CN104578050B - 一种电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，属于电力系统及其自动化技术领域。基于电力系统暂态稳定量化理论确定不同的调整模式，计算不同调整模式下一个断面暂态稳定极限随另一个断面输电功率变化规律，进一步计算不同断面间暂态稳定极限交互影响指标，识别电网中暂态稳定强关联断面。本发明有利于电力系统调度运行人员把握系统内在运行规律，制定电网调度运行控制决策，提升系统安全稳定和自动化水平。

Description

一种电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种电网暂态稳定强相关输电断面识别方法。

背景技术

跨区交直流输电和全国电网互联格局的逐渐形成，在取得巨大经济效益的同时，也使得电力系统的稳定问题更加复杂，在不可预见重大事故下给系统带来的经济损失也可能大幅度增加，同时也给传统稳定分析与控制带来极大挑战。防止电力系统崩溃瓦解，进而防止大面积停电事故的发生，是电力系统运行部门最重要的职责之一。

随着系统规模的扩大，动态过程中不同区域电网间的相互影响可能会增强，原本互不相关输电断面间的稳定问题也可能会相互耦合。特别是特高压互联电网过渡期间，网内输电断面稳定问题的相互关联性有加强之势，输电能力的交互影响也日益凸显，每一个输电断面的稳定输送水平不但与本输电断面的输送功率密切相关，而且还受其他输电断面输送功率大小和网架结构变化的影响，同一故障下不同输电断面功率水平或网架结构下可能导致不同的失稳模式，同一关键输电断面故障后也可能激发不同的失稳模式；针对某一失稳模式的控制措施对其它失稳模式可能失效甚至带来危险的控制负效应问题，极端状况甚至会激发其它模式的相继失稳，这些因素均给电网安全运行控制带来了极大的挑战。如果没有整体的协调考虑，仅通过采取简单的控制手段有时可能难以满足系统全局稳定问题的整体解决，即便能解决，方案也存在优化问题。

研究表明，已发生的诸多大停电事故与系统的暂态失稳相关或因其而引发其他问题，且事后分析表明，很多连锁故障和随后大停电事故的发生，都是因对电网动态过程发展机理的了解不足，并缺乏相应的应对措施所致。而该过程中最重要的问题之一便是，缺乏对大电网内稳定问题相关联关键输电断面的识别技术。为此，亟待加强电网运行中强相关输电断面的识别，以提高大电网安全稳定运行水平。

发明内容

本发明的目的是：为了提高对大电网内暂态稳定相关联的输电断面识别能力，掌握不同输电断面间暂态稳定的关联程度，给出一种电网暂态稳定强相关输电断面识别方法。该方法基于电力系统暂态稳定量化分析工具，分析不同输电断面之间的暂态稳定极限变化规律，根据不同输电断面的暂态稳定极限随某一输电断面功率变化而变化的规律，识别电网中多输电断面暂态稳定的关联关系。

具体地说，本发明采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)获取电网基础方式数据，确定要考察暂态稳定相关性的输电断面集合S＝{S₁，S₂，…,S_m}，根据实际运行情况确定各个输电断面输电功率的下限P_i,min和上限P_i,max，其中i＝1、2、…、m，m为输电断面的总数；

2)对于S中任意两个输电断面S_i和S_j，分别计算S_i对S_j的暂态稳定极限影响指标，记为以及S_j对S_i对暂态稳定极限影响指标，记为

3)判断或的绝对值是否大于设定门槛值，如果是，则S_i和S_j暂态稳定强相关；否则S_i和S_j不是强相关；

4)重复步骤2)和3)，获得所有考察断面是否暂态稳定强相关的结论。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，对于S中任意两个输电断面S_i和S_j，其的计算具体包括如下步骤：

2-1)将S_i的输电功率在其下限P_i,min与上限P_i,max间平均分成N档，其中第k档的输电功率值P_i,k为；

$P_{i,k}=P_{i,min}+\frac{P_{i,max}-P_{i,min}}{N-1}\×(k-1),(k=1~N)---\left(1\right)$

2-2)对于限制S_j断面输送能力的关键故障，基于仿真及EEAC法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子，并按两种不同的各发电机的暂态功角稳定参与因子的排序方式分别调整电网运行方式，记这两种调整模式分别为M₁和M₂，使S_i的输电功率分别按M₁和M₂调整后都为P_i,k，其中k＝1,2,…,N；

2-3)分别计算步骤2-2)中按M₁和M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限PL_k,1和PL_k,2，形成S_i不同输电功率下S_j的暂态稳定极限点序列其中k＝1,2,…,N、PL_k,1为按M₁调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限、PL_k,2为按M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限；

