CN105896735A - 一种电网运行状态实时诊断方法及系统 - Google Patents

一种电网运行状态实时诊断方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电网运行状态实时诊断方法及系统,采集电网设备的运行状态信息并传输至电力调度中心;电力调度中心中存储有不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息;电力调度中心根据接收的电网设备的运行状态信息及不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息进行电网运行诊断分析并将分析结果进行输出;其中,诊断分析包括对电网实时运行状态进行潮流安全校核、对电网实时运行状态进行短路安全校核、对电网实时运行状态进行稳定安全校核及对电网运行状态进行实时经济性校核。本发明能够实时监控电网运行状态,并快速判断出电网运行的安全问题和经济性,并给出量化评价指标,能够很好的适应不同电网运行方式的需要,为电网调度运行提供参考。

Description

一种电网运行状态实时诊断方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统运行分析技术领域,具体涉及一种电网运行状态实时诊断方法及系统。
背景技术
电力系统要保证安全、可靠、经济的为用户供电。在安全可靠性方面,合理的电网结构应能够满足各种运行方式下潮流变化的需要;任一元件无故障断开,应能保持电力系统的稳定运行,且不致使其他元件超过规定的过负荷和电压允许偏差的要求;应有较大的抗扰动能力;应合理控制系统短路电流。在经济性方面,应通过合理调整电网运行方式,减少系统网损。
在目前电力系统运行中,一般是通过线下计算,得出不同运行方式下系统的安全稳定性,找出系统存在的安全问题,并通过合理调整电网运行方式来避免电网安全事故的发生。然而电网运行状态千变万化,仅仅通过线下的运行分析计算很难覆盖电网的全部运行状态。当特殊的电网运行方式发生时,存在的安全隐患没有事先设定预防措施,电网安全事故就可能发生。对于系统网损,目前为选择典型日进行线损理论计算分析,无法实时反映电网运行经济性,为调度运行提供参考。
综上所述,目前为保证电网对用户供电的安全性、可靠性和经济性,一般采用线下做好预防或优化措施,对电网运行状态的适应能力较差。尚无一种实时的监控诊断方法及系统,能够根据电网的实时运行状态,快速诊断电网运行的安全可靠性和经济性,为调度运行提供参考。
发明内容
为解决现有技术存在的不足,本发明公开了一种电网运行状态实时诊断方法及系统,能够实时监控电网运行状态,并快速判断出电网运行的安全问题和经济性,能够适应不同电网运行方式的需要,为电网调度运行提供参考。
为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
一种电网运行状态实时诊断方法,包括:
采集发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息并传输至电力调度中心;
电力调度中心中存储有不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息;
电力调度中心根据接收的发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息及不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息进行电网运行诊断分析并将分析结果进行输出;
其中,诊断分析包括对电网实时运行状态进行潮流安全校核、对电网实时运行状态进行短路安全校核、对电网实时运行状态进行稳定安全校核及对电网运行状态进行实时经济性校核。
进一步的,发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息包括开关信息和模拟信息,开关信息包括发电机运行/停运信息、主变运行/停运信息、线路运行/停运信息及主变接地信息;模拟信息包括发电机瞬时有功功率、发电机瞬时无功功率、变电站无功补偿量、变电站有功负荷、变电站无功负荷、母线电压及系统频率。
进一步的,不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息主要包括发电机模型、励磁系统模型、调速器模型及PSS模型。
进一步的,发电机模型、励磁系统模型、调速器模型及PSS模型中的参数的改变通过手动方式进行,参数改变后,再通过手动方式更新电力调度中心中的相关信息即可。
进一步的,对电网实时运行状态进行潮流安全校核主要是N-1校核,即线路N-1校核、主变N-1校核以及发电机N-1校核,通过潮流安全校核,发现故障情况下电网潮流越限设备,形成故障-结果列表,并给出潮流安全性指标,量化评估系统潮流安全状态。
进一步的,潮流安全性指标主要包括过载安全性指标和电压安全性指标;
过载安全性指标主要评价故障后是否会发生线路或变压器设备过负荷的问题,由如下公式计算:
