CN106558879A - 一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法，包括：(1)潮流数据调整；(2)潮流计算，形成综合评估计算需要的数据文件；(3)潮流结果和相关限值指标作比较，若未出现越限数据，则满足电网一级安全指标要求；否则返回步骤(1)；(4)综合评估，并得到综合评估计算结果；(5)判断是否满足电网二级安全指标，若满足，则回存潮流计算结果，否则返回步骤(1)。利用本发明提供的技术方案可进行电网仿真分析并结合综合评估进行电网安全稳定分析，为运行人员得出电网状态的安全稳定信息提供有力支撑。

Description

一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法

技术领域

本发明涉及一种电网安全方法，具体涉及一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法。

背景技术

由于实际电力系统运行的复杂性和不可中断性，在其基础上直接进行试验和研究是不太现实的，因此必需借助物理模拟或计算机仿真等方式。电力系统用计算机进行仿真已经有几十年的历史了，早期的电力规模比较小，一个人在一台机器上就可以独立完成电网模型的维护和仿真计算。随着跨区互联电网的形成和规模的不断扩大，电网的运行特性和调度控制越来越复杂，如何准确把握电网当前状态以及预测未来电网状态发展趋势，为运行人员的工作提供有力支持成为电网安全稳定分析的难点和重点。

发明内容

为准确把握电网当前状态以及预测未来电网状态发展趋势，本发明的目的是提供一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法，利用本发明的方法可进行电网仿真分析并结合综合评估进行电网安全稳定分析，为运行人员得出电网状态的安全稳定信息提供有力支撑。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)潮流数据调整；

(2)潮流计算，形成综合评估计算需要的数据文件；

(3)潮流结果和相关限值指标作比较，若未出现越限数据，则满足电网一级安全指标要求；否则返回步骤(1)；

(4)综合评估，并得到综合评估计算结果；

(5)判断是否满足电网二级安全指标，若满足，则回存潮流计算结果，否则返回步骤(1)。

进一步地，所述步骤(1)中，潮流数据调整包括以下操作：

1)修改发电机有功功率，含直接投退发电机；

2)批量修改负荷有功、无功；

3)修改直流线传输功率；

4)投退并联电容电抗；

5)修改发电机机端电压；

6)修改直流线整流、逆变侧补偿电容。

进一步地，所述步骤(3)中，相关限值指标包括母线电压、含交流线和变压器的线路和发电机出力；潮流结果和相关限值指标作比较包括：母线电压是否越限、含交流线和变压器的线路是否越限和发电机出力是否越限；母线电压是否越限是根据母线电压当前值和母线电压上限值和母线电压下限值作比较，得出是否越限；若母线电压当前值大于母线电压上限值则母线电压越上限；若母线电压当前值小于母线电压下限值则母线电压越下限；线路是否越限是指线路当前电流超过线路的安全载流量；若超过称为线路越上限；发电机出力是否越限是指发电机当前有功功率是否超过发电机最大功率；若超过称为发电机出力越上限。

进一步地，所述步骤(4)的综合评估包括：

①评估静态安全分析计算结果是否满足运行要求；

②评估暂态稳定计算结果是否满足运行要求；

③评估小干扰稳定计算结果是否满足运行要求；

④评估短路电流计算结果是否满足运行要求；

⑤评估电压稳定计算结果是否满足运行要求；

⑥评估稳定裕度计算结果是否满足运行要求。

进一步地，所述①的评估静态安全分析计算结果是否满足运行要求包括：电力系统静态安全分析指应用N-1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。

进一步地，所述②的评估暂态稳定计算结果是否满足运行要求包括：

暂态稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力；暂态稳定计算结果分析就是在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定性结果进行分析，并对继电保护和自动装置以及各种措施的动作结果进行校核，通过典型故障集的暂态稳定扫描计算和结果分析，得出电网的暂态稳定水平；电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失负荷；第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。

进一步地，所述③的评估小干扰稳定计算结果是否满足运行要求包括：

小干扰稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力；小干扰稳定性既包括系统中同步发电机之间因同步力矩不足或电压崩溃造成的非周期失去稳定(即通常所指的“静态稳定”)和因系统动态过程阻尼不足造成的周期性发散失去稳定(即通常所指的“动态稳定”)；采用小干扰特征值分析，通过特征值分析，得到参数和指标来评估小干扰稳定计算结果；系统阻尼强弱由若干个主导振荡模式的阻尼比来判别，当阻尼比≥0.1时表明系统阻尼较强；当阻尼比<0.03时表明系统阻尼较弱；当阻尼比≤0时表明系统阻尼变负，将会出现增幅振荡。

进一步地，所述④的评估短路电流计算结果是否满足运行要求包括：

短路计算就是在某种故障情况下，求出短路点的故障电流、电压，以及全网各母线电压和支路电流的计算；通过全网或指定的多个分区内、多个电压等级母线的扫描计算，得出母线的短路电流，将短路电流和开关的遮断电流进行比较，如果超过遮断电流的80％，则表示比较短路电流存在危险，否则表示短路电流安全。

进一步地，所述⑤的评估电压稳定计算结果是否满足运行要求包括

电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力；进行静态电压稳定计算分析是用逐渐增加负荷(根据情况可按照保持恒定功率因数，恒定功率或恒定电流的方法按比例增加负荷)的方法求解电压失稳的临界点，由dP/dV＝0或dQ/dV＝0表示，从而估计当前运行点的电压稳定裕度；用暂态稳定计算暂态电压稳定性时，电压失稳的判据可采用母线电压下降，平均值持续低于限定值。

进一步地，所述⑥的评估稳定裕度计算结果是否满足运行要求包括：稳定裕度计算是校核输电断面的输送功率是否在安全范围内，即满足热稳定、静态稳定、暂态稳定、动态稳定和电压稳定要求。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提供一种电网安全稳定分析方法，利用本发明的方法可进行电网仿真分析并结合综合评估进行电网安全稳定分析。本方法从全面的角度提供了电网安全的评价指标，有助于电网方式计算分析人员直观了解电网的安全稳定水平，提高仿真分析工作效率。

附图说明

图1是本发明提供的前台和后台处理配合图；

图2是本发明提供的电网安全稳定分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明用的技术术语解释如下：

潮流计算：电力系统潮流计算是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。

电压稳定：电力系统在额定运行条件下合遭受扰动之后系统中所有的母线都持续地保持可接受的电压的能力

短路电流：电力系统在运行中，相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时流过的电流。

小干扰稳定：电力系统受到小干扰后，不发生自发震荡或非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。小干扰包括负荷的随机变化及随后的发电机组调节，因风吹引起架空线路间距离变化从而导致线路等值阻抗的变化等。

暂态稳定：电力系统暂态稳定一般是指电力系统遭受如输电线短路等大干扰时各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。

静态安全分析：是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件及给定的切除方案，确定切除某些元件是否危及系统的安全(即系统中所有母线电压是否在允许的范围内，系统中所有发电机的出力是否在允许的范围内，系统中所有线路、变压器是否过载等等)。

稳定裕度评估：是一种自动求极限技术，实现人工求极限工作的自动化，基于重复潮流法，计及暂态稳定、静态稳定和N-1热稳定等多种稳定形式，通过改变发电和负荷的分布关系及灵活可靠的断面潮流调整，求取满足各类稳定要求的输电断面最大可用输送功率。

综合评估：是指进行电压稳定、短路电流、小干扰稳定、暂态稳定和静态安全分析这几类计算，从而得出电网的综合情况的评估计算结果。

本方法提供一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法，首先进行潮流计算分析，并在此基础上进行综合评估，通过潮流计算分析和综合评估的交替进行，对电网安全稳定进行全面分析。

电网分析计算人员首先判断潮流计算是否收敛，母线电压未出现越限情况，设备功率未出现越限情况，那么认为这个方式潮流分布是合理的；进一步需要分析这个运行方式下，电网的稳定特性是否满足电网运行导则要求，从静态安全分析、暂态稳定、短路电流水平、小干扰稳定、电压稳定、断面裕度等角度分析电网运行方式的合理性，判断运行方式是否在安全稳定运行限额范围内。电网安全指标如下表1所示。

表1构建电网安全指标:

电网安全指标分级	安全指标
		一级安全指标	潮流结果是否存在越限
二级安全指标	综合稳定评估是否通过

对于一套电网数据，首先进行本方法中的第一步潮流计算，如果收敛，并且未出现越限数据，则电网一级安全指标达成，选择本方法中的第二步综合评估，如果通过，则电网二级安全指标达成。潮流越限的指标如下表2所示。

综合评估从六个方面对电网进行综合分析，这六个方面就是进行六类仿真分析计算，所有计算都通过，则综合评估通过，否则综合评估不通过；任意一类仿真分析计算不通过都代表电网安全存在这一方面的安全隐患，一旦类似的扰动发生，电网就会发生一定程度的不稳定现象。

表2潮流越限的指标

表3综合评估的仿真分析计算：

为了综合评估的五类计算能够同时进行，快速得到计算结果，将综合评估部署到后台；为了方便得到潮流计算结果，将潮流计算程序部署到前台；前台和后台处理配合图如图1所示。本方法的分析流程如图2所示。综合评估包括：

(1)评估静态安全分析计算结果是否满足运行要求；

电力系统静态安全分析指应用N-1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。

(2)评估暂态稳定计算结果是否满足运行要求；

暂态稳定是指电力系统受到大扰动后,各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定计算结果分析就是在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定性结果进行分析，并对继电保护和自动装置以及各种措施的动作结果进行校核，通过典型故障集的暂态稳定扫描计算和结果分析，得出电网的暂态稳定水平。电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷；第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。

(3)评估小干扰稳定计算结果是否满足运行要求；

小干扰稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。小干扰稳定性既包括系统中同步发电机之间因同步力矩不足或电压崩溃造成的非周期失去稳定(即通常所指的“静态稳定”)，也包括因系统动态过程阻尼不足造成的周期性发散失去稳定(即通常所指的“动态稳定”)。采用小干扰特征值分析方法，通过特征值分析，可以得到一系列的参数和指标来评估小干扰稳定计算结果。系统阻尼强弱可由若干个主导振荡模式的阻尼比来判别，当阻尼比0.1时表明系统阻尼较强；当阻尼比<0.03时表明系统阻尼较弱；当阻尼比0时表明系统阻尼变负，将会出现增幅振荡。

(4)评估短路电流计算结果是否满足运行要求；

短路计算就是在某种故障情况下，求出短路点的故障电流、电压，以及全网各母线电压和支路电流的计算。通过全网或指定的多个分区内、多个电压等级母线的扫描计算，得出母线的短路电流，将短路电流和开关的遮断电流进行比较，如果超过遮断电流的80％，则表示比较短路电流存在危险，否则表示短路电流安全。

(5)评估电压稳定计算结果是否满足运行要求；

电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。进行静态电压稳定计算分析是用逐渐增加负荷(根据情况可按照保持恒定功率因数，恒定功率或恒定电流的方法按比例增加负荷)的方法求解电压失稳的临界点(由dP/dV＝0或dQ/dV＝0表示)，从而估计当前运行点的电压稳定裕度。用暂态稳定计算暂态电压稳定性时，电压失稳的判据可采用母线电压下降，平均值持续低于限定值。

(6)评估稳定裕度计算结果是否满足运行要求。(运行要求各是什么，提供详细解释，否则引起公开不充分的问题)

稳定裕度计算是校核输电断面的输送功率是否在安全范围内，即满足热稳定、静态稳定、暂态稳定、动态稳定和电压稳定要求。

实施例

本方法在大电网安全沙盘推演系统已实现，系统包括潮流调整的交互模块，生成数据的的数据处理模块、进行一级安全指标和二级安全指标的计算模块、前台和后台交互模块；一级安全指标计算模块进行潮流计算，二级安全指标计算模块进行6类计算，包括静态安全分析计算、暂态稳定计算、小干扰稳定计算、短路电流计算、电压稳定计算和稳定裕度评估计算。

如图1所示生成数据的的数据处理模块准备电网数据，潮流调整的交互模块进行方式调整，一级安全指标计算模块进行潮流计算，生成数据的的数据处理模块形成综合评估各类计算需要的数据文件，前台和后台交互模块进行通过ftp连接将数据文件传输到后台指定目录、向后台发送开始评估计算的消息、读取后台结果数据库并以列表形式展示、读取后台结果数据文件并以曲线、报表、图表的形式展示；二级安全指标计算模块进行综合评估计算、生成数据的数据处理模块将结果文件写入数据库；前台后台交互模块向前台发送计算结束的消息。

电网能够安全稳定运行才能为用户提供优质的用电服务，是社会各个领域关注的内容之一，本发明提供的方法可以作为电网安全稳定运行分析的一种工具，能高效准确的给出电网是否安全的结论。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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 (10)

1.一种基于安全稳定指标的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)潮流数据调整；

(2)潮流计算，形成综合评估计算需要的数据文件；

(3)潮流结果和相关限值指标作比较，若未出现越限数据，则满足电网一级安全指标要求；否则返回步骤(1)；

(4)综合评估，并得到综合评估计算结果；

(5)判断是否满足电网二级安全指标，若满足，则回存潮流计算结果，否则返回步骤(1)。

2.如权利要求1所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中，潮流数据调整包括以下操作：

1)修改发电机有功功率，含直接投退发电机；

2)批量修改负荷有功、无功；

3)修改直流线传输功率；

4)投退并联电容电抗；

5)修改发电机机端电压；

6)修改直流线整流、逆变侧补偿电容。

3.如权利要求1所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，相关限值指标包括母线电压、含交流线和变压器的线路和发电机出力；潮流结果和相关限值指标作比较包括：母线电压是否越限、含交流线和变压器的线路是否越限和发电机出力是否越限；母线电压是否越限是根据母线电压当前值和母线电压上限值和母线电压下限值作比较，得出是否越限；若母线电压当前值大于母线电压上限值则母线电压越上限；若母线电压当前值小于母线电压下限值则母线电压越下限；线路是否越限是指线路当前电流超过线路的安全载流量；若超过称为线路越上限；发电机出力是否越限是指发电机当前有功功率是否超过发电机最大功率；若超过称为发电机出力越上限。

4.如权利要求1所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述步骤(4)的综合评估包括：

①评估静态安全分析计算结果是否满足运行要求；

②评估暂态稳定计算结果是否满足运行要求；

③评估小干扰稳定计算结果是否满足运行要求；

④评估短路电流计算结果是否满足运行要求；

⑤评估电压稳定计算结果是否满足运行要求；

⑥评估稳定裕度计算结果是否满足运行要求。

5.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述①的评估静态安全分析计算结果是否满足运行要求包括：电力系统静态安全分析指应用N-1原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查其他元件是否因此过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。

6.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述②的评估暂态稳定计算结果是否满足运行要求包括：

暂态稳定是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力；暂态稳定计算结果分析就是在规定运行方式和故障形态下，对系统稳定性结果进行分析，并对继电保护和自动装置以及各种措施的动作结果进行校核，通过典型故障集的暂态稳定扫描计算和结果分析，得出电网的暂态稳定水平；电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电；第二级标准：保持稳定运行，但允许损失负荷；第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。

7.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述③的评估小干扰稳定计算结果是否满足运行要求包括：

小干扰稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力；小干扰稳定性既包括系统中同步发电机之间因同步力矩不足或电压崩溃造成的非周期失去稳定和因系统动态过程阻尼不足造成的周期性发散失去稳定；采用小干扰特征值分析，通过特征值分析，得到参数和指标来评估小干扰稳定计算结果；系统阻尼强弱由若干个主导振荡模式的阻尼比来判别，当阻尼比≥0.1时表明系统阻尼较强；当阻尼比<0.03时表明系统阻尼较弱；当阻尼比≤0时表明系统阻尼变负，将会出现增幅振荡。

8.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述④的评估短路电流计算结果是否满足运行要求包括：

短路计算就是在某种故障情况下，求出短路点的故障电流、电压，以及全网各母线电压和支路电流的计算；通过全网或指定的多个分区内、多个电压等级母线的扫描计算，得出母线的短路电流，将短路电流和开关的遮断电流进行比较，如果超过遮断电流的80％，则表示比较短路电流存在危险，否则表示短路电流安全。

9.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述⑤的评估电压稳定计算结果是否满足运行要求包括

电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力；进行静态电压稳定计算分析是用逐渐增加负荷的方法求解电压失稳的临界点，由dP/dV＝0或dQ/dV＝0表示，从而估计当前运行点的电压稳定裕度；用暂态稳定计算暂态电压稳定性时，电压失稳的判据可采用母线电压下降，平均值持续低于限定值。

10.如权利要求4所述的电网安全稳定分析方法，其特征在于，所述⑥的评估稳定裕度计算结果是否满足运行要求包括：稳定裕度计算是校核输电断面的输送功率是否在安全范围内，即满足热稳定、静态稳定、暂态稳定、动态稳定和电压稳定要求。