CN104009470B - 基于交流潮流的电网故障仿真方法 - Google Patents
基于交流潮流的电网故障仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104009470B CN104009470B CN201410236168.2A CN201410236168A CN104009470B CN 104009470 B CN104009470 B CN 104009470B CN 201410236168 A CN201410236168 A CN 201410236168A CN 104009470 B CN104009470 B CN 104009470B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- load
- circuit
- isolated island
- electric power
- total amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于交流潮流的电网故障仿真方法,包括:步骤10,确定各线路元件的潮流极限;步骤20,在随机选取的一个负荷节点上增加随机大小的有功功率和无功功率;步骤30,确定各线路的线路潮流;步骤40,判断发电机节点的无功出力是否在预定范围内,如果不是,将所述发电机节点转换成PQ节点,并返回步骤30;否则,执行步骤50;步骤50,根据线路开断概率判断是否有线路依据概率断开,如果系统由于线路断开被分成至少两个孤岛,则统计损失负荷并结束;否则,更新电网并返回步骤20。本发明更加符合电力系统故障的实际,其仿真结果更适用于研究电网的自组织临界特性。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域,特别是涉及一种基于交流潮流的电网故障仿真方法。
背景技术
当前仿真电网停电自组织特性的常用模型有:OPA模型、Cascade模型和SOC-Power Failure模型等。
OPA模型是根据电力系统大停电事故机理与沙堆行为有一定的相似性而提出的,采用该模型可以获得大停电的概率与大停电的影响程度的函数关系,但OPA模型电力系统的规模是不断扩大的,对仿真当前电网的特性并不适用。
Cascade模型主要从级联失效的角度假设系统由n个独立的相同元件组成,各个元件上的负荷L1,L2…Ln相互独立且在[Lmin,Lmax]之间均匀分布,在每个元件的负荷上加一个随机扰动,一旦某一元件的负荷超过故障的阈值则将其切除并且把元件的负荷转移到其他未故障的元件,从而引发连锁故障,得到故障规模。
Cascade模型虽然可以定性的分析电网,但是存在三点不足,(1)其假设的前提是各个元件互相没有差异,各个元件的相互作用也相同。在此假设之下与电网有差别。(2)负荷分配未考虑网络结构,故障转移的负荷均匀分配也与电网不一致。(3)电力网络并未考虑随时间的发展和变化。
SOC-Power Failure模型是基于直流潮流算法求解潮流,该算法简单快捷,但是也有其不足:因为在直流潮流计算中,各母线电压均认为是1p.u并且相角差别很小,这在模拟电力系统重载时是不合适的。因为重载时母线电压会由于系统无功不足下降,并且重载时线路两端电压相角差会增大,所以直流潮流对电力系统的简化假设是不成立的。
发明内容
为克服现有技术中的不足,本发明提供一种更加符合电力系统故障实际、仿真结果更适用于研究电网自组织临界特性的、基于交流潮流的电网故障仿真方法。
为解决上述技术问题,作为本发明的一个方面,提供了一种基于交流潮流的电网故障仿真方法,包括:步骤10,确定各线路元件的潮流极限;步骤20,在随机选取的一个负荷节点上增加随机大小的有功功率和无功功率;步骤30,确定各线路的线路潮流;步骤40,判断发电机节点的无功出力是否在预定范围内,如果不是,将所述发电机节点转换成PQ节点,并返回步骤30;否则,执行步骤50;步骤50,根据线路开断概率判断是否有线路依据概率断开,如果系统由于线路断开被分成至少两个孤岛,则统计损失负荷并结束;否则,更新电网并返回步骤20。
进一步地,在所述步骤10之间还包括:根据发电机出力和初始负荷需求确定电网初始潮流;所述步骤10具体包括:根据所述电网初始潮流整定得到所述各线路元件的潮流极限。
进一步地,所述线路开断概率根据下述方式得到:根据所述线路潮流和所述潮流极限计算各线路的负载率;根据线路过负荷保护运动模型计算每条线路的线路开断概率。
