CN103310296A - 一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法 - Google Patents

一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法，包括步骤有：（1）统计数据；（2）进行潮流及稳定校核的计算；（3）进行电网调度操作的扰动评估；（4）进行操作前后稳定趋势分析；（5）给出操作票安全校核结论并显示。本发明实现对电网调度操作票的全面的安全稳定分析，评估调度操作扰动对电网安全的影响，并分析操作前后电网安全稳定水平的变化趋势，为调度操作人员提供操作票安全稳定分析的技术支撑，进而提高电网的安全稳定水平。

Description

一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法
技术领域
本发明属于电力系统调度运行与计算分析领域，具体涉及一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法。
背景技术
电网调度操作票是保障电网安全运行的重要管理制度，电网调度操作票是在考虑系统运行方式、保护配合、安全操作规则等要求下，保证设备运行方式的正确改变而制定的严格操作步骤。现有的操作票生成系统在操作安全性方面往往较少考虑，其最主要原因是现有操作票系统没有和实时运行的电网监控系统相连接，大多是离线运行的，没有结合电网实际运行状态进行安全性校核。
目前的电网操作票系统对于出票的正确性、安全性检验还主要依靠主观经验，大部分要靠专家系统预设的逻辑判断和出票后调度员的直观分析来判断，不能做到通过计算分析来进行科学的操作票安全性校核。同时，随着电网结构的日益复杂和电力市场的逐步实施，不同时间的系统运行状态有很大的差异，在不同时间操作同样的设备可能存在不同的影响，甚至有可能出现潮流、电压越限。因此，如何快速准确地针对自动推理形成的操作步骤进行潮流计算以分析操作后系统的安全稳定性成为保证正确进行电网操作的关键。由于电网的状态是实时变化的，只有基于实时数据对操作票进行检验，才可最大程度地保证操作票的安全性和正确性。
保障安全、经济、高效、可持续的电力供应，是电网调度运行始终追求的目标，安全校核是保障大电网安全稳定经济运行的关键技术之一，是保障电网的一道重要的安全防线，在电网调度运行中发挥着越来越重要的技术支撑作用。随着电网大规模互联的快速发展，在电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进、运行特性最复杂的交直流混联大电网中，迫切需要研究电网调度操作票安全校核的方法。其中需要解决的关键问题有：
电网调度操作潮流分析：电网调度操作票的执行会引起电网潮流的变化，并可能产生新的安全问题，所以电网调度操作执行前必须进行电网潮流的计算。电网调度操作潮流计算基于电网模型、实时运行方式、电网操作票、发电计划和负荷预测，进行智能整合并进行潮流计算，得到电网调度操作执行前后电网的潮流信息。
电网调度操作扰动分析：电网调度操作票执行过程会给电网带来扰动冲击，造成功角、电压或频率的波动。为了分析评估电网操作票对电网的冲击效应，需要将电网调度操作转换为网络扰动和节点扰动，然后进行时域机电暂态仿真分析，关注电网操作设备附近功角、电压和频率的波动，评估电网操作对系统的影响。
电网调度操作稳定趋势分析：电网调度操作的执行会引起电网潮流的变化，进而引起电网稳定特性的变化。为了分析调度操作对系统稳定的影响，需要分别对电网操作票执行前后的系统进行稳定分析，然后将操作前后的稳定分析结果进行对比，实现电网调度操作稳定趋势分析。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法，实现对电网调度操作票的全面的安全稳定分析，评估调度操作扰动对电网安全的影响，并分析操作前后电网安全稳定水平的变化趋势，为调度操作人员提供操作票安全稳定分析的技术支撑，进而提高电网的安全稳定水平。
