CN102208808A - 一种基于改进的潮流追踪的风险评估中的功率调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统风险评估领域，涉及一种基于改进的潮流追踪的风险评估中的功率调整方法：进行潮流计算，判断系统是否存在越限支路，将故障后的越限支路作为目标支路进行潮流追踪；由潮流追踪得到向目标支路提供功率的发电机节点集合和从该目标支路汲取功率的负荷节点集合；求出各个负荷节点和发电机节点的分配系数和贡献系数；选取分配系数和贡献系数比较大的发电机节点和负荷节点作为控制对象；将选取好的控制对象按比例进行功率调整。本发明所提供的方法可以快速的找到需要调整功率的发电机节点和负荷节点，能够通过尽可能少的操作措施在最短的时间内将系统恢复至正常状态，提高风险评估的速度。

Description

一种基于改进的潮流追踪的风险评估中的功率调整方法

技术领域

本发明属于电力系统风险评估技术领域，涉及一种风险评估中的功率控制方法。

背景技术

目前在安全领域常用的分析方法主要有确定性分析方法、概率分析方法以及风险分析方法等。

确定性方法是在预期的故障发生下，研究系统可靠性水平。系统元件N-1或N-k安全性检验是最普遍的确定性安全分析方法，即在任意一个元件如发电机、变压器、线路或者几个元件同时退出运行时，计算系统中线路潮流、节点电压及系统频率，检验其是否发生偏移现象，如果在这些状态下能够保证系统安全运行，则其余严重程度较低的运行状态全部能够可靠运行。确定性方法只重视最严重的事故，以最坏的情况进行校验，其确定的系统运行点过于保守。考虑到电力系统是一个具有随机特性的系统，负荷水平的波动、元件故障等都具有随机性，确定性方法难以考虑各种状态的概率分布特性，评估结果存在较大偏差。

概率分析方法提出了系统中故障发生概率有差异的概念。考虑了系统的随机性和不确定性，是根据系统中影响安全性的主要随机因素的统计特性，通过计算得到系统和节点的运行参数变化区间和概率指标，从而对系统的可靠性能有一个较为全面和客观的评价。概率分析方法通常单独从失稳概率或失稳后果来分析，并没有综合这两个要素，没有考虑事故造成的经济损失，无法将系统的安全性和经济性指标结合起来考虑系统的安全状况，难以适应电力市场发展的需求。

基于确定性分析方法和概率性分析方法存在的不足，风险评估方法将事故发生的概率与产生的后果结合起来，量化了系统存在的风险，通过其两个要素概率和后果来兼顾技术与经济，将风险和效益联系起来定量地反映了系统的经济安全指标。通常，系统风险的降低意味着系统可靠性的增强，但是为了增加系统可靠性所采取的措施和这些措施所需要的成本应该综合考虑的。若为了增加系统的可靠性，电力系统按照防止最严重故障发生这一原则进行电网扩建和运行，将导致电网运行于过度安全状态下(备用过大，导致投资浪费)。严重的系统故障可能会造成巨大的后果，但其发生的概率可能较小，总体来说可能对系统造成伤害不大，相反，轻微的故障可能对系统造成的后果较轻，但考虑其发生的概率可能相当高，总体来说可能会对系统造成较大的危害。若在系统可靠性进行分析时，若只判定预想事故发生的后果，忽视了事故发生的频率和可能性，容易造成对发生后果严重而概率低的事件过于悲观，而对发生概率高影响小的事件过于乐观，这两种判断分别可能造成电网建设投资成本的增长或后期运行成本的增长。因此我们在评定一个事故时应该将事故发生的所造成的后果和事故发生的概率结合起来，在对一个系统进行判断，评定其风险时，也应该将事故发生的后果和故障发生的概率结合起来进行综合评判。

大电网风险评估的步骤是：确定元件停运模型、选择系统状态并计算状态概率、评估所选择状态的后果、计算可靠性指标。在风险评估的过程中，需要对每一个选择的状态进行潮流计算，当出现违反稳定性情况如节点电压越限、线路过负荷时，需要通过潮流校正措施快速确定切机和切负荷量使系统恢复至正常状态。在系统线路过载后如何在最短的时间内采取尽可能少的措施进行潮流校正消除过载现象已经成为非常必要的研究课题。潮流校正措施是大电力系统可靠性评估的核心部分，它能确定将系统从紧急状态恢复到正常状态所必须的功率调整量。

