CN106130002B - 一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明根据预想故障下设备的过载安全裕度确定最大可用动态分区操作数，在最大操作数约束下校核综合控制性能满足要求的各动态分区操作执行后是否能解决预想故障下的设备过载，若能解决，则从中选择最优的动态分区操作组合；若不能解决，则计算各备选切负荷点计及电力安全事故风险的切负荷性能代价比，迭代切除性能代价比最高的负荷直至预想故障下的过载问题解决。本发明可有效降低或消除通过切负荷解决过载问题时带来的电力安全事故责任，提高电网的运行管理水平。

Description

一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制 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，本发明涉及一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法。

背景技术

国务院第599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》(以下简称“条例”)明确了稳控系统切负荷等同于故障损失负荷，区域切负荷比例过高或负荷量分配的不合理均会导致更为严重的事故等级评级和事后追责。一方面这对于切负荷控制措施的制定提出更高的要求，需要慎重考虑切负荷方式以及切负荷量的分配，为避免原有切负荷措施导致的事故等级过高和控制代价过大，就必须重新调整现有的切负荷措施，给出更加优化的切负荷控制措施；另一方面，应积极研究考虑用其他有效措施来维持系统稳定，减少切负荷措施的使用。

在我国经济发达地区均采用地区电网分层分区运行的格局，即在500kV主网架日益完善的基础上，将低一级的220kV电压电网解开分片运行，形成以一座或多座500kV变电站为核心，区内包含220kV侧上网电厂的220kV电网分区运行格式。当前对220kV电网分区的研究一般是针对具体的省市或地区级电网，分析其分区的可行性和合理性，以保证电网的安全稳定水平、分区供电能力、供电可靠性等。对于早已实现分层分区运行的电网，分区间的负荷转供和电磁环网开合环操作无疑是电网处于紧急状态下提高系统安全稳定性的快速、有效手段之一，能在最大程度上保证供电的可靠性，减少负荷损失。目前国内普遍采用的方法是，在220kV分区间设有一个或多个解环点及备用联络通道，在某一个分区内发生事故时，不至于影响其它分区，且不同分区之间可以相互支援，同时也就为分区之间的负荷转移提供了条件。分区间的负荷转供和电磁环网开合环操作可以统一被定义为动态分区操作，即在电网运行中动态改变分区供电范围，使得各分区之间相互支援，可有效提高系统的抵御故障的能力。

实际电网运行中，可用的动态分区操作有限，若依靠可用的动态分区操作无法解决电网中出现的紧急状态时，有必要配合执行切负荷措施。目前在制定电网切负荷优化控制策略时，一般是考虑切负荷措施对所需解决问题的控制性能代价比，根据控制性能代价比排序，给出优化的优化策略，但是在计算控制代价时，一般仅考虑负荷损失代价，而并不考虑因切负荷比例过大造成电力安全事故处罚，因此在对动态分区及切负荷进行协调优化控制时，需要考虑触发电力安全事故带来的惩罚代价。

发明内容

本发明的目的是：减少电网发生预想故障后切负荷量，降低或消除通过切负荷解决过载问题时带来的电力安全事故责任，给出一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法。该方法根据预想故障下设备的过载安全裕度,确定最大可用动态分区操作数，在最大操作数约束下校核综合控制性能满足要求的各动态分区操作执行后是否能解决预想故障下的设备过载，若能解决，则从中选择最优的动态分区操作组合；若不能解决，则计算各备选切负荷点计及电力安全事故风险的切负荷性能代价比，迭代切除性能代价比最高的负荷直至预想故障下的过载问题解决。。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1)根据式(1)计算电网当前运行方式下发生预想故障后电网设备的过载安全裕度；

其中，η_i为关注的第i个电网设备的过载安全裕度，I_nowi为第i个电网设备在当前运行方式下的运行电流，I_Ni为第i个电网设备运行的额定电流，M为关注的电网设备总数；

