CN106899022A - 一种联络线越限控制分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联络线越限控制分析方法，具体步骤是：S1：区分电力系统中各控制区域的频率、电压和功率调整行为对联络线功率越限的负面作用和正面作用；S2：获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，用灵敏度表示每条联络线的功率变化与电力系统中各控制区域的区域控制偏差的一一对应的关系S3：将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组，S4：根据联络线功率变化与各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，区分各控制区域对联络线越限的责任，设计联络线越限控制评价标准；S5：确定所述评价标准的启动时间点；S6：确定所述评价标准的指标形式、作用时间和参数限制。

Description

一种联络线越限控制分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种联络线越限控制分析方法。

背景技术

中国总体上电力的供需分布情况是东、南沿海电力需求大且集中、发电资源少，中部电力供应相对富余，而西北部发电资源丰富、负荷较低。考虑未来洲际联网，俄罗斯远东地区和中亚地区的富余电量可能向中国输送，未来中国的电力流将呈现“西电东送”、“北电南送”的基本格局，电能需要大规模远距离输送。同时，为了满足日益增长的用电需求，同时实现可持续发展，减少温室气体的排放，我国以煤为主的化石能源发电比重将逐渐降低，资源丰富的太阳能发电和风力发电将得到大力发展。太阳能和风能等清洁能源具有波动性和间歇性，其预测必然存有一定误差，因此，大规模清洁能源并网在给电网提供清洁能源的同时，也给电网的安全和稳定运行带来了巨大的挑战。由于我国能源与负荷中心的分布不平衡，大规模风电需要远距离输送，因此，大范围跨区域输电亦是未来电网面临的一大挑战。

为满足大规模、远距离、高效率电力输送的要求，推动国家清洁能源开发目标的实现以及清洁能源的高效利用，提高电网运行安全性和社会综合效益，国家电网公司推动建设特高压交直流混合电网，预计在2020年将建成“三纵三横”特高压交流骨干网架和11项特高压直流输电。特高压输电线路将承担着大容量跨区域输电的重任，随着特高压电网的发展，区域间互联越来越紧密，联络线越限几率也随之增加。特高压输电线路的容量是500kV超高压线路的4-5倍，若特高压联络线越限，其后果比普通联络线越限要严重的多。因此，在特高压环境下，应更加注重系统安全，联络线功率波动的控制更为重要。

目前涉及联络线越限的控制标准主要有北美的CPS2标准、TOP系列标准以及我国的T标准。CPS2限制联络线的非计划潮流，然而研究表明，CPS2标准的限值L₁₀比较严格，远小于联络线的传输空间，联络线的交换能力未能被充分利用，与电网互联的宗旨相悖，尤其不适用与特高压区域电网中的多区域广域联合调控。北美电力可靠性委员会用TOP(Transmission Operation)标准对输电运行安全进行限制，要求防止系统运行极限和互联电力系统可靠性运行极限越限，该标准更多地从宏观的角度提出各类指导性意见，是从总体框架和规范的层面对平衡机构、输电运营商、发电运营商和用户代理商等的约束，较少涉及具体的控制指标或控制要求，不适合我国电网自上而下的管理模式。我国目前控制联络线功率波动的T标准，是针对两个控制区域之间一条联络线连接，无法适用于特高压环境下错综复杂的网架结构；并且T标准仅限于评估联络线两端的整体区域，难以直接指导各子区域(如各省级电网)的控制策略。

在当前多控制区域广域联合调控的情形下，特高压输电线路将承担着大容量跨区域输电的重任。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种联络线越限控制分析方法，

包括以下步骤：

S1：区分电力系统中各控制区域的频率、电压和功率调整行为对联络线功率越限的负面作用和正面作用；

S2：通过考察电力系统中各控制区域的区域控制偏差与联络线功率变化的关系，来评价电力系统中控制区域的调控行为是否有利于联络线越限情况的恢复，获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，用灵敏度表示每条联络线的功率变化与电力系统中各控制区域的区域控制偏差的一一对应的关系，从而确定引起联络线功率变化的责任区域；

S3：将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组，设电力系统的运行方式不发生变化时，控制区域的区域控制偏差在自动发电控制机组间的分配模式不变，同时联络线功率变化对控制区域的区域控制偏差的灵敏度是确定值；

S4：根据联络线功率变化与各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，区分各控制区域对联络线越限的责任，设计联络线越限控制评价标准；

S5：确定所述评价标准的启动时间点；

S6：确定所述评价标准的指标形式、作用时间和参数限制。

S2中：获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度的方法如下

首先计算发电机功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度：

发电转移分布因子用于表征发电机增加单位有功出力所引起的支路有功潮流变化量，发电节点g对支路ij的转移系数为：

式中，ΔP_g为发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，即发电机g的功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度；

