CN103441493A - 电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法 - Google Patents

Abstract

一种电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法：利用基于电气距离的电气分区自动发现方法获取电气分区，从电气分区中的不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密、容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面。本发明能够在线自动获取电网电气分区内部负荷侧的热稳定、电压稳定等问题突出的关键断面，对现有的关键断面自动发现体系进行补充和完善，适应日益多变的电网运行方式，提高电网关键断面自动发现的精度和实用性。

Description

电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法

技术领域

本发明涉及一种电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法，尤其是涉及一种电网负荷侧基于电气分区的考虑热稳定及电压稳定问题的关键断面自动选择方法。

背景技术

在如今的电网运行模式中，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。由于人类计算能力的局限性，人工选择的断面通常只反映极端运行方式下电网的薄弱环节，对在线运行方式变化的适应性不强。随着电网规模的不断扩大和新能源的接入，电网的运行方式日益多变，特别是随着大规模间歇性新能源的接入，电网潮流方式的随机性显著增大，其安全特征也可能频繁发生变化，例如：原来对电网安全影响不大的非关键断面可能变成对电网安全有重大影响的关键断面，反之亦然。传统的人工选择断面的方法已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，甚至危及电网安全稳定运行，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。该方法可以利用在线自动电气分区方法，在线有效地自动发现电网的电气分区，并以此为基础进行输电断面乃至关键断面的自动发现，使断面更加适应电网在线运行要求，提高电网运行的安全性和经济性。但是，该方法对于电气分区内部主要是负荷侧的热稳定、电压稳定等问题突出的关键断面的自动发现有所不足，难以全部发现此类断面，影响了电网断面自动发现的精度和实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种电网负荷侧基于电气分区考虑热稳定及电压稳定问题的关键断面自动选择方法，本发明能够在线自动获取电网电气分区内部负荷侧的热稳定、电压稳定等问题突出的关键断面，对现有的关键断面自动发现体系进行补充和完善，适应日益多变的电网运行方式，提高电网关键断面自动发现的精度和实用性。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法，其特征是包括以下步骤：

1）电气分区内所有输电线路安全裕度计算

输电线路安全裕度的计算以输电线路正常运行状态下的限流值为基础(该限流值为输电线路基本参数之一，在电网的模型中很容易获取),输电线路l的安全裕度计算公式如（1）式所示：

M_l=1-I_l/I_lmax  （1）

其中M_l为线路l的安全裕度，I_l为线路l当前的电流值，I_lmax为线路l在正常运行状态下的限流值；

2）定义线路安全运行状态阈值M_min，对于任意一条输电线路l，若其安全裕度满足下式（2），则定义该输电线路l为不安全输电线路，加入不安全输电线路集合U_s中

M_l<M_min   （2）

其中M_l为线路l的安全裕度，M_min为线路安全运行状态阈值，设定为50%至60%之间；(M_min为线路安全裕度阈值，线路安全裕度见公式1，只是一个比例，没有单位，故M_min也只是一个数值，只说设定为百分之多少即可)

3）对于集合U_s中的任意一条输电线路l，计算其同电气分区内的任意一条其他线路k之间的开断分布因子

线路l、k之间的开断分布因子的计算公式如下式（3）所示：

$D_{k-l}=\frac{X_{k-l}/x_k}{1-X_{l-l}/x_l}---\left(3\right)$

式中D_k‐l是线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例，x_k、x_l是线路k、l的电抗，X_l‐l、X_k‐l分别是利用直流潮流模型的阻抗矩阵得到的线路l两端的自阻抗和线路l两端关于线路k两端的互阻抗；

4）遍历集合U_s中的所有线路，从任意一条不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密、容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面，直至所有的不安全输电线路遍历完成为止，如图2所示，包括以下子步骤：

4-1）设定开断分布因子限值D_min=30%；(D_min为线路开断分布因子阈值，线路开断分布因子见公式3，只是一个比例，没有单位，故D_min也只是一个数值，只说设定为百分之多少即可)

4-2）遍历集合U_s中，从中取出一条不安全输电线路l；

4-3）获取线路l同电气分区内所有其他线路之间的开断分布因子，取出开断分布因子大于D_min的线路构成集合U_l，若U_l为空集，判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2）；