进一步地,所述步骤50中的统计损失负荷包括以下步骤:步骤51,判断在一所述孤岛内是否存在发电机节点;步骤52,如果不存在发电机节点,则该孤岛内的损失负荷为该孤岛内有功负荷之和;否则,统计该孤岛内发电机的有功出力总量与负荷有功总量,并执行步骤53;步骤53,比较所述有功出力总量与负荷有功总量,以判断发电机出力是否满足该孤岛的负荷需求,如果满足,则该孤岛内的损失负荷为零;否则,该孤岛内的损失负荷为负荷有功总量与有功出力总量之差。
进一步地,根据步骤51至53依次对每个孤岛的损失负荷进行计算,并将每个孤岛的损失负荷之和作为最终的损失负荷。
进一步地,所述步骤30中,根据牛拉法确定各线路的线路潮流。
从以上可以看出,本发明充分考虑了电网运行的实际情况,利用交流模型的牛拉法确定各线路的线路潮流,使仿真模型能够反应电网重载时母线电压会由于系统无功不足下降的程度,并在模型中嵌入了基于潮流的线路停运概率模型,充分考虑了电力设备保护装置的误差造成保护动作的不确定性以及系统运行状态对元件的停运概率影响。这使本模型更加符合电力系统故障的实际,其仿真结果更适用于研究电网的自组织临界特性。
附图说明
图1示意性示出了线路停运概率模型;
图2示意性示出了本发明的流程图;
图3示意性示出了统计负荷损失流程图;
图4示意性示出了IEEE39系统结构图;
图5示意性示出了本发明仿真出的IEEE39电网事故时间序列图;
图6示意性示出了双对数坐标下ASP模型仿真的IEEE39电网的事故规模概率分布;
图7示意性示出了双对数坐标下本发明事故规模概率分布点和拟合直线。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
为了克服以上模型的缺点,本专利提出的电网故障仿真方法是利用交流潮流计算,并在其中加入了线路过负荷保护动作模型来判断线路是否开断,本专利中称其为AC-SOC-PF模型。
首先,对本发明所提出的AC-SOC-PF模型进行详细说明。
1.交流潮流计算方式
电网在重载时母线电压会由于系统无功不足下降,并且重载时线路两端电压相角差会增大,所以若采用直流潮流对电力系统计算是不成立的。AC-SOC-PF模型采用牛顿-拉夫逊交流潮流算法,可以计算电网各节点电压幅值,适合模拟电网重载时的系统状态。
2.线路过负荷保护动作模型
电力系统中大停电事故的发生往往是重载下某些元件过负荷断开,从而造成潮流的大范围转移,进而造成连锁故障的发生。在AC-SOC-PF模型中嵌入基于传输潮流的线路过负荷保护动作停运概率模型,对线路元件状态进行判断。
请参考图1,线路过负荷保护动作模型简化成的折线模型,纵坐标Plr表示线路i的断开概率,横坐标L表示线路i的有功负载率。如式(1):
式中,Pi为线路i的有功潮流,Pi,max为线路i的有功潮流极限值。
(1)当线路负载率Li在正常值范围内,线路停运概率Plr取统计值PIW;
Plr(Li)=PIW,Li,min<Li<Li,nor;
Li,min为线路负载率最小值,Li,nor为线路负载率正常值;
(2)当线路负载率Li超过了极限值时,线路过负荷保护装置动作,线路停运概率Plr取最大值PIZ;
Plr(Li)=PIZ,Li>Li,max;
Li,max为线路负载率的最大极限值;
(3)当线路负载率Li在正常值和极限值之间时,线路过负荷保护动作致停运的概率Plr与线路的负载率Li呈正比例关系。
基于上述的模型,请参考图2,本发明提供了一种基于交流潮流的电网故障仿真方法,包括:
步骤10,确定各线路元件的潮流极限;
步骤20,在随机选取的一个负荷节点上增加随机大小的有功功率和无功功率;
步骤30,确定各线路的线路潮流;
步骤40,判断发电机节点的无功出力是否在预定范围内,如果不是,将所述发电机节点转换成PQ节点,并返回步骤30;否则,执行步骤50;
步骤50,根据线路开断概率判断是否有线路依据概率断开,如果系统由于线路断开被分成至少两个孤岛,则统计损失负荷并结束;否则,更新电网并返回步骤20。
在现有用于仿真电力系统自组织临界的事故模型中,基本是通过随机的断开线路来仿真系统扰动的。然而,本发明通过步骤10-50,以随机选取的一个负荷节点上增加随机大小的有功功率和无功功率来模型系统的的扰动,更加符合电网运行时的实际情况,同时步骤50还充分考虑了电力设备保护装置的误差造成保护动作的不确定性以及系统运行状态对元件的停运概率影响。因此通过本发明的步骤10-50,使我们能够以更加符合电力系统的实际情况的方式获得电网的停电事故数据,为研究电网的自组织临界特性提供了良好的方法。
优选地,在所述步骤10之间还包括:根据发电机出力和初始负荷需求确定电网初始潮流;所述步骤10具体包括:根据所述电网初始潮流整定得到所述各线路元件的潮流极限。
优选地,所述线路开断概率根据下述方式得到:根据所述线路潮流和所述潮流极限计算各线路的负载率;根据线路过负荷保护运动模型计算每条线路的线路开断概率。
