CN102638027A - 用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法 - Google Patents

Abstract

用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法，属于电力系统分析技术领域。该方法基于深度优先搜索算法，利用了厂站内设备间物理连接关系模型和实时数据，获取厂站内部设备间当前实际连接关系，快速识别开关拒动引起的联跳设备组合集。针对故障起因设备、拒动开关和联跳设备组合集，自动生成面向在线安全稳定分析的开关拒动风险预想故障，按故障算例并行的方式，进行安全稳定评估。该方法可自适应电网运行方式变化，准确模拟开关拒动故障对电网运行的影响，为后续防范开关拒动引起的连锁故障等风险提供了基础条件。

Description

用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法

技术领域

本发明属于电力系统分析技术领域，更准确地说本发明涉及一种适用于电力系统在线安全稳定评估的断路器拒动故障模拟方法。

背景技术

当电力系统一次设备发生故障时，所配置的电力系统保护装置将动作跳开相关的断路器(电力系统实际运行管理中又称为开关，文中开关与断路器均为同义语)，从而把故障设备从系统中切除，以维持系统健全部分的正常运行，尽可能小停电范围。然而，如果断路器发生拒动，则一般会使停电区域扩大，甚至引发连锁故障。目前，在线安全稳定评估现已成为大电网调度运行的迫切需求，可跟踪电网实际工况，周期性地评估预想故障的影响，提出预防控制措施建议。但现有的断路器拒动预想故障是通过人工事先设置的，不能根据实时电网运行方式和厂站接线结构准确识别开关拒动引起的联跳设备组合集(联跳设备组合集即开关拒动后将被跳开的设备的集合)，导致难以客观评估开关拒动的影响，难以及时进行预防控制。亟需提出能够自适应运行方式变化，准确模拟开关拒动导致影响的分析方法，用于电力系统在线安全稳定评估。

发明内容

本发明目的是：自适应运行方式变化，准确模拟开关拒动故障，提高电力系统在线安全稳定评估的准确性。

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

1)获取电网模型及实时数据、故障起因设备和预想拒动开关等信息，初步将所有预想拒动开关所属厂站作为需进行拓扑分析的候选厂站，再将实时数据中这些厂站中的开关、刀闸状态与上一次在线安全稳定评估的电网运行状态相比，判断厂站内拓扑关系是否变化，如果没有变化，则该厂站不再进行拓扑分析，如果有变化，则该厂站本次需要进行拓扑分析。

2)针对需要进行分析的厂站，基于图论中深度优先搜索算法、厂站内设备间物理连接关系模型和实时数据，进行厂站内部设备连接关系的拓扑分析，获取设备间当前实际连接关系信息；对不需要进行分析的厂站，直接获取上一次拓扑分析结果。汇总上述两种情况的信息，最终形成所有预想拒动开关所属厂站的内部实际拓扑连接关系。

根据设备性质不同，厂站内设备可分为开断设备和非开断设备两类。刀闸、开关为开断设备；非开断设备即为不可开闭设备，包括母线、发电机、线路端子、变压器绕组、容抗器等。

3)根据拒动开关信息和厂站内拓扑连接信息，先搜索与拒动开关直接相连的非开断设备，然后再搜索与这些非开断设备通过开关相连的所有非开断设备，即为该开关拒动后的联跳设备组合集(注：不考虑多个开关同时拒动)。

4)针对故障起因设备和联跳设备组合集，依据故障生成策略，自动生成面向在线安全稳定分析的开关拒动风险预想故障，如果该故障不在预先设置的安全稳定在线分析故障集中，则追加到安全稳定在线分析的预想故障集中，作为经验预想故障集的补充。故障生成策略规则包括故障类型、故障相、保护动作时序、仿真时间、仿真步长、概率等，动作时序根据电压等级、设备类型和故障类型取不同值，上述参数均可预先设置并可人工修改。

5)针对整合后的预想故障集，依据并行处理平台的算例并行计算能力，按故障算例并行的方式，进行安全稳定评估。

本发明的步骤2)中进行厂站内部设备连接关系的拓扑分析时，可以先按电压等级将需要进行分析的厂站整理为以非开断设备为节点、拓扑单元为支路的图，其中拓扑单元为非开断设备之间的一个接线单元；再应用深度优先搜索算法对整理后的图遍历来进行拓扑的分析，其中对于有母线的接线方式选取母线作为深度优先搜索的起始节点开始遍历，当搜索到的非开断设备为母线或者无其他与之相连的非开断设备时，则回到上一个被访问的非开断设备，直到所有的非开断设备均已访问，对于无母线的接线方式则选取发电机作为深度优先搜索的起始节点，若既无母线又无发电机则选取任意线路端子作为遍历的起始节点。