当存在η_i＜0，则表明当前运行方式下发生预想故障后第i个设备过载，将第i个设备加入过载设备集，记过载设备集中设备总数为Num；如Num＝0时，结束本方法；否则进入步骤2)；

2)根据过载设备的过载程度确定动态分区操作的最大操作数K，K的取值如下式(2)：

其中，η_min＝min(η₁,η₂,…,η_M)，η_c1、η_c2为根据设备的过载能力给定的阈值，η_c1＝-10％，η_c2＝-20％；

3)确定可用动态分区操作集合，包括投入可用的备用线路和断开许可的解环线路，记录当前可用动态分区操作总数为T，已执行的动态分区操作数为S，S初始值为0，若T>0且S<K，则进入步骤4)，否则进入步骤6)；

4)通过潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度，设第t个动态分区操作实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η_i,t′，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增P_t个设备过载安全裕度小于0，将这P_t个设备加入过载设备集，若无新增过载设备，P_t＝0，令Num＝Num+P_t，根据式(3)计算动态分区操作的综合控制性能指标：

其中，F_t为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′_j,t为第t个动态分区操作实施后第j个过载设备的过载安全裕度，η_j为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；

若计算得到的所有动态分区操作的综合控制性能指标均小于0，则进入步骤6)；

5)判断综合性能指标大于0的动态分区操作执行后，是否存在η_i,t′＜0，若存在则选择综合控制性能指标最大的动态分区操作，令S＝S+1，返回步骤3)；否则将综合性能指标大于0且执行后能满足所有设备过载安全裕度大于0的动态分区操作构建动态分区优选集合，从中选择最优的动态分区操作，将所有采取的操作作为该预想故障下的控制策略，结束本方法；

6)利用功率摄动法计算备选切负荷点的解决设备过载的综合灵敏度，如式(4)所示：

其中，σ_m为第m个切负荷点解决设备过载的综合灵敏度，ΔP_m为第m个切负荷点的功率摄动量，ΔP_ol,j为第j个过载设备功率波动量，η_j′为切负荷操作前第j个过载设备的过载安全裕度；

7)计算各切负荷点考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价；

8)按式(5)计算各切负荷点的切负荷性能代价比：

其中，C_pm为第m个切负荷点的考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，S_m为第m个切负荷点的切负荷性能代价比；

根据各切负荷点的性能代价比排序，视控制策略精度选取切负荷的步长P_step，对性能代价比最高的切负荷点按P_step切除其负荷量，计算切负荷后所有设备的过载安全裕度，若存在设备过载安全裕度小于0，则返回步骤6)，否则所有采取的操作作为该预想故障下的控制措施结束本方法。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤7)中计算各切负荷点考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，其具体方法如下式(6)所示：

其中，C_m为第m个切负荷点的单位停电费用损失，用不同地区电网供电范围内的国民生产总值和该地区的年用电量的比值求得；Fi_m为第m个切负荷点因切负荷造成电力安全事故的责任代价，是第m个切负荷点的切负荷比例α_m的函数，根据国务院《电力安全事故应急处置和调查处理条例》获得，P_m为第m个切负荷点的最大负荷，β_m为反映第m个切负荷点责任代价重要性的权重系数。

本发明的有益效果如下：国务院第599号令明确了稳控系统切负荷等同于故障损失负荷，区域切负荷比例过高或负荷量分配的不合理均会导致更为严重的事故等级评级和事后追责，为了减少电网发生故障后系统的切负荷量，同时又能保证电网在故障下可以安全稳定运行，本发明考虑动态分区与切负荷协调控制，同时在切负荷时考虑不同地区切负荷比例，有助于在保障电网安全稳定运行的前提下，降低或消除切负荷带来的电力安全事故风险，提高电网运行管理水平。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是根据式(1)计算电网当前运行方式下发生预想故障后电网设备的过载安全裕度；