目前的潮流校正措施有多种：有灵敏度法、优化规划类算法。灵敏度方法对计算潮流调整量关注不够，其由出力调整带来的功率不平衡量全部由平衡机承担，可能会造成平衡机越限，调整方案最终不可行。优化规划类算法在模型求解时，会出现多重解或者计算不收敛的问题。两种算法计算时间都随着系统规模的增大而迅速增大，非常耗时且效率较低。而当系统出现失效状态时，如何在最短的时间内将系统恢复至安全状态并将故障的影响限制在最小的范围内，这是首先要考虑的问题。

利用潮流追踪进行削减负荷模型也很多，如通过潮流追踪搜寻负荷削减节点集，然后利用最优化方法进行功率削减。这些方法只是用潮流追踪的方法找出供给支路功率的节点的集合，在削减功率的时候并没有考虑到追踪到的节点同目标支路的关系。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种考虑节点对目标支路的影响大小，不存在没有收敛性问题，容易实现调整量最小或调整设备最小的目标，便于操作实现的风险评估中的功率控制方法。

本发明在潮流追踪方法进行功率削减的基础上，提出了用贡献系数和分配系数来进行功率调整的方法，对原有的潮流追踪的负荷削减模型进行了改进，将本发明中的方法用于电力系统风险评估领域，其步骤如下：

一种基于改进的潮流追踪的风险评估中的功率调整方法，其特征是该方法包括以下步骤：

1)进行潮流计算，判断系统是否存在越限状态，若存在越限支路，将故障后的越限支路作为目标支路进行潮流追踪；

2)由潮流追踪得到向目标支路提供功率的发电机节点集合和从该目标支路汲取功率的负荷节点集合；

3)定义：发电机节点的分配系数表示的是该发电机节点对目标线路所贡献的功率占该发电机节点功率的比例；发电机节点的贡献系数表示的是该发电机节点目标支路所供给的功率占该目标支路功率的比例；负荷节点的分配系数表示的是该负荷节点从目标线路所汲取的功率占该负荷节点功率的比例，负荷节点的贡献系数表示的是该负荷节点从目标支路所汲取的功率占该目标支路功率的比例；

4)求出各个负荷节点和发电机节点的分配系数和贡献系数；

5)对发电机节点或负荷节点中的一种节点或两种节点进行功率调整；若选择对发电机节点进行功率调整，则设定λ₁和λ₂，选取分配系数和贡献系数分别大于λ₁的和λ₂的发电机节点；若选择对负荷节点进行调整，则设定λ₃和λ₄，选取分配系数和贡献系数分别大于λ₃和λ₄的负荷节点；

6)将选取好的控制对象按比例进行功率削减。

本发明的功率调整方法，第6步中，若需要对发电机节点进行功率调整，设P_G为进行功率调整的某个发电机节点的功率，则该发电机节点需要切除的功率量P_Gcut＝P_l-over·P_G/P_l，其中：P_l-over为越限支路的越限功率，，P_l为越限支路的功率；若需要对负荷节点进行功率调整，设P_L为进行功率调整的某个负荷节点的功率，则该负荷节点所切除的量为P_Lcut＝P_l-over·P_L/P_l。

本发明在电力系统风险评估的失效状态分析时，将失效状态中出现的越限支路作为目标支路进行功率追踪，求出故障状态下越限元件和削减节点间的映射关系，利用这种映射关系进行功率削减。本发明中所提出的方法是在功率削减的过程中引入分配系数和贡献系数两个概念，利用这两个系数最终确定要进行功率削减的节点和各自的分担量，以此保证对越限支路的潮流影响最大，同时减少对非越限支路的潮流的影响；通过两个系数的引入，减少了调整的设备数，节约了时间。

附图说明

图1基于改进的潮流追踪的功率削减方法的流程图

图2基于改进的潮流追踪的功率削减方法在电力系统风险评估中的运用流程图

图3基于改进的潮流追踪的功率削减过程中，不引入系数时的控制策略与引入系数时的控制策略相比较，节点调整总数对比图

具体实施方式

本发明中所用的方法是基于改进的潮流追踪的潮流校正措施，用于电力系统风险评估中失效状态分析中，在该方法中，提出了贡献系数和分配系数的概念，对原有的潮流追踪的负荷削减模型进行了改进。当线路发生故障出现越限支路时，将越限支路视为追踪的目标支路，通过潮流追踪找出哪些发电机供给功率给该越限支路，哪些负荷节点从该越限支路上汲取功率，通过调节这些与越限支路有关的发电机节点和负荷节点的功率进而改变越限支路上的功率。潮流追踪模型能够确定出供给功率给该目标支路的发电机节点的集合和从该目标支路汲取功率的负荷节点的集合，但是这些发电机节点和负荷节点往往是很多的，为了减小越限支路上的功率，对这些集合中的节点全部进行功率调节是不实际的，为解决此问题，在潮流校正的过程中引入分配系数和贡献系数两个概念，通过计算找到分配系数和贡献系数比较大的发电机节点和负荷节点，这些发电机节点供给越限线路的功率比较多，负荷节点从该线路汲取的功率比较多，通过调节分配系数和贡献系数比较大的节点上的功率来改变越限支路上的功率，方法简单，易于操作，缩短了计算时间。

结合附图、附表，以IEEE24节点系统为例，对基于改进的潮流追踪的削减功率方法详细说明如下：

第一步：读入系统故障信息，故障后潮流计算结果，判断系统是否有越限支路。

第二步：若存在越限支路，将故障后的越限支路作为目标支路进行潮流追踪，由潮流追踪的结果可以得到对目标支路1的潮流有贡献的发电机节点的集合G_l＝{G_l，1，G_l，2，......，G_l，m}，从目标支路汲取功率的负荷节点的集合L_l＝{L_l，1，L_l，2，......，L_l，n}，这些发电机节点供给线路1的功率P_l-G＝{P_G1-＞l，P_G2-＞l......P_Gi-＞l......P_Gm-＞l}，负荷节点从线路1汲取的功率P_l-L＝{P_l-＞L1，P_l-＞L2......P_l-＞Li......P_l-＞Ln}。

第三步：求出这些发电机节点和负荷节点的分配系数和贡献系数。

以负荷节点的求取方法为例进行说明(发电机的求取方法类似)：

负荷节点的分配系数表示的是该负荷节点从目标线路所汲取的功率占该负荷节点功率的比例。

${\mathrm{\β}}_f=\frac{P_{l->L_i}}{P_{L_i}}$

负荷节点的贡献系数表示的是该负荷节点从目标支路所汲取的功率占该目标支路功率的比例。

${\mathrm{\β}}_g=\frac{P_{l->L_i}}{P_l}$

选取分配系数和贡献系数比较大的发电机节点和负荷节点作为控制对象。

对于目标线路1，从该线路汲取功率的负荷节点数为n，则目标支路对各个负荷节点的分配系数矩阵B_βf和贡献系数矩阵B_βg为：

B_βf＝{β_f1，β_f2......β_fs......β_fm}s＝1，2......n

B_βg＝{β_g1，β_g2......β_gs......β_gm}s＝1，2......n

取λ＝0.3(λ∈(0，1)，λ值的选取视系统实际情况而定，并不是唯一的)，将矩阵B_βf中和B_βg矩阵中大于λ的元素筛选出来，记为：

B′_βf＝{β′_f1，β′_f2......β′_fn1}

B′_βg＝{β′_g1，β′_g2......β′_gn2}

进行功率调整时，只需调整这些节点的功率即可。

因为分配系数表示的是目标支路对该负荷节点所提供的功率占该负荷节点功率的比例，分配系数大也就是表示该负荷节点的功率的来源中，从这条目标支路汲取的功率比较多，那么调整该节点对其它非目标支路造成的影响是最小的。

调整贡献系数大的负荷节点是因为，贡献系数表示的是负荷节点从目标支路汲取的功率占该目标支路的功率的比例，如果贡献系数大，表明在该目标支路上的功率供给的负荷节点中，供给该负荷节点的功率比较多，该节点对目标支路的影响较大，则调整该负荷节点的功率，会对目标支路的影响最大，也就是会造成的目标支路的功率减少的更多。

第四步：将选取好的控制对象按比例进行功率削减。负荷节点所切除的量为

P_Lcut＝P_l-over·P_L/P_l

发电机节点所切除的功率量为

P_Gout＝P_l-over·P_G/P_l

在电力系统风险评估中，采用状态枚举法进行N-2预想事故扫描，对N-2故障扫描后系统出现越限支路后采用潮流校正措施。分别采取优化规划类算法控制方案，利用潮流追踪找到节点集合之后直接按比例削减功率的控制方案，利用潮流追踪方法找到削减的节点集合之后，引入分配系数和贡献系数，削减系数大的节点的控制方案，下表是几个比较典型的线路故障时的三种方法的控制方案的比较结果。

