CN103514512B - 电力系统在线孤岛并网快速辅助决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统在线孤岛并网快速辅助决策方法，属于电力系统运行与控制技术领域。本发明根据负荷容量选择主岛，搜索其它孤岛与主岛的并网通道，根据各通道预估的单位时间并网负荷量期望值对通道进行排序，根据该指标依次分批对通道进行安全稳定评估和消除安全稳定问题的辅助决策计算，若存在可行的并网通道，终止其它通道的计算，输出可行通道的评估、决策结果。本发明针对电网解列为多岛的情况，在线搜索并网通道并排序，分批自动校核各通道并网过程中的各类安全稳定问题，并计算消除安全稳定问题的控制措施，为调度人员快速、安全地恢复电网并列运行提供辅助决策，填补了目前在线防御系统没有相关辅助决策技术的空白。

Description

电力系统在线孤岛并网快速辅助决策方法

技术领域

本发明属于电力系统运行与控制技术领域，更准确地说本发明涉及一种电网安全稳定在线辅助决策技术。

背景技术

我国(网、省级)电网的在线安全稳定综合防御系统已具备电网安全稳定的在线预防控制和紧急状态下校正控制辅助决策功能，根据电网当前工况或预想故障后的安全稳定评估结果，在指定的候选控制措施集(控制设备、调节范围、调节代价)中自动搜索使系统达到安全状态且代价最小的预防或校正控制措施，向调度人员提供相应的辅助决策。

目前的在线防御系统中的辅助决策功能主要针对静态安全、暂态安全稳定、动态稳定、小干扰稳定、短路电流越限、静态稳定、静态电压稳定等问题，此外还能够进行操作前的安全稳定校核与辅助决策，尚未实现孤岛并网相关的辅助决策功能，无法为调度运行人员快速、安全恢复电网并列运行提供辅助决策，但上述技术为实现在线孤岛并网辅助决策提供了良好的基础。

发明内容

本发明的目的是：完善现有的在线安全稳定防御系统，提供一种恢复孤岛并网运行的在线辅助决策方法，帮助调度人员快速、安全地恢复电网的并列运行。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)根据电网实时运行工况信息进行网络拓扑分析，若电网解列为多个孤岛，则统计各岛的节点数、负荷总量、装机容量、最高电压等级，设N为各岛的集合，进入步骤2)；否则结束本方法；

2)从N中选择负荷容量最大岛为主岛，并将主岛从N中剔除；

3)根据实时运行工况信息、设备检修信息、设备故障信息和电网静态连接关系搜索N中各岛与主岛之间的并网通道；若并网通道数为0，则结束本方法，否则将与主岛无并网通道的孤岛从N中剔除，若N非空，则进入步骤4)，否则结束本方法；

所述并网通道由若干停运但无故障且未处于检修状态的设备组成，其中应至少含有1个装设同期并列装置的断路器；

4)分别对主岛及N中各孤岛进行基态安全稳定分析，若分析结果显示主岛或各孤岛的安全稳定裕度低于相应的门槛值，则进行安全稳定控制辅助决策计算，以消除支路潮流越限、母线电压越限、小干扰稳定、稳态频率越限，并且根据辅助决策结果调整对应岛的运行方式，对于无法通过控制措施消除上述安全稳定问题的孤岛，将其从N中剔除；

若N非空，进入步骤5)，否则结束本方法；

5)按以下方法分别计算各通道的并网优先级指标，对通道的并网优先级进行排序：

将各通道上装设有同期并列装置的断路器作为并网点，存在多个同期并列装置时，按照实际采用的电网调度操作规程确定并网点；将并网点两侧的开关操作次序均设定为从距离主岛或孤岛最近的开关开始依次向并网点合开关，而对于并网点两侧的刀闸的操作次序则按照实际采用的电网调度操作规程确定；

当并网点两侧的操作次序确定后，分别根据并网点两侧的开关操作次数预估各通道的开关操作时间期望值，并将其中较大的作为整个通道的操作时间期望值，将所连接孤岛的负荷容量除以该期望值，所得到的单位时间并网负荷量期望值作为该通道的并网优先级指标，并将各通道按优先级指标进行排序；

6)根据计算集群系统的并行处理能力，按照各通道的并网优先级指标的排列顺序，依次分批从未评估的通道中选择若干条通道进行并网的安全稳定校核和消除安全稳定问题的控制措施辅助决策计算，若存在可行的并网通道，终止其它所有通道的计算，输出包括开关操作次序和相应的辅助决策控制措施在内的当前可行的并网通道的决策结果，由调度运行人员实施并网操作，结束本方法；若所有通道都已评估且无可行的并网通道，则认为N中的各个孤岛无法在指定并网点与主岛进行并网，结束本方法。

