CN102255319A - 基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，包括步骤：抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，计算无功实时控制系统的暂态功角稳定、暂态电压参数以及暂态频率偏移的参数可接受性极限值；计算电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从该运行状态参数中选择最优运行状态参数。本发明还提供一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，通过本发明的技术，实现了准确对电网电压的无功进行分析评估，能更好地为相关调度人员提供更加准确的方式安排和调度运行的参考。

Description

基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法及系统，属于电网电压评估技术领域。
背景技术
对于当前的电力系统，随着负荷的增长、送电距离的增加、大量高压直流输电(HVDC)和灵活交流控制系统(FACTS)的投运，现代电力系统的动态特性(包括同调性、失稳模式和关键断面)都变得越来越复杂。地区电网动态安全评估分析是保证地区电力系统安全稳定运行的重要手段，电压无功暂态稳定评估是其基本任务，在正常运行状态下，准确地对电网电压无功控制系统进行分析评估，能够在保障系统安全运行的前提下，满足电网实际运行要求，同时提高系统的稳定水平。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法及系统，实现了准确对电网电压的无功进行分析评估。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，包括步骤：
抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；
在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，根据所述关键断面数据计算无功实时控制系统的暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数以及暂态频率偏移参数的可接受性极限值；
根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
在上述基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法的基础上：
优选地，利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据。
优选地，所述根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数具体包括：
利用禁忌搜索算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，包括：依次连接的数据抽取单元、断面极限计算单元以及最优参数选择单元；
所述数据抽取单元，用于抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；
所述断面极限计算单元，用于在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，根据所述关键断面数据计算无功实时控制系统的暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数以及暂态频率偏移参数的可接受性极限值；
所述最优参数选择单元，用于根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
在上述基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统的基础上：
优选地，所述数据抽取单元利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据。
优选地，所述最优参数选择单元包括禁忌搜索算法模块；所述禁忌搜索算法模块，用于利用禁忌搜索算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
综上所述，本发明技术方案的有益效果：
（1）本发明的技术通过抽取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据，然后利用所述关键断面数据对电网电压无功实时控制系统进行稳定状态分析，最后结合上述分析得到的约束条件对电网电压无功实时控制系统运行状态电压无功情况进行评估，为相关调度人员提供方式安排和调度运行的参考，能够在保障系统安全运行的前提下，满足电网实际运行要求，同时提高系统的稳定水平。
（2）本发明的技术通过进一步引入广域测量系统(WAMS)对电网电压无功实时控制系统进行多端测量，获取关键断面数据，然后对关键断面数据进行暂态稳定分析，分别计算能保证静态、暂态安全性的输电断面极限，并且利用了禁忌搜索算法这种局部搜索能力很强的全局迭代寻优算法，通过该算法评估电网电压无功实时控制系统的无功暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数和暂态频率偏移参数的情况，选取最优运行状态参数。其中，所述禁忌搜索算法对内存需求量少，收敛性和稳定性较好，并能以较大概率跳出局部极值点，使优化计算结果更加准确，同时又保证了优化时间，即满足了理论设计要求，又考虑了实际工程需要，通过该算法选取的选取最优运行状态参数，能更好地为相关调度人员提供更加准确的方式安排和调度运行的参考。
附图说明
图1是本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法的流程图；
图2是实施例中的改进的智能禁忌搜索算法的流程图；
图3是本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统的结构示意图；
图4是实施例中的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法作详细描述。
参见图1，图1是本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法的流程图，包括步骤：
抽取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据；
在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定以及静态安全稳定约束条件下，根据所述关键断面数据计算暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数和暂态频率偏移参数的可接受性极限值；
根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
通过上述从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数过程，即实现了进一步对电网电压无功实时控制系统的暂态功角稳定、暂态电压安全和暂态频率偏移参数的情况进行评估，调度人员就可以根据该评估结果进行方式安排和调度运。
为了更加清晰本发明的技术方案，下面结合优选的实施方式作详细描述。
对于所述关键断面数据，具体地，包括无功实时控制系统的元件的状态、模型和参数。
对于所述抽取电网电压的无功实时控制系统的关键断面数据的方法，优选地，利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据；通过引入广域测量系统进行多端测量，可以抽取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据，而且可以基于广域测量系统信息进一步对数据进行分析处理。
对于上述利用广域测量系统进行多端测量测量抽取电网电压无功实时控制系统关键断面的数据的过程，具体包括步骤：
采集电网电压无功实时控制系统的断面数据信号，即将断面数据信号至广域测量系统的模拟输入端。
对所述断面数据信号进行防混叠滤波，通过防混叠滤波器可以在模数转换前将采集的高频信号滤掉，以减少采集信号的失真和噪声。
对所述电网电压无功实时控制系统的断面数据信号进行时间同步修正，具体地，以全球定位系统（GPS）为统一时标，并通过GPS接收器接收信号，同时引入锁相振荡器对GPS接收器可能产生的频率、相位偏差进行修正，防止振荡中止造成的通信和功能中断，使得整个测量过程在时间上的同步。
将所述断面数据信号进行模数转换，然后进行解调得到数字化的关键断面数据；具体地，将同步修正处理后信号进行模数转换，然后再通过微处理器传至调制解调器转换为的脉冲信号，这些脉冲信号可被线路另一端的调制解调器接收，从而实现广域测量的功能。
根据从广域测量系统中获取的电网电压无功实时控制系统关键断面数据，在满足暂态功角、电压和频率安全稳定以及静态安全稳定的约束条件下，计算暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数和暂态频率偏移参数的可接受性极限值，用以进一步对电压无功进行评估分析。
根据上述获得的关键断面数据，对整个电网电压无功实时控制系统进行潮流计算，得到系统的运行状态参数，然后利用禁忌搜索(TS)算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
具体地，构建基于禁忌搜索算法，即对已进行上述运行状态参数进行记录并进行择优选择，指导下一步对电网电压无功控制系统的无功暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数和暂态频率偏移参数的情况的评估。
优选地，本实施例中的禁忌搜索算法为改进的智能禁忌搜索算法，其流程图如图2所示，具体包括步骤：
（1）将上述潮流计算得到的运行状态参数设为初始解，将该初始解进行编码得到控制变量编码。
（2）对所述控制变量编码进行移动产生测试解；优选地，采用灵敏度分析的方法将灵敏度为零的节点进行移动，这种移动对计算本身没有影响，通过移动可以保留有效节点，从而减少计算所消耗的时间。
（3）判决出满足所述可接受性极限值的约束条件、预设电压、线路潮流约束条件以及期望水平的测试解；具体地，对所述测试解进行分析判断，若满足上述可接受性极限值的约束条件，则计算电压无功的目标值，再判断该目标值是否满足预设电压、线路潮流约束条件，若满足则进一步判断是否达到期望水平，若达到期望水平，则选择该测试解，否则，返回步骤（2），重新进行移动生成一组测试解，再进行分析判断；其中，所述“期望水平”是指如果一个移动作用于当前解后,所得到的解比之前所搜索到的所有解都要“优”,即到目前为止,该移动使目标函数改善得最大,则称该移动满足了“期望水平”。
