CN106447525B - 一种电网动态分区策略优化搜索方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网动态分区策略优化搜索方法，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和节点电压安全裕度综合确定最大动态分区操作数，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策略执行后是否能解决预想故障下的设备过载和电压越限，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，则选择综合控制性能最高的动态分区策略，进而配合其他控制措施解决预想故障下的设备过载和电压越限。本发明可为电网中发生设备过载和电压越限等紧急状态提供优化的动态分区策略，从而减少紧急切负荷措施的配置，降低电力安全事故责任风险，提高电网的运行管理水平。
Description
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，本发明涉及一种电网动态分区策略优化搜索方法。
背景技术
紧急切负荷是我国电网安全稳定防御技术体系中的一项重要措施，通过在电网紧急状态下实施切负荷可以解决功角、电压、频率及过载等稳定问题。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，当稳控切负荷导致局部电网损失负荷达到一定比例时同样会触发《条例》，电力生产运行单位需承担相应的电力安全事故责任。因此，《条例》的实施，要求我们在保障电网安全稳定运行的前提下一方面应加强稳控系统管理和优化配置、识别配置稳控系统带来的风险，另一方面对一些控制时间要求不高的紧急状态、积极探寻替代措施，在保证电网安全的前提下减少负荷损失。
分层分区运行是电网的发展趋势，《电力系统安全稳定导则》(以下简称《导则》)明确规定：随着高一级电压电网的建设，下级电压电网应逐步实现分区运行,相邻分区之间互为备用。目前国内省级电网已基本实现分层分区运行，相邻分区之间存在着部分备用联络通道用于电网事故后支援。但这些备用通道如何使用，使用后对电网会造成何种影响鲜有研究。
发明内容
本发明目的是：为了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，给出一种电网动态分区策略优化搜索方法。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
1)确定电网当前运行方式下可执行的动态分区操作集合，包括可用的备用线路投入、可用的解环线路退出以及可执行的负荷转供，记总数为T，T≥0，若T＝0，结束本方法；
2)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，根据式(2)计算电网当前运行方式下发生预想故障f后电网关键节点的电压安全裕度：
其中，ηi为预想故障f后第i个电网设备的过载安全裕度，Inowi为预想故障f后第i个电网设备稳态运行电流，INi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；μj为预想故障f后第j个电网节点的电压安全裕度，Vnowj为预想故障f后第j个电网节点稳态运行电压，VLow和VHigh分别为电网正常运行时节点电压的安全下限和安全上限，N为关注的电网节点总数；
当存在ηi＜0，表明当前运行方式下发生预想故障后第i个设备过载，则将第i个设备加入过载设备集，记过载设备集中设备总数为I_Num；
当存在μj＜0，表明当前运行方式下发生预想故障后第i节点电压越限，则将第j个节点加入电压越限节点集，记电压越限节点集中节点总数为V_Num；
如果I_Num＝0同时V_Num＝0，结束本方法；否则进入步骤3)；
3)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的取值为min(K1，K2)，其中K1如下式(3)，K2如下式(4)：
其中，ηmin＝min(η1,η2,…,ηM)，ηc1、ηc2为根据设备的过载能力给定的阈值；μmin＝min(μ1,μ2,…,μN)，μc1为根据节点的电压可接受范围给定的阈值；
4)令每个动态分区策略的操作数为k，k初始值为1；
5)利用可执行的动态分区操作集合形成个不同的动态分区策略，表示根据T和k形成的组合数；
6)针对个不同的动态分区策略形成电网运行方式并开展潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度和节点电压安全裕度，设第t个动态分区操作策略实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η′i,t，第j个节点的电压安全裕度为μ′j,t，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增Pt个设备过载安全裕度小于0，同时新增Qt个节点电压安全裕度小于0，将这Pt个设备加入过载设备集，Qt个节点加入电压越限节点集，若无新增过载设备，Pt＝0；若无新增过载电压越限节点，Qt＝0；根据Pt和Qt更新I_Num和V_Num；