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤6)中，按以下方法对各并网通道进行并网的安全稳定校核和消除安全稳定问题的控制措施辅助决策计算：

第一，对任意一个并网通道，按以下方法进行合闸操作的安全性校核和控制辅助决策：先基于步骤4)得到的调整后的运行方式，针对并网过程中的合闸操作，按步骤5)确定的开关合闸次序依次假想每个开关合闸操作中发生潜在的故障元件合到电网上的情况，逐个对这种故障场景进行安全稳定评估及辅助决策；然后对合闸后的过电压进行校核并计算抑制过电压的控制措施；若存在无法通过预防控制保证预想故障后安全稳定的操作，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

第二，对任意一个并网通道，在所连接的2个岛计算数据中，根据开关操作次序逐个计入并列通道上的设备及辅助决策措施直到执行同期并列操作前，进行待合闸开关两侧母线的电压差、频率差的校核；

若电压差超过限值，先调整其中一个岛母线的电压，根据指定的电压差和该岛侧的母线电压，利用已有的电压安全辅助决策方法计算该岛侧母线电压调整方向和调整量，综合考虑候选控制措施灵敏度和经济代价指标，搜索最优的调整措施；若该岛调整后电压差仍不满足要求，则在其基础上采用相同方法调整另一岛的电压，若仍不满足要求，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

对于频率差过大的情况，优先将容量大的岛的频率向靠近小岛的方向调整，但不改变两个岛频率原有的大小关系；在预防措施空间中选择有调节能力的机组，估算调整后的频率，若仍不满足频率差要求，则采用相同的方法对容量小的岛进行调整；若仍无法满足要求，则在频率低的孤网切除部分负荷，基于负荷频率特性估算切负荷量；若负荷控制仍不能使频率差满足要求，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

第三，为防止2个岛在同期并列操作后发生低频振荡，按以下方法对同期并列操作引起的动态过程进行仿真校核：

保留并网通道上最后一个开关待合闸，先假设2岛已通过该通道相连，指定通道交换功率为0，设置该最后一个开关无故障开断，待动态过程平息后再设置开关合闸的事件，从而达到模拟同期并列操作的目的，并根据设定的标准考核动态稳定性；若并列过程存在动态安全稳定问题，则在不恶化并网后基态安全性的约束下，按照已有的动态稳定辅助决策方法计算控制措施；若辅助决策措施无法抑制低频振荡，则通过该通道并网不可行，终止该通道的计算。

本发明的有益效果如下：本发明针对电网解列为多岛的情况，在线搜索并网通道并排序，分批自动校核各通道并网过程中的各类安全稳定问题，并计算消除安全稳定问题的控制措施，为调度人员快速、安全地恢复电网并列运行提供辅助决策，填补了目前在线防御系统没有相关辅助决策技术的空白。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是根据电网实时运行工况信息进行网络拓扑分析，若电网解列为多个孤岛，则统计各岛的节点数、负荷总量、装机容量、最高电压等级，设N为各岛的集合，进入步骤2)；否则结束本方法。

图1中步骤2描述的是从N中选择负荷容量最大岛为主岛，并将主岛从N中剔除。

图1中步骤3描述的是根据实时运行工况信息、设备检修信息、设备故障信息和电网静态连接关系搜索N中各岛与主岛之间的并网通道，并网通道由若干停运但无故障且未处于检修状态的设备组成，其中应至少含有1个装设同期并列装置的断路器，若并网通道数为0，则结束本方法，否则将与主岛无并网通道的孤岛从N中剔除，若N非空，则进入步骤4)，否则结束本方法。

图1中步骤4描述的是分别对主岛及N中各孤岛进行基态安全稳定分析，根据分析结果以及指定的各类安全稳定裕度门槛值，若主岛或孤岛的安全稳定裕度低于相应的门槛值，则进行安全稳定控制辅助决策计算，以消除支路潮流越限、母线电压越限、小干扰稳定、稳态频率越限，并且根据辅助决策结果调整对应岛的运行方式，对于无法通过控制措施消除上述安全稳定问题的孤岛，将其从N中剔除，若N非空，进入步骤5)，否则结束本方法。

图1中步骤5描述的是按以下方法分别计算各通道的并网优先级指标，对通道的并网优先级进行排序：

将通道上装设有同期并列装置的断路器作为并网点，存在多个同期并列装置时，按照实际采用的电网调度操作规程确定并网点；将并网点两侧的开关操作次序均设定为从距离主岛或孤岛最近的开关开始依次向并网点合开关，而对于并网点两侧的刀闸的操作次序则按照实际采用的电网调度操作规程确定。

两侧的操作次序确定后，分别根据两侧的开关操作次数预估各通道的开关操作时间期望值，并将其中较大的作为整个通道的操作时间期望值，将所连接孤岛的负荷容量除以该期望值，所得到的单位时间并网负荷量期望值作为该通道的并网优先级指标，并将各通道按优先级指标进行排序；

优先级指标计算公式如下：

$I_{pr,i}={\mathrm{\α}}_1(C_i/C_m)/\left(max\right(\underset{j}{\Σ}{T}_{m,j}^i,\underset{k}{\Σ}{T}_{n,k}^i)/T_B)---\left(1\right)$

I_pr,i是第i条通道的优先级指标，C_i是该通道所连接的孤岛的容量，C_m是主岛的容量，为第i条通道上主岛与并网点之间第j个开关的操作时间，为第i条通道上孤岛与并网点之间第k个开关的操作时间，T_B为操作时间的基准值，α₁是设定的权值。

图1中步骤6描述的是根据通道的并网优先级指标排序和计算集群系统的并行处理能力，依次分批从未评估的通道中选择若干条通道进行并网的安全稳定校核和消除安全稳定问题的控制措施辅助决策计算，若存在可行的并网通道，终止其它所有通道的计算，输出当前可行的并网通道的决策结果，包括开关操作次序和相应的辅助决策控制措施，由调度运行人员实施并网操作，结束本方法；若所有通道都已评估且无可行的并网通道，则认为N中的各个孤岛无法在指定并网点与主岛进行并网，结束本方法。

其中，对任意一个并网通道，按以下方法进行合闸操作的安全性校核和控制辅助决策：先基于步骤4)得到的调整后的运行方式，针对并网过程中合闸操作，按步骤5)确定的开关合闸次序依次假想每个开关合闸操作中发生潜在的故障元件合到电网上的情况，逐个对这种故障场景进行安全稳定评估及辅助决策；再对合闸后的过电压进行校核并计算抑制过电压的控制措施；需要校核的安全稳定问题可定义；若存在无法通过预防控制保证预想故障后安全稳定的操作，则认为通过该通道并网不可行，终止本通道的计算。

然后，对任意一个并网通道，在所连接的2个岛计算数据中，根据开关操作次序逐个计入并列通道上的设备及辅助决策措施，直到执行同期并列操作前，进行待合闸开关两侧母线的电压差、频率差的校核。

若电压差超过限值，先调整其中一个岛母线的电压，根据指定的电压差和该岛侧的母线电压，利用已有的电压安全辅助决策方法计算该岛侧母线电压调整方向和调整量，综合考虑候选控制措施灵敏度和经济代价指标，搜索最优的调整措施；若该岛调整后电压差仍不满足要求，则在其基础上采用相同方法调整另一岛的电压，若仍不满足要求，则认为通过本通道并网不可行，终止本通道的计算。

对于频率差过大的情况，优先将容量大的岛的频率向靠近小岛的方向调整，但不改变两个岛频率原有的大小关系；在预防措施空间中选择有调节能力的机组，估算调整后的频率，若仍不满足频率差要求，则采用相同的方法对容量小的岛进行调整；若仍无法满足要求，则在频率低的孤网切除部分负荷，基于负荷频率特性估算切负荷量；若负荷控制仍不能使频率差满足要求，则认为通过本通道并网不可行，终止本通道的计算。

最后，为防止2个岛在同期并列操作后发生低频振荡，对同期并列操作引起的动态过程进行仿真校核，具体方法如下：

保留并网通道上最后一个开关待合闸，先假设2岛已通过该通道相连，指定通道交换功率为0，设置该开关无故障开断，待动态过程平息后再设置开关合闸的事件，从而达到模拟同期并列操作的目的，并根据设定的标准考核动态稳定性；若并列过程存在动态安全稳定问题，则在不恶化并网后基态安全性的约束下，按照已有的动态稳定辅助决策方法计算控制措施；若辅助决策措施无法抑制低频振荡，则通过该通道并网不可行，终止本通道的计算。

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 (2)

1.电力系统在线孤岛并网快速辅助决策方法，其特征在于，包括如下步骤:

1)根据电网实时运行工况信息进行网络拓扑分析，若电网解列为多个孤岛，则统计各岛的节点数、负荷总量、装机容量、最高电压等级，设N为各岛的集合，进入步骤2)；否则结束本方法；

2)从N中选择负荷容量最大岛为主岛，并将主岛从N中剔除；

3)根据实时运行工况信息、设备检修信息、设备故障信息和电网静态连接关系搜索N中各岛与主岛之间的并网通道；若并网通道数为0，则结束本方法，否则将与主岛无并网通道的孤岛从N中剔除，若N非空，则进入步骤4)，否则结束本方法；