优选地,请参考图3,所述步骤50中的统计损失负荷包括以下步骤:
步骤51,判断在一所述孤岛内是否存在发电机节点;
步骤52,如果不存在发电机节点,则该孤岛内的损失负荷为该孤岛内有功负荷之和;否则,统计该孤岛内发电机的有功出力总量与负荷有功总量,并执行步骤53;
步骤53,比较所述有功出力总量与负荷有功总量,以判断发电机出力是否满足该孤岛的负荷需求,如果满足,则该孤岛内的损失负荷为零;否则,该孤岛内的损失负荷为负荷有功总量与有功出力总量之差。
优选地,根据步骤51至53依次对每个孤岛的损失负荷进行计算,并将每个孤岛的损失负荷之和作为最终的损失负荷。
优选地,所述步骤30中,根据牛拉法确定各线路的线路潮流。
利用AC-SOC-PF模型(以下简称ASP模型)对IEEE39电网(请参考图4,图中G代表发电机,各数字代表母线号)进行故障仿真。仿真时所用到的主要模型参数如表1:
表1AC-SOC-PF模型中主要参数
模型参数 | 参考数值 |
η(线路初始负载率因子) | 0.7 |
Lnor(线路负载率正常值) | 1 |
Lmax(线路负载率极值) | 1.4 |
PIZ(线路开断最大概率) | 0.9998 |
PIW(线路开断最小概率) | 0.0002 |
(1)IEEE39单次故障过程分析
IEEE39系统在AC-SOC-PF模型中某次事故的发展过程如表2;
表2故障过程记录
由表2中的数据得到该次事故过程如下:在第56次添加扰动负荷后,线路15-16由于误动作断开,负荷转移到了临近线路,导致如下线路的故障概率急剧增加并且断开:14-15,16-17,17-18,17-27;如图4中虚线圆框所示;另有3-4,1-39两条线路断开,如图4中的虚线所示;这些线路的断开导致系统解列为5个区域,停电事故发生,共损失负荷450.42MW;
(2)IEEE39多次仿真结果
将IEEE39电网在AC-SOC-PF模型上进行仿真计算500次,得到损失负荷的序列一,对该事故序列的整理如下:
a)按照事故发生时间顺序排列,如图5(图中,横轴为故障时间,纵轴为损失负荷);
b)统计各故障规模下事故发生的次数如表3;
表3AC-SOC-PF模型仿真出的IEEE39电网事故规模次数统计
事故幅度 | >0 | >50 | >75 | >100 | >125 | >150 | >175 |
发生次数 | 500 | 423 | 355 | 316 | 274 | 274 | 263 |
事故幅度 | >200 | >225 | >250 | >275 | >300 | >325 | >350 |
发生次数 | 259 | 221 | 206 | 195 | 185 | 183 | 183 |
事故幅度 | >375 | >400 | >425 | >450 | >475 | ||
发生次数 | 183 | 183 | 169 | 167 | 138 |
c)将各电网故障规模由小到大依次排列,在双对数坐标下绘制其故障分布概率曲线,如图6(图中,横轴为故障幅度,纵轴为故障概率);
(3)仿真结果验证
为了验证AC-SOC-PF模型仿真结果的幂律特性,将事故规模记为标度s,在标度s上事故发生概率记为频度N,将双对数坐标上的事故发生概率分布点进行线性拟合,并由式(2)计算相关系数:
将IEEE39电网的部分事故概率分布点线性拟合,如图7(图中,横轴为故障幅度,纵轴为故障概率,*代表事故概率分布点),拟合直线为:
logN=-0.5195logs+0.8930,相关系数r=0.9896;
样本个数为12,自由度f=n-2=10,其相关系数临界值为R0.01=0.707;
从以上分析中可知,拟合直线和事故概率分布点的相关系数均大于置信水平0.01下的临界值,即线性关系显著,事故概率分布满足幂律特性,从而验证了停电事故的自组织临界性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于交流潮流的电网故障仿真方法,其特征在于,包括:
步骤10,确定各线路元件的潮流极限;
步骤20,在随机选取的一个负荷节点上增加随机大小的有功功率和无功功率;
步骤30,确定各线路的线路潮流;
步骤40,判断发电机节点的无功出力是否在预定范围内,如果不是,将所述发电机节点转换成PQ节点,并返回步骤30;否则,执行步骤50;
步骤50,根据线路开断概率判断是否有线路依据概率断开,如果系统由于线路断开被分成至少两个孤岛,则统计损失负荷并结束;否则,更新电网并返回步骤20,在所述步骤10之前还包括:根据发电机出力和初始负荷需求确定电网初始潮流;
所述步骤10具体包括:根据所述电网初始潮流整定得到所述各线路元件的潮流极限。
2.根据权利要求1所述的电网故障仿真方法,其特征在于,所述线路开断概率根据下述方式得到:
根据所述线路潮流和所述潮流极限计算各线路的负载率;
根据线路过负荷保护运动模型计算每条线路的线路开断概率。
3.根据权利要求1所述的电网故障仿真方法,其特征在于,所述步骤50中的统计损失负荷包括以下步骤:
步骤51,判断在一所述孤岛内是否存在发电机节点;
步骤52,如果不存在发电机节点,则该孤岛内的损失负荷为该孤岛内有功负荷之和;否则,统计该孤岛内发电机的有功出力总量与负荷有功总量,并执行步骤53;
步骤53,比较所述有功出力总量与负荷有功总量,以判断发电机出力是否满足该孤岛的负荷需求,如果满足,则该孤岛内的损失负荷为零;否则,该孤岛内的损失负荷为负荷有功总量与有功出力总量之差。
4.根据权利要求3所述的电网故障仿真方法,其特征在于,根据步骤51至53依次对每个孤岛的损失负荷进行计算,并将每个孤岛的损失负荷之和作为最终的损失负荷。
5.根据权利要求1所述的电网故障仿真方法,其特征在于,所述步骤30中,根据牛拉法确定各线路的线路潮流。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410236168.2A CN104009470B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 基于交流潮流的电网故障仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410236168.2A CN104009470B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 基于交流潮流的电网故障仿真方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104009470A CN104009470A (zh) | 2014-08-27 |
CN104009470B true CN104009470B (zh) | 2016-09-21 |
Family
ID=51370018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410236168.2A Active CN104009470B (zh) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | 基于交流潮流的电网故障仿真方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104009470B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106295094B (zh) * | 2015-05-15 | 2019-01-11 | 中国电力科学研究院 | 一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法 |
CN109408847B (zh) * | 2018-08-23 | 2023-06-09 | 山东科技大学 | 一种基于多元胞自动机的互联电网自组织临界性仿真方法 |
CN110348114B (zh) * | 2019-07-09 | 2022-06-14 | 电子科技大学 | 一种电网完备性状态信息重构的非精确故障识别方法 |
CN112288299A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-01-29 | 国网北京市电力公司 | 一种配电系统可靠性薄弱环节的分析方法及系统 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100595990C (zh) * | 2007-02-07 | 2010-03-24 | 浙江大学 | 一种考虑高风险连锁故障路径的pmu配置方法 |
CN101719669B (zh) * | 2009-12-09 | 2012-08-01 | 中国电力科学研究院 | 基于发电机励磁电流限制的电力系统中长期电压稳定的评估方法 |
US8788244B2 (en) * | 2010-05-24 | 2014-07-22 | Washington State University | Systems and methods for global voltage security assessment in power systems |