7)根据式(5)计算所有个不同的动态分区策略的综合控制性能指标，若均小于或等于0，则结束本方法；否则将Ft＞0的动态分区策略加入可用动态分区策略集W：
其中，Ft为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′a,t为第t个动态分区操作实施后第a个过载设备的过载安全裕度，ηa为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；μ′b,t为第t个动态分区操作实施后第b个过载设备的过载安全裕度，μb为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；ω1和ω2分别为过载问题和电压越限问题的权重，满足ω1+ω2＝1；
8)将可用动态分区策略集W中令η′i,t＞0和μ′j,t＞0同时满足的动态分区策略加入动态分区策略优选集合U，其中i∈[1,M]，j∈[1,N]；若则从U中选择最优的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略；若则令k增1，若k<K，返回步骤5)，否则选择W集合中综合控制性能指标最大的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略，结束本方法。
上述技术方案的进一步特征在于，所述ηc1＝-10％，ηc2＝-20％，μc1＝-5％。
上述技术方案的进一步特征在于，所述ω1＝ω2＝0.5。
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。而本发明根据预想故障下设备的过载安全裕度和节点电压安全裕度综合确定最大动态分区操作数，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策略执行后是否能解决预想故障下的设备过载和电压越限，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，则选择综合控制性能最高的动态分区策略，进而配合其他控制措施解决预想故障下的设备过载和电压越限。因此本发明可为电网中发生设备过载和电压越限等紧急状态提供优化的动态分区策略，从而减少紧急切负荷措施的配置，降低电力安全事故责任风险，提高电网的运行管理水平。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提出了一种电网动态分区策略优化搜索方法。本实施例利用了动态分区技术。所谓动态分区技术是指利用不同分区间的备用联络通道在电网紧急状态下动态地调整分区结构和供电范围，可用的措施包括备用联络通道投入、电磁环网的开环以及负荷转供等。利用动态分区技术可调整电网的潮流分布，合理的动态分区可以解决或缓解电网紧急状态，减少紧急切负荷量，进而降低电力安全事故风险。
本实施例的实施过程如图1所示，即根据预想故障下设备的过载安全裕度和节点电压安全裕度综合确定最大动态分区操作数，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策略执行后是否能解决预想故障下的设备过载和电压越限，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，则选择综合控制性能最高的动态分区策略，进而配合其他控制措施解决预想故障下的设备过载和电压越限。下面对本实施例的具体过程做进一步详细描述。
图1中步骤1描述的是确定电网当前运行方式下可执行的动态分区操作集合，包括可用的备用线路投入、可用的解环线路退出以及可执行的负荷转供，记总数为T(T≥0)，若T＝0，表明无可用动态分区操作，直接结束本方法。
图1中步骤2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，根据式(2)计算电网当前运行方式下发生预想故障f后电网关键节点的电压安全裕度。
其中，ηi为预想故障f后第i个电网设备的过载安全裕度，Inowi为预想故障f后第i个电网设备稳态运行电流，INi为第i个电网设备运行的额定电流，一般根据导线或变压器的型号确定；M为关注的电网设备总数；μj为预想故障f后第j个电网节点的电压安全裕度，Vnowj为预想故障f后第j个电网节点稳态运行电压，VLow和VHigh分别为电网正常运行时节点电压的安全下限和安全上限，不同电压等级要求一般不同，如220kV及以上一般要求故障后在0.95～1.1(标幺值)，35～110kV一般要求0.9～1.1(标幺值)，N为关注的电网节点总数。