所述并网通道由若干停运但无故障且未处于检修状态的设备组成，其中应至少含有1个装设同期并列装置的断路器；

4)分别对主岛及N中各孤岛进行基态安全稳定分析，若分析结果显示主岛或各孤岛的安全稳定裕度低于相应的门槛值，则进行安全稳定控制辅助决策计算，以消除支路潮流越限、母线电压越限、小干扰稳定、稳态频率越限，并且根据辅助决策结果调整对应岛的运行方式，对于无法通过控制措施消除上述安全稳定问题的孤岛，将其从N中剔除；

若N非空，进入步骤5)，否则结束本方法；

5)按以下方法分别计算各通道的并网优先级指标，对通道的并网优先级进行排序：

将各通道上装设有同期并列装置的断路器作为并网点，存在多个同期并列装置时，按照实际采用的电网调度操作规程确定并网点；将并网点两侧的开关操作次序均设定为从距离主岛或孤岛最近的开关开始依次向并网点合开关，而对于并网点两侧的刀闸的操作次序则按照实际采用的电网调度操作规程确定；

当并网点两侧的操作次序确定后，分别根据并网点两侧的开关操作次数预估各通道的开关操作时间期望值，并将其中较大的作为整个通道的操作时间期望值，将所连接孤岛的负荷容量除以该期望值，所得到的单位时间并网负荷量期望值作为该通道的并网优先级指标，并将各通道按优先级指标进行排序；

6)根据计算集群系统的并行处理能力，按照各通道的并网优先级指标的排列顺序，依次分批从未评估的通道中选择若干条通道进行并网的安全稳定校核和消除安全稳定问题的控制措施辅助决策计算，若存在可行的并网通道，终止其它所有通道的计算，输出包括开关操作次序和相应的辅助决策控制措施在内的当前可行的并网通道的决策结果，由调度运行人员实施并网操作，结束本方法；若所有通道都已评估且无可行的并网通道，则认为N中的各个孤岛无法在指定并网点与主岛进行并网，结束本方法。

2.根据权利要求1所述的电力系统在线孤岛并网快速辅助决策方法，其特征在于，所述步骤6)中，按以下方法对各并网通道进行并网的安全稳定校核和消除安全稳定问题的控制措施辅助决策计算：

第一，对任意一个并网通道，按以下方法进行合闸操作的安全性校核和控制辅助决策：先基于步骤4)得到的调整后的运行方式，针对并网过程中的合闸操作，按步骤5)确定的开关合闸次序依次假想每个开关合闸操作中发生潜在的故障元件合到电网上的情况，逐个对这种故障场景进行安全稳定评估及辅助决策；然后对合闸后的过电压进行校核并计算抑制过电压的控制措施；若存在无法通过预防控制保证预想故障后安全稳定的操作，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

第二，对任意一个并网通道，在所连接的2个岛计算数据中，根据开关操作次序逐个计入并列通道上的设备及辅助决策措施直到执行同期并列操作前，进行待合闸开关两侧母线的电压差、频率差的校核；

若电压差超过限值，先调整其中一个岛母线的电压，根据指定的电压差和该岛侧的母线电压，利用已有的电压安全辅助决策方法计算该岛侧母线电压调整方向和调整量，综合考虑候选控制措施灵敏度和经济代价指标，搜索最优的调整措施；若该岛调整后电压差仍不满足要求，则在其基础上采用相同方法调整另一岛的电压，若仍不满足要求，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

对于频率差过大的情况，优先将容量大的岛的频率向靠近小岛的方向调整，但不改变两个岛频率原有的大小关系；在预防措施空间中选择有调节能力的机组，估算调整后的频率，若仍不满足频率差要求，则采用相同的方法对容量小的岛进行调整；若仍无法满足要求，则在频率低的孤网切除部分负荷，基于负荷频率特性估算切负荷量；若负荷控制仍不能使频率差满足要求，则认为通过该通道并网不可行，终止该通道的计算；

第三，为防止2个岛在同期并列操作后发生低频振荡，按以下方法对同期并列操作引起的动态过程进行仿真校核：

保留并网通道上最后一个开关待合闸，先假设2岛已通过该通道相连，指定通道交换功率为0，设置该最后一个开关无故障开断，待动态过程平息后再设置开关合闸的事件，从而达到模拟同期并列操作的目的，并根据设定的标准考核动态稳定性；若并列过程存在动态安全稳定问题，则在不恶化并网后基态安全性的约束下，按照已有的动态稳定辅助决策方法计算控制措施；若辅助决策措施无法抑制低频振荡，则通过该通道并网不可行，终止该通道的计算。