CN104218569A - 一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法包括步骤1：确定需要进行评价分析的场站设备，并获取场站设备的计划潮流数据和历史运行数据；步骤2：依据计划潮流数据和历史运行数据进行日前有功分析和日前线路计划潮流偏差分析。与现有技术相比，本发明提供的一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法，能够适用于发电计划、母线负荷预测及线路计划潮流偏差统计工作，简单明了，实用化效果好。

Description

一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法

技术领域

本发明涉及一种电网评价分析方法，具体涉及一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法。

背景技术

日前静态安全校核是新一代智能电网调度支持系统调度计划子系统的重要功能应用，功能担负收集日前电网负荷预测、检修计划和发电计划信息，同时按照电网运行方式及各类安全约束，结合日前电网拓扑，有针对性的对拟定发电计划或检修计划进行安全校核计算，并根据越限重载信息在可调范围内进行安全校正，从而形成调度计划子系统基于安全约束的闭环运行机制。

当前骨干网络电压等级一般包括220kV和330kV两种，电压等级等于或高于划定电压等级的设备潮流均属于日前静态安全校核的事后评价分析范围。但考虑到系统实用化需要，因此仅对发电厂、线路、变压器及负荷等几类主要一次场站或设备进行计算。

一个电力调度中心接受其他兄弟调度中心的安全校核基础数据后，基于基础平台的全网模型实现对本地全网安全校核，得到大规模电网计划断面潮流结果和相关分析结果。但是，考虑到全网数据质量不一，特别是发电计划、母线负荷预测等数据各地编制水平各有不同，从而导致在使用全网数据校核时出现计划潮流与实际潮流相差较大的情况。如果这种情况发生在本地调度中心调管范围内，操作员可以凭借已有的方式运行方案和长期工作经验判断出计划数据中可能存在的问题，但是面对全网校核中区域外的结果就不能很好的做出决策，故需要提供一种通过电网分析的潮流偏差统计分析方法来对大规模电力网络计划潮流偏差做出科学分析的技术方案。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法，所述方法包括：

步骤1：确定需要进行评价分析的场站设备，并获取场站设备的计划潮流数据和历史运行数据；

步骤2：依据所述计划潮流数据和历史运行数据进行日前有功分析和日前线路计划潮流偏差分析。

优选的，所述日前有功分析为依据场站设备的有功功率数据获取日前有功偏差率SR_i、日前平均有功偏差率SR_day和日前总有功偏差率SSR_day；

所述日前有功偏差率SR_i的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_i=\frac{P_{{\mathrm{pre}}_i}-P_{{\mathrm{real}}_i}}{P_{{\mathrm{real}}_i}}---\left(1\right)$

式(1)中所述i为指全日内的24小时按每15分钟一个点划分的96个时间段中的一个点，所述为第i时段的有功功率计划值，所述为第i时段的有功功率实际值；

所述日前平均有功偏差率SR_day的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}=\frac{\left|{\mathrm{SR}}_i\right|}{96}---\left(2\right)$

式(2)中所述SR_i为第i时段的有功偏差率，

所述日前总有功偏差率SSR_day的计算公式为：

${\mathrm{SSR}}_{\mathrm{day}}=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}/n---\left(3\right)$