其中，η_i为关注的第i个电网设备(变压器和线路)的过载安全裕度，I_nowi为第i个电网设备在当前运行方式下的运行电流，I_Ni为第i个电网设备运行的额定电流，M为关注的电网设备总数。

当存在η_i＜0(i＝1,2,…,M)，则表明当前运行方式下发生预想故障后第i个设备过载，将第i个设备加入过载设备集，记过载设备集中设备总数为Num。如Num＝0时，结束本方法；否则进入步骤2)。

图1中步骤2描述的是根据过载设备的过载程度确定动态分区操作的最大操作数K，K的取值如下式(2)：

其中，η_min＝min(η₁,η₂,…,η_M)，η_c1、η_c2为根据设备的过载能力给定的阈值，一般η_c1＝-10％，η_c2＝-20％。

图1中步骤3描述的是确定可用动态分区操作集合，包括投入可用的备用线路和断开许可的解环线路，记录当前可用动态分区操作总数为T，已执行的动态分区操作数为S，S初始值为0，若T>0且S<K，则进入步骤4)，否则进入步骤6)。

图1中步骤4描述的是通过潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度，设第t个动态分区操作实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η_i,t′，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增P_t个设备过载安全裕度小于0，将这P_t个设备加入过载设备集，若无新增过载设备，P_t＝0，令Num＝Num+P_t，根据式(3)计算动态分区操作的综合控制性能指标：

其中，F_t为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′_j,t为第t个动态分区操作实施后第j个过载设备的过载安全裕度，η_j为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度。

若计算得到的所有动态分区操作的综合控制性能指标均小于0，则进入步骤6)。

图1中步骤5描述的是判断综合性能指标大于0的动态分区操作执行后，是否存在η_i,t′＜0，若存在则选择综合控制性能指标最大的动态分区操作，令S＝S+1，返回步骤3)；否则将综合性能指标大于0且执行后能满足所有设备过载安全裕度大于0的动态分区操作构建动态分区优选集合，从中选择最优的动态分区操作，将所有采取的操作作为该预想故障下的控制策略，结束本方法，其中动态分区优选集合中选择最优的动态分区操作是一个多目标优化问题已有成熟方法(如可见参考文献“基于TOPSIS法考虑电力安全事故风险的运行规划分负荷方案优化”.电力系统保护与控制,2013,V41(21):71-77)，为本领域技术人员所熟知，故不在此描述。

图1中步骤6描述的是利用功率摄动法计算备选切负荷点的解决设备过载的综合灵敏度，如式(4)所示：

其中，σ_m为第m个切负荷点解决设备过载的综合灵敏度，ΔP_m为第m个切负荷点的功率摄动量，ΔP_ol,j为第j个过载设备功率波动量，η_j′为切负荷操作前第j个过载设备的过载安全裕度。

图1中步骤7描述的是根据式(5)计算各切负荷点考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价。

其中，C_pm为第m个切负荷点的考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，C_m为第m个切负荷点的单位停电费用损失，可用不同地区电网供电范围内的国民生产总值和该地区的年用电量的比值求得。Fi_m为第m个切负荷点因切负荷造成电力安全事故的责任代价，是第m个切负荷点的切负荷比例α_m的函数，可根据国务院《电力安全事故应急处置和调查处理条例》获得。如假设第m个切负荷点为省、自治区人民政府所在地城市电网，则其责任代价Fi_m制定如式(7)，单位为万元。P_m为第m个切负荷点的最大负荷，β_m为反映第m个切负荷点责任代价重要性的权重系数，一般取β_m≥1。

图1中步骤8描述的是按式(5)计算各切负荷点的切负荷性能代价比：

其中，C_pm为第m个切负荷点的考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，S_m为第m个切负荷点的切负荷性能代价比。

根据各切负荷点的性能代价比排序，选取切负荷的步长P_step，对性能代价比最高的切负荷点按P_step切除其负荷量。P_step作为迭代操作切负荷的步长，视控制策略精度选取，如可选择使用各备选切负荷点中最小负荷的1％。计算切负荷后所有设备的过载安全裕度，若存在设备过载安全裕度小于0，则返回步骤6)，否则所有采取的操作作为该预想故障下的控制措施结束本方法。

