CN103368209A - 一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，属于电力系统运行和控制技术领域。本方法首先处理无地理分区的发电厂，将其分配到电气距离最近的地理分区中；其次，处理外网变电站，将其分配到电气距离最近的地理分区中，最后，根据距离各个分区的远近改变个分区边界厂站（指发电厂或变电站）的分区，直到所有边界厂站的分区合理为止。本发明的电气分区方法，是对电网在线电气分区方法体系的重要补充，能够更好的适应日益多变的电网运行方式，为运行规则的在线制定提供了更加准确、真实的电气分区，提高了电气分区方法的精细化程度和在线适应能力。

Description

一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法

技术领域

本发明涉及一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

在现今的电力系统运行中，电力系统运行部门为了保证电网安全稳定运行，往往会对电力系统制定一系列的运行规则，以将电力系统限制在一定的安全运行空间中。然而，电力系统结构复杂，对其制定的运行规则往往是在特定的电网薄弱环节上指定的，也就是通常所说的“断面”。断面是电网中一些潮流流向一致并且容易出现过载的输电线路的组合，它是大电网的重要安全特征，反映了某时刻电网的薄弱环节，是对电网安全有重要影响的输电瓶颈。

断面的制定是一项复杂的过程，传统的方法是由电网运行专家通过离线分析人工选择而得到的，对在线运行方式变化的适应性不强，无法适应电网运行方式的快速变化，可能导致关键断面的遗漏，难以满足现代电网智能化和精细化运行的高要求。面对传统断面制定过程中遇到的不足，很多学者对断面的自动发现进行了研究和实验，并提出了以基于电气分区的输电断面自动发现方法为代表的断面自动发现方法。该方法的基础为基于电气距离的电网自动电气分区方法，该电气分区方法以电网各个厂站（指的是发电厂或变电站）的初始的地理分区为基础，以电网中任意两个厂站之间的互阻抗作为这两个厂站之间的电气距离，并以厂站到本分区内厂站的平均距离是否为比到其他分区内厂站的平均距离小为判据改变分区边界厂站的分区号，直至所有边界厂站的分区均合理为止。

现有电气分区技术存在的不足之处：

1，没有提出无初始地理分区的电网发电厂的处理方法，如果不考虑这些发电厂，则无法准确描绘出真实的电网拓扑结构，影响电气分区的准确度和可信性；

2，没有提出大量存在的外网变电站的处理方法，如果不考虑这些外网变电站，则无法准确描绘真实的电网拓扑结构，影响电气分区的准确度和可行性。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，为克服已有技术的不足之处，在进行电网自动电气分区时，处理电力系统中经常出现的分裂运行的变电站以及无初始地理分区的电网发电厂和外网变电站，以更加准确、真实的形成电网电气分区，为电网关键断面的自动发现奠定基础。

本发明提出的考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，包括以下步骤：

（1）利用下式计算电网内任意一个发电厂i到电网内任意一个厂站j的电气距离D_ij：

$D_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ij},\mathrm{ij}}=M_{\mathrm{ij}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ii}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{ij}},$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_ii、Z_jj、Z_ij分别是阻抗矩阵Z中相应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_ij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0,

是一个1×n的行向量，在第i、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算电网内任意一个发电厂i到任意一个与该发电厂i相连接的电网内地理分区b之间的平均电气距离D_b：

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{ij}},$

其中b是与发电厂i相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b内包含的厂站个数，D_ij是上述发电厂i与厂站j之间的电气距离；

（2）利用下式计算任意一个电网外厂站k到电网内任意一个厂站j的电气距离：

$D_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kj},\mathrm{kj}}=M_{\mathrm{kj}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kk}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{kj}}$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_kk、Z_jj、Z_kj是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_kj是一个n×1的列向量，在第k、j行分别取1和-1，其余位置取0,

是一个1×n的行向量，在第k、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算任意一个电网外厂站k到任意一个与厂站k相连接的电网内地理分区b的平均电气距离D_b，

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{kj}}$

其中b是与电网外厂站k相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b包含的厂站个数，D_kj是电网外厂站k与厂站j之间的电气距离；

（3）根据上述计算得到的电气距离，对各地理分区边界上的厂站进行重新分区，形成合理的电气分区，具体步骤如下：

（3-1）将电网内的地理分区作为初始电气分区，计算电网内和电网外的所有厂站之间的电气距离；

（3-2）将电网内和电网外的所有厂站分为环路厂站和非环路厂站，环路厂站是指与其他厂站构成地理环路的厂站，非环路厂站是指不与其他厂站构成地理环路的厂站，对非环路厂站的地理分区进行判断，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，对环路厂站的地理分区进行判断，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于相同地理分区中，且环路厂站并不位于这一分区中，则将该环路厂站划分到这一分区中，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于不同地理分区中，则不改变该环路厂站的地理分区；

（3-3）分别计算地理分区边界上每一个厂站到所连接的各个地理分区内所有厂站的平均电气距离D_i，分别计算地理分区边界上的厂站到本地理分区其他厂站的平均电气距离D₀，将D_i和D₀进行比较，若D_i小于D₀，则将该厂站置于与本厂站距离最近的地理分区中，若D_i大于或等于D₀，则不改变该厂站的分区；

（3-4）重复进行步骤（2）和（3），直到系统中所有边界厂站的地理分区固定不变。

本发明提出的考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，其优点是，本方法能够在进行电网自动电气分区时，准确处理电力系统中经常出现的无初始地理分区的发电厂和外网厂站，更加准确、真实的形成电网电气分区，为电网关键断面的自动发现奠定基础。本发明的电气分区方法，是对电网在线电气分区方法体系的重要补充，能够更好的适应日益多变的电网运行方式，为运行规则的在线制定提供了更加准确、真实的电气分区，提高了电气分区方法的精细化程度和在线适应能力。

附图说明

图1是本发明的考虑厂站地理分区的电网电气分区方法流程框图。

图2为环路中厂站与不在环路中的厂站的示意图

图3为地理分区和电气分区示意图

具体实施方式

本发明提出的考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，首先处理无地理分区的发电厂，将其分配到电气距离最近的地理分区中；其次，处理外网变电站，将其分配到电气距离最近的地理分区中，最后，根据距离各个分区的远近改变个分区边界厂站（指发电厂或变电站）的分区，直到所有边界厂站的分区合理为止。

本发明方法的流程框图如图1所示，包括以下步骤：

（1）利用下式计算电网内任意一个发电厂i到电网内任意一个厂站j的电气距离D_ij：

$D_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ij},\mathrm{ij}}=M_{\mathrm{ij}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ii}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{ij}},$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_ii、Z_jj、Z_ij分别是阻抗矩阵Z中相应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_ij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0,

是一个1×n的行向量，在第i、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算电网内任意一个发电厂i到任意一个与该发电厂i相连接的电网内地理分区b之间的平均电气距离D_b：

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{ij}},$

其中b是与发电厂i相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b内包含的厂站个数，D_ij是上述发电厂i与厂站j之间的电气距离；

发电厂与一个地理分区相连接指的是发电厂至少与该地理分区内一个厂站之间有输电线直接相连。

对于任意一个无初始地理分区的发电厂，比较该发电厂到与其相连的各个地理分区的平均电气距离，选取最小的平均电气距离和对应的地理分区，将该发电厂置于该地理分区中。

（2）利用下式计算任意一个电网外厂站k到电网内任意一个厂站j的电气距离：

$D_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kj},\mathrm{kj}}=M_{\mathrm{kj}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kk}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{kj}}$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_kk、Z_jj、Z_kj是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_kj是一个n×1的列向量，在第k、j行分别取1和-1，其余位置取0,

是一个1×n的行向量，在第k、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算任意一个电网外厂站k到任意一个与厂站k相连接的电网内地理分区b的平均电气距离D_b，

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{kj}}$

其中b是与电网外厂站k相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b包含的厂站个数，D_kj是电网外厂站k与厂站j之间的电气距离；

外网变电站与一个地理分区相连接指的是外网厂站至少与该地理分区内一个厂站之间有输电线直接相连。

对于任意一个外网变电站，比较该外网变电站到与其相连的各个地理分区的平均电气距离，选取最小的平均电气距离和对应的地理分区，将该外网变电站置于该地理分区中。

（3）根据上述计算得到的电气距离，对各地理分区边界上的厂站进行重新分区，形成合理的电气分区，具体步骤如下：

（3-1）将电网内的地理分区作为初始电气分区，计算电网内和电网外的所有厂站之间的电气距离；

（3-2）将电网内和电网外的所有厂站分为环路厂站和非环路厂站，环路厂站是指与其他厂站构成地理环路的厂站，如图2中所示的厂站1、2、3、4、5、6，非环路厂站是指不与其他厂站构成地理环路的厂站，如图2中的厂站7、8、9。

对非环路厂站的地理分区进行判断，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，对环路厂站的地理分区进行判断，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于相同地理分区中，且环路厂站并不位于这一分区中，则将该环路厂站划分到这一分区中，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于不同地理分区中，则不改变该环路厂站的地理分区；

（3-3）分别计算地理分区边界上每一个厂站到所连接的各个地理分区内所有厂站的平均电气距离D_i，分别计算地理分区边界上的厂站到本地理分区其他厂站的平均电气距离D₀，将D_i和D₀进行比较，若D_i小于D₀，则将该厂站置于与本厂站距离最近的地理分区中，若D_i大于或等于D₀，则不改变该厂站的分区；

（3-4）重复进行步骤（2）和（3），直到系统中所有边界厂站的地理分区固定不变。

图3给出了一个简单的电网地理分区和电气分区的示意图。图3中，电网由6个厂站和7条输电线路组成，其中实线表示两个地理分区，厂站1、2、3位于地理分区1中，厂站4、5、6位于地理分区2中，虚线表示两个电气分区，厂站1、2位于电气分区1中，厂站3、4、5、6位于电气分区2中。

Claims (1)

1.一种考虑厂站地理分区的电网电气分区方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）利用下式计算电网内任意一个发电厂i到电网内任意一个厂站j的电气距离D_ij：

$D_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ij},\mathrm{ij}}=M_{\mathrm{ij}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{ij}}=Z_{\mathrm{ii}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{ij}},$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_ii、Z_jj、Z_ij分别是阻抗矩阵Z中相应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_ij是一个n×1的列向量，在第i、j行分别取1和-1，其余位置取0,是一个1×n的行向量，在第i、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算电网内任意一个发电厂i到任意一个与该发电厂i相连接的电网内地理分区b之间的平均电气距离D_b：

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{ij}},$

其中b是与发电厂i相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b内包含的厂站个数，D_ij是上述发电厂i与厂站j之间的电气距离；

（2）利用下式计算任意一个电网外厂站k到电网内任意一个厂站j的电气距离：

$D_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kj},\mathrm{kj}}=M_{\mathrm{kj}}^T{\mathrm{ZM}}_{\mathrm{kj}}=Z_{\mathrm{kk}}+Z_{\mathrm{jj}}-{2Z}_{\mathrm{kj}}$

其中Z为以厂站为节点、以输电线路为线路形成的网络阻抗矩阵，Z_kk、Z_jj、Z_kj是阻抗矩阵Z中对应的元素，设阻抗矩阵Z的阶数为n，n为电网中厂站的个数，则M_kj是一个n×1的列向量，在第k、j行分别取1和-1，其余位置取0,

是一个1×n的行向量，在第k、j列分别取1和-1，其余位置取0；

利用下式计算任意一个电网外厂站k到任意一个与厂站k相连接的电网内地理分区b的平均电气距离D_b，

$D_b=\frac{1}{n_b}\underset{j\∈b}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{kj}}$

其中b是与电网外厂站k相连接的一个地理分区，j是地理分区b中的任意一个厂站，n_b是地理分区b包含的厂站个数，D_kj是电网外厂站k与厂站j之间的电气距离；

（3）根据上述计算得到的电气距离，对各地理分区边界上的厂站进行重新分区，形成合理的电气分区，具体步骤如下：

（3-1）将电网内的地理分区作为初始电气分区，计算电网内和电网外的所有厂站之间的电气距离；

（3-2）将电网内和电网外的所有厂站分为环路厂站和非环路厂站，环路厂站是指与其他厂站构成地理环路的厂站，非环路厂站是指不与其他厂站构成地理环路的厂站，对非环路厂站的地理分区进行判断，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，若非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，则使非环路厂站与所连接的环上厂站的地理分区相同，对环路厂站的地理分区进行判断，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于相同地理分区中，且环路厂站并不位于这一分区中，则将该环路厂站划分到这一分区中，若环路厂站与所连接的其他环上厂站位于不同地理分区中，则不改变该环路厂站的地理分区；

（3-3）分别计算地理分区边界上每一个厂站到所连接的各个地理分区内所有厂站的平均电气距离D_i，分别计算地理分区边界上的厂站到本地理分区其他厂站的平均电气距离D₀，将D_i和D₀进行比较，若D_i小于D₀，则将该厂站置于与本厂站距离最近的地理分区中，若D_i大于或等于D₀，则不改变该厂站的分区；

（3-4）重复进行步骤（2）和（3），直到系统中所有边界厂站的地理分区固定不变。

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