（4）将步骤（3）中选择的测试解放入禁忌表，采用先进先出的技术更新禁忌表获取局部最优解；具体地，在进入禁忌表的管理操作过程后，采用先进先出(FIFO)的队列式管理法管理禁忌表，每次迭代都能够产生一个局部最优解，禁忌表在每次迭代后都进行更新局部最优解，直至试验过所有的测试解，通过先进先出这种管理操作方式能较好地控制禁忌表的规模，进而提高搜索的效率。
（5）根据预设的迭代次数条件，判决所述局部最优解，获取全局最优解，将该全局最优解解码得到最优运行状态参数；具体地，用局部最优解更新当前解，判断是否达到退出迭代条件（预设的检验周期），采用静态管理法，即判定条件为是否达到预设的最大迭代次数，若是，则将该评估出的全局最优解的电压无功控制变量进行解编码，得到最优的运行状态参数供操作人员参考，对于所述预设的最大迭代次数，可以根据本专利使用者根据实际情况和经验来设定。
下面结合附图和实施例对本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统作详细描述。
参见图3，图3是本发明的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统的结构示意图，包括：依次连接的数据抽取单元、断面极限计算单元以及最优参数选择单元。
其工作原理是：所述数据抽取单元，用于抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；所述断面极限计算单元，用于在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，根据所述关键断面数据计算无功实时控制系统的暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数以及暂态频率偏移参数的可接受性极限值；所述最优参数选择单元，用于根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
为了更加清晰本发明的技术方案，下面结合优选的实施方式作详细描述。
参见图4，图4是本实施例中的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统的结构示意图。
优选地，所述数据抽取单元利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据。
广域测量系统（WAMS）能全网同步采集机组和线路的电压、电流以及重要的开关保护信号；它可以为电力系统提供新的测量和监控手段，具有可以在时间－空间－幅值三维坐标下同时观察电力系统全局的动态过程全貌的突出优点。
优选地，所述数据抽取单元包括：依次连接的数据采集模块、滤波模块、同步修正模块、模数转换模块以及解调模块；
其工作原理是：所述滤波模块，用于对所述断面数据信号进行防混叠滤波；所述同步修正模块，用于对所述电网电压无功实时控制系统的断面数据信号进行时间同步修正；所述模数转换模块，用于将所述断面数据信号进行模数转换，所述解调模块，用于对所述断面数据进行解调得到数字化的关键断面数据。
优选地，所述最优参数选择单元包括潮流计算模块和禁忌搜索算法模块。
其工作原理是：所述潮流计算模块，用于根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制的运行状态参数；所述禁忌搜索算法模块，用于利用禁忌搜索算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
优选地，所述禁忌搜索算法模块包括：依次连接的初始解生成模块、测试解生成模块、测试解筛选模块、禁忌表管理模块和最优解判决模块。 
其工作原理是：所述初始解生成模块，用于将所述潮流模块计算得到的运行状态参数设为初始解，将该初始解进行编码得到控制变量编码； 所述测试解生成模块，用于对所述控制变量编码进行移动产生测试解；所述测试解筛选模块，用于判决出满足所述可接受性极限值的约束条件、预设电压、线路潮流约束条件以及期望水平的测试解；所述禁忌表管理模块，用于将该测试解放入禁忌表，采用先进先出的技术更新禁忌表获取局部最优解；所述最优解判决模块，用于根据预设的迭代次数条件，判决所述局部最优解，获取全局最优解，将该全局最优解解码得到最优运行状态参数。
对关键断面进行数据抽取，进一步对断面数据进行暂态稳定分析，如果系统的安全裕度较高，为充分利用输电能力，分析计算保证静态、暂态安全性的输电断面极限，依此监视断面稳定极限，可以作为方式安排和调度运行的参考。
进一步地，本发明采用先进的广域测量系统技术，抽取关键断面数据，考虑到电网无功电压实时控制是一个离散的非线性优化问题，结合了非常适合于离散组合优化问题的求解的禁忌搜索等“现代启发式”全局搜索寻优技术，使优化计算结果更加准确，同时又保证了优化时间，即满足了理论设计要求，又考虑了实际工程需要，通过该算法选取的选取最优运行状态参数，能更好地为相关调度人员提供更加准确的方式安排和调度运行的参考。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，其特征在于，包括步骤：
抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；
