CN105429139B - 一种适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于多级(两级及以上)电磁环网的联切主变的稳定控制方法，属于电网稳定与控制领域。本发明引入转移比的概念来计算不同初始运行方式下，多级电磁环网中某条输电通道故障后，分别采取和不采取稳控策略，周边不同层级电网元件是否发生过载，以及采取策略后各元件潮流降低的程度。最后，对输电通道故障采取稳控策略后的暂态稳定性进行校验，若电网出现元件过载，则引入故障后机组灵敏度的概念，修正初始方式下开机组合及机组出力，使得稳控策略有效可行。本发明不会导致电网损失电源，也不会导致电网损失负荷，能够解决多级电磁环网中穿越潮流较重，易造成上下级电网线路潮流过载的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网稳定与控制领域，具体是一种适用于多级(两级及以上)电磁环网的联切主变的稳定控制方法。
背景技术
随着电网规模不断发展以及负荷的不断增长，电网中逐渐出现了电磁环网，电磁环网能提高供电可靠性，但是却带来一些新的问题，如上一级电网发生严重的某条输电通道故障后，其穿越到同级或下一级电网的潮流会造成线路过载，造成的运行风险较大。在线路发生故障后导致其它线路过载的问题中，一般采取的稳控策略主要有两种：
第一种是切机，第一种稳控策略主要展示如图1，A、B、C三条线初始潮流分别为：PA0、PB0、PC0，当线路A发生故障后，PA1＝0，A线路上的一部分潮流分别转移到B线路、C线路上，相应的B、C线路上的潮流变为PB1和PC1。其中PB1大于其热稳定限额值，PB1>PBX(PBX为B线路热稳定限额)。为了将B线路上潮流控制在热稳定限额以内，需要切除B线路送端母线上的发电机，降低B线路上传输的潮流。切机后的三条线的潮流分别为PA2、PB2、PC2。B线路潮流降回到热稳定限额以内，PB1<PBX。因此，第一种稳控策略是通过切机来降低过载线路潮流，使其恢复到稳定限额以内。
第二种是切负荷，第二种稳控策略主要展示如图2，D、E、F三条线初始潮流分别为：PD0、PE0、PF0，当线路D发生故障后，PD1＝0，D线路上的一部分潮流转移到E线路上，相应的E、F线路上的潮流变为PE1和PF1。其中PE1大于其热稳定限额值，PE1>PEX(PEX为E线路热稳定限额)。为了将E线路上潮流控制在热稳定限额以内，需要切除E线路受端母线上的负荷，降低E线路上传输的潮流。切负荷后的三条线的潮流分别为PD2、PE2、PF2。E线路潮流降回到热稳定限额以内，PE1<PEX。因此，第二种稳控策略是通过切负荷来降低过载线路潮流，使其恢复到稳定限额以内。
上述两种稳控策略是目前应用最为广泛的稳控策略，能够比较有效的降低过载线路的潮流，防止其因潮流超热稳定限额而跳线。第一种稳控策略的不足之处在于，会因为切机导致电源损失，电厂的利益得不到满足；第二种稳控策略不足之处在于，会因为切负荷导致负荷损失，电网及用户的利益得不到满足，上述两种稳控策略会从同程度上来牺牲一定的利益。在电磁环网中，当输电通道发生故障时，潮流转移的情况会更加复杂，对于多级电磁环网来说，某一级电网发生故障后，潮流会同时转移到本级电网运行线路及其他几级电网中。在这种环境下，单纯依靠切机或者是切负荷往往不能满足控制要求。
发明内容
本发明主要是解决现有稳控策略方案中存在的问题，首次提出了一种适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，不会导致电网损失电源，也不会导致电网损失负荷，能够解决多级电磁环网中穿越潮流较重，易造成上下级电网线路潮流过载的问题。
本发明的上述问题主要是通过以下技术方案来解决的：
一种适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，包括如下步骤：
第一部分：潮流转移比及开机灵敏度数据计算