4-4）对于集合U_l中的任意一条线路k，计算其在线路l断开情况下的估计电流I_ke，如下式（4）所示：

I_ke=I_k+D_k-l*I_l    （4）

式中I_ke是线路l断开情况下线路k的估计电流，I_k是线路k现有的电流，I_l是线路l现有的电流，D_k‐l是开断分布因子，表示线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例；

4-5）计算输电线路k的在紧急情况下的安全裕度M_kc，其计算公式如（5）式所示：

M_kc=1-I_ke/I_kmaxc   （5）

其中M_kc为线路k在紧急情况下的安全裕度，I_ke为线路l断开情况下线路k的估计电流值，I_kmaxc为线路k在紧急运行状态下的限流值（该限流值为输电线路基本参数之一，在电网的模型中很容易获取）；

4-6）设定线路紧急情况下安全裕度限值M_cmin=20%，若集合U_l中存在紧急情况下安全裕度低于M_cmin的线路，则线路l与集合U_l中的所有线路构成了一个不安全的功率传输通道，将他们作为关键断面；

4-7）判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2），若遍历完成，结束关键断面自动选择过程。

本发明的原理是：利用基于电气距离的电气分区自动发现方法获取电气分区，从电气分区中的不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密、容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面。

有益效果：本发明能够在线自动获取电网电气分区内部负荷侧的热稳定、电压稳定等问题突出的关键断面，对现有的关键断面自动发现体系进行补充和完善，适应日益多变的电网运行方式，提高电网关键断面自动发现的精度和实用性。

广东电网的算例测试表明，该方法不仅能够准确发现运行方式专家给出的负荷侧关键断面，同样能够发现一些新出现的负荷侧关键断面，提高了电网关键断面自动发现的精度和实用性。

附图说明

图1为本发明方法的总体流程框图；

图2为本发明方法的从不安全输电线路集合出发搜索得到负荷侧的关键断面的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的电网负荷侧基于电气分区的考虑热稳定、电压稳定问题的关键断面自动选择方法，结合附图及实施例详细说明如下：

实际电网中电气分区的划分一般接近一个行政区域或几个小的行政区域，电气分区内部负荷的不确定性往往导致热稳定、电压稳定问题比较突出。本发明方法提出一种负荷侧基于电气分区的考虑热稳定、电压稳定问题的关键断面自动发现方法，利用基于电气距离的电气分区自动发现方法（《基于电气分区的输电断面及其自动发现》，电力系统自动化，2011年出版，第35卷第5期）获取电气分区，并从电气分区中的不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密，容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面。

本发明方法的总流程如图1所示，包括以下步骤：

1）电气分区内所有输电线路安全裕度计算

输电线路安全裕度的计算以输电线路正常运行状态下的限流值为基础，该限流值为输电线路基本参数之一，在电网的模型中很容易获取。输电线路l的安全裕度计算公式如（1）式所示：

M_l=1-I_l/I_lmax   （1）

其中M_l为线路l的安全裕度，I_l为线路l当前的电流值，I_lmax为线路l在正常运行状态下的限流值。

2）定义线路安全运行状态阈值M_min，对于任意一条输电线路l，若其安全裕度满足下式（2），则定义该输电线路l为不安全输电线路，加入不安全输电线路集合U_s中。

M_l<M_min   （2）

其中中M_l为线路l的安全裕度，M_min为线路安全运行状态阈值，一般设定为50%至60%之间。

3）对于集合U_s中的任意一条输电线路l，计算其同电气分区内的任意一条其他线路k之间的开断分布因子。

线路l、k之间的开断分布因子的计算公式如下式（3）所示：

$D_{k-l}=\frac{X_{k-l}/x_k}{1-X_{l-l}/x_l}---\left(3\right)$

式中D_k‐l是线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例，x_k、x_l是线路k、l的电抗，X_l‐l、X_k‐l分别是利用直流潮流模型的阻抗矩阵得到的线路l两端的自阻抗和线路l两端关于线路k两端的互阻抗。

4）遍历集合U_s中的所有线路，从任意一条不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密，容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面，直至所有的不安全输电线路遍历完成为止，如图2所示，具体步骤如下：

4-1）设定开断分布因子限值D_min=30%；

4-2）遍历集合U_s中，从中取出一条不安全输电线路l；

4-3）获取线路l同电气分区内所有其他线路之间的开断分布因子，取出开断分布因子大于D_min的线路构成集合U_l，若U_l为空集，判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2）；