本发明的步骤4)中设置故障生成策略规则中的参数时，可以将故障起因设备的故障类型设为三相永久短路，开关拒动引起的联跳设备的故障类型设为无故障跳开，保护动作时序取后备保护动作时间；在向安全稳定在线分析的预想故障集中追加时，需要与预先设置的故障集进行详细比较，比较内容包括故障关联事件的个数、故障关联事件的间隔时间、故障关联事件的属性，其中故障关联事件的属性包括故障类型、故障相、故障时刻、故障元件类型、故障元件、故障侧、故障位置、动作时刻，每项逐一比较，只要有一项不同，则认为故障不相同，进而将该故障追加到安全稳定在线分析的预想故障集中。

本发明的有益效果为：本发明基于深度优先搜索算法，充分利用了厂站内设备间物理连接关系模型和实时数据，快速识别由开关拒动导致的联跳设备组合集。针对故障起因设备和联跳设备组合集，依据故障生成策略，自动生成面向在线安全稳定分析的开关拒动风险预想故障。由于基于电网实际运行信息生成开关拒动预想故障，且故障类型、故障相、保护动作时序等故障生成策略规则均可设置，因此可自适应电网运行方式变化，准确模拟开关拒动故障对电网运行的影响。开关拒动风险预想故障集与现有的经验预想故障集互为补充，推动了电力系统在线安全稳定评估技术的实用化，为后续防范开关拒动引起的连锁故障等风险提供了基础条件。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为厂站内3/2接线方式图。

图3为厂站内3/2接线方式等效示意图。

图4为开关拒动联跳设备组合集识别示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1汇总电网模型及实时数据、故障起因设备和预想拒动开关等信息后，初步将预想拒动开关所属厂站作为需进行拓扑分析的候选厂站，再将实时数据中这些厂站中的开关、刀闸状态与上一次在线安全稳定评估的电网运行状态相比，判断厂站内拓扑关系是否变化，如果没有变化，则该厂站不再进行拓扑分析，直接使用上一次得到的拓扑。最终留下的候选厂站为需要进行拓扑分析的厂站。

图1中步骤2厂站内拓扑分析。针对需要进行分析的厂站，基于图论中深度优先搜索算法、厂站内设备间物理连接关系模型和实时数据，进行厂站内部设备连接关系的拓扑分析，获取设备间当前实际连接关系；对不需要进行分析的厂站，直接获取上一次拓扑分析结果。汇总上述两种情况的信息，最终形成所有预想拒动开关所属厂站的内部实际拓扑连接关系。本实施例中的拓扑分析，主要包括2个部分：

(1)对需分析厂站，按照电压等级整理厂站内的拓扑单元。即将厂站内部包含的设备划分为两类：开断设备和非开断设备。刀闸、开关为开断设备；母线、发电机、线路端子、变压器绕组、容抗器等为非开断设备。非开断设备之间通过各种开断设备进行连接，定义拓扑单元为非开断设备之间的一个接线单元，则厂站内部各个电压等级接线可以看作是以非开断设备为节点，拓扑单元为支路的图，如图2、图3所示。

(2)应用深度优先搜索算法对图遍历来进行拓扑的分析。对于有母线的接线方式选取母线作为深度优先搜索的起始节点开始遍历，当搜索到的非开断设备为母线或者无其他与之相连的非开断设备时，则回到上一个被访问的非开断设备，直到所有的非开断设备均已访问。对于无母线的接线方式，选取发电机作为深度优先搜索的起始节点。若既无母线又无发电机则选取任意线路端子作为遍历的起始节点。如，对于图3所示接线方式首先进行等效，选取母1作为遍历的起始节点，则拓扑单元为：母1→K1→K2→母2；母1→K3→K4→母2；母1→K5→母2；母1→K6→K7→母2。

图1中步骤3开关拒动联跳设备组合集识别。根据拒动开关信息、故障起因设备和厂站内拓扑连接信息，先搜索与拒动开关直接相连的非故障起因设备侧的非开断设备，然后再搜索与这些非开断设备通过开关相连的所有非开断设备，即为该开关拒动后，将被跳开的设备的集合(这里不考虑多个开关同时拒动)。以图4所示接线为例，联跳设备组合集的搜索过程如下：假设线路L1故障，开关K1拒动，需先搜索与开关K1到直接相接的非开断设备“母线1”，然后搜索与“母线1”通过开关K2、K3、K4、K5连接的设备L2、L3、L4、负荷LD，设备L2、L3、L4、负荷LD和母线1即组成了开关K1拒动联跳设备组合集。

图1中步骤4开关拒动风险预想故障生成。针对故障起因设备和开关拒动联跳设备组合集，依据故障生成策略，自动生成面向在线安全稳定分析的开关拒动风险预想故障，如果该故障不在预先设置的安全稳定在线分析故障集中，则追加到安全稳定在线分析的预想故障集中，作为经验预想故障集的补充。在本实施例中，该步骤主要包括2个部分：

