CN105515057B - 基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法及系统 - Google Patents

基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法及系统，其中方法包括：在线监测阶段：根据采集电力系统的实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；实时监测阶段：将所有发电机分为I个同调机群，根据在当前潮流下非发电机节点的归属分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点；该方法可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。

Description

基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法及系统。
背景技术
大电网互联是实现全国范围内资源优化配置的有效手段，然而，区域互联电网规模的不断扩大也使得电网稳定特性更加复杂，大型电网的联动效应使得事故隐患扩大。如果系统在遭受严重扰动引发机群震荡，系统将很难通过常规紧急控制措施(例如切机切负荷)来恢复稳定，因此需要解列控制将系统中的异步机群隔离开来。紧急解列控制作为电力系统稳定控制的第三道防线，是一种当已经无法平息系统的剧烈振荡时按照一定的原则将原系统解列成若干子系统的极端控制方式。由于解列后的各个电力孤岛能够保持稳定运行，因此解列控制对减少失步故障造成的损失、防止系统崩溃、保持对大部分重要负荷的持续供电起着关键的作用。目前世界上的许多电网都备有失步解列方案，但多是基于继电保护原理的离线、分散、设备级的被动解列。与被动解列不同，主动解列控制是一种实时、集中、系统级的解列控制，它建立在对电网实时运行情况和故障状况分析的基础上。调度中心可以在检测到异步的发电机群后，通过在线分析计算、选择合理的解列策略，直接切断某些电力传输线从而将整个电网分裂为多个电力孤岛。主动解列控制的关键问题是寻找合理的解列策略，该策略将告知调度运行人员，系统中哪些线路应当被断开、解列后各个非发电机节点应归属于哪个孤岛。主动解列策略搜索的关键难点在于决策空间巨大，理论上讲，电网中的任何一条线路在解列中都有开断可能，因此解列策略搜索问题是一个NP难问题，不可能直接在多项式时间内求解。然而，主动解列是一种实时监测方式，要求解列策略的求解必须快速完成，因此研究如何有效缩减解列策略空间是一个十分有意义的问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，该方法可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。
本发明的第二个目的在于提出一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，包括：在线监测阶段，包括：采集电力系统的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流；根据所述实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给；根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；实时监测阶段，包括：将所有发电机分为I个同调机群，其中，以 分别表示所述I个同调机群中的发电机；根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属；根据所述当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
本发明实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，根据采集电力系统的实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，根据在当前潮流下非发电机节点的归属分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，包括：通过如下公式计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，所述公式为： 其中，表示节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力，其中，对所述进行归一化处理，所述公式为：其中，所述为节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例。
在本发明的一个实施例中，所述根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，包括：如果节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于所述节点k的发电机所对应的集合。
在本发明的一个实施例中，所述根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，包括：如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出该非发电机节点的归属。
在本发明的一个实施例中，所述的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，通过如下公式确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，所述公式为：其中，j为于同调机群。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，包括：在线监测模块，用于采集电力系统的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流，并根据所述实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，以及根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；实时监测模块，用于将所有发电机分为I个同调机群，其中，以 分别表示所述I个同调机群中的发电机，并根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，以及根据所述当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
本发明实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，在线监测模块根据采集电力系统的实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，实时监测模块根据在当前潮流下非发电机节点的归属分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。
在本发明的一个实施例中，所述在线监测模块用于：通过如下公式计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，所述公式为： 其中，表示节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力，其中，对所述进行归一化处理，所述公式为：其中，所述为节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例。
在本发明的一个实施例中，所述在线监测模块用于：如果节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于所述节点k的发电机所对应的集合。
在本发明的一个实施例中，所述实时监测模块用于：如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出该非发电机节点的归属。
在本发明的一个实施例中，所述实时监测模块用于通过如下公式确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，所述公式为：其中，j为于同调机群。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的在线监测阶段的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的实时监测阶段的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统的结构示意图。
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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
下面参考附图描述本发明实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法以及基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统。
图1为根据本发明一个实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法的流程图。
如图1所示，基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法包括：
S1，在线监测阶段。
具体而言，如图2所示，在线监测阶段也就是故障还没有发生的稳态阶段包括：
S11，采集电力系统的实时运行数据，其中，利用PMU(Phasor Measurement Unit,电源管理单元)或SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)采集电力系统实时运行数据，实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流。
S12，根据实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给。具体地，通过如下公式(1)计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，公式为：
其中，表示节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力，其中，
由于各个节点的负荷大小不同，各个发电机的有功出力也不同，因此为了便于表示某一个节点处的负荷由各个发电机供电的情况，将进行归一化处理，公式(3)为：
