CN102611085B - 一种连锁跳闸仿真分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连锁跳闸仿真分析方法,属于电力系统安全稳定评估领域。该方法基于电网潮流和稳定数据,针对预设故障下出现的设备过载情况,自动将过载设备切除,进行下一轮潮流计算,直到过载消除、系统解列、输电断面越限或者潮流不收敛,完成连锁跳闸分析。由于本方法自动进行过载分析,构造故障切除故障元件,不需要大量人力的参与,计算结果给出每一轮次详细的故障及过载信息,工作效率较高。

Description

一种连锁跳闹仿真分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统安全稳定评估领域,具体涉及一种连锁跳闸仿真分析方法。
背景技术
[0002] 连锁跳闸是电力系统的一种严重故障。当设备出现过载或者故障后,需要将过载的设备切除以保证设备安全,但是对电力系统整体而言,切除过载或故障的设备,往往会使系统的局部的负载加重,有可能造成其它的设备的过载。这种继发过载发生的地点和严重程度具有很大的不确定性,它有可能发生在切除设备的周边或同一输电通道上,也可能出现在距离较远的地方。如果运行方式没有及时调整,继发过载的设备也将退出运行,这样就会造成设备由于连续过载造成的连锁跳闸。
[0003] 连锁跳闸的后果往往会给电力系统带来解列、大面积停电、窝电等严重后果,它的发生具有很大的不确定性。因此,需要提出一种电力系统连锁跳闸的仿真方法,能够从连续时间尺度上模拟这种连锁跳闸的过程,分析每一轮次设备跳闸会造成哪些设备过载,发现电网设备连锁过载跳闸之间的因果关系,推演设备过载的后果,有助于发现电网的薄弱环节,制定合理的措施,提高电网的安全性。
[0004] 现有的电力系统安全稳定评估中,主要通过基态潮流分析和预设故障分析来分析正常情况下的潮流、电压和输电断面功率的越限情况,及预设故障下的稳态运行状况和暂态、动态稳定情况,为保障电力系统稳态运行安全可靠提供分析计算依据。其主要工作如下:
[0005] (I)静态安全分析;能够对给定的基态潮流,分析正常情况下的潮流、电压和输电断面限额的越限情况,更主要用于判断系统对故障所承受的风险度,提供预设故障下的过负荷支路、电压异常母线和越限的发电机等,并给出其越限程度,为保障电力系统稳态运行安全可靠提供分析计算依据。
[0006] (2)安全稳定评估;对给定的基态潮流,进行静态稳定分析、暂态稳定分析、小干扰稳定分析等仿真方法来获取系统的全面的安全稳定性,在发现系统稳定水平不足时,给出告警,并针对不同的稳定问题,即时启动相应的稳定决策支持模块,为调度员提供运行方式调整的辅助决策支持,全面保证系统的稳定运行。
[0007] 现有技术方案存在以下的不足:
[0008] (I)缺乏多轮次连锁故障之间的分析;
[0009] 现有的技术仅仅通过对已有的过载或单一轮次的故障进行静态和暂态分析,仅能发现当前故障下系统的稳态或暂态问题,缺乏从连续时间尺度上自动分析连锁故障的手段,无法发现连锁跳闸各轮次之间的因果关系和发展过程,无法准确的发现切断连锁故障的关键措施。
[0010] (2)需要的人工预设每轮次故障,无法自动分析,效率低;
[0011] 当需要模拟多轮故障时,需要人工预先设定每一轮次的故障设备,故障形式以及故障时序,根据当前预设故障后的系统运行状况,确定下一轮次的故障,无法自动分析和推演。需要计算人员具有较高的专业素质、较丰富的实际经验,计算时间比较长。效率低下。
发明内容
[0012] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种连锁跳闸仿真分析方法,该方法基于电网潮流和稳定数据,针对预设故障下出现的设备过载情况,自动将过载设备切除,进行下一轮潮流计算,直到过载消除、系统解列、输电断面越限或者潮流不收敛,完成连锁跳闸分析。由于本方法自动进行过载分析,构造故障切除故障元件,不需要大量人力的参与,计算结果给出每一轮次详细的故障及过载信息,工作效率较高。