2-4)以S_i的输电功率为横坐标，以S_j的暂态稳定输电极限为纵坐标，在二维坐标轴上绘制点序列利用最小二乘法对点序列 进行线性拟合，根据拟合结果在二维坐标轴上绘制横坐标从P_i,min至P_i,max之间的直线LB，则的值等于LB的斜率。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2-2)具体包括以下步骤：

2-2-1)将S_j断面组成元件中最严重的那个N-1故障作为限制S_j断面输送能力的关键故障，根据电网基础方式数据针对关键故障场景进行时域仿真，并基于仿真轨迹采用EEAC方法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子λ_n，其中n＝1,2,…,N_g，N_g为系统中发电机数；

2-2-2)获得当前方式下各发电机有功出力变化对于S_i有功潮流变化的灵敏度，并记灵敏度大于零的发电机集合为Gs；

2-2-3)按以下两种调整模式M₁和M₂分别调整电网运行方式：

调整模式M1：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式。

调整模式M2：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2-2-3)中对Gs中各发电机按照其λ_n值大小次序分别增加或减小其出力是指：当增加某台发电机出力至其最大允许出力时再增加下一台发电机出力；当减小某台发电机出力至其最小允许出力时再减小下一台发电机出力。

上述技术方案的进一步特征在于，所述设定门槛值为取0.2～0.5。

本发明的有益效果如下：本发明根据不同输电断面的暂态稳定极限随某一输电断面功率变化而变化的规律，识别电网中多输电断面暂态稳定的关联关系。基于这种关联关系，在配置安全稳定控制措施时，暂态稳定强相关的输电断面应考虑协调控制，避免对一个输电断面有效的控制措施对另外一个输电断面造成负效应。暂态稳定关联关系较弱的输电断面则考虑解耦控制，即在配置相关控制措施时独立配置，简化控制方案。可见，本发明有利于电力系统调度运行人员把握系统内在运行规律，制定电网调度运行控制决策，从而提升系统安全稳定和自动化水平。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为输电断面暂态稳定交互影响指标计算示意图一。

图3为输电断面暂态稳定交互影响指标计算示意图二

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，获取电网基础方式数据，确定要考察暂态稳定相关性的输电断面集合S_＝{S₁，S₂，…,S_m}，根据实际运行情况确定各个输电断面输电功率的下限P_i,min和上限P_i,max，其中i＝1、2、…、m，m为输电断面的总数。

图1中步骤2描述的是，对于S中任意两个输电断面S_i和S_j，分别计算S_i对S_j的暂态稳定极限影响指标(记为)，以及S_j对S_i对暂态稳定极限影响指标(记为)。

其中步骤2中S_i对S_j的暂态稳定极限影响指标的计算按以下步骤2-1)至2-4)进行。

图1中步骤2-1描述的是，将S_i的输电功率在其下限P_i,min与上限P_i,max间平均分成N档，其中第k档的输电功率值P_i,k为：

$P_{i,k}=P_{i,min}+\frac{P_{i,max}-P_{i,min}}{N-1}\×(k-1),(k=1~N)---\left(1\right)$

图1中步骤2-2描述的是，对于限制Sj断面输送能力的关键故障，基于仿真及EEAC法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子，并按两种不同的各发电机的暂态功角稳定参与因子的排序方式分别调整电网运行方式，记这两种调整模式分别为M₁和M₂，使S_i的输电功率分别按M₁和M₂调整后都为P_i,k，其中k＝1,2,…,N。其具体步骤为：

2-2-1)将S_j断面组成元件中最严重的那个N-1故障作为限制S_j断面输送能力的关键故障，根据电网基础方式数据针对关键故障场景进行时域仿真，并基于仿真轨迹采用EEAC方法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子λ_n，其中n＝1,2,…,N_g，N_g为系统中发电机数；

2-2-2)获得当前方式下各发电机有功出力变化对于S_i有功潮流变化的灵敏度，并记灵敏度大于零的发电机集合为Gs；

2-2-3)按以下两种调整模式M₁和M₂分别调整电网运行方式：

调整模式M1：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式。

调整模式M2：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式。

其中，对Gs中各发电机按照其λ_n值大小次序分别增加或减小其出力是指：当增加某台发电机出力至其最大允许出力时再增加下一台发电机出力；当减小某台发电机出力至其最小允许出力时再减小下一台发电机出力。发电机的最大允许出力和最小允许出力由电网调度运行部门确定。

图1中步骤2-3描述的是，分别计算步骤2-2)中按M₁和M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限PL_k,1和PL_k,2，形成S_i不同输电功率下S_j的暂态稳定极限点序列其中k＝1,2,…,N、PL_k,1为按M₁调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限、PL_k,2为按M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限；