由上表可以看出，当支路2和支路16发生断线故障时，为了消除越限状态，用最优化方法时，需要在负荷节点BUS30处削减16.36MW的功率，发电机BUS10削减165MW，BUS130削减262.95MW，BUS160增加出力73MW，发电机BUS20增加出力246MW，BUS230增加出力104MW，BUS70削减功率3MW。而用基于潮流追踪的引入系数后按比例削减，只需削减负荷BUS30节点功率3.88MW，发电机BUS230功率3.88MW。

通过上表可以看出，三种方法均能够消除线路越限状态，将系统恢复至正常状态。利用最优化方法进行功率调整，发电机校正过程中有增加出力的也有减少出力的，部分发电机减小的功率能够通过其它发电机增加出力来抵消，该方法能够使削减的功率总量最小，但是单个发电机节点和负荷节点的功率改变量都较大，调整的节点数也较多。利用潮流追踪直接按比例进行削减，调整的节点数较多，单个节点的功率调整量较小。利用潮流追踪方法之后，引入分配系数和贡献系数，削减系数比较大的节点的功率的控制策略较好，它调整的节点数少，且每个节点调整的功率量都不大。潮流追踪后直接按比例削减的策略和潮流追踪后引入系数按比例削减的策略中考虑了发电机节点改变量和负荷节点改变量相平衡的问题，考虑了系统中功率的平衡，不会增加系统平衡机的功率承担量。最优化方法由出力调整带来的功率不平衡量全部由平衡机承担，结果可能导致平衡机越限，最终方案不可行。

通过对算法的计算速度的考察，对于IEEE24节点系统算例，用最优化方法进行一次故障扫描并且对所有的越限状态加以调整，整个过程需要270s，而用基于潮流追踪的利用系数削减功率的方法只需要147s，该方法在满足工程需要的精度上，计算速度明显优于最优化方法。

图3是对IEEE24节点的所有故障中出现线路越限的支路进行校正，不引入系数时的控制策略与引入系数时的控制策略相比较，节点调整个数的对比结果。由图中可以看出，通过分配系数和贡献系数的引入，调整那些分配系数和贡献系数比较大的节点的功率，而不是对所有追踪到的节点都进行调节，这样可以减少潮流校正过程中的节点调整个数，减少了潮流校正过程中的调整措施，缩短了潮流校正时间。

Claims (2)

1.一种基于改进的潮流追踪的风险评估中的功率调整方法，其特征是该方法包括以下步骤：

1)进行潮流计算，判断系统是否存在越限状态，若存在越限支路，将故障后的越限支路作为目标支路进行潮流追踪；

2)由潮流追踪得到向目标支路提供功率的发电机节点集合和从该目标支路汲取功率的负荷节点集合；

3)定义：发电机节点的分配系数表示的是该发电机节点对目标线路所贡献的功率占该发电机节点功率的比例；发电机节点的贡献系数表示的是该发电机节点目标支路所供给的功率占该目标支路功率的比例；负荷节点的分配系数表示的是该负荷节点从目标线路所汲取的功率占该负荷节点功率的比例，负荷节点的贡献系数表示的是该负荷节点从目标支路所汲取的功率占该目标支路功率的比例；

4)求出各个负荷节点和发电机节点的分配系数和贡献系数；

5)选择对发电机节点或负荷节点中的一种或两种节点进行功率调整，若选择对发电机节点进行功率调整，则设定λ₁和λ₂，选取分配系数和贡献系数分别大于λ₁的和λ₂的发电机节点；若选择对负荷节点进行调整，则设定λ₃和λ₄，选取分配系数和贡献系数分别大于λ₃和λ₄的负荷节点；

6)将选取好的控制对象按比例进行功率调整。

2.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，第6步中，若需要对发电机节点进行功率调整，设P_G为进行功率调整的某个发电机节点的功率，则该发电机节点需要切除的功率量P_Gcut＝P_l-over·P_G/P_l，其中：P_l-over为越限支路的越限功率，，P_l为越限支路的功率；若需要对负荷节点进行功率调整，设P_L为进行功率调整的某个负荷节点的功率，则该负荷节点所切除的量为P_Lcut＝P_l-over·P_L/P_l。

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