CN102855381B (zh) * | 2012-07-10 | 2015-07-08 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 应用于相继故障的基于分布因子的快速潮流计算方法 |
CN103093104B (zh) * | 2013-01-24 | 2016-04-20 | 天津大学 | 基于概率潮流的输电线路利用率计算方法 |
-
2014
- 2014-05-29 CN CN201410236168.2A patent/CN104009470B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104009470A (zh) | 2014-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103400202B (zh) | 一种基于馈线互联关系的配电系统安全域边界计算方法 | |
CN104009470B (zh) | 基于交流潮流的电网故障仿真方法 | |
CN107292481B (zh) | 一种基于节点重要度的电网关键节点评估方法 | |
CN105186578B (zh) | 具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方法 | |
CN103311926B (zh) | 基于统一潮流控制器的电力系统连锁故障模拟方法 | |
CN109598377B (zh) | 一种基于故障约束的交直流混合配电网鲁棒规划方法 | |
CN105337275A (zh) | 一种基于配电系统可靠性的中压配电网供电能力评估方法 | |
CN103795057A (zh) | 配电网潮流计算中基于搜索的配电网拓扑编号生成方法 | |
CN105512472A (zh) | 大型风电基地功率汇集系统拓扑结构分层优化设计及其优化设计方法 | |
CN107622360A (zh) | 一种综合考虑主客观因素的关键线路识别方法 | |
CN107069705A (zh) | 一种电网元件连锁故障模拟方法 | |
CN105426685A (zh) | 一种电力系统雷击闪络风险评估方法 | |
CN107276067A (zh) | 一种考虑负荷特性的配电网联络开关配置优化方法 | |
CN113569411A (zh) | 一种面向灾害天气的电网运行风险态势感知方法 | |
WO2015096519A1 (zh) | 一种有外部支援的电网黑启动子系统并列方法 | |
CN104899396A (zh) | 一种修正系数矩阵的快速分解法潮流计算方法 | |
CN105281325A (zh) | 一种提升受端电网外受电能力的网架优化方法 | |
CN109004639B (zh) | 基于完全分布式算法的配电网分区供电恢复策略优化方法 | |
CN108899896B (zh) | 一种基于改进benders分解法的供电能力评估方法 | |
CN105160148B (zh) | 一种交直流电网连锁故障关键线路辨识方法 | |
CN104462767B (zh) | 一种基于元件传递特性的配电网可靠性快速评估方法 | |
CN107959287B (zh) | 一种两个电压等级电网生长演化模型的构建方法 | |
CN107196307B (zh) | 一种变压器故障后电网有功潮流快速估算的方法 | |
CN105140911A (zh) | 基于潮流的多直流馈入受端电网电压支撑能力评价方法 | |
CN104809543A (zh) | 基于月度输变电设备检修计划的电网运行方式生成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211123 Address after: 271200 Xintai industrial new area, Tai'an City, Shandong Province Patentee after: SHANDONG JINRUI ELECTRIC Co.,Ltd. Address before: 266590 No. 579, Qian Wan Gang Road, Qingdao economic and Technological Development Zone, Shandong Patentee before: SHANDONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
TR01 | Transfer of patent right |