式(3)中所述n为一类所述场站设备的总数；

优选的，所述步骤2中采用输出功率转移分布因子量化分析所述日前线路计划潮流偏差；所述日前线路计划潮流偏差包括发电机的发电计划偏差和母线的负荷预测偏差；

优选的，对所述发电计划偏差进行量化分析包括：依据电网网络节点m的有功功率变化值ΔP_m计算线路支路k的有功功率变化值所述G_k-m为发电机输出功率转移分布因子；

优选的，所述发电机输出功率转移分布因子G_k-m的计算公式为：

$G_{k-m}=\frac{X_{\mathrm{am}}-X_{\mathrm{bm}}}{x_k}---\left(4\right)$

式(4)中所述x_k为线路支路k的电抗参数；

所述X_am和X_bm分别为电网网络的电纳矩阵X_n×n的元素，n为电网网络节点数；所述a和b分别为线路支路k的两端节点；

优选的，对所述负荷预测偏差进行量化分析包括：将母线负荷等效为输出功率与所述负荷预测值大小相等的发电机G；

依据母线负荷网络节点i的有功功率变化值ΔP_i计算母线支路j的负荷变化值所述G_j-i为所述发电机G的输出功率转移分布因子；

优选的，所述发电机G的输出功率转移分布因子G_j-i的计算公式为：

$G_{j-i}=\frac{X_{\mathrm{ci}}-X_{\mathrm{di}}}{x_j}---\left(5\right)$

式(5)中所述x_j为母线支路j的电抗参数；

所述X_ai和X_bi分别为母线负荷网络的电纳矩阵X_q×q的元素，q为母线负荷网络节点数；所述c和d分别为母线支路j的两端节点。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法，将大规模电网静态安全校核计算的基础数据和计划潮流计算结果进行统计分析，分别针对不同统计对象列出统计变量及其计算步骤，能够适用于发电计划、母线负荷预测及线路计划潮流偏差统计工作，简单明了，实用化效果好；

2、本发明提供的一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法，采用输出功率转移分布因子对计划潮流偏差进行分析，可以在大规模复杂电网中准确定位涉及潮流偏差线路的发电机组和负荷点，利用机组(负荷)对线路的转移分布因子折算出各自在对应线路计划潮流偏差中所占实际比例；本发明使安全校核潮流偏差分析不再依赖于业务人员长期工作经验和对电网拓扑掌控能力，为利用计算机技术解决大规模复杂安全校核潮流偏差量化分析问题给出一种可靠准确算法。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法方框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的大规模电网静态安全校核的评价分析方法包括下述步骤：

一、确定需要进行评价分析的场站设备，并获取场站设备的计划潮流数据和历史运行数据；

1、确定场站设备的范围：

在确定了校核计算电压等级后，可以根据实际需要确定需要统计分析的场站设备门类范围；本实施例中大规模电网为省级电网，因此一般需要考虑线路、变压器、发电厂和负荷等场站设备。

2、获取场站设备的计划潮流数据：

评估分析涉及数据主要有两类：计划数据和实际数据。计划数据包括调度计划业务中分机组或发电厂的日前发电计划、日前母线负荷预测及安全校核计算得到的线路的计划潮流数据。

3、获取历史运行数据：

对上述计划潮流数据进行评估分析时应采用电网实际量测数据作为评判依据。在实际的电网调度控制系统中可以取得发电机组或发电厂、母线负荷预测点及线路的历史运行数据。取得历史数据时应注意保持于计划数据单位、功率方向一致，避免评估分析出现误差。

二、依据计划潮流数据和历史运行数据进行日前有功分析和日前线路计划潮流偏差分析；

(一)日前有功分析为依据场站设备的有功功率数据获取日前有功偏差S_i、日前平均有功偏差率SR_day和日前总有功偏差率SSR_day；

日前有功分析的偏差统计主要包括了对发电机组或发电厂计划执行偏差、母线负荷预测偏差及线路计划潮流与实际值偏差的统计方法。根据电力系统潮流分析的基本算法可以确定：线路潮流主要与发电机出力和负荷点功率大小有关，因此偏差统计是分析潮流偏差的基础。

1、日前有功偏差率SR_i的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_i=\frac{P_{{\mathrm{pre}}_i}-P_{{\mathrm{real}}_i}}{P_{{\mathrm{real}}_i}}---\left(1\right)$

其中，i为指全日内的24小时按每15分钟一个点划分的96个时间段中的一个点，i∈[1,96]；为第i时段的有功功率计划值，为第i时段的有功功率实际值。

2、日前平均有功偏差率SR_day的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}=\frac{\left|{\mathrm{SR}}_i\right|}{96}---\left(2\right)$

其中，SR_i为第i时段的有功偏差率，

前平均有功偏差率SR_day能够反映统计范围内的某一设备计划日一日内计划执行或预测偏差，在后期设计相关系统时可以根据设置的偏差率报警阈值突出偏差率较大设备，提醒业务人员注意分析该设备偏差的原因。

3、日前总有功偏差率SSR_day的计算公式为：

${\mathrm{SSR}}_{\mathrm{day}}=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}/n---\left(3\right)$

其中，n为一类所述场站设备的总数；

日前总有功偏差率SSR_day能在宏观上量化反映一个大规模电网静态安全校核结果是否能够更加趋近于实际运行结果。例如，对于发电计划来说，SSR_day反映的是发电计划实际执行情况；母线负荷预测的SSR_day则能体现预测系统的预测精度；线路的SSR_day则能量化安全校核计算出的计划潮流与实际潮流值的偏离程度。