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 (2)

1.一种考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据式(1)计算电网当前运行方式下发生预想故障后电网设备的过载安全裕度；

其中，η_i为关注的第i个电网设备的过载安全裕度，I_nowi为第i个电网设备在当前运行方式下的运行电流，I_Ni为第i个电网设备运行的额定电流，M为关注的电网设备总数；

当存在η_i＜0，则表明当前运行方式下发生预想故障后第i个电网设备过载，将第i个电网设备加入过载设备集，记过载设备集中电网设备总数为Num；如果Num＝0时，结束本方法；否则进入步骤2)；

2)根据过载设备的过载程度确定动态分区操作的最大操作数K，K的取值如下式(2)：

其中，η_min＝min(η₁,η₂,…,η_M)，η_c1、η_c2为根据设备的过载能力给定的阈值，η_c1＝-10％，η_c2＝-20％；

3)确定可用动态分区操作集合，包括投入可用的备用线路和断开许可的解环线路，记录当前可用动态分区操作总数为T，已执行的动态分区操作数为S，S初始值为0，若T>0且S<K，则进入步骤4)，否则进入步骤6)；

4)通过潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度，设第t个动态分区操作实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η_i,t′，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增P_t个电网设备过载安全裕度小于0，将这P_t个电网设备加入过载设备集，若无新增过载设备，P_t＝0，令Num＝Num+P_t，根据式(3)计算动态分区操作的综合控制性能指标：

其中，F_t为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′_j,t为第t个动态分区操作实施后第j个过载设备的过载安全裕度，η_j为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；

若计算得到的所有动态分区操作的综合控制性能指标均小于0，则进入步骤6)；

5)判断综合性能指标大于0的动态分区操作执行后，是否存在η_i,t′＜0，若存在则选择综合控制性能指标最大的动态分区操作，令S＝S+1，返回步骤3)；

否则将综合性能指标大于0且执行后能满足所有设备过载安全裕度大于0的动态分区操作构建动态分区优选集合，从中选择最优的动态分区操作，将所有采取的操作作为该预想故障下的控制策略，结束本方法；

6)利用功率摄动法计算备选切负荷点的解决设备过载的综合灵敏度，如式(4)所示：

其中，σ_m为第m个切负荷点解决设备过载的综合灵敏度，ΔP_m为第m个切负荷点的功率摄动量，ΔP_ol,j为第j个过载设备功率波动量，η_j′为切负荷操作前第j个过载设备的过载安全裕度；

7)计算各切负荷点考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价；

8)按式(5)计算各切负荷点的切负荷性能代价比：

其中，C_pm为第m个切负荷点的考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，S_m为第m个切负荷点的切负荷性能代价比；

根据各切负荷点的性能代价比排序，视控制策略精度选取切负荷的步长P_step，对性能代价比最高的切负荷点按P_step切除其负荷量，计算切负荷后所有电网设备的过载安全裕度，若存在设备过载安全裕度小于0，则返回步骤6)，否则所有采取的操作作为该预想故障下的控制措施结束本方法。

2.根据权利要求1所述的考虑电力安全事故风险的切负荷与动态分区协调控制方法，其特征在于，所述步骤7)中计算各切负荷点考虑电力安全事故等级的单位负荷控制代价，其具体方法如下式(6)所示：

其中，C_m为第m个切负荷点的单位停电费用损失，用不同地区电网供电范围内的国民生产总值和该地区的年用电量的比值求得；Fi_m为第m个切负荷点因切负荷造成电力安全事故的责任代价，是第m个切负荷点的切负荷比例α_m的函数，根据国务院《电力安全事故应急处置和调查处理条例》获得，P_m为第m个切负荷点的最大负荷，β_m为反映第m个切负荷点责任代价重要性的权重系数。