当存在ηi＜0，表明当前运行方式下发生预想故障后第i个设备过载，则将第i个设备加入过载设备集，记过载设备集中设备总数为I_Num。当存在μj＜0，表明当前运行方式下发生预想故障后第i节点电压越限，则将第j个节点加入电压越限节点集，记电压越限节点集中节点总数为V_Num。
如果I_Num＝0同时V_Num＝0，表明该预想故障下无需动态分区操作，直接结束本方法；否则进入步骤3。
图1中步骤3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的取值为min(K1，K2)，其中K1如下式(3)，K2如下式(4)：
其中，ηmin＝min(η1,η2,…,ηM)，ηc1、ηc2为根据设备的过载能力给定的阈值，通常可令ηc1＝-10％，ηc2＝-20％；μmin＝min(μ1,μ2,…,μN)，μc1为根据节点的电压可接受范围给定的阈值，通常可令μc1＝-5％。
图1中步骤4描述的是令每个动态分区策略的操作数为k，k初始值为1。
图1中步骤5描述的是利用可执行的动态分区操作集合形成个不同的动态分区策略，表示根据T和k形成的组合数。
图1中步骤6描述的是针对个不同的动态分区策略形成电网运行方式并开展潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度和节点电压安全裕度，设第t个动态分区操作策略实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η′i,t，第j个节点的电压安全裕度为μ′j,t，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增Pt个设备过载安全裕度小于0，同时新增Qt个节点电压安全裕度小于0，将这Pt个设备加入过载设备集，Qt个节点加入电压越限节点集。若无新增过载设备，Pt＝0；若无新增过载电压越限节点，Qt＝0。根据Pt和Qt更新，即令I_Num＝I_Num+Pt，V_Num＝V_Num+Qt。
图1中步骤7描述的是计算所有个不同的动态分区策略的综合控制性能指标，其计算公式如式(5)所示，若均小于或等于0，则表明该预想故障下无合适的动态分区策略，直接结束本方法；否则将Ft＞0的动态分区策略加入可用动态分区策略集W。
其中，Ft为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′a,t为第t个动态分区操作实施后第a个过载设备的过载安全裕度，ηa为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；μ′b,t为第t个动态分区操作实施后第b个过载设备的过载安全裕度，μb为动态分区操作实施前对应设备的过载安全裕度；ω1和ω2分别为过载问题和电压越限问题的权重，满足ω1+ω2＝1。若认为解决过载问题和电压问题的优先级相同，则可令ω1＝ω2＝0.5，也可根据专家经验进行设置。
图1中步骤8描述的是将可用动态分区策略集W中令η′i,t＞0(i∈[1,M])和μ′j,t＞0(j∈[1,N])同时满足的动态分区策略加入动态分区策略优选集合U。若则从U中选择最优的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略；若则存在则令k＝k+1，若k<K，返回步骤5，否则选择W集合中综合控制性能指标最大的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略，结束本方法。
从动态分区策略优选集合U中选择最优的动态分区策略是一个多目标优化问题。首先分别计算评价各个动态分区策略的经济性、安全性、可靠性指标，经济性指标主要包括系统的网络损耗，可以通过潮流计算获得，记为Ploss；安全性指标包括短路电流和安全裕度指标，短路电流指标可通过成熟短路计算程序获得，单母线短路电流指标＝(母线短路电流/母线开关遮断容量)，取该动态分区措施下所有母线短路电流指标中的最大值作为短路电流指标SR，安全裕度指标包括设备的过载安全裕度和节点电压越限裕度，分别取ηmin和μmin作为指标值；可靠性指标包括容载比和电网末端负荷容量，单个分区容载比＝分区内500kV变电总容量/分区总负荷，取该动态分区措施下所有分区容载比最小值作为容载比指标CR；电网末端负荷容量指标是指220kV及以上电压等级线路N-2故障能导致该站失压的所有变电站所供负荷总量，记为TL。由此可以建立动态分区策略优选集合U中第m个动态分区策略的评价指标对集合U中所有动态分区策略分别计算其评价指标，即可利用成熟的模糊决策方法从集合U中选择最优的动态分区策略。
根据以上说明可以看出，本实施例可为电网中发生设备过载和电压越限等紧急状态提供优化的动态分区策略，从而减少紧急切负荷措施的配置，降低电力安全事故责任风险，提高电网的运行管理水平。
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 (3)