[0013] 为了实现上述发明目的,本发明的采取如下技术方案:
[0014] 一种连锁跳闸仿真分析方法,所述方法包括以下步骤:
[0015] 步骤1.获取基态潮流数据、稳定模型参数、输电断面功率限值表、安全稳定自动装置策略表和预设故障;
[0016] 步骤2.计算基态潮流并得到基态潮流结果;
[0017] 步骤3.设置轮次序号K = I,所述预设故障为第I轮故障,所述基态潮流为第O轮潮流数据;
[0018] 步骤4.进行所述安全稳定自动装置匹配,以第K轮故障为触发故障,确定第K轮安全稳定自动装置控制方案;
[0019] 步骤5.叠加所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案,形成第K轮潮流数据;
[0020] 步骤6.拓扑分析所述第K轮潮流数据,并判断是否解列,如果解列,则进行解列信息分析,统计解列后系统的独立岛数,然后执行步骤12 ;如果没有解列,执行下一步;
[0021 ] 步骤7.对所述第K轮潮流数据进行潮流计算;
[0022] 步骤8.判断第K轮潮流是否收敛,如果不收敛,则对所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析,获取暂态稳定结果和设备过载情况,然后执行步骤12 ;如果收敛,则执行下一步;
[0023] 步骤9.进行所述输电断面功率限值匹配,确定第K轮各输电断面的功率限值;
[0024] 步骤10.判断输电断面功率是否越限,如果越限,则进行越限断面分析,然后执行步骤12 ;如果没有越限,则执行下一步;
[0025] 步骤11.判断设备是否过载,如果过载,将过载的设备跳闸,以形成第K+1轮故障,令轮次序号为K+1,然后执行步骤4,进行下一轮分析;如果设备没有过载,则执行下一步;
[0026] 步骤12.输出统计结果,计算结束。
[0027] 在步骤4中,根据第K-1轮潮流结果和网络拓扑、匹配故障触发的安全稳定自动装置动作条件确定所述第K轮电网安全稳定自动装置控制方案。
[0028] 在步骤6中,所述独立岛数包括每一个岛的节点数、负荷和功率。
[0029] 在步骤8中,以第K-1轮潮流数据和稳定模型参数对所述第K轮故障和安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析。
[0030] 在步骤9中,根据第K轮潮流结果、网络拓扑和匹配输电断面功率限值的生效条件确定所述第K轮各输电断面的功率限值。
[0031] 在步骤10中,所述越限断面分析包括记录越限断面功率和越限百分比。
[0032] 在步骤12中,所述统计结果包括每一轮次的故障信息、安全稳定自动装置控制方案信息、每一轮次潮流收敛信息、每一轮次的设备过载信息。
[0033] 在步骤12中,所述统计结果还包括:因输电断面功率越限停止计算时输电断面功率和越限百分比信息、因设备跳闸造成系统解列后系统的独立岛数、设备过载信息和程序错误警告信息。
[0034] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0035] 1.本发明提出一种对多轮次设备过载造成的连锁跳闸进行分析推演的方法,能够发现电网发生连锁跳闸的安全隐患,分析连锁跳闸多轮故障之间的因果关系,配合辅助决策,可以指导计划的制定和完善,对于电网的安全稳定运行有着重要的意义;
[0036] 2.由于本方法自动进行过载分析,构造故障切除故障元件,不需要大量人力的参与,计算结果给出每一轮次详细的故障及过载信息,工作效率较高;
[0037] 3.本发明提供的方法简单可靠,易于执行。
附图说明
[0038] 图1是本发明具体实施例的连锁跳闸分析流程图;
[0039] 图2是故障造成系统解列的示意图。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0041] 如图1,一种连锁跳闸仿真分析方法,所述方法包括以下步骤:
[0042] 步骤1.获取基态潮流数据、稳定模型参数、输电断面功率限值表、安全稳定自动装置策略表和预设故障;
[0043] 步骤2.计算基态潮流并得到基态潮流结果;
[0044] 步骤3.设置轮次序号K = 1,所述预设故障为第I轮故障,所述基态潮流为第O轮潮流数据;
[0045] 步骤4.进行所述安全稳定自动装置匹配,以第K轮故障为触发故障,确定第K轮安全稳定自动装置控制方案;
[0046] 步骤5.叠加所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案,形成第K轮潮流数据;
[0047] 步骤6.拓扑分析所述第K轮潮流数据,并判断是否解列,如果解列,则进行解列信息分析,统计解列后系统的独立岛数,然后执行步骤12 ;如果没有解列,执行下一步;
[0048] 步骤7.对所述第K轮潮流数据进行潮流计算;
[0049] 步骤8.判断第K轮潮流是否收敛,如果不收敛,则对所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析,获取暂态稳定结果和设备过载情况,然后执行步骤12 ;如果收敛,则执行下一步;
[0050] 步骤9.进行所述输电断面功率限值匹配,确定第K轮各输电断面的功率限值;
[0051] 步骤10.判断输电断面功率是否越限,如果越限,则进行越限断面分析,然后执行步骤12 ;如果没有越限,则执行下一步;
[0052] 步骤11.判断设备是否过载,如果过载,将过载的设备跳闸,以形成第K+1轮故障,令轮次序号为K+1,然后执行步骤4,进行下一轮分析;如果设备没有过载,则执行下一步;
[0053] 步骤12.输出统计结果,计算结束。
[0054] 在步骤4中,根据第K-1轮潮流结果和网络拓扑、匹配故障触发的安全稳定自动装置动作条件确定所述第K轮电网安全稳定自动装置控制方案。
[0055] 在步骤6中,所述独立岛数包括每一个岛的节点数、负荷和功率。
[0056] 在步骤8中,以第K-1轮潮流数据和稳定模型参数对所述第K轮故障和安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析。
[0057] 在步骤9中,根据第K轮潮流结果、网络拓扑和匹配输电断面功率限值的生效条件确定所述第K轮各输电断面的功率限值。
[0058] 在步骤10中,所述越限断面分析包括记录越限断面功率和越限百分比。
[0059] 在步骤12中,所述统计结果包括每一轮次的故障信息、安全稳定自动装置控制方案信息、每一轮次潮流收敛信息、每一轮次的设备过载信息。
[0060] 在步骤12中,所述统计结果还包括:因输电断面功率越限停止计算时输电断面功率和越限百分比信息、因设备跳闸造成系统解列后系统的独立岛数、设备过载信息和程序错误警告信息。
[0061] 本发明提供的方法具有如下的特点和功能:
[0062] (I)在每一轮潮流计算完毕后,分析设备过载,自动将过载设备切除,进行下一轮计算,形成连锁跳闸分析;
[0063] (2)自动根据每一轮的故障和潮流情况,匹配安全稳定控制装置和输电断面功率限值,确定当前安全稳定控制装置控制措施和输电断面功率限值。安全稳定控制装置的控制方案需要根据电网当前运行方式来确定,不同运行方式下的输电断面功率限值也不同。为准确地进行电网连锁跳闸分析,需要在每一轮次都进行安全稳定控制装置和输电断面功率限值的匹配。
[0064] (3)潮流不收敛时,程序停止连锁跳闸分析,自动对本轮故障和安全稳定控制装置控制方案进行暂态稳定仿真。对于每一轮的故障和控制措施操作,并不能保证潮流一定收敛。特别是在连锁跳闸后期,潮流重载,一次开断元件较多的情况下,潮流更容易不收敛。照成潮流不收敛的故障往往是严重故障。本发明在连锁跳闸过程中对潮流不收敛的故障和控制方案,自动进行暂态稳定仿真。得到本轮故障及控制措施是否暂态稳定,如果暂态稳定,给出稳定后设备过载分析。
[0065] 本发明的连锁跳闸仿真分析方法,从基态或预设故障后的潮流开始,自动将每一轮计算后过载的设备切除,进行下一轮计算,直到过载消除、系统解列、输电断面越限或者潮流不收敛结束。
[0066] 本发明中有两个重要环节,其中一个是故障及控制措施分析,依据系统是否解列,潮流是否收敛、设备过载、输电断面功率越限等情况构造下一轮故障或退出连锁跳闸分析;第二个是根据当前潮流和故障,确定当前方式对应的安全稳定自动装置控制方案和输电断面功率限值。
[0067] 1、故障及控制措施分析
[0068] 故障造成系统解列的示意图如图2所示。
[0069] (I)解列
[0070] 岛B、C分别通过联络线L1,L2与主网A相连。如果由于设备过载和安全稳定控制装置的控制方案,导致线路LI,L2断开,则此故障将造成岛B与岛C与系统解列,此时连锁跳闸终止。统计岛B与岛C的节点数,厂站数,负荷,发电量等数据,作为故障后果的评估,记录在结果统计与输出中。
[0071] (2)潮流不收敛
[0072] 如果故障及控制方案不造成解列,但是故障后潮流不收敛,则停止连锁跳闸分析,构造对应的暂态断线故障,基于本轮故障前的运行方式和动态模型参数进行暂态稳定仿真。评估系统在此故障下的暂态稳定性。如果暂态稳定,采用计算结束前多个点的平均电流值进行判断设备是否过载。给出过载信息,记录到在结果统计与输出中。
[0073] (3)输电断面功率越限
[0074] 依据本轮故障后的潮流情况,判断输电断面功率是否越限。断面的限值需要根据当前方式对应的输电断面功率限值判断。如果有任一输电断面功率越限,此时连锁跳闸终止。将输电断面越限信息,记录在结果统计与输出中。
[0075] (4)设备过载
[0076] 依据本轮故障后的潮流情况,判断系统中的设备是否过载。将所有过载设备记录,构造过载设备跳闸的稳态故障,转入下一轮计算,进行连锁跳闸分析。
[0077] 2、确定当前方式对应的安全稳定自动装置控制方案和输电断面功率限值
[0078] (I)自动匹配控制方案
[0079] 电网安全稳定控制方案是当电网出现较大的故障和扰动后,安全稳定控制为保证电网安全稳定运行而自动采取切机、切负荷、降低发电机出力等控制方案。安全稳定控制策略表根据研究电网拓扑和运行情况,决定当前方式下发生某一故障时安全稳定控制系统采取的控制方案。为保证连锁跳闸分析的正确性,必须在每一轮计算前,需要根据当前故障以及故障前的电网拓扑和运行情况对安全稳定控制策略表中的动作条进行一一匹配。确定当前方式的安全稳定控制方案。
[0080] (2)自动匹配输电断面功率限值
[0081] 输电断面的功率限值往往不是一个固定的值,它根据研究电网拓扑和运行情况,在大量离线稳定计算分析计算基础上,经过提炼、整理,总结出的一个限值表。因此,每一轮计算前,都必须根据电网的拓扑和运行情况,对限值表中的条件逐一匹配,最后确定当前方式下各个输电断面的限值。
[0082] 本技术方案在某省级电网调度计划安全稳定校核系统中得到应用。该省级电网规模大,网络复杂,负荷重,与外省电网的功率交换较多,电网设备负载普遍较重。该省的调度计划包括未来一天96个点的日计划数据以及月度年度方式计划数据。运用本技术方案对各类计划数据生成的运行方式数据进行基态和预设故障下的连锁跳闸分析,发现了预设故障中的一些严重故障引起的连锁过载跳闸故障。这些连锁跳闸一些导致系统解列、造成丢失负荷和发电出力受限,一些导致重要输电断面功率越限,还有一些在连锁跳闸后期导致潮流不收敛。本技术方案对上述连锁跳闸的分析,均得到了详细的故障发展过程,发现了电网设备连锁跳闸之间的因果关系,取得了预期效果。