本发明提供的一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：
（1）统计数据；
（2）进行潮流及稳定校核的计算；
（3）进行电网调度操作的扰动评估；
（4）进行操作前后稳定趋势分析；
（5）给出操作票安全校核结论并显示。
其中，步骤（1）统计的数据包括操作票信息数据，电网模型数据、电网实时运行方式数据、对应时刻的调度计划数据和负荷预测数据。
其中，步骤（2）中，根据操作票的执行时间，在校核时刻的最新电网实时数据的基础上，叠加对应时刻的调度计划和负荷预测数据，结合调度操作引起的电网拓扑或节点功率变化，分别进行操作前、操作后的系统潮流计算。
其中，步骤（2）中，进行稳定校核的计算时，根据得到的系统潮流，然后进行稳定分析，包括静态安全分析、静态稳定分析、暂态稳定分析、动态稳定分析和稳定裕度评估。
其中，步骤（3）中，根据步骤（2）形成的操作前潮流数据，在时域仿真计算中添加节点扰动和网络扰动，模拟对应的电网调度操作，进行暂态稳定分析，监视附近电网功角、电压和频率的变化，评估操作扰动的暂态稳定性及阻尼特性，进行电网调度操作的扰动评估。
其中，采用暂态稳定分析方法，将所述电网调度操作转化为扰动信息，进行时域仿真分析，监视操作设备附近电网的功角、电压和频率变化曲线，评估操作扰动的暂态稳定特性和阻尼特性。
其中，步骤（4）中，根据步骤（2）形成的操作前后潮流数据和对应的稳定裕度评估结果，对比操作前后稳定分析结果的变化，包括静态安全分析越限结果的变化、暂态稳定特性结果的变化、动态稳定阻尼比结果的变化、静态稳定储备系数结果的变化和电网输电断面稳定裕度结果的变化，评估各种稳定特性的变化趋势，分为稳定性恶化、稳定性不变和稳定性的变化趋势，实现操作前后稳定趋势分析。
其中，步骤（5）中，根据3）和4）的计算结果得出针对电网操作票的安全分析结论，如果执行该操作扰动会引起暂态失稳或静态安全越限等电网稳定问题，则建议该操作不执行，同时给出稳定趋势分析的结论，使电网调度操作人员掌握操作票执行前后电网安全稳定水平的变化情况。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
1）本发明综合使用电网调度操作票、电网实时运行方式数据、调度计划数据、负荷预测等数据，进行交流潮流计算。这种电网调度操作票潮流计算方法易于实现，而且能得到反映调度操作执行前后实际情况的电网潮流。
2）本发明的操作扰动评估将电网调度操作转换为暂态稳定分析的扰动，通过时域仿真得到操作扰动的暂态稳定分析结论和扰动曲线。这种操作扰动评估方法易于实现，而且能考虑电网操作引起的暂态响应。
3）本发明电网操作稳定趋势分析分别对操作前后的电网进行全面的稳定分析，然后对比电网稳定特性的变化，能够直观展示调度操作对电网安全稳定的影响。
4）本发明采用并行计算技术提高电网操作票安全校核的计算效率，计算速度相比单机计算提高百倍以上。
5）本发明提出了一种对电网调度操作票的全面的安全校核的方法，为提高电网安全稳定运行水平提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明提供的校核方法的整体示意图。
图2为本发明提供的操作扰动评估的结果示意图。
图3为本发明提供的静态安全分析的趋势变化示意图。
图4为本发明提供的稳定裕度评估的趋势变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例提出的一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法，其整体过程的示意图如图1所示，通过计算机实现如下步骤：
1）操作票安全校核数据统计；
要对电网操作票进行安全校核，不仅需要操作票信息，还需要电网模型、电网实时运行方式数据、调度计划数据和负荷预测数据。操作票安全校核数据组织实现所需各种数据的准备，为进行后续的潮流分析和稳定计算提供数据基础。
首先从调度操作票提取对电网拓扑有影响的信息，形成如下格式的操作票信息：
Figure BDA00003168185000041