(1)依据故障生成策略，形成开关拒动风险预想故障。针对每个拒动开关对应的故障起因设备和开关拒动联跳设备组合，依据故障生成策略规则中指定的故障类型及故障相、动作时序、仿真时间、仿真步长、概率等，自动生成面向在线安全稳定分析的风险预想故障。对于开关拒动故障，故障起因设备故障类型按照设置的故障类型(通常为三相永久短路)，开关拒动引起的联跳设备的故障类型通常设为无故障跳开。动作时序根据电压等级、设备类型和故障类型通常取相应的后备保护动作时间。

(2)剔除与预先设置的故障集中相同的故障后，将剩余开关拒动风险故障追加到安全稳定在线分析的预想故障集中，作为经验预想故障集的补充。通过对表1中故障比较内容中的每项逐一比较，只要有一项不同，则认为两个故障不相同。同时，对于追加的故障，增加故障来源为“开关拒动故障”，用于区分人工设置等其他来源的故障。

表1相同故障比较内容

图1中步骤5针对整合后的预想故障集，依据并行处理平台的算例并行计算能力，按故障算例并行的方式，进行安全稳定评估。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法，包括以下步骤：

1）获取电网模型及实时数据、故障起因设备和预想拒动开关信息，初步将所有预想拒动开关所属厂站作为需进行拓扑分析的候选厂站，再将实时数据中这些厂站中的开关、刀闸状态与上一次在线安全稳定评估的电网运行状态相比，判断厂站内拓扑关系是否变化，如果没有变化，则该厂站不再进行拓扑分析，如果有变化，则该厂站本次需要进行拓扑分析；

2）针对需要进行分析的厂站，基于图论中深度优先搜索算法、厂站内设备间物理连接关系模型和实时数据，进行厂站内部设备连接关系的拓扑分析，获取设备间当前实际连接关系信息；对不需要进行分析的厂站，直接获取上一次拓扑分析结果；汇总上述两种情况的信息，最终形成所有预想拒动开关所属厂站的内部实际拓扑连接关系信息；

3）根据拒动开关信息和厂站内部实际拓扑连接关系信息，先搜索与拒动开关直接相连的非开断设备，然后再搜索与这些非开断设备通过开关相连的所有非开断设备，得到该开关拒动后的联跳设备组合集； 

4）针对故障起因设备和联跳设备组合集，依据故障生成策略，自动生成面向在线安全稳定分析的开关拒动风险预想故障，如果该故障不在预先设置的安全稳定在线分析故障集中，则追加到安全稳定在线分析的预想故障集中，作为经验预想故障集的补充，其中故障生成策略规则中的参数包括故障类型、故障相、保护动作时序、仿真时间、仿真步长、概率，保护动作时序的值根据电压等级、设备类型和故障类型进行选取，各参数均可设置；

5）针对整合后的预想故障集，依据并行处理平台的算例并行计算能力，按故障算例并行的方式，进行安全稳定评估。

2.根据权利要求1所述的用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法，其特征在于，步骤2)中进行厂站内部设备连接关系的拓扑分析时，先按电压等级将需要进行分析的厂站整理为以非开断设备为节点、拓扑单元为支路的图，其中拓扑单元为非开断设备之间的一个接线单元；再应用深度优先搜索算法对整理后的图遍历来进行拓扑的分析，其中对于有母线的接线方式选取母线作为深度优先搜索的起始节点开始遍历，当搜索到的非开断设备为母线或者无其他与之相连的非开断设备时，则回到上一个被访问的非开断设备，直到所有的非开断设备均已访问，对于无母线的接线方式则选取发电机作为深度优先搜索的起始节点，若既无母线又无发电机则选取任意线路端子作为遍历的起始节点。

3.根据权利要求1所述的用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法，其特征在于，步骤4) 中设置故障生成策略规则中的参数时，故障起因设备的故障类型设为三相永久短路，开关拒动引起的联跳设备的故障类型设为无故障跳开，保护动作时序取后备保护动作时间。

4.根据权利要求1所述的用于电力系统在线安全稳定评估的开关拒动故障模拟方法，其特征在于，步骤4) 中在向安全稳定在线分析的预想故障集中追加时，需要与预先设置的故障集进行详细比较，比较内容包括故障关联事件的个数、故障关联事件的间隔时间、故障关联事件的属性，其中故障关联事件的属性包括故障类型、故障相、故障时刻、故障元件类型、故障元件、故障侧、故障位置、动作时刻，每项逐一比较，只要有一项不同，则认为故障不相同，进而将该故障追加到安全稳定在线分析的预想故障集中。

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