[0083] 本方法在实际电网数据下开展连锁跳闸分析方法的研究和尝试,摸索出一种连锁跳闸的仿真分析方法。该方法基于电网潮流和稳定数据,针对预想故障下出现的设备过载情况,自动将过载设备切除,进行下一轮潮流计算,直到过载消除、系统解列、输电断面越限或者潮流不收敛,完成连锁跳闸分析。对切除设备后潮流不收敛的情况进行暂态稳定仿真,给出暂态稳定结果和暂态后设备过载结果。计算过程中考虑输电断面功率限值自动匹配和安全稳定自动装置的控制方案。该方法不需要大量人力的参与,有效的分析了连锁跳闸这一复杂故障过程,能够发现电网的薄弱环节,有助于制定防止连锁跳闸的优先措施,具有广泛的推广应用前景。
[0084] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1.获取基态潮流数据、稳定模型参数、输电断面功率限值表、安全稳定自动装置策略表和预设故障; 步骤2.计算基态潮流并得到基态潮流结果; 步骤3.设置轮次序号K= 1,所述预设故障为第I轮故障,所述基态潮流为第O轮潮流数据; 步骤4.进行所述安全稳定自动装置匹配,以第K轮故障为触发故障,确定第K轮安全稳定自动装置控制方案; 步骤5.叠加所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案,形成第K轮潮流数据; 步骤6.拓扑分析所述第K轮潮流数据,并判断是否解列,如果解列,则进行解列信息分析,统计解列后系统的独立岛数,然后执行步骤12 ;如果没有解列,执行下一步; 步骤7.对所述第K轮潮流数据进行潮流计算; 步骤8.判断第K轮潮流是否收敛,如果不收敛,则对所述第K轮故障和第K轮安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析,获取暂态稳定结果和设备过载情况,然后执行步骤12 ;如果收敛,则执行下一步; 步骤9.进行所述输电断面功率限值匹配,确定第K轮各输电断面的功率限值; 步骤10.判断输电断面功率是否越限,如果越限,则进行越限断面分析,然后执行步骤12 ;如果没有越限,则执行下一步; 步骤11.判断设备是否过载,如果过载,将过载的设备跳闸,以形成第K+1轮故障,令轮次序号为K+1,然后执行步骤4,进行下一轮分析;如果设备没有过载,则执行下一步; 步骤12.输出统计结果,计算结束。
2.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤4中,根据第K -1轮潮流结果和网络拓扑、匹配故障触发的安全稳定自动装置动作条件确定所述第K轮安全稳定自动装置控制方案。
3.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤6中,所述独立岛数包括每一个岛的节点数、负荷和功率。
4.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤8中,以第K -1轮潮流数据和稳定模型参数对所述第K轮故障和安全稳定自动装置控制方案进行暂稳计算分析。
5.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤9中,根据第K轮潮流结果、网络拓扑和匹配输电断面功率限值的生效条件确定所述第K轮各输电断面的功率限值。
6.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤10中,所述越限断面分析包括记录越限断面功率和越限百分比。
7.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤12中,所述统计结果包括每一轮次的故障信息、安全稳定自动装置控制方案信息、每一轮次潮流收敛信息、每一轮次的设备过载信息。
8.根据权利要求1所述的连锁跳闸仿真分析方法,其特征在于:在步骤12中,所述统计结果还包括:因输电断面功率越限停止计算时输电断面功率和越限百分比信息、因设备跳闸造成系统解列后系统的独立岛数、设备过载信息和程序错误警告信息。
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