CN106602548A - 一种基于eeac的暂态稳定关键输电断面识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明基于EEAC量化评估结果对预想故障集合进行故障筛选；利用暂态稳定仿真动态过程中各线路的功率波动幅度筛选候选断面组成支路；模拟候选断面组成支路开断，以EEAC提供的主导互补群机组所在节点为根节点，遍历所有同根节点连通的节点，标记其从属群；以候选支路的首末端节点中分别属于S群和A群的节点作为起点和终点，通过拓扑搜索，获取所有连接起点和终点的连通路径；对属于连通路径的候选支路，优先挑选功率波动幅度较大的支路组成割集断面。本发明可以满足电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别暂态稳定关键输电断面进行在线安全监视的要求。

Description

一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法。

背景技术

输电断面是指在电网安全稳定或者电量交换上相互关联的一组输电元件(线路、变压器)。从功率传输角度来看，断面中各个输电元件传送的有功功率应该是同方向的；从电量交换的角度来看，联接两个区域的一组输电线路就构成了能量交换的一个输电断面。输电断面作为功率输送的通道和电气联系的走廊，集中体现了电网中的薄弱环节，对其进行监视在电力系统的运行和控制中具有重要意义。

目前输电断面往往是由系统分析人员根据运行经验和自然地域信息选定，按照事先研究指定的调整原则和方法，离线或在线实时计算出关键输电断面的极限功率，调度运行人员根据极限功率对输电断面功率进行监视和控制。但随着区域电网联系的加强，运行情况越来越复杂，仅凭运行经验和地域信息已难以准确确定关键输电断面。更为重要的是，如果电网发生了诸如冰灾、地震、洪水等极端外部灾害，造成大面积的群发性断线和倒塔，调度员缺乏经验和应对策略，面对大量的薄弱输电断面无所适从，因此需要一种能在电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别关键输电断面的方法，它能基于电网实时运行方式，识别关键的薄弱输电断面，进而可计算关键输电断面的极限功率，满足在线安全监视和调度控制的要求。

在实际电力系统中，暂态稳定关键输电断面是存在暂态失稳隐患的断面，随着传输功率逐步增大，在某些故障下可能激发暂态失稳现象。给定运行方式下，某一功角稳定模式对应于一个关键断面，稳定模式信息反映了功角稳定的物理本质，基于EEAC提供的稳定模式分群信息，利用暂态稳定仿真动态过程中各线路的功率波动幅度筛选候选断面组成支路，通过拓扑搜索，可准确识别跟该模式对应的关键断面。

专利“电力系统故障的暂态稳定关键输电断面识别方法”(ZL200710135089.2)提出了一种根据电网运行状态、模型和参数、预想故障场景、输电断面候选集合，确定考虑电力系统暂态稳定性的与故障对应的关键输电断面识别方法，该方法依赖于人工指定候选的输电断面集合，无法实现薄弱输电断面的自动发现。

发明内容

本发明目的是：为了满足电网当前运行情况下考虑预想故障场景识别暂态稳定关键输电断面进行在线安全监视的要求，提供了一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，该方法在预想故障集合暂态稳定评估基础上，基于EEAC量化评估结果对预想故障集合进行故障筛选；利用暂态稳定仿真动态过程中各线路的功率波动幅度筛选候选断面组成支路；模拟候选断面组成支路开断，以EEAC提供的主导互补群机组所在节点为根节点，遍历所有同根节点连通的节点，标记其从属群；以候选支路的首末端节点中分别属于S群和A群的节点作为起点和终点，通过拓扑搜索，获取所有连接起点和终点的连通路径；对属于连通路径的候选支路，优先挑选功率波动幅度较大的支路组成割集断面。

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)基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流、稳定文件，根据EEAC扩展等面积准则量化分析，对预想故障集合F₁进行暂态稳定评估，进入步骤2)；

2)基于暂态稳定评估结果对F₁进行故障筛选，得到进行关键输电断面识别的候选关键故障集合F₂，设F₂中故障总数为k_F2，若k_F2等于0，则结束本方法；否则初始化循环变量i_F2＝0，进入步骤3)；

3)令i_F2＝i_F2+1，若i_F2＞k_F2则转至步骤8)；否则进入步骤4)；

4)获取候选支路：将F₂中第i_F2个故障暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路连同故障线路一起作为候选线路，将首末端节点相同的候选线路合并为一条候选支路；候选支路按功率波动值排序，组成候选支路集合E₁，进入步骤5)；

5)模拟E₁开断后拓扑搜索：以EEAC提供的F₂中第i_F2个故障主导互补群机组所在节点为根节点，基于潮流文件的初始网络拓扑图T₁，模拟E₁开断，采用广度优先搜索算法遍历所有同根节点连通的节点，搜索过程中标记已搜节点的从属状态，设主导互补群中临界群为S,余下群为A，同S群根节点连通的节点标记为S群节点，同A群根节点连通的节点标记为A群节点，若两群导通，返回步骤3)；否则进入步骤6)；

6)连通路径搜索：以E₁支路首末端节点中的S群节点为起点，A群节点为终点，设T₁中未搜索过的网络为T₂，所述T₂包含E₁，基于T₂获取所有连接起点与终点的连通路径集合R₁，若R₁为空，返回步骤3)；否则进入步骤7)；

7)割集断面生成：对E₁中属于连通路径R₁的支路，优先挑选排序靠前的支路作为割集断面组成支路集合E₂，其中每条连通路径必须挑选且仅挑选1个支路，若E₂非割集，直接返回步骤3)；否则，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt，返回步骤3)；

8)对确认后的关键输电断面进行查重，若关键输电断面的组成支路完全一致则认为同一断面。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中基于暂态稳定评估结果对F₁进行故障筛选时，当同时满足以下条件认为相应故障为候选关键故障：

EEAC提供的暂态功角稳定裕度小于等于暂态功角稳定裕度门槛值；

EEAC提供的主导互补群中S群机组个数大于等于临界群机组最小个数。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路，通过以下方法确定：

4-1)设电网中共有条线路，统计动态仿真过程中时间段{t1+Δt,t2}内每条线路有功与初始潮流有功之差的绝对值最大值作为该线路的动态功率波动值；对首末端节点相同的线路，合并其为一条支路，对应的动态功率波动值求和；

其中，t1为故障清除时刻；Δt为线路动态功率波动统计起点时间延迟；t2为仿真结束时刻；

4-2)设合并后支路数为对每一支路按以下公式计算支路的动态功率波动标幺值：

其中，dppu(j)为第j条支路的动态功率波动标幺值，dp(j)为步骤3-1)统计的该支路的动态功率波动值；

4-3)将所有支路按其动态功率波动标幺值排序，输出前L_max个动态功率波动标幺值大于支路动态功率波动输出下限相对阈值的支路，其中，L_max为支路动态功率波动输出个数上限。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤6)中的连通路径，是指从起点出发经过若干支路和节点到达终点，其中支路和节点均不能重复出现，路径中内部节点度为2，起点和终点度为1；每条路径存储为节点的有序队列；

连通路径搜索，具体通过以下方法实现：

6-1)拓扑搜索所用图为T₂，设E₁所有支路的首末端节点中S群节点的个数为

6-2)对每个S群节点，分别将其存入其相应的节点有序队列作为起点，节点有序队列的总数为设第i个S群节点相应的节点有序队列为并将全部节点有序队列组成集合Q^now，集合Q^now中节点有序队列个数其中节点有序队列的第一个点称为起点，最后一个点称为尾点；

6-3)置下一轮待搜索的有序队列集合Q^next中队列的个数n＝0；

6-4)对Q^now中每个队列，设该队列的尾点在T₂中共有k_i个相邻节点，并对其每一个相邻节点按以下方式处理：

如其相邻节点已存在于该队列中则不处理；

如其相邻节点为A群节点，则该路径到达终点，令临时的节点有序队列将该相邻节点存入q'，并将q'存入路径集合R₁；

如其相邻节点既不存在于该队列中又不为A群节点，则令临时的节点有序队列将该相邻节点存入q'，并将q'存入Q^next，令n＝n+1；

6-5)若令Q^now＝Q^next和返回6-3)，否则进入6-6)；

6-6)R₁即为所有连接起点与终点的连通路径集合。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤7)具体通过以下方法实现：

7-1)置已开断路径集合

7-2)对E₁中的支路按已排次序依次处理，若待处理的支路属于R₂中的任一路径则不处理，若该支路属于R₁中的任一路径则将该支路放入割集断面组成支路集合E₂中，并将R₁中包含该支路的路径移至R₂；

7-3)若则E₂为割集，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt；

7-4)返回步骤3)。

本发明的有益效果如下：本发明提出了一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法。基于EEAC提供的主导互补群，保证了最危险失稳模式识别及两群电网划分的正确性；利用暂态稳定仿真动态过程中各线路的功率波动幅度筛选候选断面组成支路，准确定位断面搜索范围；以候选断面组成支路的首末端节点中分别同S群和A群连通的节点作为起点和终点，通过拓扑搜索，获取所有连接起点和终点的连通路径，优先挑选功率波动幅度较大的候选支路开断连通路径(每条连通路径必须挑选且仅挑选一个支路)，准确识别最小割集断面。应用本发明方法，自动准确的识别电网当前运行情况下考虑预想故障场景的暂态稳定关键输电断面，不再依赖于人工指定，满足在线安全监视的要求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示：

图1中步骤1描述的是基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流、稳定文件，根据扩展等面积准则(EEAC)量化分析理论，对预想故障集合F₁进行暂态稳定评估，进入步骤2；

扩展等面积准则(EEAC)量化分析理论为本领域的公知常识，具体可参见《运动稳定性量化理论：非自治非线性多刚体系统的稳定性分析》(薛禹胜著，江苏科学技术出版社，1999.12版)。

图1中步骤2描述的是基于暂态稳定评估结果对F₁进行故障筛选，得到进行关键输电断面识别的候选关键故障集合F₂(设其中故障的个数为k_F2)，若k_F2等于0，则结束本方法；否则初始化i_F2＝0，进入步骤3；

具体判别候选关键故障的条件如下(需同时满足以下条件)：

EEAC提供的暂态功角稳定裕度小于等于暂态功角稳定裕度门槛值(一般设置为40％)；

EEAC提供的主导互补群{临界群S,余下群A}中S群机组个数大于等于临界群机组最小个数(一般设置为5)。

图1中步骤3描述的是令i_F2＝i_F2+1，若i_F2＞k_F2则转至步骤8；否则进入步骤4；

图1中步骤4描述的是获取候选支路：选取故障i_F2暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路连同故障线路一起作为候选线路，将首末端节点相同的候选线路合并为一条候选支路；候选支路按功率波动值排序，组成候选支路集合E₁，进入步骤5；

暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路的确定方法如下：

4-1)设电网中共有条线路，统计动态仿真过程中时间段{t1+Δt,t2}内每条线路有功与初始潮流有功之差的绝对值最大值作为该线路的动态功率波动值；对首末端节点相同的线路，合并其为一条支路，对应的动态功率波动值求和；

其中，t1为故障清除时刻；Δt为线路动态功率波动统计起点时间延迟，一般设置为0.2s；t2为仿真结束时刻。

4-2)设合并后支路数为对每一支路计算支路的动态功率波动标幺值dppu(j)，计算公式如下：

其中，dp(j)上一步统计的该支路的动态功率波动值。

4-3)将所有支路按dppu(j)排序，输出前L_max个dppu(j)大于支路动态功率波动输出下限相对阈值(一般设置为0.2)的支路。其中，L_max为支路动态功率波动输出个数上限，一般设置为20。

图1中步骤5描述的是模拟E₁开断后拓扑搜索：以EEAC提供的故障i_F2主导互补群{临界群S,余下群A}机组所在节点为根节点(起点)，基于潮流文件的初始网络拓扑图T₁，模拟E₁开断，采用广度优先搜索算法遍历所有同根节点连通的节点，搜索过程中标记已搜节点的从属状态(同S群根节点连通的节点标记为S群节点，同A群根节点连通的节点标记为A群节点)，若两群导通，返回步骤3；否则进入步骤6；

图1中步骤6描述的是连通路径搜索：以E₁支路首末端节点中的S群节点为起点，A群节点为终点，基于T₁中未搜索过的网络T₂(含E₁)，获取所有连接起点与终点的连通路径集合R₁，若R₁为空，返回步骤3；否则进入步骤7；

所述连通路径，是指从起点出发经过若干支路和节点到达终点，其中支路和节点均不能重复出现，路径中内部节点度为2，起点和终点度为1；每条路径存储为节点的有序队列。

上述搜索过程具体如下：

6-1)拓扑搜索所用图为T₁中未搜索过的网络T₂(含E₁)，E₁所有支路的首末端节点中S群节点的个数为进入6-2)；

6-2)对每个S群节点将其存入节点有序队列作为起点；个有序队列组成集合Q^now，集合中队列个数进入6-3)；

其中，有序队列的第一个点称为起点，最后一个点称为尾点。

6-3)置下一轮待搜索的有序队列集合个数n＝0，进入6-4)；

6-4)对Q^now中每个队列设的尾点在T₂中共有k_i个相邻节点，对每个相邻节点j(j＝1…k_i)，若j已存在于中，则不处理；若j为A群节点，则该路径到达终点，令将j存入q'，q'存入路径集合R₁；否则，令将j存入q'，q'存入Q^next，n＝n+1。进入6-5)；

其中，q'为临时的节点有序队列。

6-5)若令Q^now＝Q^next、返回6-3)；否则进入6-6)；

6-6)R₁即为所有连接起点与终点的连通路径集合。

图1中步骤7描述的是割集断面生成：对E₁中属于连通路径R₁的支路，优先挑选排序靠前的支路作为割集断面组成支路集合E₂，其中每条连通路径必须挑选且仅挑选1个支路，若E₂非割集，直接返回步骤3；否则，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt，返回步骤3；

具体通过以下方法实现：

7-1)置已开断路径集合

7-2)对E₁中的支路按已排次序依次处理，若支路i(i∈E₁)属于R₂中的任一路径，则不处理；若该支路属于R₁中的任一路径，则将该支路放入割集断面组成支路集合E₂中，并将R₁中包含该支路的路径移至R₂(移动后R₁中不再存在该路径，可保证每条路径只挑选一条支路)；

7-3)若则E₂为割集，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt。

7-4)返回步骤3。

图1中步骤8描述的是对确认后的关键输电断面进行查重，若关键输电断面的组成支路完全一致则认为同一断面。

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 (5)

1.一种基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于电网的模型参数和当前的运行状态生成潮流、稳定文件，根据EEAC扩展等面积准则量化分析，对预想故障集合F₁进行暂态稳定评估，进入步骤2)；

2)基于暂态稳定评估结果对F₁进行故障筛选，得到进行关键输电断面识别的候选关键故障集合F₂，设F₂中故障总数为k_F2，若k_F2等于0，则结束本方法；否则初始化循环变量i_F2＝0，进入步骤3)；

3)令i_F2＝i_F2+1，若i_F2＞k_F2则转至步骤8)；否则进入步骤4)；

4)获取候选支路：将F₂中第i_F2个故障暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路连同故障线路一起作为候选线路，将首末端节点相同的候选线路合并为一条候选支路；候选支路按功率波动值排序，组成候选支路集合E₁，进入步骤5)；

5)模拟E₁开断后拓扑搜索：以EEAC提供的F₂中第i_F2个故障主导互补群机组所在节点为根节点，基于潮流文件的初始网络拓扑图T₁，模拟E₁开断，采用广度优先搜索算法遍历所有同根节点连通的节点，搜索过程中标记已搜节点的从属状态，设主导互补群中临界群为S,余下群为A，同S群根节点连通的节点标记为S群节点，同A群根节点连通的节点标记为A群节点，若两群导通，返回步骤3)；否则进入步骤6)；

6)连通路径搜索：以E₁支路首末端节点中的S群节点为起点，A群节点为终点，设T₁中未搜索过的网络为T₂，所述T₂包含E₁，基于T₂获取所有连接起点与终点的连通路径集合R₁，若R₁为空，返回步骤3)；否则进入步骤7)；

7)割集断面生成：对E₁中属于连通路径R₁的支路，优先挑选排序靠前的支路作为割集断面组成支路集合E₂，其中每条连通路径必须挑选且仅挑选1个支路，若E₂非割集，直接返回步骤3)；否则，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt，返回步骤3)；

8)对确认后的关键输电断面进行查重，若关键输电断面的组成支路完全一致则认为同一断面。

2.根据权利要求1所述的基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，其特征在于，所述步骤2)中基于暂态稳定评估结果对F₁进行故障筛选时，当同时满足以下条件认为相应故障为候选关键故障：

EEAC提供的暂态功角稳定裕度小于等于暂态功角稳定裕度门槛值；

EEAC提供的主导互补群中S群机组个数大于等于临界群机组最小个数。

3.根据权利要求1所述的基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，其特征在于，所述步骤4)中暂态稳定仿真动态过程中功率波动幅度较大的线路，通过以下方法确定：

4-1)设电网中共有条线路，统计动态仿真过程中时间段{t1+Δt,t2}内每条线路有功与初始潮流有功之差的绝对值最大值作为该线路的动态功率波动值；对首末端节点相同的线路，合并其为一条支路，对应的动态功率波动值求和；

其中，t1为故障清除时刻；Δt为线路动态功率波动统计起点时间延迟；t2为仿真结束时刻；

4-2)设合并后支路数为对每一支路按以下公式计算支路的动态功率波动标幺值：

$dppu\left(j\right)=dp\left(j\right)/\underset{\[j=1,k_L^2\]}{max}\left\{dp\left(j\right)\right\}$

其中，dppu(j)为第j条支路的动态功率波动标幺值，dp(j)为步骤3-1)统计的该支路的动态功率波动值；

4-3)将所有支路按其动态功率波动标幺值排序，输出前L_max个动态功率波动标幺值大于支路动态功率波动输出下限相对阈值的支路，其中，L_max为支路动态功率波动输出个数上限。

4.根据权利要求1所述的基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，其特征在于，所述步骤6)中的连通路径，是指从起点出发经过若干支路和节点到达终点，其中支路和节点均不能重复出现，路径中内部节点度为2，起点和终点度为1；每条路径存储为节点的有序队列；

连通路径搜索，具体通过以下方法实现：

6-1)拓扑搜索所用图为T₂，设E₁所有支路的首末端节点中S群节点的个数为

6-2)对每个S群节点，分别将其存入其相应的节点有序队列作为起点，节点有序队列的总数为设第i个S群节点相应的节点有序队列为并将全部节点有序队列组成集合Q^now，集合Q^now中节点有序队列个数其中节点有序队列的第一个点称为起点，最后一个点称为尾点；

6-3)置下一轮待搜索的有序队列集合Q^next中队列的个数n＝0；

6-4)对Q^now中每个队列，设该队列的尾点在T₂中共有k_i个相邻节点，并对其每一个相邻节点按以下方式处理：

如其相邻节点已存在于该队列中则不处理；

如其相邻节点为A群节点，则该路径到达终点，令临时的节点有序队列将该相邻节点存入q'，并将q'存入路径集合R₁；

如其相邻节点既不存在于该队列中又不为A群节点，则令临时的节点有序队列将该相邻节点存入q'，并将q'存入Q^next，令n＝n+1；

6-5)若令Q^now＝Q^next和返回6-3)，否则进入6-6)；

6-6)R₁即为所有连接起点与终点的连通路径集合。

5.根据权利要求1所述的基于EEAC的暂态稳定关键输电断面识别方法，其特征在于，所述步骤7)具体通过以下方法实现：

7-1)置已开断路径集合

7-2)对E₁中的支路按已排次序依次处理，若待处理的支路属于R₂中的任一路径则不处理，若该支路属于R₁中的任一路径则将该支路放入割集断面组成支路集合E₂中，并将R₁中包含该支路的路径移至R₂；

7-3)若则E₂为割集，将E₂中支路还原为线路组成割集断面放入关键断面集合KeyInt；

7-4)返回步骤3)。