(二)日前线路计划潮流偏差分析；

1、日前线路计划潮流是通过静态安全校核基于日前发电计划、母线负荷预测及联络线、检修计划数据生的未来一日的电网计划断面计算得到的。为了能够确保安全校核结果能够正确有效地指导明日实时调度生产，操作人员必须注意日前计划潮流与实际潮流的偏离程度。实际上，当潮流算法和设备开停确定后，能够影响线路计划潮流主要是发电计划数据和母线负荷预测数据。

考虑到电网参数特性和优先有功计算等需求特点，大规模电网静态安全校核基态潮流一般采取PQ快速分解法，其潮流计算修正方程如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}=\mathrm{H\Δ\Θ}+\mathrm{N\ΔV}/V\\ \mathrm{\ΔQ}=\mathrm{J\Δ\Θ}+\mathrm{L\ΔV}/V\end{array}\right.---\left(4\right)$

在大规模高压电网计算时式(4)中的矩阵N与J各元素的数值相对是很小的，因此式(4)简化为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ΔP}=\mathrm{H\Δ\Θ}\\ \mathrm{\ΔQ}=\mathrm{L\ΔV}/V\end{array}\right.---\left(5\right)$

通过式(4)和式(5)可以得到，潮流方程中有功功率P与无功功率Q实现了数学上解耦，即线路的有功功率可以认为仅与电网拓扑中发电机、母线负荷有功功率数量相关。目前调度人员基于自身对本地电网设备之间关联性的长期大量经验可以很快找到线路相关的发电机和母线负荷点，从而根据发电计划执行偏差和母线负荷预测偏差分析出线路计划潮流偏差的原因。然而面对大规模电网的全网安全校核模式，调度人员需要从全局上掌控计划潮流结果，大量不熟悉的外网拓扑分析仅靠本地电网运行经验是无法进行分析工作的。因此本发明通过对日前线路计划潮流偏差进行量化分析，从而准确分析出线路计划潮流偏差的原因。

2、日前线路计划潮流偏差分析的具体步骤为：

(1)获取日前线路计划潮流偏差；

通过读取指定线路的计划潮流数据及对应计划日实际执行的线路电网量测数据得到计划潮流与实际量测的偏差值。

(2)采用输出功率转移分布因子量化分析日前线路计划潮流偏差；

①：采用输出功率转移分布因子量化分析的计算方法为：

假定除了平衡节点有功出力变化外其他节点有功注入不变，网络中节点电压的相角θ的变化量为：

Δθ＝Χ(e_mΔP_m)＝X_mΔP_m   (6)

其中，e_m为单位列向量，只在电网网络节点m所对应位置有非零元素1，其余都是零元素：X_i为Χ的第m个列矢量，Χ为支路参数建立的n×n阶电纳矩阵，x为支路对应的电抗参数，n为电网络节点数。

当连接在节点m上的发电机计划值与实际值有偏差时，会在该节点上等效产生注入功率的变化，即计划下的节点注入量和实际节点注入量不同，在支路上引起的有功潮流变化量为：

${\mathrm{\ΔP}}_k^m=\frac{M_k^T\mathrm{\Δ\θ}}{x_k}=\frac{1}{x_k}{M}_k^T{X}_m{\mathrm{\ΔP}}_m=\frac{X_{k-m}}{x_k}{\mathrm{\ΔP}}_m=G_{k-m}{\mathrm{\ΔP}}_m---\left(7\right)$

其中，是指支路k关联矢量矩阵M_k的转置矩阵，反映了支路两端对应节点因存在支路k而产生直接的连接关系；

x_k为线路支路k的电抗参数；

G_k-m为发电机输出功率转移因子，描述了发电机节点m在计划与实际执行不一致时支路k的有功功率偏差值，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{G}_{k-m}=\frac{X_{\mathrm{am}}-X_{\mathrm{bm}}}{x_k}\\ \left|G_{k-m}\right|\≤1\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，X_am和X_bm分别为电网网络的电纳矩阵X_n×n的元素；a和b分别为线路支路k的两端节点。

综上，依据电网网络节点m的有功功率变化值ΔP_m计算线路支路k的有功功率变化值为：

${\mathrm{\ΔP}}_k^m=G_{k-m}-{\mathrm{\ΔP}}_m---\left(9\right)$

在得到节点m对支路k的功率转移因子G_k-m之后，就能量化分析出该发电机组计划执行偏差对支路k计划潮流与实际潮流偏差的“贡献量”即对式(9)进行总加得：

ΔP_k＝Σ(G_k-mΔP_m)   (10)