其中，为节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例。
S13，根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属。
具体地，如果节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于节点k的发电机所对应的集合。其中，如果某个负荷节点在稳态潮流下主要由某一台发电机供电(可以将第一阈值设置为80％)，那么在解列操作中它将被划分到这个发电机所属的孤岛上。该思路可描述为：对于非发电机节点i，如果存在k使得则将i添加至集合是指根据潮流追踪结果判别出的归属于发电机k所属孤岛的非发电机节点集合。更具体而言，记发电机节点集合为Gen＝{G1,G2,...,Gg}，可以用编程语言描述判定在当前潮流下非发电机节点的归属于节点k的发电机所对应的集合的过程为：
中的元素也就是所有在在线监控阶段当前潮流下非发电机节点。
S2，实时监测阶段。
具体而言，如图3所示，实时监测阶段也就是故障发生后的暂态阶段包括：
S21，将所有发电机分为I个同调机群。具体地，以 分别表示I个同调机群中的发电机。
S22，根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属。
具体地，如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出该非发电机节点的归属。如果某个负荷节点在当前同调情况下主要由某一个同调机群供电(可以将第二阈值设置为90％)，那么在解列操作中它将被划分到这个同调机群所属的孤岛上。该思路可描述为：对于在在线监测阶段未判断归属的非发电机节点i，如果存在j使得则将i添加至集合是指根据潮流追踪结果判别出的归属于同调机群j所属孤岛的非发电机节点集合。记发电机节点集合为Gen＝{G1,G2,...,Gg}，可以用编程语言描述根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属为：
中的元素也就是所有在在线监控阶段当前潮流下非发电机节点。
S23，根据当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
具体地，通过如下公式确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，公式(4)为：
其中，j为于同调机群。从而该集合内所有节点和同调机群j中发电机的全部节点之间的线路都不可能在解列中被断开，至此，我们可以判断出所有不可能开断的线路。以L表示系统中的线路数目；l(f)和l(t)分别表示线路l的起始节点和终止节点；以一个L维的向量表示在解列控制中各个线路是否会被开断，Flag(l)＝1表示线路l在主动解列中一定不会被断开，Flag(l)＝0表示线路l在主动解列中一定可能被断开。上述过程用编程语言表述为：
至此，我们判断出了所有在解列控制中不可能开断的线路。因此，在主动解列策略搜索过程中，这些线路是否需要被开断将不必计入考虑，因此有效缩减了解列策略空间的规模。
本发明实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，根据采集电力系统的实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，根据在当前潮流下非发电机节点的归属分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统。
图4为根据本发明一个实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统的结构示意图。
如图4所示，基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统包括：在线监测模块401，实时监测模块402。
其中，在线监测模块401用于采集电力系统的实时运行数据，其中，实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流，并根据实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，以及根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；实时监测模块402用于将所有发电机分为I个同调机群，其中，以 分别表示I个同调机群中的发电机，并根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，以及根据当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
在本发明的一个实施例中，在线监测模块用于：通过如下公式计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，公式为： 其中，表示节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力，其中，对进行归一化处理，公式为：其中，为节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例。
在本发明的一个实施例中，在线监测模块用于：如果节点k的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于节点k的发电机所对应的集合。
在本发明的一个实施例中，实时监测模块用于：如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出该非发电机节点的归属。
在本发明的一个实施例中，实时监测模块用于通过如下公式确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，公式为：其中，j为于同调机群。
需要说明的是，前述对基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法的实施例的解释说明也适用于该实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，其实现原理类似，此处不再赘述。
本发明实施例的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，在线监测模块根据采集电力系统的实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，实时监测模块根据在当前潮流下非发电机节点的归属分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点，可以有效地降低解列策略的搜索空间，大大提高主动解列策略搜索速度，从而为电力系统稳定控制预留出充分时间，进而保证电力系统的稳定性和负荷供电的持续性。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，其特征在于，包括：
在线监测阶段，所述在线监测阶段是故障未发生的稳态阶段，包括：
采集电力系统的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流；
根据所述实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给；
根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；
实时监测阶段，所述实时监测阶段是故障发生后的暂态阶段，包括：
将所有发电机分为I个同调机群，其中，以 分别表示所述I个同调机群中的发电机；
根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属；
根据所述当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
2.根据权利要求1所述的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，其特征在于，所述根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，包括：
如果节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于所述节点k处的发电机所对应的集合。
3.根据权利要求1所述的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减方法，其特征在于，所述根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，包括：
如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出非发电机节点的归属。
4.一种基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，其特征在于，包括：
在线监测模块，所述在线监测阶段是故障未发生的稳态阶段，用于采集电力系统的实时运行数据，其中，所述实时运行数据包括各个发电机的有功出力、各个节点的负荷有功、各个线路的有功潮流，并根据所述实时运行数据计算各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给，以及根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属；
实时监测模块，所述实时监测阶段是故障发生后的暂态阶段，用于将所有发电机分为I个同调机群，其中，以分别表示所述I个同调机群中的发电机，并根据各个发电机对于各个节点的负荷的电能供给分析在当前潮流下非发电机节点的归属，分析在当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，以及根据所述当前同调情况下任意一个非发电机节点的归属，确定属于相应的同调机群所在孤岛的非发电机节点。
5.根据权利要求4所述的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，其特征在于，所述在线监测模块用于：
如果节点k处的发电机对节点i的负荷所贡献的有功出力占所有发电机对节点i处的负荷贡献的比例大于第一阈值，则判定在当前潮流下非发电机节点的归属于所述节点k处的发电机所对应的集合。
6.根据权利要求4所述的基于潮流追踪的主动解列策略空间缩减系统，其特征在于，所述实时监测模块用于：
如果某个负荷节点在当前同调情况下由某一个同调机群供电的比例大于第二阈值，则在当前同调情况下确定出非发电机节点的归属。
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