CN106570791A - 针对主变过载的地区电网结构动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，属于电力系统运行控制技术领域，该方法通过线路投切，动态调整电网拓扑结构，改变电网潮流分布，从而解决或减缓地区电网主变过载的状况；对于可行的电网结构调整方案，综合考虑电网负载均衡度、短路电流、电压水平，确定各单一指标的权重，进而根据综合指标的大小对可行方案进行优劣排序，确定最佳的调整方案。本发明无需进行切负荷操作，提高了地区电网的供电可靠性。

Description

针对主变过载的地区电网结构动态调整方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，具体涉及一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法方法。

背景技术

随着负荷的快速增长，部分地区电网的500kV变电站的负荷已超过其额定容量。在迎峰度夏或是部分主变停运检修等负荷较重期间，若不采取任何控制措施，主变过载可能达150％上，一旦达到主变的过流保护动作定值，主变即会跳闸，这会严重影响地区电网的供电可靠性和安稳运行。

目前针对主变过负荷问题，主要采取的手段为按伦次切负荷，这样做可以保证重要用户的供电。2011年9月出台的《国务院第599号令电力安全事故应急处置和调查处理条例》对不同程度的事故情况下的切负荷比例等予以明确规定，至此，尽量降低切除用电负荷量是电网公司在事故处理过程中优先考虑的问题。

在这一背景下，当地区电网在当前状态下或者预想故障下出现主变过载时，如何在最大程度上降低减供负荷比例的同时维系电网的安稳运行是一个值得考虑的问题。目前已有的研究和工程应用实例中，通过负荷转移可以一定程度上减缓过载问题。利用负荷转移等手段本质上是通过线路的投切调整电网的拓扑结构，从而改变整个网络的潮流分布。目前针对负荷转移大多依靠调度员的运行经验制定具体的转移方案，结果不够准确。此外，电网结构一旦发生改变，会对电网的安全性、可靠性和经济性都产生不同程度的影响，对不同的电网结构调整方案应予以综合考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，以实现在地区电网在当前状态或预想故障下出现主变过载问题时，对电网结构进行动态调整，兼顾经济性，维护地区电网的安全运行。

实现本发明目的的技术方案为：一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，读取地区电网运行方式以及相应的模型、参数和预想故障；

步骤2，判断地区电网是否主变过载，若过载，执行步骤3；否则返回步骤1；

步骤3，设定初始调整的线路条数；

步骤4，确定备选的电网结构动态调整方案；

步骤5，确定每个备选方案的效果评价指标，选取指标值大于设定门槛值的方案作为待校核方案；

步骤6，若所有待校核方案实施后均不能解决主变过载问题，则进入步骤7；否则，进入步骤8；

步骤7，若线路调整数已经达到调整上限，则认为无法搜索到合适方案，结束计算；否则，增加可调整线路数i＝i+1，返回步骤4；

步骤8，筛选出待校核方案中能够解决主变过载问题的可行方案；

步骤9，对可行方案进行综合评价，确定最终的电网结构动态调整方案。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明从维护供电可靠性的角度出发，通过线路投切改变地区电网的拓扑结构，重新调整网络的潮流分布，从而解决地区主变过载的问题；

(2)本发明的电网结构动态调整方法积极响应国务院599号令，最大程度上减少切负荷量，提高经济效益；

(3)现有研究中针对负荷转移大多依靠调度员的运行经验制定具体的转移方案，本发明所提出的方法综合考虑电网负载均衡度、短路电流、电压水平的电网结构动态调整方案，结果更加准确。

附图说明

图1为针对主变过载的地区电网结构动态调整方法流程原理图。

图2为电网结构调整方案综合评价指标构建流程图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，读取地区电网运行方式以及相应的模型、参数和预想故障；

步骤2，判断地区电网是否主变过载，若过载，执行步骤3；否则返回步骤1；

步骤3，设定初始调整的线路条数；

步骤4，确定备选的电网结构动态调整方案；

步骤5，计算每个备选方案的效果评价指标，将该指标值大于设定门槛值的方案选为待校核方案；

步骤6，若所有待校核方案实施后均不能解决主变过载问题，则进入步骤7；否则，进入步骤8；

步骤7，若线路调整数已经达到调整上限，则认为无法搜索到合适方案，结束计算；否则，增加可调整线路数i＝i+1，返回步骤4；

步骤8，筛选出待校核方案中能够解决主变过载问题的可行方案；

步骤9，对可行方案进行综合评价，确定最终的电网结构动态调整方案。

进一步的，本发明考虑当前状态下以及预想故障下的地区电网主变过载问题，步骤2中判断主变是否过载的方法如下：

式中，p表示变压器实际传输容量，p_max表示变压器最大传输容量，λ_T表示变压器的负载指标。

设定负载指标门槛值λ_Tthr，当满足λ_T＜λ_Tthr，判断主变过载。

进一步的，所述步骤5中针对每个电网结构调整方案的效果评价指标计算方法如下：

式中，ω_LT,i为第i种调整方案的效果评价指标，N为地区电网当前状态下发生过载的主变台数，η_p,j为第j台主变的过载程度，η′_p,j,i为按照第i种方案调整电网结构后第j台主变的过载程度，W为预想故障的个数，N_k为第k个预想故障下过载的主变台数，η_p,l,k为第k个故障下第l台主变的过载程度，η′_p,l,k,i为按照第i种方案调整电网结构后第k个故障下第l台主变的过载程度。

进一步的所述步骤9具体为：

对于能够解决地区主变过载问题的多个电网结构动态调整方案，综合考虑电网负载均衡度、短路电流、电压水平，利用组合赋权法确定各单一指标的权重，再通过线性加权确定每个方案的综合评价指标，得到所有可行方案的优劣排序结果，输出最佳电网结构调整方案。

进一步的，步骤9包括以下步骤：

1)对各指标进行无量纲化处理；

2)根据层次分析法确定各指标的权重；

2-1)对各指标两两间进行重要性比较，并构造判断矩阵A＝(a_rs)_q×q；

2-2)计算判断矩阵的特征值与特征向量，并对特征向量中元素进行归一化处理，确定层次单排序权重系数w_AHP；

2-3)对判断矩阵进行一致性检验；

判断矩阵的一致性准则为：

式中：C.R.为随机一致性比率；C.I.为一致性指标，λ_max为判断矩阵的最大特征根，q为判断矩阵的阶数，R.I.为平均随机一致性指标；

当C.R.＜0.1时，认为判断矩阵具有一致性，否则重新进行赋值和修正，直至一致性检验通过为止；

3)根据熵权法确定各指标的权重；

3-1)构建评价矩阵X＝(x_uv)_m×q，x_uv为第u个方案关于第v个指标的评价值；

3-2)标准化指标评价矩阵，计算公式为

3-3)求各指标的熵值E_v，并通过熵值确定最终指标权重h_v，计算公式如下

4)对各指标进行组合赋权，确定最终的权重；

对指标进行组合赋权，确定各评价指标的最终权重：

5)计算每个方案的综合指标，确定最优的结构调整方案；

采用线性加权的方法获取综合评价结果：

式中，y_i为第i个结构调整方案的综合评价指标；w_v为第v个指标的权重；x_v为第v个指标的大小。

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

目前，我国电网多采用分层分区运行的格局，即在750kV/500kV主网架日益完善的基础上，将低一级的330kV/220kV电网解开分片运行，形成以一座或多座750kV/500kV变电站为核心，区内包含330kV/220kV侧上网电厂的330kV/220kV电网分区运行格式。

本实施例考虑地区电网500kV主变过载，通过投切220kV线路对分区电网结构予以动态的调整，考虑的预想故障包括500kV线路和主变的N-1故障。

如图1所示，本实施例的一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，包括如下步骤：

步骤1，读取地区电网运行方式以及相应的模型、参数和预想故障；

步骤2，判断地区电网是否主变过载，若过载，执行步骤3；否则返回步骤1；

主变过载程度根据下式进行判断：

式中，p表示变压器实际传输容量；λ_T表示变压器的负载指标，设定负载指标门槛值λ_Tthr，当满足λ_T＜λ_Tthr，判断主变过载。

本实施例取λ_Tthr＝-0.5，当500kV主变满足λ_T＜-0.5时，判断其严重过载，需对电网进行动态的结构调整。

步骤3，设定初始调整的线路条数i₀；

步骤4，确定备选的电网结构动态调整方案；具体为：

确定备选的电网结构动态调整方案时候需要确保调整的线路为220kV已建线路，且对电网结构进行调整后不会形成孤网。

步骤5，计算每个备选方案的效果评价指标，将该指标值大于设定门槛值的方案选为待校核方案；

针对每个电网结构调整方案的效果评价指标计算方法如下：

式中：ω_LT,i为第i种调整方案的效果评价指标；N为地区电网当前状态下发生过载的主变台数；η_p,j为第j台主变的过载程度；η′_p,j,i为按照第i种方案调整电网结构后第j台主变的过载程度；W为预想故障的个数；N_k为第k个预想故障下过载的主变台数；η_p,l,k为第k个故障下第l台主变的过载程度；η′_p,l,k,i为按照第i种方案调整电网结构后第k个故障下第l台主变的过载程度。

步骤6，若所有待校核方案实施后均不能解决主变过载问题，则进入步骤7；否则，进入步骤8；

步骤7，若线路调整数已经达到调整上限，则认为无法搜索到合适方案，结束计算；否则，增加可调整线路数i＝i+1，返回步骤4；

步骤8，筛选出待校核方案中可完全解决主变过载问题的方案；

步骤9，对可行方案进行综合评价，确定最终的电网结构动态调整方案；具体为：

对于可以解决地区主变过载问题的多个电网结构动态调整方案，综合考虑电网负载均衡度、短路电流、电压水平，利用组合赋权法确定各单一指标的权重，再通过线性加权确定每个方案的综合评价指标，进而得到所有可行方案的优劣排序结果，输出最佳电网结构调整方案。

其中，本实施例用电网潮流熵指标表征电网的负载均衡度，具体计算方法如下：

式中：给定常数列Y＝{Y₁,Y₂,…Y_T}，使得系统中线路的负载率落在集合(Y_t,Y_t+1]中，l_t表示负载率落于区间(Y_t,Y_t+1]里的线路条数，P(t)为负载率落在(Y_t,Y_t+1]内的线路数占总线路数的比值，S_index为电网潮流熵指标。

若线路的负载率都属于同一个负载率区间，即电网线路负载率都基本相同时，潮流熵为0，说明线路传输功率大的线路实际潮流也大，而传输功率小的线路实际潮流也较小，此时线路潮流分布最均衡；若任意两条线路的负载率都不属于同一个负载率区间，即线路负载率基本不相同时，潮流熵指标值达到最大值，这时电网中线路潮流分布最不均衡，系统无序程度最高。

本发明采用组合赋权法，将主观赋权法中的层次分析法和客观赋权法中的熵权法相结合对电网负载均衡度、短路电流、电压水平各单一指标赋权。

如图2所示，综合评价指标的构建包括以下步骤：

1)对指标进行无量纲化处理；

2)根据层次分析法确定各指标的权重；

3)根据熵权法确定各指标的权重；

4)对各指标进行组合赋权，确定最终的权重；

5)计算每个方案的综合指标，确定最优的结构调整方案。

其中，层次分析法按照以下步骤进行分析：

2-1)对各指标两两间进行重要性比较，并构造判断矩阵A＝(a_rs)_q×q；

2-2)计算判断矩阵的特征值与特征向量，并对特征向量中元素进行归一化处理，确定层次单排序权重系数w_AHP；

2-3)对判断矩阵进行一致性检验，以避免当一致性判断值过大时，决策结果出现不可靠的情况。

判断矩阵的一致性准则为：

式中：C.R.为随机一致性比率；C.I.为一致性指标，λ_max为判断矩阵的最大特征根；q为判断矩阵的阶数；R.I.为平均随机一致性指标。

当C.R.＜0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要重新进行赋值和修正，直至一致性检验通过为止。

熵权法的具体计算过程如下：

3-1)构建评价矩阵X＝(x_uv)_m×q，x_uv为第u个方案关于第v个指标的评价值；

3-2)标准化指标评价矩阵，计算公式为

3-3)求各指标的熵值E_v，并通过熵值确定最终指标权重h_v，计算公式如下

本实施例采取的组合赋权具体方法如下：

对指标进行组合赋权，确定各评价指标的最终权重w：

权重确定之后，可通过模糊数学等运算方法确定每级指标的综合评价指标。本发明采用线性加权的方法获取综合评价结果，可记为：

式中，y_i为第i个结构调整方案的综合评价指标；w_v为第v个指标的权重；x_v为第v个指标的大小。

应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，读取地区电网运行方式以及相应的模型、参数和预想故障；

步骤2，判断地区电网是否主变过载，若过载，执行步骤3；否则返回步骤1；

步骤3，设定初始调整的线路条数；

步骤4，确定备选的电网结构动态调整方案；

步骤5，确定每个备选方案的效果评价指标，选取指标值大于设定门槛值的方案作为待校核方案；

步骤6，若所有待校核方案实施后均不能解决主变过载问题，则进入步骤7；否则，进入步骤8；

步骤7，若线路调整数已经达到调整上限，则认为无法搜索到合适方案，结束计算；否则，增加可调整线路数i＝i+1，返回步骤4；

步骤8，筛选出待校核方案中能够解决主变过载问题的可行方案；

步骤9，对可行方案进行综合评价，确定最终的电网结构动态调整方案。

2.根据权利要求1所述的针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，其特征在于，所述步骤2中判断主变是否过载的方法如下：

${\mathrm{\λ}}_T=1-\frac{p}{p_{max}}---\left(1\right)$

式中，p表示变压器实际传输容量，p_max表示变压器最大传输容量，λ_T表示变压器的负载指标。

设定负载指标门槛值λ_Tthr，当满足λ_T＜λ_Tthr，判断主变过载。

3.根据权利要求1所述的针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，其特征在于，所述步骤5中针对每个电网结构调整方案的效果评价指标计算方法如下：

${\mathrm{\ω}}_{LT,i}=\[\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}({\mathrm{\η}}_{p,j,i}^{\′}-{\mathrm{\η}}_{p,j})+\underset{k=1}{\overset{W}{\Σ}}\underset{l=1}{\overset{N_k}{\Σ}}({\mathrm{\η}}_{p,l,k,i}^{\′}-{\mathrm{\η}}_{p,l,k})\]/(N+N_{k}W)---\left(2\right)$

式中，ω_LT,i为第i种调整方案的效果评价指标，N为地区电网当前状态下发生过载的主变台数，η_p,j为第j台主变的过载程度，η′_p,j,i为按照第i种方案调整电网结构后第j台主变的过载程度，W为预想故障的个数，N_k为第k个预想故障下过载的主变台数，η_p,l,k为第k个故障下第l台主变的过载程度，η′_p,l,k,i为按照第i种方案调整电网结构后第k个故障下第l台主变的过载程度。

4.根据权利要求1所述的针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，其特征在于，所述步骤9具体为：

对于能够解决地区主变过载问题的多个电网结构动态调整方案，综合考虑电网负载均衡度、短路电流和电压水平，利用组合赋权法确定各单一指标的权重，再通过线性加权确定每个方案的综合评价指标，得到所有可行方案的优劣排序结果，输出最佳电网结构调整方案。

5.根据权利要求4所述的针对主变过载的地区电网结构动态调整方法，其特征在于，步骤9具体过程为：

1)对各指标进行无量纲化处理；

2)根据层次分析法确定各指标的权重；

2-1)对各指标两两间进行重要性比较，并构造判断矩阵A＝(a_rs)_q×q；

2-2)计算判断矩阵的特征值与特征向量，并对特征向量中元素进行归一化处理，确定层次单排序权重向量w_AHP；

2-3)对判断矩阵进行一致性检验；

判断矩阵的一致性准则为：

$C.R.=\frac{C.I.}{R.I.}<0.1---\left(3\right)$

式中：C.R.为随机一致性比率；C.I.为一致性指标，λ_max为判断矩阵的最大特征根，q为判断矩阵的阶数，R.I.为平均随机一致性指标；

当C.R.＜0.1时，认为判断矩阵具有一致性，否则重新进行赋值和修正，直至一致性检验通过为止；

3)根据熵权法确定各指标的权重；

3-1)构建评价矩阵X＝(x_uv)_m×q，x_uv为第u个方案关于第v个指标的评价值；

3-2)标准化指标评价矩阵，计算公式为

${\mathrm{\&alpha;}}_{uv}=\frac{x_{uv}}{\underset{u=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{x}_{uv}}---\left(4\right)$

3-3)求各指标的熵值E_v，并通过熵值确定最终指标权重h_v，计算公式如下

$E_v=\frac{\underset{u=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_{uv}{\mathrm{ln\&alpha;}}_{uv}}{\ln m}---\left(5\right)$

$h_v=\frac{1-E_v}{\underset{v=1}{\overset{q}{\&Sigma;}}(1-E_v)}---\left(6\right)$

4)对各指标进行组合赋权，确定最终的权重；

对指标进行组合赋权，确定各评价指标的最终权重：

$w_v=\frac{w_{AHP\_v}{h}_v}{\underset{v=1}{\overset{q}{\&Sigma;}}{w}_{AHP\_v}{h}_v},v=1,2,...,q---\left(7\right)$

5)计算每个方案的综合指标，确定最优的结构调整方案；

采用线性加权的方法获取综合评价结果：

$y_i=\underset{v=1}{\overset{q}{\&Sigma;}}{x}_v{w}_v---\left(8\right)$

式中，y_i为第i个结构调整方案的综合评价指标；w_v为第v个指标的权重；x_v为第v个指标的大小。