式(10)说明在不考虑母线负荷预测偏差时线路k的偏差值是有所有与其相关的发电机执行偏差造成的。

②：对发电计划偏差进行量化分析包括：

依据电网网络节点m的有功功率变化值ΔP_m计算线路支路k的有功功率变化值 ${\mathrm{\ΔP}}_k^m=G_{k-m}-{\mathrm{\ΔP}}_m;$

G_k-m为发电机输出功率转移分布因子，计算公式为：

$G_{k-m}=\frac{X_{\mathrm{am}}-X_{\mathrm{bm}}}{x_k}---\left(11\right)$

其中，x_k为线路支路k的电抗参数；X_am和X_bm分别为电网网络的电纳矩阵X_n×n的元素，n为电网网络节点数；a和b分别为线路支路k的两端节点。

③：对负荷预测偏差进行量化分析包括：

将母线负荷等效为输出功率与负荷预测值大小相等的发电机G；依据母线负荷网络节点i的有功功率变化值ΔP_i计算母线支路j的负荷变化值

所述G_j-i为发电机G的输出功率转移分布因子，计算公式为：

$G_{j-i}=\frac{X_{\mathrm{ci}}-X_{\mathrm{di}}}{x_j}---\left(12\right)$

其中，x_j为母线支路j的电抗参数；X_ai和X_bi分别为母线负荷网络的电纳矩阵X_q×q的元素，q为母线负荷网络节点数；c和d分别为母线支路j的两端节点。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种大规模电网静态安全校核的评价分析方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：确定需要进行评价分析的场站设备，并获取场站设备的计划潮流数据和历史运行数据；

步骤2：依据所述计划潮流数据和历史运行数据进行日前有功分析和日前线路计划潮流偏差分析。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述日前有功分析为依据场站设备的有功功率数据获取日前有功偏差率SR_i、日前平均有功偏差率SR_day和日前总有功偏差率SSR_day；

所述日前有功偏差率SR_i的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_i=\frac{P_{{\mathrm{pre}}_i}-P_{{\mathrm{real}}_i}}{P_{{\mathrm{real}}_i}}---\left(1\right)$

式(1)中所述i为指全日内的24小时按每15分钟一个点划分的96个时间段中的一个点，所述为第i时段的有功功率计划值，所述为第i时段的有功功率实际值；

所述日前平均有功偏差率SR_day的计算公式为：

${\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}=\frac{\left|{\mathrm{SR}}_i\right|}{96}---\left(2\right)$

式(2)中所述SR_i为第i时段的有功偏差率，

所述日前总有功偏差率SSR_day的计算公式为：

${\mathrm{SSR}}_{\mathrm{day}}=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SR}}_{\mathrm{day}}/n---\left(3\right)$

式(3)中所述n为一类所述场站设备的总数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中采用输出功率转移分布因子量化分析所述日前线路计划潮流偏差；所述日前线路计划潮流偏差包括发电机的发电计划偏差和母线的负荷预测偏差。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述发电计划偏差进行量化分析包括：依据电网网络节点m的有功功率变化值ΔP_m计算线路支路k的有功功率变化值所述G_k-m为发电机输出功率转移分布因子。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发电机输出功率转移分布因子G_k-m的计算公式为：

$G_{k-m}=\frac{X_{\mathrm{am}}-X_{\mathrm{bm}}}{x_k}---\left(4\right)$

式(4)中所述x_k为线路支路k的电抗参数；

所述X_am和X_bm分别为电网网络的电纳矩阵X_n×n的元素，n为电网网络节点数；所述a和b分别为线路支路k的两端节点。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述负荷预测偏差进行量化分析包括：将母线负荷等效为输出功率与所述负荷预测值大小相等的发电机G；

依据母线负荷网络节点i的有功功率变化值ΔP_i计算母线支路j的负荷变化值所述G_j-i为所述发电机G的输出功率转移分布因子。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发电机G的输出功率转移分布因子G_j-i的计算公式为：

$G_{j-i}=\frac{X_{\mathrm{ci}}-X_{\mathrm{di}}}{x_j}---\left(5\right)$

式(5)中所述x_j为母线支路j的电抗参数；

所述X_ai和X_bi分别为母线负荷网络的电纳矩阵X_q×q的元素，q为母线负荷网络节点数；所述c和d分别为母线支路j的两端节点。