CN102214919B - 一种静态安全分析设备越限辅助决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，对给定的电网基础数据断面进行潮流计算，并计算支路有功对节点有功注入灵敏度，再根据灵敏度信息快速计算支路开断分布因子；利用故障筛选、局部因子分解快速分析计算在预想事故下电网运行的安全状态，确定每种开断方式下的越限设备以及潮流越限量；计算预想事故下节点注入功率对支路功率的开断灵敏度；计算用以消除支路越限的发电机出力调整量；分别按照灵敏度和最大缓解量进行排序，形成静态安全分析设备越限辅助决策表。本发明可以快速给出静态安全分析辅助决策的方法。

Description

一种静态安全分析设备越限辅助决策方法

技术领域

本发明属电力系统分析计算技术领域，更准确地说本发明涉及一种应用于网络分析中静态安全分析设备越限快速辅助决策的方法。

背景技术

随着我国电力需求持续快速增长和电力工业的快速发展，电网规模不断扩大，电力系统静态安全分析保证电力系统的安全运行具有重要意义。对国内外的大停电事故的广泛研究表明，都是由静态安全约束破坏逐步演变而来，电力系统某输电元件(线路、变压器)发生故障退出运行，引发功率大范围转移，造成相邻元件过载，形成连锁过载跳闸，导致大面积停电事故。

目前能量管理系统的网络分析应用软件基本具备静态安全分析功能，通过静态安全分析确定电网在当前运行方式下发生线路跳闸等预想事故下是否导致设备越限现象，从而发现电网运行的安全隐患。在实际生产运行过程中，运行人员除了要知道当前电网发生预想事故后电网的危险点，更希望掌握如何快速消除预想事故发生后导致的设备越限的辅助决策措施，使得运行人员一旦面临真正的事故就能按事先掌握的预案来消除相关设备的越限，保证电网的安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供快速消除发生预想事故后设备越限的辅助决策措施。

为解决上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案来实现：

一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基态断面潮流计算：可以从调度中心的能量管理系统中取得实时或研究方式下的基础数据断面，对基础断面进行潮流计算，只有收敛的基础断面才进行静态安全分析计算，如果基础断面不收敛，则给出告警信息，提示初始断面不合理，不再进行以下步骤的计算；

2)基态方式下节点有功对支路有功的灵敏度计算：进行节点注入有功对支路有功灵敏度的计算，灵敏度反映了节点注入功率变化和相应支路潮流变化之间的关系；

3)基态方式支路开断分布因子计算：根据步骤2)计算得到的灵敏度信息，快速计算任一支路开断对另一支路有功潮流的开断分布因子，支路开断分布因子反映支路开断对其它支路潮流的影响；

4)电网基态运行方式下进行静态安全分析计算：利用故障筛选、局部因子分解等方法，快速分析计算在预想事故下(线路、变压器、母线等设备退出运行)电网运行的安全状态，确定每种开断方式下的越限设备以及潮流越限量；

5)开断灵敏度计算：利用步骤2)计算得到灵敏度以及步骤3)计算得到的支路开断分布因子，在预想事故方式下计算设备开断以后的节点注入功率对支路功率的开断灵敏度；

6)发电机出力调整量计算：根据步骤4)计算得到的支路潮流越限量以及步骤5)计算得到的开断灵敏度，计算发电机出力调整量，以消除支路越限；

7)生成静态安全分析辅助决策表：根据步骤5)计算得到的开断灵敏度确定发电机的调节方向，结合发电机当前出力和最大\最小出力计算得到最大可调出力，根据开断灵敏度和最大可调出力计算得到最大缓解量，分别按照灵敏度和最大缓解量进行排序，形成静态安全分析辅助决策表。

本发明所达到的有益效果：

本发明利用基态潮流方式下的灵敏度以及开断分布因子，方便计算设备开断以后的节点注入功率对支路功率的开断灵敏度，根据开断灵敏度快速计算发电机出力调整量以消除设备越限，在此基础上快速给出静态安全分析辅助决策的方法。

附图说明

图1为本发明静态安全分析辅助决策计算流程图。

具体实施方式

在本发明中，披露了利用基态方式的灵敏度和支路开断分布因子，完成预想事故方式下开断灵敏度的快速计算方法。

假定开断以前支路k和支路l的基态潮流分别为和

支路l开断对支路k的开断分布因子为D_kl，根据支路开断分布因子概念，支路l开断以后支路k的潮流

为

$P_k^{\left(l\right)}=P_k^{\left(0\right)}+D_{\mathrm{kl}}*P_l^{\left(0\right)}---\left(1\right)$

在基态方式下，发电机节点g有功注入对支路l和k的灵敏度分别为S_lg和S_kg，当发电机g功率变化ΔP_g后，支路l和支路k的功率变化量分别为S_lgΔP_g和S_kgΔP_g，根据式(1)得到支路l开断后支路k的功率变化量：

