CN106295094B - 一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，包括：获取系统输电线路总数Nmax、各线路的潮流极限和当前电网的交流潮流；根据所述交流潮流和潮流极限，建立继电保护装置的隐性故障模型；断开电网中的第N条线路，重新计算电网的交流潮流；根据所述潮流极限和重新计算的电网的交流潮流计算电力系统中各线路负载率的分布曲线斜率；将所述重新计算的电网的交流潮流超过所述潮流极限的线路断开，并将因所述隐性故障而动作的线路断开；判断电力系统是否有负荷被切除或电网解列，如果有则统计切除的负荷总量；否则返回步骤继续断开电网中的下一条线路。本发明的技术方案能够方便准确地找到电网的薄弱环节。
Description
技术领域：
本发明涉及电力系统分析领域，更具体涉及一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法。
背景技术：
电力系统是由大量相互作用元件构成的超大规模非线性复杂系统，系统中任何一个元件的故障都有可能导致一系列其它元件停运，这种连锁反应迅速蔓延，造成大面积的停电事故。这其中继电保护装置的隐性故障是导致事故蔓延形成连锁反应的主要原因。因此，通过科学的方法充分考虑保护装置的隐性故障来识别电力系统的薄弱环节，对提高电网的安全稳定运行水平具有重要的意义。
长期以来对电网薄弱环节的识别主要依靠现场的运行经验，根据电力系统的运行方式、潮流分布、短路水平、静态和暂态分析来判断可能引起停电事故的故障位置与类型，进而找到电网的薄弱环节。然而这一传统的方式依赖于人的经验，很可能引起薄弱环节识别的偏差。
作为复杂系统的电网在其运行的过程中，由于其内部元件之间的相互作用，会使系统自发地运行到一种临界状态，即自组织临界状态。当电力系统处于自组织临界状态时，任何微小的局部扰动就有可能引发大的停电事故。因此，如果能够找到激发电力系统进入自组织临界状态的初始元件，将对识别电力系统的薄弱环节有重要的意义。
发明内容：
本发明的目的是提供一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，能够方便地找到电网的薄弱环节。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，包括：
获取系统输电线路总数Nmax、各线路的潮流极限和当前电网的交流潮流；
根据所述交流潮流和潮流极限，建立继电保护装置的隐性故障模型；
断开电网中的第N条线路，重新计算电网的交流潮流；
根据所述潮流极限和重新计算的电网的交流潮流计算电力系统中各线路负载率的分布曲线斜率；
将所述重新计算的电网的交流潮流超过所述潮流极限的线路断开，并将因所述隐性故障而动作的线路断开；
判断电力系统是否有负荷被切除或电网解列，如果有则统计切除的负荷总量；否则返回步骤继续断开电网中的下一条线路。
本发明提供的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，根据电力系统在线运行的输电线路数量和各线路的过负荷数值来确定输电线路总数Nmax、各线路的潮流极限；通过牛顿-拉夫逊法计算出当前电网的交流潮流。
本发明提供的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，所述继电保护装置的隐性故障模型的建立过程包括：
当线路的交流潮流S小于允许的潮流极限Smax时，输电线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PW，S＜Smax；
当线路的交流潮流S超过了1.3倍的潮流极限Smax时，输电线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PZ，S≥1.3Smax；
当线路的交流潮流S在潮流极限Smax和1.3倍的潮流极限Smax之间时，输电线路的跳闸概率PHF表示：
式中，PW为继电保护装置的隐性故障的最小概率值；PZ为继电保护装置的正确动作概率值。
本发明提供的另一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，设输电线路负载率分布曲线斜率用k表示；在初始情况下输电线路的负载率分布曲线斜率为k0，定义危险值W1＝0；当电网中所有的输电线路均依次断开后，得到负载率分布曲线斜率最小值为kmin，则此时的危险值为W1＝1；所述负载率分布曲线斜率k在区间[kmin,k0]内对应的危险值为[1，0]。
本发明提供的再一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，利用线性回归法得到在区间[kmin,k0]的任一个曲线斜率k所对应的危险值W1。