步骤1、计算主变停运时，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的转移比λ′ij：读取主变停运时某元件ij的初始潮流Pij(T)以及输电通道L初始潮流PL(T)，利用电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)软件计算输电通道L故障，读取故障后某元件的潮流P′ij(T)，根据如下公式计算潮流转移比λ′ij：
步骤2、计算输电通道L停运时，主变联切后，其潮流到电网各元件的转移比λ″ij：读取输电通道L停运时某元件初始潮流Pij(L)以及主变初始潮流PT(L)，利用PSASP软件计算联切主变，读取联切主变后某元件的潮流P′ij(L)，根据如下公式计算潮流转移比λ′ij：
步骤3、计算输电通道L及主变均停运时，电网中机组(或电厂)出力改变对某元件ij的灵敏度：读取输电通道L及主变均停运时某元件初始潮流Pij(L,T)，利用PSASP软件遍历计算机组u(u＝1,2…U)减少出力Pu,reduce后某元件的潮流P′ij(L,T)，根据如下公式计算降出力(停机)灵敏度λij,u：
步骤4、计算正常运行方式下，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的潮流转移比λij：读取某元件ij初始潮流Pij以及输电通道L初始潮流PL，利用PSASP软件计算输电通道L故障，读故障后某元件的潮流P′ij，根据如下公式计算潮流转移比λij：
第二部分：实时潮流S方式下稳控措施校验及修正
步骤5、计算S方式下，输电通道L故障后各个元件的潮流，其计算方法如下：
P′ij(S)＝Pij(S)+λijPL(S)
其中，Pij(S)、PL(S)为初始潮流S方式下某元件ij及输电通道L潮流，λij由步骤4求解得到，P′ij(S)为输电通道L故障后元件ij潮流；
步骤6、判断输电通道L故障后交流线ij潮流P′ij(S)是否存在过载，若不过载，继续返回到步骤5计算其他元件是否过载，直到结束，若发现有线路过载，则执行步骤7；
步骤7、计算联切主变稳控策略实施后各元件的潮流，其具体计算方法如下：
P″ij(S)＝Pij(S)+λ′ijPL(S)+λ″ijPT(S)
其中，PT(S)为初始潮流S方式下主变潮流，λ′ij、λ″ij由步骤1、2计算得到，P″ij(S)为输电通道L故障且稳控联切主变后元件ij潮流；
步骤8、判断输电通道L故障且稳控联切主变后交流线ij潮流P″ij(S)是否过载，若不过载，则返回步骤7计算其他元件是否过载，直到计算得到所有元件不过载，则措施有效，若交流线ij过载，则执行步骤9；
步骤9、根据步骤3机组灵敏度数据，在保证其他元件不过载的情况下，通过调整开机方式及机组出力使得交流线ij不过载。
如上所述的适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，还包括：
步骤10、计算输电通道L故障，且联切主变后，系统是否保持暂态稳定性，若不能保持暂态稳定，则稳控措施无效，若系统能够保持暂态稳定性，则措施有效。
本发明针对多级电磁环网的特性，基于潮流转移的特性，采用潮流转移比来精确计算输电通道L故障以及联切主变后的电网各元件的潮流，并以电网运行过程中某实时潮流S方式为例判断稳控策略采取后电网中是否依然存在过载元件，若依然过载则根据故障后开机灵敏度数据调整开机方式，最后对稳控策略中发生输电通道故障后，联切主变的暂态稳定性进行验证，本发明通过联切主变切断潮流穿越通道的方法来降低线路过载的风险，既不会造成电源的损失，也不会造成负荷的损失，能够解决多级电磁环网中穿越潮流较重，易造成上下级电网线路潮流过载的问题。
附图说明
图1是现有技术切机稳控策略原理图；
图2是现有技术切负荷稳控策略原理图；
图3是本发明实施例选用的多级电磁环网网络拓扑结构图；
图4是本发明仿真案例初始潮流图；