I l o a d = m i n i { a i P N i - P i P N i } - - - ( 1 )
式中:Pi为第i条线路或变压器的实际功率;PNi为第i条线或变压器的额定功率;ai为第i条线路或变压器的权重,当过载安全性指标小于零时,属于不安全状态;当过载安全性指标等于零时,属于临界安全状态;当过载安全性指标大于零时,属于安全状态。
电压越限安全性指标主要评价故障后是否会发生母线电压越限的问题,由如下公式计算:
I v o l t = m i n i { b i V ‾ N i - V i V ‾ N i , b i V i - V ‾ N i V ‾ N i } - - - ( 2 )
式中:Vi为第i个母线的实际电压;V Ni分别为第i个母线的电压上限和下限;bi为第i个母线的权重,当电压越限安全性指标小于零时,属于不安全状态;当电压越限安全性指标等于零时,属于临界安全状态;当电压越限安全性指标大于零时,属于安全状态。
进一步的,对电网实时运行状态进行短路安全校核主要是单相短路校核、相间短路校核以及三相短路校核;通过短路安全校核,发现短路情况下电网短路电流超标母线,形成短路故障-短路结果列表,并给出短路安全性指标,量化评估系统短路安全状态。
进一步的,短路安全性指标主要评价短路故障后短路电流超过断路器遮断容量的程度,由如下公式计算:
I c u r r = m i n i { c i I N i - I i I N i } - - - ( 3 )
式中:Ii为第i种短路故障的短路电流;INi为第i种短路故障对应的遮断容量;ci为第i种故障的权重,当短路安全性指标小于零时,属于不安全状态;短路安全性指标等于零时,属于临界安全状态;短路安全性指标大于零时,属于安全状态。
进一步的,对电网实时运行状态进行稳定安全校核主要是单相短路故障切除校核、相间短路故障切除校核以及三相短路故障切除校核;通过稳定安全校核,发现电网故障情况下电网存在的安全隐患,形成稳定故障-稳定结果列表,给出稳定安全性指标,量化评估系统稳定安全状态。
进一步的,稳定安全性指标主要包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标;
功角安全性指标主要评价故障后是否会发生功角失稳问题,由扩展等面积准则法计算;
频率偏移安全性指标主要评价故障后频率偏移是否越限,电压偏移安全性指标主要评价故障后电压偏移是否越限,采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标,按照下式计算:
ηx=min(ηx,i,j),0≤i≤N,0≤j≤M (4)
η x , i , j = m i n ( ∫ t t + t c r , j ( x i - x c r , j ) d t ( x N - x c r , j ) t c r , j ) , 0 ≤ t ≤ T - t c r , j - - - ( 5 )
式中:N为被监视的物理量个数,物理量为频率或电压;M为设置的二元表的个数;ηx,i,j表示第i个被监视物理量xi在第j个二元表[xcr,j,tcr,j]衡量下的安全裕度指标;t为积分起始时间;xN为物理量额定值,额定值为额定频率或额定电压;T为考虑暂态过程时长;xcr,j代表二元表中频率或电压偏移的限值;tcr,j代表频率或电压越过限值xcr,j的最大允许时间;ηx代表系统的频率或电压安全裕度。
进一步的,对电网运行状态进行实时经济性校核也即网损计算,网损计算公式如下:
ΔP l o s s = Σ i P g e n , i - Σ i P l o a d , i - - - ( 6 )
式中:Pgen,i为第i个电源的实时输出功率的量测量;Pload,i为第i个负荷的实时吸收功率的量测量,该指标越小表示经济性越好。
一种电网运行状态实时诊断系统,包括:
信息采集模块,用于实时采集电网运行过程中的参数信息,包括开关信息和模拟信息,电网运行过程中的参数信息通过光纤传输至电力调度中心;
电力调度中心包括固定参数模块、诊断分析模块及结果输出模块;
固定参数模块,用于存储无法通过信息采集模块采集且不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息;
诊断分析模块根据采集的电网运行过程中的参数信息及不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息分别诊断电网运行中存在的潮流问题、短路问题、稳定问题以及经济性;
诊断分析模块包括潮流安全模块、短路安全模块、稳定安全模块以及经济性模块;
其中,潮流安全模块用于对电网实时运行状态进行潮流安全校核,通过潮流安全校核,发现故障情况下电网潮流越限设备,并将潮流结果输出;
短路安全模块,用于对电网实时运行状态进行短路安全校核,通过短路安全校核,发现短路情况下电网短路电流超标母线,并将短路结果输出;
稳定安全子模块,用于对电网实时运行状态进行稳定安全校核,通过稳定安全校核,发现电网故障情况下电网存在的安全隐患,并将稳定结果输出;
经济性子模块用于对电网运行状态进行实时经济性校核,也即网损计算,并将经济性输出。