在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，根据所述关键断面数据计算无功实时控制系统的暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数以及暂态频率偏移参数的可接受性极限值；
根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
2.根据权利要求1所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，其特征在于，所述关键断面数据包括：无功实时控制系统的元件的状态、模型和参数。
3.根据权利要求2所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，其特征在于，所述抽取电网电压的无功实时控制系统的关键断面数据包括：
利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据；
所述获取过程包括步骤：
采集电网电压的无功实时控制系统的断面数据信号，对所述断面数据信号进行防混叠滤波，对所述电网电压无功实时控制系统的断面数据信号进行时间同步修正，将所述断面数据信号进行模数转换，然后进行解调得到数字化的关键断面数据。
4.根据权利要求1所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，其特征在于，所述根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数具体包括：
利用禁忌搜索算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
5.根据权利要求4所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估方法，其特征在于，所述禁忌搜索算法包括步骤：
将所述潮流计算得到的运行状态参数设为初始解，将该初始解进行编码得到控制变量编码；
对所述控制变量编码进行移动产生测试解；
判决出满足所述可接受性极限值的约束条件、预设电压、线路潮流约束条件以及期望水平的测试解；
将该测试解放入禁忌表，采用先进先出的技术更新禁忌表获取局部最优解；
根据预设的迭代次数条件，判决所述局部最优解，获取全局最优解，将该全局最优解解码得到最优运行状态参数。
6.一种基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，其特征在于，包括：依次连接的数据抽取单元、断面极限计算单元以及最优参数选择单元；
所述数据抽取单元，用于抽取电网电压估的无功实时控制系统的关键断面数据；
所述断面极限计算单元，用于在满足预设的暂态功角、电压和频率安全稳定和静态安全稳定的约束条件下，根据所述关键断面数据计算无功实时控制系统的暂态功角稳定参数、暂态电压安全参数以及暂态频率偏移参数的可接受性极限值；
所述最优参数选择单元，用于根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制系统的运行状态参数，然后根据所述可接受性极限值从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
7.根据权利要求6所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，其特征在于，所述数据抽取单元利用广域测量系统对所述电网电压无功实时控制系统进行多端测量获取电网电压无功实时控制系统的关键断面数据。
8.根据权利要求7所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，其特征在于，所述数据抽取单元包括：
依次连接的数据采集模块、滤波模块、同步修正模块、模数转换模块以及解调模块；
所述滤波模块，用于对所述断面数据信号进行防混叠滤波；
所述同步修正模块，用于对所述电网电压无功实时控制系统的断面数据信号进行时间同步修正；
所述模数转换模块，用于将所述断面数据信号进行模数转换；
所述解调模块，用于对所述断面数据进行解调得到数字化的关键断面数据。
9.根据权利要求8所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，其特征在于，所述最优参数选择单元包括潮流计算模块和禁忌搜索算法模块；
所述潮流计算模块，用于根据所述关键断面数据进行潮流计算得到电网电压无功实时控制的运行状态参数；
所述禁忌搜索算法模块，用于利用禁忌搜索算法，从所述运行状态参数中选择最优运行状态参数。
10.根据权利要求9所述的基于断面抽取的电网电压无功实时控制评估系统，其特征在于，所述禁忌搜索算法模块包括： 
依次连接的初始解生成模块、测试解生成模块、测试解筛选模块、禁忌表管理模块和最优解判决模块； 
所述初始解生成模块，用于将所述潮流模块计算得到的运行状态参数设为初始解，将该初始解进行编码得到控制变量编码； 
所述测试解生成模块，用于对所述控制变量编码进行移动产生测试解；
所述测试解筛选模块，用于判决出满足所述可接受性极限值的约束条件、预设电压、线路潮流约束条件以及期望水平的测试解；
所述禁忌表管理模块，用于将该测试解放入禁忌表，采用先进先出的技术更新禁忌表获取局部最优解；
所述最优解判决模块，用于根据预设的迭代次数条件，判决所述局部最优解，获取全局最优解，将该全局最优解解码得到最优运行状态参数。
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