图5是卧龙两台主变停运潮流图；
图6是卧龙两台主变停运后，樊卧双回线故障潮流图；
图7是樊卧双回线停运潮流图；
图8是樊卧双回线停运后，联切卧龙主变潮流图；
图9是樊卧双回及卧龙主变均停运时潮流图；
图10是樊卧双回及卧龙主变均停运时丹江电厂再停1机潮流图；
图11是樊卧双回及卧龙主变均停运时襄阳一期再停1机潮流图；
图12是樊卧双回及卧龙主变均停运时襄阳二期再停1机潮流图；
图13是樊卧双回及卧龙主变均停运时黄龙新厂再停1机潮流图；
图14是樊卧双回及卧龙主变均停运时再停荆门#6机潮流图；
图15是仿真案例初始潮流图；
图16是初始潮流下，樊卧双回故障潮流图；
图17是某S方式下初始潮流图；
图18是樊卧双回线故障后，系统暂态稳定功角曲线图；
图19是樊卧双回线故障后，联切卧龙主变，系统暂态稳定功角曲线图；
图20是本发明适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图20，本发明提供一种适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，包括如下步骤：
第一部分：潮流转移比及开机灵敏度数据计算
步骤1、计算主变停运时，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的转移比λ′ij：读取主变停运时某元件ij的初始潮流Pij(T)以及输电通道L初始潮流PL(T)，利用电力系统分析综合程序(Power System Analysis Software Package，PSASP)软件计算输电通道L故障，读取故障后某元件的潮流P′ij(T)，根据如下公式计算潮流转移比λ′ij：
步骤2、计算输电通道L停运时，主变联切后，其潮流到电网各元件的转移比λ″ij：读取输电通道L停运时某元件初始潮流Pij(L)以及主变初始潮流PT(L)，利用PSASP软件计算联切主变，读取联切主变后某元件的潮流P′ij(L)，根据如下公式计算潮流转移比λ″ij：
步骤3、计算输电通道L及主变均停运时，电网中机组(或电厂)出力改变对某元件ij的灵敏度：读取输电通道L及主变均停运时某元件初始潮流Pij(L,T)，利用PSASP软件遍历计算机组u(u＝1,2…U)减少出力Pu,reduce后某元件的潮流P′ij(L,T)，根据如下公式计算降出力(停机)灵敏度λij,u：
步骤4、计算正常运行方式下，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的潮流转移比λij：读取某元件ij初始潮流Pij以及输电通道L初始潮流PL，利用PSASP软件计算输电通道L故障，读故障后某元件的潮流P′ij，根据如下公式计算潮流转移比λij：
第二部分：实时潮流S方式下稳控措施校验及修正
步骤5、计算S方式下，输电通道L故障后各个元件的潮流，其计算方法如下：
P′ij(S)＝Pij(S)+λijPL(S)
其中，Pij(S)、PL(S)为初始潮流S方式下某元件ij及输电通道L潮流，λij由步骤4求解得到，P′ij(S)为输电通道L故障后元件ij潮流；
步骤6、判断输电通道L故障后交流线ij潮流P′ij(S)是否存在过载，若不过载，继续返回到步骤5计算其他元件是否过载，直到结束，若发现有线路过载，则执行步骤7；
步骤7、计算联切主变稳控策略实施后各元件的潮流，其具体计算方法如下：
P″ij(S)＝Pij(S)+λ′ijPL(S)+λ″ijPT(S)
其中，PT(S)为初始潮流S方式下主变潮流，λ′ij、λ″ij由步骤1、2计算得到，P″ij(S)为输电通道L故障且稳控联切主变后元件ij潮流；
步骤8、判断输电通道L故障且稳控联切主变后交流线ij潮流P″ij(S)是否过载，若不过载，则返回步骤7计算其他元件是否过载，直到计算得到所有元件不过载，则措施有效，若交流线ij过载，则执行步骤9；
步骤9、根据步骤3机组灵敏度数据，在保证其他元件不过载的情况下，通过调整开机方式及机组出力使得交流线ij不过载。