1.一种电网动态分区策略优化搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定电网当前运行方式下可执行的动态分区操作集合，包括可用的备用线路投入、可用的解环线路退出以及可执行的负荷转供，记总数为T，T≥0，若T＝0，结束本方法；
2)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，根据式(2)计算电网当前运行方式下发生预想故障f后电网关键节点的电压安全裕度：
其中，其中，ηi为预想故障f后第i个电网设备的过载安全裕度，Inowi为预想故障f后第i个电网设备稳态运行电流，INi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；μj为预想故障f后第j个电网节点的电压安全裕度，Vnowj为预想故障f后第j个电网节点稳态运行电压，VLow和VHigh分别为电网正常运行时节点电压的安全下限和安全上限，N为关注的电网节点总数；
当存在ηi＜0，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，则将第i个电网设备加入过载设备集，记过载设备集中过载设备总数为I_Num；
当存在μj＜0，表明当前运行方式下发生预想故障后第i节点电压越限，则将第j个节点加入电压越限节点集，记电压越限节点集中节点总数为V_Num；
如果I_Num＝0同时V_Num＝0，结束本方法；否则进入步骤3)；
3)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的取值为min(K1，K2)，其中K1如下式(3)，K2如下式(4)：
其中，ηmin＝min(η1,η2,…,ηM)，ηc1、ηc2为根据过载设备的过载能力给定的阈值；μmin＝min(μ1,μ2,…,μN)，μc1为根据节点的电压可接受范围给定的阈值；
4)令每个动态分区策略的操作数为k，k初始值为1；
5)利用可执行的动态分区操作集合形成个不同的动态分区策略，表示根据T和k形成的组合数；
6)针对个不同的动态分区策略形成电网运行方式并开展潮流计算，计算各动态分区操作实施后各电网设备的过载安全裕度和节点电压安全裕度，设第t个动态分区操作策略实施后第i个电网设备的过载安全裕度为η′i,t，第j个节点的电压安全裕度为μ′j,t，假设执行第t个动态分区操作后在过载设备集外新增Pt个电网设备过载安全裕度小于0，同时新增Qt个节点电压安全裕度小于0，将这Pt个电网设备加入过载设备集，Qt个节点加入电压越限节点集，若无新增过载设备，Pt＝0；若无新增过载电压越限节点，Qt＝0；根据Pt和Qt更新I_Num和V_Num；
7)根据式(5)计算所有个不同的动态分区策略的综合控制性能指标，若均小于或等于0，则结束本方法；否则将Ft＞0的动态分区策略加入可用动态分区策略集W：
其中，Ft为第t个动态分区操作的综合控制性能指标，η′a,t为第t个动态分区操作实施后第a个过载设备的过载安全裕度，ηa为动态分区操作实施前对应过载设备的过载安全裕度；μ′b,t为第t个动态分区操作实施后第b个过载设备的过载安全裕度，μb为动态分区操作实施前对应过载设备的过载安全裕度；ω1和ω2分别为过载问题和电压越限问题的权重，满足ω1+ω2＝1；
8)将可用动态分区策略集W中令η′i,t＞0和μ′j,t＞0同时满足的动态分区策略加入动态分区策略优选集合U，其中i∈[1,M]，j∈[1,N]；若则从U中选择最优的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略；若则令k增1，若k<K，返回步骤5)，否则选择W集合中综合控制性能指标最大的动态分区策略作为该预想故障下的优化控制策略，结束本方法。
2.根据权利要求1所述的电网动态分区策略优化搜索方法，其特征在于，所述ηc1＝-10％，ηc2＝-20％，μc1＝-5％。
3.根据权利要求1所述的电网动态分区策略优化搜索方法，其特征在于，所述ω1＝ω2＝0.5。
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| Title |
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| 交直流电力系统暂态稳定分析与控制的问题研究;黄弘扬;《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20150715(第07期);第C041-106页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106447525A (zh) | 2017-02-22 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |