CN103779876B - 一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，属于电力系统调度自动化技术领域。从数据库中读取关键断面集，针对第i个断面Si，计算各个发电机对其灵敏度，选择灵敏度大于一定阈值的发电机作为Si的控制发电机；依次扫描断面集所有断面，如果有断面有功功率到达实现指定的报警边界，则进行调度；与发生报警的监控断面对应的第l台发电机，计算满足其他断面不越限的出力范围的交集；对于断面，计算其对应控制发电机的紧急控制指标，紧急控制指标最大的机组作为优先调度的机组进行控制。本发明方法可以快速消除越限断面，同时保证电网的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，属于电力系统调度自动化技术领域。
背景技术
随着特高压的快速发展，电网的架构日趋坚强和完善，网架结构也日趋复杂，给调度人员提出了更高的要求。中国的电网管理有一定的特殊性，主要表现在物理电网相连，管理上是分层分级进行，总调、网调、省调、地调是几个最为常见的调度级别，各个调度单位协调控制，从而保证电网的安全可靠运行。
电网的电压等级多种多样，较为常见的包括1000kV、500kV、220kV、110kV、35kV、20kV、10kV、6.3kV、380V、220V等，不同电压等级的电网连接在一起，完全的人工调度已经无法满足实时调度的需求。
电网是一个复杂庞大的网络，即使电网的管理按照分层分级进行，但是对于各级的调度人员而言，仍然面临着巨大的困难。一般而言，每个调度人员所辖的电网节点个数都在上千个，如果对所有的节点状态信息进行分析、判断再做出调度决策，不借助计算机几乎无法实现；即使有计算机的协助，仍然很难进行实时决策。为了解决这个问题，各级电网部门会根据运行经验，选择其管辖范围内的关键节点和主要断面，只要保证关键节点的电压、主要断面的有功潮流在合理的范围内，就可以保证整个系统的电压分布合理、断面潮流不越限。一个断面一般包含几条线路，断面的有功几条线路的有功代数和构成，比如断面A由L1、L2、L3、L4四条线路构成，其断面有功可能是这样的形式L1+L2+L3-L4，减号是由于线路的潮流与其他断面方面不一致。
国际上主流的观点认为，电力系统的运行状态可以划分为三种情况，正常运行、不正常运行、故障状态。正常运行状态下，电力系统的所有状态量均在特定的范围内，这时候通常以降低网损（经济性）作为主要的控制目标，这种状态下由电力系统自动有功控制系统（简称AGC）调度所辖的发电机调整期出力，不需要过多的人工参与；当部分状态量出现越限时，系统进入不正常运行状态，此时不再以经济性作为主要的控制目标，而是采取措施快速消除越限（安全性），在最短的时间内、用最有效的手段消除越限，这种情况处理失误往往容易引发越限的连锁反应，影响系统的安全运行，因此当系统进入不正常运行的状态时，需要给予采集的系统状态量进行决策，这时候其实是一种需要人工决策的半人工控制。
断面越限而导致电力系统进入不正常运行状态是最为常见的一种情况，当发生断面越限时，调度人员根据EMS系统计算的灵敏度，选择对越限断面灵敏度最为明显的几台机组作为控制对象，通过调度这些机组来消除越限；根据灵敏度的正负决定增加、减少机组出力，如果断面越上限，控制机组对于断面的灵敏度为正，则减少该机组的出力；反之，则增加机组的出力。虽然电力调度分层、分级，但电力系统是互联的系统，调整发电机的出力会对其他断面产生影响，究竟调多少会导致断面越限一直以来困扰着调度运行人员，传统的调度方式在电网结构日趋复杂、复杂断面大量涌现的情形下捉襟见肘。
发明内容
本发明的目的提出一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，旨在解决现有技术的不足，解决中国电力调度定性难定量、仅仅根据灵敏度结合人工经验盲调的难题，同时考虑灵敏度和机组出力调节对其他断面的影响，保证在消除越限断面时不会导致其他断面越限。
本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，包括以下步骤：
（1）从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面；
（2）设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机；
（3）分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤（4），若N个监控断面中无监控断面的有功功率到达设定报警阈值，则返回步骤（2）；
（4）将与到达设定报警阈值的监控断面Sj相对应的kj台控制发电机分别记为G1，G2，G3……Gkj，计算kj台控制发电机中的第l台发电机Gl输出有功功率的范围，具体计算过程包括以下步骤：
（4-1）将监控断面Si的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi，发电机Gl对监控断面Si的灵敏度记为Sli；
（4-2）若Sli>0，则发动机Gl的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-Pi)/Sli，发动机Gl的有功功率最大减少量Pi-为(Pi-Pimin)/Sli；
若Sli<0，则发动机Gl的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin,-Pi)/Sli，发动机Gl的有功功率的最大减少量Pi-为(Pi-Pimax)/Sli；
（4-3）将发电机Gl的当前有功功率记为PGl，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为PGlmax，PGlmin，发电机Gl的有功功率的最大增加量为Plr+=min Pi+(i=1～N)，发电机Gl的有功功率的最大减少量Plr-=min Pi-(i=1～N)；
（5）计算与监控断面Sj相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发动机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下：
将监控断面Sj对应的发电机Gl的应急控制指标记为Ijl，若步骤（3）中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl=Slj*Plr-，当Slj<0时，Ijl=Slj*Plr+；若步骤（3）中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl=Slj*Plr+，当Slj<0时，Ijl=Slj*Plr-。
本发明中涉及到灵敏度的计算，可参见孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》（中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13）。
本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，其优点是：本发明方法针对中国电力调度定性难定量、仅仅根据灵敏度结合人工经验盲调的现状，引入了紧急控制指标，同时考虑灵敏度和机组出力调节对其他断面的影响，保证在消去告警断面时不会导致其他断面越限。该方法不仅给出定性的结果，选择候选调度机组，同时还可以给出机组的调节域度，从而保证电力系统的安全稳定运行。本发明方法不仅给出定性的结果，选择候选调度机组，同时还可以给出机组的调节域度，选择紧急控制指标最大的机组优先调度，可以快速消除越限断面，同时保证电网的安全稳定运行。
具体实施方式
本发明提出的基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，包括以下步骤：
（1）从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面；一个监控断面中包含多条监控线路，定义监控断面的有功功率等于监控断面所包含监控线路的有功功率的代数和。
（2）设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机；
（3）分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤（4），若N个监控断面中无监控断面的有功功率到达设定报警阈值，则返回步骤（2）；
（4）将与到达设定报警阈值的监控断面Sj相对应的kj台控制发电机分别记为G1，G2，G3……Gkj，计算kj台控制发电机中的第l台发电机Gl输出有功功率的范围，以保证所有监控断面的输出有功功率在设定的报警阈值范围，具体计算过程包括以下步骤：
（4-1）将监控断面Si的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi，发电机Gl对监控断面Si的灵敏度记为Sli；
（4-2）若Sli>0，则发动机Gl的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-Pi)/Sli，发动机Gl的有功功率最大减少量Pi-为(Pi-Pimin)/Sli，这满足了监控断面Si对发动机Gl的安全约束；
若Sli<0，则发动机Gl的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin,-Pi)/Sli，发动机Gl的有功功率的最大减少量Pi-为(Pi-Pimax)/Sli；
（4-3）将发电机Gl的当前有功功率记为PGl，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为PGlmax，PGlmin，发电机Gl的有功功率的最大增加量为Plr+=min Pi+(i=1～N)，发电机Gl的有功功率的最大减少量Plr-=min Pi-(i=1～N)；
（5）计算与监控断面Sj相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发动机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下：
将监控断面Sj对应的发电机Gl的应急控制指标记为Ijl，若步骤（3）中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl=Slj*Plr-，当Slj<0时，Ijl=Slj*Plr+；若步骤（3）中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl=Slj*Plr+，当Slj<0时，Ijl=Slj*Plr-。
本发明中涉及到灵敏度的计算，可参见孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》（中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13）。
以下结合具体实施例，详细介绍本发明的方法：
该实施例中共包含5台发电机#1～5和2个关键断面A、B，断面A由三条线路L1～L3构成，断面B由三条线路L4～L6构成。各台发电机的实时功率、最大出力、最小出力功率、对关键断面的灵敏度如表格1所示，关键断面A、B的相关数据如表格2所示，此时断面A的实时功率越过功率上限，整个电网的安全性受到威胁。
表格1发电机数据表
表格2断面数据表
| 断面 | 定义 | 实时功率/MW | 功率上限/MW | 功率下限/MW |
| A | L1+L2+L3 | 720 | 700 | 270 |
| B | L4-L5+L6 | 195 | 200 | 100 |
具体过程如下：
步骤1、从电力系统能量管理数据库中读取监控断面集S（断面集的个数记为N）。通常情况下，一个监控断面通常包含多条线路，监控断面有功定义为线路有功的代数和。
此案例中监控断面集包含两个监控断面A、B，它们均包含三条线路，因此其有功就可以按照表格2中给出的公式：线路有功的代数和得到。
针对第i个监控断面Si，计算各个发电机对其灵敏度，选择灵敏度大于一定阈值的发电机作为Si的控制发电机。
这里有必要说明一下，发电机的对监控断面的灵敏度，它是按照表格2中给出的公式由发电机对单条线路的灵敏度的代数和得到。
灵敏度门槛值设定为0.1，只有灵敏度绝对值大于等于门槛值的发电机才被看做监控断面的控制发电机。监控断面A对应的控制发电机集合为{#1，#2，#3，#4}，监控断面B对应的控制发电机集合为{#1，#2，#3，#4，#5}。
依次扫描监控断面集所有监控断面，如果有监控断面有功功率到达实现指定的报警边界，此案例中监控断面A越上限报警，则转入（4）进行调节。
与发生报警的监控断面A对应的控制发电机记为#1，#2，#3，#4,下面依次分析#1，#2，#3，#4在满足其他监控断面（此时为监控断面B）不越限的出力范围的交集
监控断面B的有功上下限依次记为200、100MW，实时功率记为195MW。发电机#1对B的灵敏度记为-0.1<0,则考虑到监控断面B安全约束得到的#1可增加、减少的最大出力依次记为(100-195)/(-0.1)=950、(195-200)/(-0.1)=50MW;发电机#2对B的灵敏度记为-0.15>0,则考虑到监控断面B安全约束得到的#2可增加、减少的最大出力依次记为(200-195)/0.15=33.3MW、(195-100)/0.15=633MW。同理可以分析出#3可增加、减少的最大出力依次记为(100-195)/(-0.25)=380MW、(195-200)/(-0.25)=20MW，#4可增加、减少的最大出力依次记为(200-195)/0.1=50MW、(195-100)/0.1=950MW。
考虑各发电机自身出力限值后得到各个发电机的可增加、减少的最大出力。以#1为例，其实时功率为400MW，最小无功为200MW，最大无功为600MW，可增加、减少的最大出力依次为600-400=200、400-200=200MW，综合发电机自身出力约束和监控断面稳定约束两个因素考虑，二者的交集得到的发电机#1可增加、减少的最大出力依次为200、50MW；同理计算发电机#2的可增加、减少的最大出力依次为33.3、200MW，发电机#3的可增加、减少的最大出力依次为250、20MW，发电机#4的可增加、减少的最大出力依次为50、300MW。
对于监控断面Sj，计算其对应控制发电机的紧急控制指标，紧急控制指标最大的机组作为优先调度的机组进行控制。
监控断面Sj对应的控制发电机Gl的应急控制指标Ijl，此案例中是监控断面A越上限报警，越限值为720-700=20MW，对于#1、#2、#3、#4的灵敏度>0，IA1=200*0.25=50、IA2=200*0.2=40、IA3=20*0.4=8、IA4=300*0.1=30，根据此结果，可以优先调度发电机#1，减少其出力，减少的功率至少为20/0.25=80MW。
对于发电机#3，虽然其灵敏度绝对值最大，但由于受监控断面B约束，对#3进行调度，容易发生消除一个越限监控断面又导致另一个监控断面越限的情况，这是已有技术的主要缺陷所在，而通过本发明方法，可以很好的解决此不足。
Claims (1)
1.一种基于灵敏度分析的消除断面越限的电力系统调度方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)从电力系统的能量管理系统数据库中获取电力系统中的监控断面，得到一个监控断面集S，断面集S中有N个监控断面；
(2)设定一个灵敏度阈值，分别计算电力系统中所有发电机对监控断面集S中的第i个监控断面Si的灵敏度，将计算得到的灵敏度分别与设定的灵敏度阈值进行比较，将与大于设定灵敏度阈值的灵敏度相对应的发电机，作为监控断面Si的控制发电机；
(3)分别设定断面集S中的N个监控断面的最大输送有功功率和最小输送有功功率，并将该最大输送有功功率和最小输送有功功率作为报警阈值的上限和下限，遍历断面集S中的N个监控断面，若N个监控断面中任意一个监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限或小于报警阈值的下限，则发生报警，并进行步骤(4)，若N个监控断面中无监控断面的有功功率到达设定报警阈值，则返回步骤(2)；
(4)将与到达设定报警阈值的监控断面Sj相对应的kj台控制发电机分别记为G1，G2，G3……Gkj，计算kj台控制发电机中的第l台发电机Gl输出有功功率的范围，具体计算过程包括以下步骤：
(4-1)将监控断面Si的有功功率最大值和有功功率最小值分别记为Pimax、Pimin，将监控断面Si的实时有功功率记为Pi，发电机Gl对监控断面Si的灵敏度记为Sli；
(4-2)若Sli>0，则发电机Gl的有功功率最大增加量Pi+为(Pimax-Pi)/Sli，发电机Gl的有功功率最大减少量Pi-为(Pi-Pimin)/Sli；
若Sli<0，则发电机Gl的有功功率的最大增加量Pi+为(Pimin-Pi)/Sli，发电机Gl的有功功率的最大减少量Pi-为(Pi-Pimax)/Sli；
(4-3)将发电机Gl的当前有功功率记为PGl，额定最大有功功率和额定最小有功功率分别记为PGlmax和PGlmin，发电机Gl的有功功率的最大增加量为Plr+＝min Pi+(i＝1～N)，发电机Gl的有功功率的最大减少量Plr-＝minPi-(i＝1～N)；
(5)计算与监控断面Sj相对应的控制发电机的紧急控制指标，并将紧急控制指标最大的发电机作为优先调度发电机进行控制，具体计算过程如下：
将监控断面Sj对应的发电机Gl的应急控制指标记为Ijl，若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率大于设定报警阈值的上限，则，当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl＝Slj*Plr-，当Slj<0时，Ijl＝Slj*Plr+；若步骤(3)中发生的报警是由于监控断面的有功功率小于报警阈值的下限，则当Slj>0时，发电机Gl的应急控制指标Ijl＝Slj*Plr+，当Slj<0时，Ijl＝Slj*Plr-。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |