对排在前面的发电机优先增加出力，排在后面的发电机优先减少出力。依据外网负荷对电网安全稳定的影响因子，按照(B_s.i+l_tB_t.i)从大到小对外网可调负荷进行排序，对排在前面的负荷母线优先增加负荷，排在后面的负荷母线优先减少负荷。

图1中步骤5描述的是计算内、外网联络线潮流差值，即计算出联络线中各组成元件内网状态估计结果值与外网状态估计结果中相应值之差的总和ΔP（功率方向以流入内网为正）。

图1中步骤6描述的是根据ΔP和步骤4中确定的发电机出力、负荷调整顺序对外网的发电机、负荷进行调整。即根据ΔP的大小分为两种情况。

第一种情况，ΔP大于有功功率计算精度设定值ε，按照步骤4）得到的发电机排序表，从前往后逐个选择发电机i，并按照步骤4）得到的负荷调整排序表，从后往前逐个选择负荷j；若(G’_si+k_tG’_t.i)/(B_s.j+l_tB_t.j)大于设定门槛值，则通过增加发电机i的有功出力来平衡考虑外网原始潮流的有功网损系数l的联络线潮流差值ΔP′，ΔP′为

反之，则通过减少负荷j的有功来平衡ΔP′，并按该负荷的原始功率因数不变同比调整负荷的无功。每次只调整一台发电机或一个负荷，通过循环，直至ΔP′被发电机出力的增加或负荷的减少所平衡。

第二种情况，ΔP小于0，且|ΔP|大于有功功率计算精度设定值ε，按照步骤3）得到的发电机排序表，从后往前逐个选择发电机i，并按照步骤3）得到的负荷调整排序表，从前往后逐个选择负荷j；若(G’_si+k_tG’_t.i)/(B_s.j+l_tB_t.j)小于设定门槛值，则通过降低发电机i的有功出力来平衡考虑外网原始潮流的有功网损系数l的联络线潮流差值ΔP′，ΔP′为

反之，则通过增加负荷j的有功来平衡ΔP′，并按该负荷的原始功率因数不变同比调整负荷的无功。每次只调整一台发电机或一个负荷，通过循环，直至ΔP′被发电机出力的降低或负荷的增加所平衡。

若外网包括多个孤立的电网，通过循环，对外网逐个进行调整，直至所有孤立外网与内网的联络线潮流差值都被平衡。

图1中步骤7描述的是对内、外网数据进行合并，进行潮流计算，判断整合后联络线潮流是否满足精度要求。即把内、外网断面数据合在一起，把内网的平衡机节点设为PQ节点，并根据外网发电机的(G’_si+k_tG’_ti)选择最接近于0的1个或多个发电机作为平衡机，进行潮流计算，若潮流收敛，且联络线各组成元件的潮流与相应内网状态估计结果之差都满足精度要求，则得到满足基于保守原则的内网安全稳定在线分析的断面数据；否则，认为整合不成功。

需要附带说明两点，一是本发明同样适用于外网数据采用典型方式数据。二是在步骤6中，若外网数据采用的是在线数据，则需要根据该在线数据的时标与内网数据的时标之间的差值，结合发电机出力的调整速度和负荷的变化速度，确定外网发电机和负荷的可调空间；若外网数据采用的是典型方式数据，则根据外网发电机的出力上下限来确定其可调空间，根据设定的负荷变动幅度系数来确定其可调空间。

Claims (1)

1.基于保守原则的电力系统在线稳定分析断面数据整合方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依据上一次在线稳定分析得到的稳定裕度和模式，计算出发电机和母线对电网安全稳定的影响因子，其中：

对于小扰动稳定，依据前一个电网运行状态的小扰动稳定模式分析结果，采用公式(1)和(2)分别计算不考虑和考虑发电机分群两种情况下发电机对电网小扰动稳定的影响因子：

$G_{\mathrm{si}}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{p_{\mathrm{aij}}\left({\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&sigma;}}_j\right)}{\mathrm{\&sigma;}}---\left(1\right)$

$G_{\mathrm{si}}^{\&prime;}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{k_{\mathrm{ij}}{p}_{\mathrm{aij}}\left({\mathrm{\&sigma;}-\mathrm{\&sigma;}}_j\right)}{\mathrm{\&sigma;}}---\left(2\right)$

其中，σ为用于从所有低频振荡模式中过滤出相对严重模式的阻尼比门槛值，m为阻尼比小于σ的模式数，σ_j为第j个模式的阻尼比，p_aij为第j个模式中发电机i的参与因子，若减少发电机i的有功出力可以提高第j个模式的阻尼比，则k_ij取1，否则，k_ij取-1；

对于静态电压稳定，依据前一个电网运行状态的静态电压稳定模式分析结果，采用公式(3)计算母线负荷对静态电压稳定的影响因子；

$B_{\mathrm{si}}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{p_{\mathrm{vij}}(\mathrm{\&lambda;}-{\mathrm{\&lambda;}}_j)}{\mathrm{\&lambda;}}---\left(3\right)$

其中，λ为用于从所有电压稳定模式中过滤出相对严重模式的特征值门槛值，n为特征值小于λ的模式数，λ_j为第j个模式的特征值，p_v.ij为第j个模式中负荷母线i的参与因子；对于暂态功角稳定和暂态电压安全稳定，依据前一个电网运行状态下内网各预想故障的暂态功角稳定裕度、模式和暂态电压安全稳定裕度、模式，采用公式(4)和(5)分别计算不考虑和考虑发电机分群两种情况下发电机对电网暂态安全稳定的影响因子，采用公式(6)计算母线负荷对内网暂态安全稳定的影响因子；