4-4）对于集合U_l中的任意一条线路k，计算其在线路l断开情况下的估计电流I_ke，如下式（4）所示：

I_ke=I_k+D_k-l*I_l    （4）

式中I_ke是线路l断开情况下线路k的估计电流，I_k是线路k现有的电流，I_l是线路l现有的电流，D_k‐l是开断分布因子，表示线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例。

4-5）计算输电线路k的在紧急情况下的安全裕度M_kc，其计算公式如（5）式所示：

M_kc=1-I_ke/I_kmaxc   （5）

其中M_kc为线路k在紧急情况下的安全裕度，I_ke为线路l断开情况下线路k的估计电流值，I_kmaxc为线路k在紧急运行状态下的限流值，该限流值为输电线路基本参数之一，在电网的模型中很容易获取。

4-6）设定线路紧急情况下安全裕度限值M_cmin=20%，若集合U_l中存在紧急情况下安全裕度低于M_cmin的线路，则线路l与集合U_l中的所有线路构成了一个把安全的功率传输通道，将他们作为关键断面；

4-7）判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2），若遍历完成，结束关键断面自动选择过程。

Claims (1)

1.一种电网电气分区负荷侧关键断面的自动选择方法，其特征是包括以下步骤：

1）电气分区内所有输电线路安全裕度计算

M_l=1-I_l/I_lmax  （1）

其中M_l为线路l的安全裕度，I_l为线路l当前的电流值，I_lmax为线路l在正常运行状态下的限流值；

2）定义线路安全运行状态阈值M_min，对于任意一条输电线路l，若其安全裕度满足下式（2），则定义该输电线路l为不安全输电线路，加入不安全输电线路集合U_s中

M_l<M_min   （2）

其中M_l为线路l的安全裕度，M_min为线路安全运行状态阈值，设定为？的50%至60%之间；(M_min为线路安全裕度阈值，线路安全裕度见公式1，只是一个比例，没有单位，故M_min也只是一个数值，只说设定为百分之多少即可)

3）对于集合U_s中的任意一条输电线路l，计算其同电气分区内的任意一条其他线路k之间的开断分布因子

$D_{k-l}=\frac{X_{k-l}/x_k}{1-X_{l-l}/x_l}---\left(3\right)$

式中D_k‐l是线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例，x_k、x_l是线路k、l的电抗，X_l‐l、X_k‐l分别是利用直流潮流模型的阻抗矩阵得到的线路l两端的自阻抗和线路l两端关于线路k两端的互阻抗；

4）遍历集合U_s中的所有线路，从任意一条不安全输电线路出发，搜索与该不安全输电线路联系紧密、容易发生热稳定、电压稳定问题的输电通道作为负荷侧的关键断面，直至所有的不安全输电线路遍历完成为止，包括以下子步骤：

4-1）设定开断分布因子限值D_min=30%（什么的30%？）；(D_min为线路开断分布因子阈值，线路开断分布因子见公式3，只是一个比例，没有单位，故D_min也只是一个数值，只说设定为百分之多少即可)

4-2）遍历集合U_s中，从中取出一条不安全输电线路l；

4-3）获取线路l同电气分区内所有其他线路之间的开断分布因子，取出开断分布因子大于D_min的线路构成集合U_l，若U_l为空集，判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2）；

4-4）对于集合U_l中的任意一条线路k，计算其在线路l断开情况下的估计电流I_ke，如下式（4）所示：

I_ke=I_k+D_k-l*I_l    （4）

式中I_ke是线路l断开情况下线路k的估计电流，I_k是线路k现有的电流，I_l是线路l现有的电流，D_k‐l是开断分布因子，表示线路l断开以后其上功率转移到线路k上的比例；

4-5）计算输电线路k的在紧急情况下的安全裕度M_kc，其计算公式如（5）式所示：

M_kc=1-I_ke/I_kmaxc   （5）

其中M_kc为线路k在紧急情况下的安全裕度，I_ke为线路l断开情况下线路k的估计电流值，I_kmaxc为线路k在紧急运行状态下的限流值；

4-6）设定线路紧急情况下安全裕度限值M_cmin=20%（什么的30%？）同第一条解释，若集合U_l中存在紧急情况下安全裕度低于M_cmin的线路，则线路l与集合U_l中的所有线路构成了一个不安全的功率传输通道，将他们作为关键断面；

4-7）判断集合U_s是否完成遍历，若没有，执行步骤4-2），若遍历完成，结束关键断面自动选择过程。

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