由于发电转移分布因子基于直流，通过直流潮流方程推导出发电转移分布因子计算表达式，若发电机g的发电功率变化ΔP_g，其余发电机保持不变，则：

式中A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，x_ig，x_jg为节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗，从而可由发电转移分布因子计算出整个互联电网中各个节点的功率变化对线路ij潮流的影响：

式中，ΔP_g为控制区域x内发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为联络线ij的功率变化，x_ig、x_jg为控制区域x的节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗。

将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组；

控制区域的区域控制偏差由该区域中各个节点的功率随机波动产生，任意节点长时间段内的平均功率随机波动的幅度用该节点功率波动的标准差进行描述，设控制区域的区域控制偏差的波动由区域中各节点按照标准差比例构成，依据控制区域内节点功率的波动幅度标准差，将区域控制偏差的波动分配到各个节点：

式中，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内节点g的功率波动标准差，由于区域控制偏差的分配而引起的节点g的功率变化为ΔP_g；

将上式代入节点的功率变化对联络线潮流的影响的公式中，可得：

式中即为线路ij的功率变化对控制区域x的区域控制偏差的灵敏度；

式中，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内发电节点g的功率波动标准差，A_g-ij为控制区域x内发电节点g对支路ij的转移系数。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种联络线越限控制分析方法，适合于我国调度环境，涉及具体的控制指标或控制要求，能够保证联络线安全的联络线控制评价标准，一方面充分放开联络线输电能力，一方面避免潮流越限保证系统安全优质运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中单条线路的等值电路图；

图2为本发明中潮流越限严重度示意图；

图3为本发明中联络线功率和控制区域的区域控制偏差的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种联络线越限控制分析方法，具体包括以下步骤：

S1：区分电力系统中各控制区域的频率、电压和功率调整行为对联络线功率越限的负面作用和正面作用；

S2：通过考察电力系统中各控制区域的区域控制偏差与联络线功率变化的关系，来评价电力系统中控制区域的调控行为是否有利于联络线越限情况的恢复，获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，用灵敏度表示每条联络线的功率变化与电力系统中各控制区域的区域控制偏差的一一对应的关系，从而确定引起联络线功率变化的责任区域；

S3：将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组，设电力系统的运行方式不发生变化时，控制区域的区域控制偏差在自动发电控制机组间的分配模式不变，同时联络线功率变化对控制区域的区域控制偏差的灵敏度是确定值；

S4：根据联络线功率变化与各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，区分各控制区域对联络线越限的责任，设计联络线越限控制评价标准；

S5：确定所述评价标准的启动时间点；

S6：确定所述评价标准的指标形式、作用时间和参数限制。

如图1所示，交流网络中某条支路ij所通过功率表达式为：

在交流潮流模型基础上简化导出直流潮流模型：

P＝B₀θ

其中P和θ分别为n－1阶节点有功功率注入和电压相角向量，其中不包括作为角度参考点的平衡节点的有关量。

具体的简化条件为：

①高压输电线路的电阻远小于电抗，故忽略线路电阻，则支路电纳为b_ij＝-1/x_ij，其中x_ij为不接地支路的电抗。

②输电线路两端电压相角差不大，可以认为cosθ_ij≈1,sinθ_ij≈θ_ij。

③假定系统中各节点电压标幺值都等于1，即V_i≈V_j＝1。

④不计接地支路的影响，即b_i0＝0。

S2中：获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度的方法如下

首先计算发电机功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度：

发电转移分布因子用于表征发电机增加单位有功出力所引起的支路有功潮流变化量，发电节点g对支路ij的转移系数为：

式中，ΔP_g为发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，即发电机g的功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度；

由于发电转移分布因子基于直流，通过直流潮流方程推导出发电转移分布因子计算表达式，若发电机g的发电功率变化ΔP_g，其余发电机保持不变，则：

式中A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，x_ig，x_jg为节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗，从而可由发电转移分布因子计算出整个互联电网中各个节点的功率变化对线路ij潮流的影响：

式中，ΔP_g为控制区域x内发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为联络线ij的功率变化，x_ig、x_jg为控制区域x的节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗。

进一步的，将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组。

当系统运行方式不同时，区域的ACE总量会以不同的比例落实到各个发电机组(而各发电机组对联络线功率的灵敏度不同)，则联络线功率对某区域的总ACE的灵敏度会有所不同。

考虑到在运行方式不发生较大变化时，区域总ACE在AGC机组间的分配模式基本不变，因此，当运行方式不发生较大变化时，可近似认为联络线功率变化对区域ACE灵敏度接近于确定值。当然，也可以将运行方式划分为相对平稳的几个阶段，每个阶段取近似确定的灵敏度。

控制区域的区域控制偏差由该区域中各个节点的功率随机波动产生，任意节点长时间段内的平均功率随机波动的幅度用该节点功率波动的标准差进行描述，设控制区域的区域控制偏差的波动由区域中各节点按照标准差比例构成，依据控制区域内节点功率的波动幅度标准差，将区域控制偏差的波动分配到各个节点：

式中，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内节点g的功率波动标准差，由于区域控制偏差的分配而引起的节点g的功率变化为ΔP_g；

将上式代入节点的功率变化对联络线潮流的影响的公式中，可得：

式中即为线路ij的功率变化对控制区域x的区域控制偏差的灵敏度；

式中，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内发电节点g的功率波动标准差，A_g-ij为控制区域x内发电节点g对支路ij的转移系数。该公式描述了控制区域x的区域控制偏差波动与联络线ij功率波动之间的关系。

当确定灵敏度后，则可以据此区分各控制区域对联络线越限的责任。以此为基础，设计适合于我国国情的联络线控制评价标准。

确定标准的启动时间点。

参照《华东电网异常及故障处理规范化实施细则》中省(市)调联络线口子偏差异常的处理规范：

①全网旋转备用充足且不存在送受电阻塞情况时。若联络线口子偏差异常的省(市)备用充足，则其应在10分钟内调整出力，恢复联络线口子正常；若联络线口子偏差异常的省(市)备用不足，则其应主动与备用充足省(市)调或华东网调进行交易。如网调无特别要求，则省(市)调应在30分钟内恢复联络线口子至正常值。

②全网旋转备用不足或存在送受电阻塞情况时。全网正备用不足时，若区外可以购电，且系统方式允许时，备用不足的省(市)调应主动提出向区外购电。如华东网调无特别要求，则省(市)调应在30分钟内恢复联络线口子正常；若无法向区外购电，则要求备用不足省(市)做好错避峰或限电工作。如华东网调无特别要求，则省(市)调应在30分钟内恢复联络线口子正常，并向华东网调汇报所采取的具体措施。

据此，在标准设计中可以考虑根据旋转备用情况设置两种联络线越限调整恢复允许时间(10分钟和30分钟)，即当联络线越限的时间小于此时间值时，标准不予启动，标准评价的是联络线越限的时间超过此时间值后的各控制区域的行为。

确定标准的指标形式、作用时间和参数限制等等。

联络线越限控制评价标准旨在限制联络线功率的越限，因此确定标准的指标形式、作用时间和参数限制等等细节，需以我国相关的安全规程要求为依据。

1)根据我国《输变电设备风险评估导则》，当线路(变压器)潮流接近或超过其功率限额时，一方面会使得设备的工作状态更加恶劣，设备原有的故障缺陷被放大；另一方面设备的保护装置此刻濒临动作，这些都会导致设备退出运行的可能性增大。

定义线路(变压器)负载比R_Load为实际输送功率与功率限额之比。考虑系统运行的稳定裕度的要求和继电保护装置动作的阈值要求，规定潮流越限严重度计算公式：

将联络线潮流越限严重程度分为三档：R_load<0.8，0.8≤R_load<1.3和R_load≥1.3。R_load为线路负载比，即线路实际输送功率与功率限额之比。潮流越限严重度如图2所示。

2)标准的指标设计

某条联络线输送功率随时间的变化如图3中蓝色线所示，联络线越限控制标准考察的是联络线mn输送功率超出指定的限定值P_mnm时的情形，因此，该标准关注的是图中t₁-t₅时间范围内某控制区域ACEx(见图3中红色线)的性态。

考虑到联络线越限调整恢复允许时间T，以T＝10分钟为例，则标准应关注的是t₂-t₅时间范围内控制区域ACEx的性态。而根据上表，在此时间范围内，又存在两种越限严重程度的区间，t₂-t₃和t₄-t₅属第2档，t₃-t₄则属于第3档，应区别对待。

当联络线mn功率越限后，应考察控制区域x的ACE的变化量在该联络线上引起的功率变化，以此获得控制区域x对联络线越限的责任。

设置控制区域x的联络线越限责任度(responsibility degree)指标RDx，令

式中，ACE_x(t)为第x个控制区域t时刻的ACE值；ACE_x(t₁)为第x个控制区域t₁时刻的ACE值，此时的ACE为引起联络线功率越限前的终了值；[ACE_x(t)-ACE_x(t₁)]为联络线越限后t时刻的ACE相对于联络线越限前的ACE终了值的变化量；Fmn,x为联络线mn功率对区域x的ACE的灵敏度系数；k为越限责任权重系数。

标准要求RD_x值≤0，对大于零的RD_x值，应有后续的考核办法来进行惩罚。

本发明针对特高压区域电网大功率缺失下系统协调运行要求，在保证联络线安全的前提下，最大限度地放开联络线的交换能力。依据我国相关规范，设计联络线越限控制标准，设置越限严重程度分档权重和标准启动时间点，设计控制区域联络线越限责任度指标RDx，根据该指标，在联络线越限时准确地确定责任者，奖优罚劣，维护联络线运行的安全。与已有联络线标准相比，有如下优势：

1.充分放开联络线交换能力，不再受CPS2标准中限值L₁₀的约束，有利于特高压电网区域间功率的互相支援；

2.确定了任一联络线的功率对任一区域的ACE的灵敏度系数，就可以可以对任何复杂网络中的联络线进行分析，可以适用于特高压环境下多区域、区域间多联络线的网架结构。

3.涉及具体的定量的控制指标或控制要求，适合我国调度环境。

综上，本发明提供的联络线越限控制标准更适用于我国特高压电网发展现状。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种联络线越限控制分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：区分电力系统中各控制区域的频率、电压和功率调整行为对联络线功率越限的负面作用和正面作用；

S2：通过考察电力系统中各控制区域的区域控制偏差与联络线功率变化的关系，来评价电力系统中控制区域的调控行为是否有利于联络线越限情况的恢复，获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，用灵敏度表示每条联络线的功率变化与电力系统中各控制区域的区域控制偏差的一一对应的关系，从而确定引起联络线功率变化的责任区域；

S3：将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组，设电力系统的运行方式不发生变化时，控制区域的区域控制偏差在自动发电控制机组间的分配模式不变，同时联络线功率变化对控制区域的区域控制偏差的灵敏度是确定值；

S4：根据联络线功率变化与各控制区域的区域控制偏差的灵敏度，区分各控制区域对联络线越限的责任，设计联络线越限控制评价标准；

S5：确定所述评价标准的启动时间点；

S6：确定所述评价标准的指标形式、作用时间和参数限制。

2.根据权利要求1所述的一种联络线越限控制分析方法，其特征还在于：S2中：获取联络线功率变化对各控制区域的区域控制偏差的灵敏度的方法如下

首先计算发电机功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度：

发电转移分布因子用于表征发电机增加单位有功出力所引起的支路有功潮流变化量，发电节点g对支路ij的转移系数为：

$A_{g-ij}=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{ij}}{{\mathrm{\&Delta;P}}_g}$

式中，ΔP_g为发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，即发电机g的功率变化对联络线潮流功率变化的灵敏度；

由于发电转移分布因子基于直流，通过直流潮流方程推导出发电转移分布因子计算表达式，若发电机g的发电功率变化ΔP_g，其余发电机保持不变，则：

$A_{g-ij}=\frac{x_{ig}-x_{jg}}{x_{ij}}$

式中A_g-ij为发电节点g对支路ij的转移系数，x_ig，x_jg为节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗，从而可由发电转移分布因子计算出整个互联电网中各个节点的功率变化对线路ij潮流的影响：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{ij}=\underset{g\&Element;x}{\&Sigma;}{A}_{g-ij}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;P}}_g=\underset{g\&Element;x}{\&Sigma;}\frac{x_{ig}-x_{jg}}{x_{ij}}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;P}}_g$

式中，ΔP_g为控制区域x内发电机g的发电功率变化量，ΔP_ij为联络线ij的功率变化，x_ig、x_jg为控制区域x的节点电抗矩阵X对应位置元素，x_ij为支路ij的电抗。

3.根据权利要求1或2所述的一种联络线越限控制分析方法，其特征还在于：将待考察区域的区域控制偏差总量按比例分配到各个发电机组；

控制区域的区域控制偏差由该区域中各个节点的功率随机波动产生，任意节点长时间段内的平均功率随机波动的幅度用该节点功率波动的标准差进行描述，设控制区域的区域控制偏差的波动由区域中各节点按照标准差比例构成，依据控制区域内节点功率的波动幅度标准差，将区域控制偏差的波动分配到各个节点：

${\mathrm{\&Delta;ACE}}_x*\frac{D_g}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{g\&Element;x}{D}_g}={\mathrm{\&Delta;P}}_g$

式中，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内节点g的功率波动标准差，由于区域控制偏差的分配而引起的节点g的功率变化为ΔP_g；

将上式代入节点的功率变化对联络线潮流的影响的公式中，可得：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{ij}=\underset{g}{\&Sigma;}(A_{g-ij}*{\mathrm{\&Delta;ACE}}_x*\frac{D_g}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{g\&Element;x}{D}_g})=A_{x,ij}*{\mathrm{\&Delta;ACE}}_x$

式中即为线路ij的功率变化对控制区域x的区域控制偏差的灵敏度；

式中，ΔP_ij为支路ij潮流功率变化量，ΔACEx为控制区域x的区域控制偏差波动值，D_g为控制区域x内发电节点g的功率波动标准差，A_g-ij为控制区域x内发电节点g对支路ij的转移系数。