$G_{\mathrm{ti}}=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\left|q_{\mathrm{aij}}\right|({\mathrm{\&eta;}}_a-{\mathrm{\&eta;}}_{a.j})}{{\mathrm{\&eta;}}_a}---\left(4\right)$

$G_{\mathrm{ti}}^{\&prime;}=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{q_{\mathrm{aij}}({\mathrm{\&eta;}}_a-{\mathrm{\&eta;}}_{a,j})}{{\mathrm{\&eta;}}_a}---\left(5\right)$

$B_{t.i}=\underset{i=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{q_{\mathrm{\&tau;},\mathrm{ij}}({\mathrm{\&eta;}}_v-{\mathrm{\&eta;}}_{v.\mathrm{ij}})}{{\mathrm{\&eta;}}_v}---\left(6\right)$

其中，η_a为用于从所有预想故障中过滤出暂态功角稳定相对严重故障的稳定裕度门槛值，k为暂态功角稳定裕度小于η_a的预想故障数，η_a.j为故障j发生后的暂态功角稳定裕度，q_a.ij为故障j的暂态功角稳定模式中发电机i的参与因子，其中领前群发电机的参与因子为正、滞后群发电机的参与因子为负；η_v为用于从所有预想故障中过滤出暂态电压安全稳定相对严重故障的安全稳定裕度门槛值，l为暂态电压安全稳定裕度小于η_v的预想故障数，η_v.ij为故障j发生后负荷母线i的暂态电压安全稳定裕度，-1≤η_v.ij≤1，η_v.ij＜0表示电压不安全或失稳，η_v.ij＝0表示电压临界安全稳定，η_v.ij＞0表示电压安全稳定，q_v.ij为故障j的暂态电压安全稳定模式中负荷母线i的参与因子

2)对于内网，采用发电机和母线对电网安全稳定的影响因子来修正量测量的权值，进行状态估计，得到用于在线稳定分析的内网断面数据，其中：

在状态估计的残差方程中，对于发电机量测量权值，采用发电机对内网静态、暂态和动态安全稳定的综合影响因子k₁(G_s.i+k_tG_ti)与反映量测误差的权值的乘积来代替，对于负荷量测量权值，采用负荷对内网静态、暂态和动态安全稳定的综合影响因子k₂(B_si+l_tB_ti)与反映量测误差的权值的乘积来代替，其中k₁、k_t、k₂和l_t为设定值；

3)对于外网，依据发电机和母线对电网安全稳定的影响因子，确定发电机出力增加和减少的顺序以及负荷增加和减少的顺序，其中：

依据外网发电机对电网安全稳定的影响因子，按照(G′_si+k_tG′_ti)从大到小对外网有功出力可调的发电机进行排序，对排在前面的发电机优先增加出力，排在后面的发电机优先减少出力；依据外网负荷对电网安全稳定的影响因子，按照(B_s.i+l_tB_t.i)从大到小对外网可调负荷进行排序，对排在前面的负荷母线优先增加负荷，排在后面的负荷母线优先减少负荷

4)通过调整外网发电机出力和负荷，确保内网和外网之间的联络线潮流与内网状态估计结果基本一致，得到调整后的外网断面数据，其中：

先计算出联络线中各组成元件内网状态估计结果值与外网状态估计结果中相应值之差的总和ΔP，功率方向以流入内网为正，再根据ΔP的大小分为两种情况：

第一种情况，ΔP大于有功功率计算精度设定值ε，按照步骤3)得到的发电机排序表，从前往后逐个选择发电机i，并按照步骤3)得到的负荷调整排序表，从后往前逐个选择负荷j；若(G′_si+k_tG′_ti)/(B_sj+l_tB_tj)大于设定门槛值，则通过增加发电机i的有功出力来平衡考虑外网原始潮流的有功网损系数

的联络线潮流差值ΔP′，

反之，则通过减少负荷j的有功来平衡ΔP′，并按该负荷的原始功率因数不变同比调整负荷的无功；每次只调整一台发电机或一个负荷，通过循环，直至ΔP′被发电机出力的增加或负荷的减少所平衡；

第二种情况，ΔP小于0，且|ΔP|大于有功功率计算精度设定值ε，按照步骤3)得到的发电机排序表，从后往前逐个选择发电机i，并按照步骤3)得到的负荷调整排序表，从前往后逐个选择负荷j；若(G′_si+k_tG′_t.i)/(B_s.j+l_tB_tj)小于设定门槛值，则通过降低发电机i的有功出力来平衡考虑外网原始潮流的有功网损系数

的联络线潮流差值ΔP′，ΔP′为

反之，则通过增加负荷j的有功来平衡ΔP′，并按该负荷的原始功率因数不变同比调整负荷的无功；每次只调整一台发电机或一个负荷，通过循环，直至ΔP′被发电机出力的降低或负荷的增加所平衡；

5)把内网和外网断面数据合在一起，把内网的平衡机节点设为PQ节点，并根据外网发电机的(G′_si+k_tG′_ti)选择最接近于0的1个或多个发电机作为平衡机，进行潮流计算，若潮流收敛，且联络线各组成元件的潮流与相应内网状态估计结果值之差都满足精度要求，则得到满足基于保守原则的内网安全稳定在线分析的断面数据；否则，认为整合不成功。

Images