本发明提供的又一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，当一条输电线路断开后，设由于继电保护的隐性故障而造成的损失负荷用L表示；当一条所述输电线路断开后，若无损失负荷则危险值W2＝0；当电网中所有的线路均依次断开后，得到的最大值损失负荷Lmax，对应危险值W2＝1；因此对损失负荷L在区间[0,Lmax]内对应的危险值为[0，1]。
本发明提供的又一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，利用线性回归法得到在区间[0,Lmax]的任一个损失负荷L所对应的危险值W2。
本发明提供的又一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，定义综合危险值W为：
所述综合危险值W的数值越大，则电网中对应的输电线路就越薄弱。
本发明提供的又一优选的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，所述负载率通过下式确定：
式中，Sn为输电线路n的交流潮流，Sn,max为输电线路n的潮流极限值。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明提供的技术方案充分考虑了电网运行的实际情况，利用断开电网中的某条线路后各线路负载率的分布曲线斜率来判断电力系统进入自组织临界状态的程度；
2、本发明提供的技术方案在电网薄弱环节识别仿真方法中嵌入了继电保护装置的隐性故障模型，充分考虑了系统运行状态对元件的保护影响；
3、本发明提供的技术方案使电网薄弱环节识别仿真方法更加符合电力系统故障的实际，其仿真结果能够方便地找到电网的薄弱环节；
4、本发明提供的技术方案对提高电网的安全稳定运行水平具有重要的意义。；
5、本发明提供的技术方案准确性高，偏差小。
附图说明
图1为本发明技术方案提供的方法流程图；
图2为本发明技术方案提供的IEEE39系统结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的发明提供了一种综合考虑继电保护装置隐性故障和电力系统自组织临界特性的电网薄弱环节识别仿真方法，包括如图1所示：
步骤1：读入电力系统在线运行的输电线路数量和各线路的过负荷保护动作数值，获取系统输电线路总数Nmax和各线路的潮流极限，并设定初始值N＝1；
步骤2：利用牛顿-拉夫逊法计算当前电网的交流潮流，并根据电网的交流潮流，确定继电保护装置的隐性故障模型；
步骤3：断开电网中的第N条线路，重新计算电网的交流潮流；
步骤4：计算系统中各线路负载率的分布曲线斜率；
步骤5：将交流潮流超过潮流极限的线路断开，并将因继电保护隐性故障而动作的线路断开，进入步骤6；
步骤6：判断是否有负荷被切除或电网解列，如果有则进入步骤7；否则进入步骤8；
步骤7：统计切除的负荷总量；
步骤8：令N＝N+1，判断N≤Nmax是否成立，如果成立则返回步骤3；否则进入步骤9；
步骤9：输出统计计算结果，结束流程。
1.交流潮流计算方式
电网在重载时母线电压会由于系统无功不足下降，并且重载时线路两端电压相角差会增大，所以若采用直流潮流对电力系统计算是不成立的。本发明采用牛顿-拉夫逊法来计算交流潮流算法，可以计算电网各节点电压幅值，适合模拟电网重载时的系统状态。
2.线路负载率的计算
在本发明中，利用线路负载率的分布曲线斜率来判断电网是否处于自组织临界状态，定义线路n的负载率如式(1)所示：
式中，Sn为线路n的潮流，Sn,max为线路n的潮流极限值，为线路过负荷保护动作数值(线路热稳限额)。
3.继电保护装置的隐性故障模型
在电力系统中，继电保护装置的隐性故障是导致事故蔓延形成连锁反应的主要原因。在考虑继电保护装置的隐性故障时，可以用线路的跳闸概率来表示。
(1)当线路的潮流S小于允许的潮流极限Smax时，线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PW，S＜Smax；
式中，PW为继电保护装置的隐性故障的最小概率值。
(2)当线路的潮流S超过了1.3倍的潮流极限Smax时，线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PZ，S≥1.3Smax；
式中，PZ为继电保护装置的正确动作概率值。
(3)当线路的潮流S在潮流极限Smax和1.3倍的潮流极限Smax之间时，线路的跳闸概率PHF表示：
4.危险指标定义
为了描述负载率分布曲线斜率和损失负荷对于系统来说的危险程度以便于找到电网的薄弱环节，定义斜率危险值W1、负荷危险值W2和综合危险值W。W1、W2、W的定义如下：
(1)斜率危险值W1：
设线路负载率分布曲线斜率用k表示。在初始情况下线路的负载率分布曲线斜率为k0，定义危险值W1＝0；当电网中所有的线路利用3所定义的步骤均一一断开后，得到负载率分布曲线斜率最小值为kmin，则此时的危险值为W1＝1。因此负载率分布曲线斜率[kmin,k0]区间内对应的危险值为[1，0]，利用线性回归方法就可以得到在[kmin,k0]区间的任一个k所对应的危险值W1。