本发明的有益效果:
本发明能够实时监控电网运行状态,并快速判断出电网运行的安全问题和经济性,并给出量化评价指标,能够很好的适应不同电网运行方式的需要,为电网调度运行提供参考。
附图说明
图1本发明电网运行状态实时诊断系统结构图;
图2本发明诊断分析模块结构图;
图3本发明潮流安全子模块结构图;
图4潮流故障-潮流结果集结构图
图5短路安全子模块结构图;
图6短路故障-短路结果集结构图;
图7稳定安全子模块结构图;
图8稳定故障-稳定结果集结构图;
图9结果输出模块结构图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图1所示,一种电网运行状态实时诊断系统,包括:信息采集模块、固定参数模块、诊断分析模块以及结果输出模块。首先通过信息采集模块接收电网设备的运行状态信息(包括开关量和模拟量),然后结合固定参数模块,通过诊断分析模块分别诊断电网运行中存在的潮流问题、短路问题、稳定问题以及经济性,最后通过结果输出模块给出电网运行状态列表。其中,信息采集模块安装于发电厂和变电站内;固定参数模块位于各级调度运行中心;诊断分析模块位于各级调度运行中心;结果输出模块位于各级调度运行中心。诊断分析模块为系统的中枢,分别于信息采集模块、固定参数模块以及结果输出模块相连。
对各模块详述如下:
(1)信息采集模块
信息采集模块安装于各发电厂和变电站中,通过同步向量测量装置等量测装置,实时采集电网运行过程中的参数信息,包括开关信息和模拟信息。开关信息包括发电机运行/停运信息、主变运行/停运信息、线路运行/停运信息、主变接地信息等;模拟信息包括发电机瞬时有功功率、发电机瞬时无功功率、变电站无功补偿量、变电站有功负荷、变电站无功负荷、母线电压、系统频率等。电网运行过程中,信息采集模块采集的信息通过光纤传输至对应级别电力调度中心,用于电网实时运行状态实时诊断。
(2)固定参数模块
固定参数模块位于各级电力调度中心,它相当于一个存储器,用于存储不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息,无法通过信息采集模块采集,主要包括发电机模型、励磁系统模型、调速器模型、PSS模型等。这些模型参数在设备制造完成或系统调试完成就已经固定下来。参数的改变通过手动方式进行。参数改变后,再通过手动方式更新固定状态模块中的相关信息即可。
(3)诊断分析模块
诊断分析模块位于各级电力调度中心,是电网运行状态实时诊断系统的核心所在。诊断分析模块包括四个子模块,分别为潮流安全模块、短路安全模块、稳定安全模块以及经济性模块。诊断分析模块结构图如图2所示。
1)潮流安全子模块
潮流安全子模块用于对电网实时运行状态进行潮流安全校核,主要是N-1校核,即线路N-1校核、主变N-1校核以及发电机N-1校核。通过潮流校核,发现故障情况下电网潮流越限设备,形成故障-结果列表,输送至结果输出模块,并给出评价指标,量化评估系统潮流安全状态。潮流安全子模块结构图如图3所示。
潮流校核完成后,形成的潮流故障-潮流结果集列表结构如图4所示。
潮流安全性指标主要包括过载安全性指标和电压安全性指标。过载安全性指标主要评价故障后是否会发生线路或变压器设备等过负荷的问题,由如下公式计算:
I l o a d = m i n i { a i P N i - P i P N i } - - - ( 6 )
式中:Pi为第i条线路或变压器的实际功率;PNi为第i条线或变压器的额定功率;ai为第i条线路或变压器的权重,根据实际情况而定。当指标小于零时,属于不安全状态;等于零时,属于临界安全状态;大于零时,属于安全状态。
电压越限安全性指标主要评价故障后是否会发生母线电压越限的问题,由如下公式计算:
I v o l t = m i n i { b i V ‾ N i - V i V ‾ N i , b i V i - V ‾ N i V ‾ N i } - - - ( 7 )
式中:Vi为第i个母线的实际电压;V Ni分别为第i个母线的电压上限和下限;bi为第i个母线的权重,根据实际情况而定。当指标小于零时,属于不安全状态;等于零时,属于临界安全状态;大于零时,属于安全状态。
2)短路安全子模块
短路安全子模块用于对电网实时运行状态进行短路安全校核,主要是单相短路校核、相间短路校核以及三相短路校核。通过短路校核,发现短路情况下电网短路电流超标母线,形成短路故障-短路结果列表,输送至结果输出模块,并给出评价指标,量化评估系统短路安全状态。短路安全子模块结构图如图5所示。
短路校核完成后,形成的短路故障-短路结果集列表结构如图6所示。
短路安全性指标主要评价短路故障后短路电流超过断路器遮断容量的程度,由如下公式计算:
I c u r r = m i n i { c i I N i - I i I N i } - - - ( 8 )
式中:Ii为第i种短路故障的短路电流;INi为第i种短路故障对应的遮断容量;ci为第i种故障的权重,根据实际情况而定。当指标小于零时,属于不安全状态;等于零时,属于临界安全状态;大于零时,属于安全状态。
3)稳定安全子模块
稳定安全子模块用于对电网实时运行状态进行稳定安全校核,主要是单相短路故障切除校核、相间短路故障切除校核以及三相短路故障切除校核。通过稳定校核,发现电网故障情况下电网存在的安全隐患,形成稳定故障-稳定结果列表,输送至结果输出模块,给出评价指标,量化评估系统稳定安全状态。稳定安全子模块结构图如图7所述。
稳定校核完成后,形成的稳定故障-稳定结果集列表结构如图8所示。
稳定安全性指标主要包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标。功角安全性指标主要评价故障后是否会发生功角失稳问题,由扩展等面积准则法(Extended Equal Area Criterion,EEAC)计算。频率偏移安全性指标主要评价故障后频率偏移是否越限,电压偏移安全性指标主要评价故障后电压偏移是否越限,采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标,由于两者具有相同的计算方法,可统一表示成下式形式:
ηx=min(ηx,i,j),0≤i≤N,0≤j≤M (9)
η x , i , j = m i n ( ∫ t t + t c r , j ( x i - x c r , j ) d t ( x N - x c r , j ) t c r , j ) , 0 ≤ t ≤ T - t c r , j - - - ( 10 )
式中:x可取为f或者V,分别表示频率或电压;N为被监视的物理量(频率或电压)个数;M为设置的二元表的个数;ηx,i,j表示第i个被监视物理量xi在第j个二元表[xcr,j,tcr,j]衡量下的安全裕度指标;t为积分起始时间;xN为物理量额定值(额定频率或额定电压);T为考虑暂态过程时长。ηx中可取为f和V,即ηf和ηV,分别代表系统频率安全裕度和电压安全裕度。ηf大于0时,判定系统频率安全;ηf等于0时,判定系统频率处于临界安全状态;ηf小于0时,判定系统频率不安全。ηV大于0时,判定系统电压安全;ηV等于0时,判定系统电压处于临界安全状态;ηV小于0时,判定系统电压不安全。
4)经济性子模块
经济性子模块用于对电网运行状态进行实时经济性校核,也即网损计算。计算完成后,将网损计算结果输送至结果输出模块。网损计算公式如下:
ΔP l o s s = Σ i P g e n , i - Σ i P l o a d , i - - - ( 6 )
式中:Pgen,i为第i个电源的实时输出功率的量测量;Pload,i为第i个负荷的实时吸收功率的量测量。该指标越小表示经济性越好。
(4)结果输出模块
结果输出模块安装于各级电力调度中心,用于将诊断分析模块校核结果展现在电力调度人员面前。结果输出模块包括四个子模块,分别为潮流结果输出子模块、短路结果输出子模块、稳定结果输出子模块以及经济性输出子模块。结果输出模块结构图如图9所示。
电网运行状态实时诊断系统的优点是能够实时监控电网运行状态,并快速判断出电网运行的安全问题和经济性,并给出量化评价指标,能够很好的适应不同电网运行方式的需要,为电网调度运行提供参考。
本发明主要是通过构建信息采集模块、固定参数模块、诊断分析模块以及结果输出模块来实现电网运行状态的实时诊断,其中诊断分析模块由潮流安全模块、短路安全模块、稳定安全模块以及经济性模块构成。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,包括:
采集发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息并传输至电力调度中心;
电力调度中心中存储有不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息;
电力调度中心根据接收的发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息及不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息进行电网运行诊断分析并将分析结果进行输出;
其中,诊断分析包括对电网实时运行状态进行潮流安全校核、对电网实时运行状态进行短路安全校核、对电网实时运行状态进行稳定安全校核及对电网运行状态进行实时经济性校核。
2.如权利要求1所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,发电厂和变电站内的电网设备的运行状态信息包括开关信息和模拟信息,开关信息包括发电机运行/停运信息、主变运行/停运信息、线路运行/停运信息及主变接地信息;模拟信息包括发电机瞬时有功功率、发电机瞬时无功功率、变电站无功补偿量、变电站有功负荷、变电站无功负荷、母线电压及系统频率。
3.如权利要求1所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息主要包括发电机模型、励磁系统模型、调速器模型及PSS模型;
发电机模型、励磁系统模型、调速器模型及PSS模型中的参数的改变通过手动方式进行,参数改变后,再通过手动方式更新电力调度中心中的相关信息即可。
4.如权利要求1所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,对电网实时运行状态进行潮流安全校核主要是N-1校核,即线路N-1校核、主变N-1校核以及发电机N-1校核,通过潮流安全校核,发现故障情况下电网潮流越限设备,形成故障-结果列表,并给出潮流安全性指标,量化评估系统潮流安全状态。
5.如权利要求4所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,潮流安全性指标主要包括过载安全性指标和电压安全性指标;
过载安全性指标主要评价故障后是否会发生线路或变压器设备过负荷的问题,由如下公式计算:
I l o a d = m i n i { a i P N i - P i P N i } - - - ( 11 )
式中:Pi为第i条线路或变压器的实际功率;PNi为第i条线或变压器的额定功率;ai为第i条线路或变压器的权重,当过载安全性指标小于零时,属于不安全状态;当过载安全性指标等于零时,属于临界安全状态;当过载安全性指标大于零时,属于安全状态;
电压越限安全性指标主要评价故障后是否会发生母线电压越限的问题,由如下公式计算:
I v o l i = m i n i { b i V ‾ N i - V i V ‾ N i , b i V i - V ‾ N i V ‾ N i } - - - ( 12 )
式中:Vi为第i个母线的实际电压;V Ni分别为第i个母线的电压上限和下限;bi为第i个母线的权重,当电压越限安全性指标小于零时,属于不安全状态;当电压越限安全性指标等于零时,属于临界安全状态;当电压越限安全性指标大于零时,属于安全状态。
6.如权利要求1所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,对电网实时运行状态进行短路安全校核主要是单相短路校核、相间短路校核以及三相短路校核;通过短路安全校核,发现短路情况下电网短路电流超标母线,形成短路故障-短路结果列表,并给出短路安全性指标,量化评估系统短路安全状态。
7.如权利要求6所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,短路安全性指标主要评价短路故障后短路电流超过断路器遮断容量的程度,由如下公式计算:
I c u r r = m i n i { c i I N i - I i I N i } - - - ( 13 )
式中:Ii为第i种短路故障的短路电流;INi为第i种短路故障对应的遮断容量;ci为第i种故障的权重,当短路安全性指标小于零时,属于不安全状态;短路安全性指标等于零时,属于临界安全状态;短路安全性指标大于零时,属于安全状态。
8.如权利要求1所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,对电网实时运行状态进行稳定安全校核主要是单相短路故障切除校核、相间短路故障切除校核以及三相短路故障切除校核;通过稳定安全校核,发现电网故障情况下电网存在的安全隐患,形成稳定故障-稳定结果列表,给出稳定安全性指标,量化评估系统稳定安全状态。
9.如权利要求8所述的一种电网运行状态实时诊断方法,其特征是,稳定安全性指标主要包括功角稳定性指标、频率偏移安全性指标和电压偏移安全性指标;
功角安全性指标主要评价故障后是否会发生功角失稳问题,由扩展等面积准则法计算;
频率偏移安全性指标主要评价故障后频率偏移是否越限,电压偏移安全性指标主要评价故障后电压偏移是否越限,采用基于二元表的考虑累积效应的安全性指标。
10.一种电网运行状态实时诊断系统,其特征是,包括:
信息采集模块,用于实时采集电网运行过程中的参数信息,包括开关信息和模拟信息,电网运行过程中的参数信息通过光纤传输至电力调度中心;
电力调度中心包括固定参数模块、诊断分析模块及结果输出模块;
固定参数模块,用于存储无法通过信息采集模块采集且不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息;
诊断分析模块根据采集的电网运行过程中的参数信息及不随电网运行状态改变而变化的电网参数信息分别诊断电网运行中存在的潮流问题、短路问题、稳定问题以及经济性;
诊断分析模块包括潮流安全模块、短路安全模块、稳定安全模块以及经济性模块;
其中,潮流安全模块用于对电网实时运行状态进行潮流安全校核,通过潮流安全校核,发现故障情况下电网潮流越限设备,并将潮流结果输出;
短路安全模块,用于对电网实时运行状态进行短路安全校核,通过短路安全校核,发现短路情况下电网短路电流超标母线,并将短路结果输出;
稳定安全子模块,用于对电网实时运行状态进行稳定安全校核,通过稳定安全校核,发现电网故障情况下电网存在的安全隐患,并将稳定结果输出;
经济性子模块用于对电网运行状态进行实时经济性校核,也即网损计算,并将经济性输出。
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