$\mathrm{\Δ}{P}_k^{\left(l\right)}=(S_{\mathrm{kg}}+D_{\mathrm{kl}}{S}_{\lg })*\mathrm{\Δ}{P}_g=S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}*\mathrm{\Δ}{P}_g---\left(2\right)$

这样就得到支路l开断后发电机g对支路k的灵敏度

$S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}=S_{\mathrm{kg}}+D_{\mathrm{kl}}*S_{\lg }---\left(3\right)$

式(3)开断灵敏度计算公式中只包含基态方式下的灵敏度和分布因子。在本发明中，披露了利用支路开断灵敏度计算发电机调整量的计算方法，用以消除支路越限。

电网预想事故下发生支路越限时，通过调整发电机的出力可以消除支路越限。当支路l开断后支路k如果越限ΔP_k，通过调整发电机g出力来保证支路l开断后支路k功率不越限，利用开断灵敏度概念，根据式(2)计算得到发电机g的出力调整量为：

$\mathrm{\Δ}{P}_g=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_k}{S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}}---\left(4\right)$

很明显选择灵敏度大的发电机进行调节能减少发电机出力的调节总量。用等量配对法灵敏度，依次调整发电机出力，即可实现支路l开断时支路k的潮流在其安全限值以内。

1)对所有发电机有功出力对越限支路灵敏度按从大到小的顺序进行排序；

2)选取灵敏度最大及最小的两台发电机进行调节，增大灵敏度最大发电机的出力至最大出力，相应减小灵敏度最小发电机的出力至最小出力；

3)根据步骤2)所得的发电机调节量按式(2)修正越限支路的潮流，如果越限消除则计算结束，否则继续下一步；

4)继续按照步骤2)及步骤3)进行灵敏度次大及次小的发电机进行调节，直到所有发电机都调节完毕或两台发电机的灵敏度差值小于给定门槛值；

5)如果所有发电机调节完毕后支路仍越限，则依灵敏度大小次序依次切除负荷。

在本发明中，披露了一种应用于静态安全分析辅助决策措施。

在实际系统中发生设备越限时，运行人员会考虑很多因素再决定哪些发电机进行出力调节，并不简单地按灵敏度大小次序进行调节。另外，运行系统的调节是个动态过程，各个节点的发电和负荷一直处于变化过程中，按前面介绍的等量配对法计算得到的“精确”调节量未必能跟得上系统的变化过程，运行人员更想掌握的是调节策略的趋势方向。

因此在支路l开断而支路k越限时，根据式(3)计算发电机对越限支路的开断灵敏度，根据灵敏度的符号方向计算每台发电机的当前最大可调出力：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_g^{\left(\mathrm{limit}\right)}=\left\{\begin{array}{c}{P}_g^{\left(\max \right)}-P_g^{\left(0\right)}(S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}>0)\\ P_g^{\left(\min \right)}-P_g^{\left(0\right)}(S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}<0)\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中

分别是发电机g的最大可调出力、最大出力、最小出力以及当前出力。

计算发电机出力调整到最大或最小时对缓解支路越限的贡献量：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_k^{\left(l\right)}=S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}*\mathrm{\&Delta;}{P}_g^{\left(\mathrm{limit}\right)}---\left(6\right)$

这样每台发电机对越限支路有三个量：灵敏度、最大可调出力(含方向)以及最大缓解量，分别按照灵敏度和缓解量进行排序形成辅助决策表。运行人员按灵敏度排序决策表选择灵敏度大的机组调节，意味着可以调节最少的发电机总出力消除支路越限；按缓解量排序决策表选择缓解量大的机组调节，意味着可以调节最少的发电机总台数消除支路越限。

按发电机调节方法同样可以生成负荷切除的辅助决策表。

系统运行过程如果静态安全分析计算结果存在支路越限现象，根据自动形成的发电机调节辅助决策表，选择合适调节手段逐个调节发电机出力，由于静态安全是实时周期运行，发电机出力调节效果很快反映到新一轮的静态安全分析计算结果中，如果越限还存在则根据新的辅助决策表继续调节，这样完成了静态安全分析的预防控制。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基态断面潮流计算：从调度中心的能量管理系统中取得实时或研究方式下的基态断面，对基态断面进行潮流计算，只有收敛的基态断面才进行静态安全分析计算，如果基态断面不收敛，则给出告警信息，提示初始断面不合理，不再进行以下步骤的计算；

2)基态方式下节点有功对支路有功的灵敏度计算：进行节点注入有功对支路有功灵敏度的计算，灵敏度反映了节点注入功率变化和相应支路潮流变化之间的关系；

3)基态方式支路开断分布因子计算：根据步骤2）计算得到的灵敏度信息，快速计算任一支路开断对另一支路有功潮流的开断分布因子，支路开断分布因子反映了支路开断对其它支路潮流的影响；

4)电网基态运行方式下进行静态安全分析计算：利用故障筛选、局部因子分解方法，快速分析计算在预想事故下电网运行的安全状态，确定每种开断方式下的越限设备以及潮流越限量；

5)开断灵敏度计算：利用步骤2）计算得到灵敏度以及步骤3）计算得到的支路开断分布因子，在预想事故方式下计算设备开断以后的节点注入功率对支路功率的开断灵敏度；

6)发电机出力调整量计算：根据步骤4）计算得到的支路潮流越限量以及步骤5）计算得到的开断灵敏度，计算发电机出力调整量，以消除支路越限；

7)生成静态安全分析辅助决策表：根据步骤5）计算得到的开断灵敏度确定发电机的调节方向，结合发电机当前出力和最大\最小出力计算得到最大可调出力，根据开断灵敏度和最大可调出力计算得到最大缓解量，分别按照灵敏度和最大缓解量进行排序，形成静态安全分析辅助决策表。

2.根据权利要求1所述的一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于：在所述步骤5)中,利用基态方式的灵敏度和支路开断分布因子，完成预想事故方式下开断灵敏度的快速计算方法为:

假定开断以前支路k和支路l的基态潮流分别为

和

支路l开断对支路k的开断分布因子为D_kl，根据支路开断分布因子概念，支路l开断以后支路k的潮流为

$P_k^{\left(l\right)}=P_k^{\left(0\right)}+D_{\mathrm{kl}}*P_l^{\left(0\right)}---\left(1\right)$

在基态方式下，发电机节点g有功注入对支路l和k的灵敏度分别为S_lg和S_kg，当发电机g功率变化ΔP_g后，支路l和支路k的功率变化量分别为S_lgΔP_g和S_kgΔP_g，根据式（1）得到支路l开断后支路k的功率变化量:

${\mathrm{\&Delta;P}}_k^{\left(l\right)}=(S_{\mathrm{kg}}+D_{\mathrm{kl}}{S}_{\lg })*{\mathrm{\&Delta;P}}_g=S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}*{\mathrm{\&Delta;P}}_g---\left(2\right)$

得到支路l开断后发电机g对支路k的灵敏度

$S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}=S_{\mathrm{kg}}+D_{\mathrm{kl}}*S_{\lg }---\left(3\right).$

3.根据权利要求1所述的一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于：在所述步骤6)中,利用支路开断灵敏度计算发电机调整量的计算方法的具体步骤为:

当支路l开断后支路k如果越限ΔP_k，通过调整发电机g出力来保证支路l开断后支路k功率不越限，利用开断灵敏度概念，根据式（2）计算得到发电机g的出力调整量为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_g=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_k}{S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}}---\left(4\right)$

选择灵敏度大的发电机进行调节能减少发电机出力的调节总量，用等量配对法灵敏度，依次调整发电机出力，即可实现支路l开断时支路k的潮流在其安全限值以内。

4.根据权利要求3所述的一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于，具体步骤包括：

61）对所有发电机有功出力对越限支路灵敏度按从大到小的顺序进行排序;

62）选取灵敏度最大及最小的两台发电机进行调节，增大灵敏度最大发电机的出力至最大出力，相应减小灵敏度最小发电机的出力至最小出力;

63）根据步骤62）所得的发电机调节量按式（2）修正越限支路的潮流，如果越限消除则计算结束，否则继续下一步;

64）继续按照步骤62）及步骤63）进行灵敏度次大及次小的发电机进行调节，直到所有发电机都调节完毕或两台发电机的灵敏度差值小于给定门槛值;

65）如果所有发电机调节完毕后支路仍越限，则依灵敏度大小次序依次切除负荷。

5.根据权利要求1所述的一种静态安全分析设备越限辅助决策方法，其特征在于：在所述步骤7)中,在支路l开断而支路k越限时，根据式（3）计算发电机对越限支路的开断灵敏度，根据灵敏度的符号方向计算每台发电机的当前最大可调出力：

${\mathrm{\&Delta;P}}_g^{\left(\mathrm{limit}\right)}=\left\{\begin{array}{c}{P}_g^{\left(\max \right)}-P_g^{\left(0\right)}(S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}>0)\\ P_g^{\left(\min \right)}-P_g^{\left(0\right)}(S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}<0)\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中

分别是发电机g的最大可调出力、最大出力、最小出力以及当前出力，

计算发电机出力调整到最大或最小时对缓解支路越限的贡献量：

${\mathrm{\&Delta;P}}_k^{\left(l\right)}=S_{\mathrm{kg}}^{\left(l\right)}*{\mathrm{\&Delta;P}}_g^{\left(\mathrm{limit}\right)}---\left(6\right)$

这样每台发电机对越限支路有三个量：灵敏度、最大可调出力以及最大缓解量，分别按照灵敏度和缓解量进行排序形成辅助决策表。

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