然后获取电网最新的实时运行方式数据，包括线路、变压器等支路的状态和发电机、负荷的出力。而且由于电网操作票的执行时间可能是在几个小时之后，因此还需要对应时刻的调度计划数据和负荷预测数据。调度计划数据主要包括机组发电计划、检修计划，负荷预测数据主要包括母线负荷预测。
发电计划格式如下：
Figure BDA00003168185000051
检修计划格式如下：
Figure BDA00003168185000052
母线负荷预测格式如下：
Figure BDA00003168185000053
根据电网操作票的执行时间，获取对应时刻的调度计划数据和负荷预测数据。
2）潮流及稳定校核计算；
根据电网模型、实时运行方式、电网操作票、发电计划和负荷预测数据，首先进行潮流分析，得到电网调度操作前后的系统潮流。潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。电网操作票潮流分析根据电网实时运行方式数据、检修计划、操作票信息确定电网拓扑结构，根据电网实时运行方式数据和发电计划及母线负荷预测确定节点功率注入。
然后进行全面的稳定分析，包括静态安全分析、静态稳定分析、暂态稳定分析、动态稳定分析和稳定裕度评估。
静态安全分析基于电网操作票潮流，针对N-1故障的故障集校核其他元件是否出现越限。根据N-1原则对全网主设备（包括线路、主变、机组、母线）进行逐个开断，并判断其他元件是否出现越限。给出导致重载、越限的故障及相应的重载、越限设备，并给出故障严重程度指标。
静态稳定分析针对指定的输电断面，根据指定的开机顺序，计算电力系统在受到小扰动后，不发生非周期振荡，自动恢复到起始运行状态的能力。通过静态稳定分析可以获得电网静态稳定性，计算指定输电断面的静态稳定功率极限并判断静稳储备等裕度指标是否符合安全稳定导则的要求。
暂态稳定分析根据暂态稳定预想故障集，对电网进行详细的时域仿真计算，依照预置的判稳原则，分别计算电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到稳态运行方式的能力，并给出安全分析结果（包括暂态功角稳定性、暂态电压稳定性和暂态频率稳定性）及排序。
动态稳定分析采用特征值分析法，分析其受到小扰动后，在自动调节和控制装置的作用下保持运行稳定的能力，判断操作票潮流的动态稳定性。动态稳定分析计算全网振荡模式和阻尼比，并从中筛选出最关键的若干主导振荡模式，得出系统小扰动的动态稳定性结论。
采用并行计算技术进行操作票安全校核计算，包括操作前、操作后校核计算并行，静态安全分析、暂态稳定计算等不同稳定计算的并行，各种稳定分析多故障集的并行，通过并行校核计算，充分发挥计算机群的计算性能，大大提高计算效率。
3）操作扰动评估
根据操作前潮流数据，采用暂态稳定分析方法，在时域仿真计算中添加节点扰动和网络扰动，模拟对应的电网调度操作。输出附近电网的功角、电压和频率的变化曲线，根据暂态稳定分析结果评估操作扰动的暂态稳定性及阻尼特性。
暂态稳定分析结论包括：扰动描述、扰动元件、稳定情况、最大功角时刻、阻尼比、最大功角发电机的名称、最小功角发电机的名称、最大功角差、最低电压母线名称、最低电压、最低频率发电机的名称、最低频率、最高频率发电机的名称和最高频率。监视曲线包括最大功角曲线、最低电压曲线、最低频率曲线和自定义的关心曲线（包括指定发电机组的功角曲线，指定母线的电压曲线和指定线路的有功功率曲线）。
图2为四川省进行操作扰动评估的结果，包括操作扰动暂态稳定性分析结论和监视曲线。图中，故障名称为操作扰动czp111220_002，自定义曲线中，曲线a表示发电机功角（国调，三峡左岸厂.n_四川.二滩厂.20.17366）,曲线b表示（国调，三峡左岸厂.n_四川.二滩厂.20.17367）。从图中可看出，操作给电网带来了扰动冲击，操作设备附近的发电机攻角发生了波动，该扰动的暂态稳定分析结论是不发生暂态失稳，发电机攻角曲线波动逐渐平息。
4）操作前后稳定趋势分析
根据操作前后潮流数据和对应的稳定评估结果，对比操作前后稳定分析结果的变化，包括静态安全分析越限结果的变化、暂态稳定特性结果的变化、动态稳定阻尼比结果的变化、静态稳定储备系数结果的变化和电网输电断面稳定裕度结果的变化。
图3为静态安全分析的趋势变化，图中左右侧的柱状图分别为操作前后的静态安全分析越限设备数目，a、c为越限设备数目、b、d为重载设备数目，可以看出操作前后电网静态越限设备数目减少。
图4为稳定裕度评估的趋势变化，图中a曲线为指定输电断面的稳定裕度曲线，b曲线为指定输电断面的潮流曲线，可以看出操作前后该输电断面的稳定裕度降低。
评估各种稳定特性的变化趋势，分为稳定性恶化、稳定性不变、稳定性好转三种变化趋势。
（5）根据步骤3）和步骤4）的分析结果得出对该操作票安全校核的结论：该操作扰动不会引起电网失稳，操作前后电网的静态安全越限数目减少，电网某输电断面稳定裕度下降；该操作可以执行，但需要注意操作后部分输电断面稳定裕度下降的情况。
本申请中所涉及的专业数据及缩略语如下：
电网调度操作票：电网调度操作票是在考虑系统运行方式、保护配合、安全操作规则等要求下，保证设备运行方式的正确改变而制定的严格操作步骤。。
安全校核：安全校核为电网调度操作提供技术支撑，运用静态安全、暂态稳定等多种安全稳定分析手段，对电网调度操作票进行灵活、全面的安全校核。
扰动评估：将电网调度操作转化为暂态稳定分析的扰动，进行仿真计算分析电网操作过程对系统功角、电压或频率的影响。
稳定趋势分析：分别对电网调度操作前后的电网进行稳定分析，通过对比操作前后的稳定分析结论，得到操作前后电网的稳定趋势变化。
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)

1.一种基于扰动评估和趋势分析的操作票安全校核方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）统计数据；
（2）进行潮流及稳定校核的计算；
（3）进行电网调度操作的扰动评估；
（4）进行操作前后稳定趋势分析；
（5）给出操作票安全校核结论并显示。
2.如权利要求1所述的校核方法，其特征在于，步骤（1）统计的数据包括操作票信息数据，电网模型数据、电网实时运行方式数据、对应时刻的调度计划数据和负荷预测数据。
3.如权利要求1所述的校核方法，其特征在于，步骤（2）中，根据操作票的执行时间，在校核时刻的最新电网实时数据的基础上，叠加对应时刻的调度计划和负荷预测数据，结合调度操作引起的电网拓扑或节点功率变化，分别进行操作前、操作后的系统潮流计算。
4.如权利要求3所述的校核方法，其特征在于，步骤（2）中，进行稳定校核的计算时，根据得到的系统潮流，然后进行稳定分析，包括静态安全分析、静态稳定分析、暂态稳定分析、动态稳定分析和稳定裕度评估。
5.如权利要求1所述的校核方法，其特征在于，步骤（3）中，根据步骤（2）形成的操作前潮流数据，在时域仿真计算中添加节点扰动和网络扰动，模拟对应的电网调度操作，进行暂态稳定分析，监视附近电网功角、电压和频率的变化，评估操作扰动的暂态稳定性及阻尼特性，进行电网调度操作的扰动评估。
6.如权利要求5所述的校核方法，其特征在于，采用暂态稳定分析方法，将所述电网调度操作转化为扰动信息，进行时域仿真分析，监视操作设备附近电网的功角、电压和频率变化曲线，评估操作扰动的暂态稳定特性和阻尼特性。
7.如权利要求1所述的校核方法，其特征在于，步骤（4）中，根据步骤（2）形成的操作前后潮流数据和对应的稳定裕度评估结果，对比操作前后稳定分析结果的变化，包括静态安全分析越限结果的变化、暂态稳定特性结果的变化、动态稳定阻尼比结果的变化、静态稳定储备系数结果的变化和电网输电断面稳定裕度结果的变化，评估各种稳定特性的变化趋势，分为稳定性恶化、稳定性不变和稳定性的变化趋势，实现操作前后稳定趋势分析。
8.如权利要求1所述的校核方法，其特征在于，步骤（5）中，根据3）和4）的计算结果得出针对电网操作票的安全分析结论，如果执行该操作扰动会引起暂态失稳或静态安全越限等电网稳定问题，则建议该操作不执行，同时给出稳定趋势分析的结论，使电网调度操作人员掌握操作票执行前后电网安全稳定水平的变化情况。
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