步骤10、计算输电通道L故障，且联切主变后，系统是否保持暂态稳定性，若不能保持暂态稳定，则稳控措施无效，若系统能够保持暂态稳定性，则措施有效。
本发明实施案例选用某1000kV-500kV-220kV三级电磁环网来进行仿真计算，但本发明内容不限于三级电磁环网的情况及每级电网的具体电压等级。其具体的案例电网拓扑结构图如附图3所示，其中“南荆线”是1000kV交流输电线路；“斗樊线”、“樊卧线”、“卧奚线”、“奚白线”属于500kV交流输电线路；其它线路属于220kV交流输电线路，三级电磁环网的初始潮流如附图4。其初始潮流如表1所示：
表1三级电磁环网初始潮流表
1.计算主变停运后，樊卧双回线故障，其潮流到其它线路的转移比λ′ij，卧龙两台主变停运后的潮流如附图5所示，卧龙两台主变停运后，樊卧双回线故障的潮流如附图6所示，转移比λ′ij计算结果如表2所示：
表2转移比λ′ij计算结果表
2.樊卧双回线停运后，卧龙联切主变，其潮流到其它线路的转移比λ″ij，樊卧双回线停运的潮流图如图7所示，樊卧双回线停运后，联切卧龙主变的潮流图如附图8所示，转移比λ″ij计算结果如表3所示：
表3转移比λ″ij计算结果表
3.开始计算樊卧双回及卧龙主变均停运情况下，电网中各机组对其他线路的减出力灵敏度λij,u，樊卧双回及卧龙主变均停运情况下潮流图如附图9所示，丹江电厂、襄阳一期、襄阳二期、黄龙滩新厂、牌楼电厂等分别停一机后，潮流图如附图10、11、12、13、14所示，减出力灵敏度λij,u计算结果如表4所示：
表4减出力灵敏度λij,u计算结果表
4.开始计算某正常运行方式下，樊卧双回线故障，其潮流到其它线路的转移比λij，某正常运行方式下潮流图如附图15所示，樊卧双回线故障后，潮流图如附图16所示，转移比λij计算结果如表5所示：
表5转移比λij计算结果表
5.读取所有元件的在某方式S下的初始潮流Pij(S)，S方式下潮流图如附图17所示，根据表5的转移比及公式P′ij(S)＝Pij(S)+λijPL(S)计算每条线路在樊卧双回故障之后的潮流P′ij(S)，判断每条线路的潮流P′ij(S)是否越限。以襄顺III回为例，其初始潮流为228MW；樊卧双回初始潮流为1968MW；樊卧双回故障向襄顺III回的转移比λij为6.28％。根据上述公式计算得到樊卧双回故障后襄顺III回潮流为351MW。
6.通过计算结果可知，襄顺I/II/III及乔顺I/II潮流均超过其热稳定极限，S方式下樊卧双回故障后需采用切主变稳控措施。
7.根据公式P″ij(S)＝Pij(S)+λ′ijPL(S)+λ″ijPT(S)来计算S方式下樊卧双回故障后联切主变的效果(即联切主变稳控策略实施后各元件的潮流)。仍以襄顺III回线为例，其初始潮流Pij(S)为228MW；樊卧双回线的初始潮流PL(S)为1968MW；卧龙主变下网潮流为372MW；λ′ij表示主变停运，樊卧双回线到襄顺III回线的潮流转移比，大小为0.96％；λ″ij为樊卧双回线停运后，卧龙主变下网功率到襄顺III回线的潮流转移比，大小为12.48％。根据上述公式可以得到采取联切主变稳控措施后，襄顺III回线潮流降低到293MW。
8.通过计算结果可知，联切主变稳控策略实施后仅襄顺III回在樊卧双回故障并稳控联切主变情况下潮流超过其热稳定极限280MW，需对S方式下开机进行调整。
9.根据表4的开机灵敏度及公式计算开机方式调整要求。丹江电厂对襄顺III回灵敏度最大，优先考虑改变丹江电厂出力：樊卧双回故障并稳控联切主变后襄顺III回潮流Pij(L,T)为293MW,预计将襄顺III回潮流降低到目标值P′ij(L,T),u为280MW，丹江电厂对襄顺III回灵敏度λij,u为12.78％。根据上述公式计算得到需增加S方式下丹江电厂出力100MW以上，可保证故障并稳控联切主变后全网无元件超过热稳定极限。
10.当判断得到全网无元件超过热稳定极限后，需要验证樊卧双回故障后以及樊卧双回故障进一步联切主变两种情况下的系统暂态稳定性。经过计算可以发现系统能够保持暂态稳定性，即不会导致电网损失电源，也不会导致电网损失负荷，能够解决三级电磁环网中穿越潮流较重，易造成上下级电网线路潮流过载的问题，具体仿真结果如附图18以及19所示。
以上联切主变策略适用于网络拓扑结构比较复杂的多级电磁环网，通过仿真表明，本文所提的联切主变稳控策略能够有效将过载线路控制在稳定限额以内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、计算主变停运时，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的转移比λ′ij：读取主变停运时某元件ij的初始潮流Pij(T)以及输电通道L初始潮流PL(T)，利用PSASP软件计算输电通道L故障，读取故障后某元件的潮流P′ij(T)，根据如下公式计算潮流转移比λ′ij：
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步骤2、计算输电通道L停运时，主变联切后，其潮流到电网各元件的转移比λ"ij：读取输电通道L停运时某元件初始潮流Pij(L)以及主变初始潮流PT(L)，利用PSASP软件计算联切主变，读取联切主变后某元件的潮流P′ij(L)，根据如下公式计算潮流转移比λ"ij：
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步骤3、计算输电通道L及主变均停运时，电网中机组或电厂出力改变对某元件ij的灵敏度：读取输电通道L及主变均停运时某元件初始潮流Pij(L,T)，利用PSASP软件遍历计算机组u减少出力Pu,reduce后某元件的潮流P′ij(L,T)，根据如下公式计算降出力灵敏度λij,u：
其中U为参与计算的机组个数；
步骤4、计算正常运行方式下，输电通道L故障后，其潮流到电网各元件的潮流转移比λij：读取某元件ij初始潮流Pij以及输电通道L初始潮流PL，利用PSASP软件计算输电通道L故障，读故障后某元件的潮流P′ij，根据如下公式计算潮流转移比λij：
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步骤5、计算S方式下，输电通道L故障后各个元件的潮流，其计算方法如下：
P′ij(S)＝Pij(S)+λijPL(S)
其中，Pij(S)、PL(S)为初始潮流S方式下某元件ij的潮流及输电通道L的潮流，λij由步骤4求解得到，P′ij(S)为输电通道L故障后元件ij潮流；
步骤6、判断输电通道L故障后交流线ij潮流P′ij(S)是否存在过载，若不过载，继续返回到步骤5计算其他元件是否过载，直到结束，若发现有线路过载，则执行步骤7；
步骤7、计算联切主变稳控策略实施后各元件的潮流，其具体计算方法如下：
P"ij(S)＝Pij(S)+λ′ijPL(S)+λ"ijPT(S)
其中，PT(S)为初始潮流S方式下主变潮流，λ′ij、λ"ij由步骤1、2计算得到，P"ij(S)为输电通道L故障且稳控联切主变后元件ij潮流；
步骤8、判断输电通道L故障且稳控联切主变后交流线ij潮流P"ij(S)是否过载，若不过载，则返回步骤7计算其他元件是否过载，直到计算得到所有元件不过载，则措施有效，若交流线ij过载，则执行步骤9；
步骤9、根据步骤3机组灵敏度数据，在保证其他元件不过载的情况下，通过调整开机方式及机组出力使得交流线ij不过载。
2.如权利要求1所述的适用于多级电磁环网的联切主变的稳定控制方法，其特征在于还包括：
步骤10、计算输电通道L故障，且联切主变后，系统是否保持暂态稳定性，若不能保持暂态稳定，则稳控措施无效，若系统能够保持暂态稳定性，则措施有效。
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