图1中步骤2-4描述的是，以S_i的输电功率为横坐标，以S_j的暂态稳定输电极限为纵坐标，在二维坐标轴上绘制各点利用最小二乘法对各点进行线性拟合，根据拟合结果在二维坐标轴上绘制横坐标从P_i,min至P_i,max之间的直线LB，则的值等于LB的斜率。

图2所示即为某实际算例中断面S₁和S₂暂态稳定极限序列。图3所示即为实际算例中断面S₁和S₂暂态稳定极限序列的最小二乘拟合曲线，

图1中步骤3描述的是，判断或的绝对值是否大于门槛值(根据工程经验取值，一般取0.2～0.5)。如果是，则S_i和S_j暂态稳定强相关；否则S_i和S_j不是强相关。

图1中步骤4描述的是，重复步骤2和3，获得所有考察断面是否暂态稳定强相关的结论。

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 (5)

1.一种电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取电网基础方式数据，确定要考察暂态稳定相关性的输电断面集合S＝{S₁，S₂，…,S_m}，根据实际运行情况确定各个输电断面输电功率的下限P_i,min和上限P_i,max，其中i＝1、2、…、m，m为输电断面的总数；

2)对于S中任意两个输电断面S_i和S_j，分别计算S_i对S_j的暂态稳定极限影响指标，记为以及S_j对S_i对暂态稳定极限影响指标，记为

3)判断或的绝对值是否大于设定门槛值，如果是，则S_i和S_j暂态稳定强相关；否则S_i和S_j不是强相关；

4)重复步骤2)和3)，获得所有考察断面是否暂态稳定强相关的结论。

2.根据权利要求1所述的电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，其特征在于，所述步骤2)中，对于S中任意两个输电断面S_i和S_j，其的计算具体包括如下步骤：

2-1)将S_i的输电功率在其下限P_i,min与上限P_i,max间平均分成N档，其中第k档的输电功率值P_i,k为；

$P_{i,k}=P_{i,min}+\frac{P_{i,max}-P_{i,min}}{N-1}\×(k-1),(k=1~N)---\left(1\right)$

2-2)对于限制S_j断面输送能力的关键故障，基于仿真及EEAC法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子，并按两种不同的各发电机的暂态功角稳定参与因子的排序方式分别调整电网运行方式，记这两种调整模式分别为M₁和M₂，使S_i的输电功率分别按M₁和M₂调整后都为P_i,k，其中k＝1,2,…,N；

2-3)分别计算步骤2-2)中按M₁和M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限PL_k,1和PL_k,2，形成S_i不同输电功率下S_j的暂态稳定极限点序列其中k＝1,2,…,N、PL_k,1为按M₁调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限、PL_k,2为按M₂调整后使得S_i的输电功率为P_i,k时S_j的暂态稳定输电极限；

2-4)以S_i的输电功率为横坐标，以S_j的暂态稳定输电极限为纵坐标，在二维坐标轴上绘制点序列利用最小二乘法对点序列 进行线性拟合，根据拟合结果在二维坐标轴上绘制横坐标从P_i,min至P_i,max之间的直线LB，则的值等于LB的斜率。

3.根据权利要求2所述的电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，其特征在于，所述步骤2-2)具体包括以下步骤：

2-2-1)将S_j断面组成元件中最严重的那个N-1故障作为限制S_j断面输送能力的关键故障，根据电网基础方式数据针对关键故障场景进行时域仿真，并基于仿真轨迹采用EEAC方法获得各发电机的暂态功角稳定参与因子λ_n，其中，n＝1,2,…,N_g，N_g为系统中发电机数；

2-2-2)获得当前方式下各发电机有功出力变化对于S_i有功潮流变化的灵敏度，并记灵敏度大于零的发电机集合为Gs；

2-2-3)按以下两种调整模式M₁和M₂分别调整电网运行方式：

调整模式M1：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式；

调整模式M2：如果当前基础方式下S_i的输电功率小于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从小到大的次序分别增加其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率大于P_i,k，则对Gs中各发电机按照其λ_n值从大到小的次序分别减小其出力，直至S_i的输电功率为P_i,k；如果当前基础方式下S_i的输电功率等于P_i,k，则不作调整，直接将当前基础方式下作为调整后方式。

4.根据权利要求3所述的电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，其特征在于，所述步骤2-2-3)中对Gs中各发电机按照其λ_n值大小次序分别增加或减小其出力是指：当增加某台发电机出力至其最大允许出力时再增加下一台发电机出力；当减小某台发电机出力至其最小允许出力时再减小下一台发电机出力。

5.根据权利要求1～4任一所述的电网暂态稳定强相关输电断面的识别方法，其特征在于，所述设定门槛值为取0.2～0.5。