(2)负荷危险值W2：
设当一条线路断开后，由于继电保护的隐性故障而造成的损失负荷用L表示。当一条线路断开后，若无损失负荷则危险值W2＝0；当电网中所有的线路利用3所定义的步骤均一一断开后，得到的最大值损失负荷Lmax，对应危险值W2＝1。因此对损失负荷[0,Lmax]区间内内对应的危险值为[0，1]，利用线性回归方法就可以得到在[0,Lmax]区间的任一个L所对应的危险值W2。
(3)综合危险值W
为了综合考虑斜率危险值W1和负荷危险值W2两个因素，定义综合危险值W为：
利用3所定义的步骤，统计得到一一断开电网中线路后的斜率危险值W1和负荷危险值W2，然后计算出综合危险值W。W的数值越大，则对应的电网中的线路就越薄弱。
利用本发明的仿真方法对IEEE39电网(请参考图2，图中G代表发电机，各数字代表母线号，①，②……代表线路编号)进行故障仿真。仿真时模型中各线路初始负载率在0.55～0.95之间随机分布，初始潮流下，线路负载率分布曲线斜率为-0.1587，并取继电保护装置的隐性故障的最小概率值PW＝0.012，继电保护装置的正确动作概率值PZ＝0.988。仿真结果如表1所示。
表1仿真结果
根据表1中计算出来的综合危险值，得到排在前十位的电网薄弱环节如表2所示。
表2基于危险值得出的前十位的电网薄弱环节排序表
| 排序 | 线路 | 始末母线号 | 综合危险值 |
| 1 | 27 | 16-19 | 0.830 |
| 2 | 23 | 13-14 | 0.775 |
| 3 | 35 | 21-22 | 0.709 |
| 4 | 38 | 23-24 | 0.687 |
| 5 | 42 | 27-28 | 0.686 |
| 6 | 9 | 4-14 | 0.615 |
| 7 | 11 | 5-8 | 0.582 |
| 8 | 25 | 15-16 | 0.578 |
| 9 | 32 | 19-20 | 0.503 |
| 10 | 45 | 28-29 | 0.470 |
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，其特征在于，包括：
获取系统输电线路总数≤Nmax、各线路的潮流极限和当前电网的交流潮流；
根据所述交流潮流和潮流极限，建立继电保护装置的隐性故障模型；
断开电网中的第N条线路，重新计算电网的交流潮流；
根据所述潮流极限和重新计算的电网的交流潮流计算电力系统中各线路负载率的分布曲线斜率；
将所述重新计算的电网的交流潮流超过所述潮流极限的线路断开，并将因所述隐性故障而动作的线路断开；
判断电力系统是否有负荷被切除或电网解列，如果有则统计切除的负荷总量；否则返回步骤继续断开电网中的下一条线路，令N＝N+1，若N≤Nmax则重新计算电网的交流潮流，否则结束仿真过程；
所述继电保护装置的隐性故障模型的建立过程包括：
当线路的交流潮流S小于允许的潮流极限Smax时，输电线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PW，S＜Smax；
当线路的交流潮流S超过了1.3倍的潮流极限Smax时，输电线路的跳闸概率PHF表示为：
PHF＝PZ，S≥1.3Smax；
当线路的交流潮流S在潮流极限Smax和1.3倍的潮流极限Smax之间时，输电线路的跳闸概率PHF表示：
式中，PW为继电保护装置的隐性故障的最小概率值；PZ为继电保护装置的正确动作概率值；
设输电线路负载率分布曲线斜率用k表示；在初始情况下输电线路的负载率分布曲线斜率为k0，定义危险值W1＝0；当电网中所有的输电线路均依次断开后，得到负载率分布曲线斜率最小值为kmin，则此时的危险值为W1＝1；所述负载率分布曲线斜率k在区间[kmin,k0]内对应的危险值为[1，0]；
利用线性回归法得到在区间[kmin,k0]的任一个曲线斜率k所对应的危险值W1；
当一条输电线路断开后，设由于继电保护的隐性故障而造成的损失负荷用L表示；当一条所述输电线路断开后，若无损失负荷则危险值W2＝0；当电网中所有的线路均依次断开后，得到的最大值损失负荷Lmax，对应危险值W2＝1；因此对损失负荷L在区间[0,Lmax]内对应的危险值为[0，1]；
利用线性回归法得到在区间[0,Lmax]的任一个损失负荷L所对应的危险值W2；
定义综合危险值W为：
所述综合危险值W的数值越大，则电网中对应的输电线路就越薄弱；
所述负载率通过下式确定：
式中，Sn为输电线路n的交流潮流，Sn,max为输电线路n的潮流极限值。
2.如权利要求1所述的一种考虑继电保护隐性故障的电网薄弱环节识别仿真方法，其特征在于：根据电力系统在线运行的输电线路数量和各线路的过负荷数值来确定输电线路总数Nmax、各线路的潮流极限；通过牛顿-拉夫逊法计算出当前电网的交流潮流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |