CN107895946B

CN107895946B - 一种电网连锁故障模型的求解方法和设备

Info

Publication number: CN107895946B
Application number: CN201711064240.8A
Authority: CN
Inventors: 李建; 史聪灵; 吕敬民; 胥旋; 石杰红; 何理; 车洪磊; 伍彬彬; 赵晨; 侯正波
Original assignee: China Academy of Safety Science and Technology CASST
Current assignee: China Academy of Safety Science and Technology CASST
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: CN107895946A

Abstract

本发明提供一种电网连锁故障模型求解方法和设备，用于解决现有技术中计算电网连锁故障过程求解计算量大和计算结果与实际相差大的问题，其中方法包括：S101、获得发生故障后电网包含的子电网数量和获得每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路；S102、若子电网有发电站节点且包括至少2个节点且无松弛节点，则设定一个发电站节点为松弛节点；S103、根据每个子电网内的发电站节点、变电站节点和线路，运行交流最优潮流、交流潮流等步骤。本发明使用交流最优潮流、交流潮流对过负荷比例最高的线路移除n％负荷的之后，计算收敛，相比于Manchester模型，其更能够反映现实电网运行中考虑的经济调度问题，获得的结果更符合实际。

Description

一种电网连锁故障模型的求解方法和设备

技术领域

本发明涉及一种模拟电网连锁故障的模型，具体涉及一种电网连锁故障模型的求解方法和设备。

背景技术

随着现代化水平的不断提高和智能电网建设的不断推进，电网已经成为世界上最复杂的人工网络之一。电网的复杂性，一方面提高了电网的运行效率，另一方面也增加了电网运行的不确定性。现代电网灾变事故大多是由故障连锁反应引起，表现为一系列元件连锁反应跳闸。连锁故障发生的可能性很小，但一旦发生后会给电网安全造成严重后果，引起了国内外学者的高度关注。

目前模拟电网连锁故障模型主要分为两类：基于复杂网络的连锁故障模型和基于近似动态特性的连锁故障模型。基于复杂网络的连锁故障模型具有求解简单、输入参数少、算法效率高、方便开展模拟研究的优点。但是，算法普遍对电网进行比较大程度地近似处理和假设，因而，基于复杂网络的连锁故障模型难免误差较大，应用到实际网络并不容易。基于近似动态特性的连锁故障模型则尽可能模拟实际的电网运行过程。其中，应用广泛的模型主要有：OPA模型、隐性故障模型、(直流)最优潮流连锁故障模型、Manchester模型等。OPA模型、隐形故障模型、(直流)最优潮流连锁故障模型采用直流潮流模型求解，无法反映电压无功特性等；Manchester模型则采用交流模型，很好地避免了直流潮流模型的缺点。模型采用交流潮流模型，综合考虑了包括保护隐藏故障、暂态稳定、低压减载、低频减载、电压稳定在内的各种与连锁故障发展相关的因素。然而，Manchester模型电力潮流求解过程中，可能将非停电故障判断为停电故障，导致的结果是得到的连锁故障规模可能大于实际情况，即导致计算结果与实际相差大的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于交流潮流和最优潮流的电网连锁故障模型的求解方法和设备。

第一方面，本发明提供，一种电网连锁故障模型求解方法，包括以下步骤：

S101、获得发生故障后电网包含的子电网数量和获得每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路；

S102、若有发电站节点且子电网包括至少2个节点，则设定一个发电站节点为松弛节点；

S103、根据每个子电网内的发电站节点、变电站节点和线路，运行交流最优潮流模型，若交流最优潮流模型的计算结果不收敛，则执行步骤S104；

S104、运行交流潮流模型，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点甩n％的负荷，其中n为预设值；

S105、对子电网运行最优潮流模型，

S106、若能够在不超过次甩负荷时，使交流最优潮流模型的计算结果收敛，则运行步骤S108；

S107、若次甩负荷后，交流最优潮流模型的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路，

S108、若所有子电网内连锁故障停止，则保存该计算结果作为求解结果。

可选的，所述获得每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路，包括：

通过Dijkstra算法或者Floyd算法来计算任意两个节点之间最短路径，找出相互连接的节点集合，进而获得每个子电网中所包含的节点和线路。

可选的，设定一个发电站节点为松弛节点，包括：

若无松弛节点，随机选择一个发电站节点作为参考节点。

可选的，所述步骤S104、运行交流潮流模型，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点甩n％的负荷，包括：运行最优潮流模型，找出所有过负荷的线路，选择对过负荷比例最高的1条线路甩n％负荷，0<n<100，若过负荷比例最高的线路不止1条，则选择过负荷比例最高的线路中绝对负荷值最高的线路。

可选的，在步骤S107、若次甩负荷后，最优潮流模型的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路之后，若子电网内连锁故障未停止，则返回步骤S101,

当所有子电网内连锁故障停止都停止时，所有子电网内的状态合并成整个电网的状态并保存。

第二方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。

第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上执行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。

区别于现有技术，本发明使用最优交流潮流(ACOPF)对过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点移除n％负荷的之后，计算收敛，相比于Manchester模型，其更能够反映现实电网运行中考虑的经济调度问题，获得的结果更符合实际。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明提供的电网连锁故障模型流程图。

具体实施方式

下面将结合示例性的系统描述本发明。

在本发明的一个实施例中，参见图1，方法包括下列步骤：

S103、根据每个子电网内的发电站节点、变电站节点和线路，运行交流最优潮流模型(ACOPF)，若交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果不收敛，则执行步骤S104；

S104、运行交流潮流模型(ACPF)，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点甩n％的负荷，其中n为预设值，

S105、对子电网运行交流最优潮流模型(ACOPF)，

S106、若能够在不超过次甩负荷时，使交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果收敛，则运行步骤S108；

S107、若次甩负荷后，交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路，

其中步骤S101中的子电网指的是，由于某些线路的故障导致原来整体的电力系统网络A变成了两个或多个电力系统网络B，电力系统网络B即子电网。

本发明中一个节点指一个发电站或者一个变电站，即节点指的是发电节点或变电站节点。一个连接边指连接两个节点之间的输电线路。过负荷比例指的是超过额定负荷的部分除以额定负荷获得的值。表示对100除以n的商向下取整。

在本发明的一个实施例中，上述方法包括：

1)采集发生故障后电网包含的子电网数量和每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路；

2)针对每个子电网，检查是否有发电站节点或是否仅有1个节点；

3)若有发电站节点且子电网包括至少2个节点，则设定一个发电站节点为松弛节点，并进入下一步，否则保存结果；

4)运行交流最优潮流模型(ACOPF)，若不收敛，则进入下一步，否则保存结果；

5)运行交流潮流模型(ACPF)，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点每次甩负荷n％；

6)若能够在(向下取整)次甩负荷循环中使交流最优潮流模型(ACOPF)收敛，则保存结果，否则进入下一步；

7)移除过负荷比例最高的线路，并保存结果；

8)若所有子电网内连锁故障停止，则保存最终结果。

区别于现有技术，本发明使用ACOPF对过负荷比例最高的线路周围具有负荷需求的节点移除n％负荷的之后，计算收敛，相比于Manchester模型，其更能够反映现实电网运行中考虑的经济调度问题，获得的结果更符合实际。

在本发明的一个实施例中，所述获得每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路，包括：

即在本发明的一个实施例中，包括步骤：

S201、获得发生故障后电网包含的子电网数量，通过Dijkstra算法或者Floyd算法来计算任意两个节点之间最短路径，找出相互连接的节点集合，进而获得每个子电网中所包含的节点和线路。

S202、若有发电站节点且子电网包括至少2个节点，则设定一个发电站节点为松弛节点；

S203、根据每个子电网内的发电站节点、变电站节点和线路，运行交流最优潮流模型(ACOPF)，若交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果不收敛，

S204、则运行交流潮流模型(ACPF)，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点甩n％的负荷，其中n为预设值，

S205、对子电网运行交流最优潮流模型(ACOPF)，

S206、若能够在不超过次甩负荷时，使交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果收敛，则运行步骤S108；

S207、若次甩负荷后，交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路，

S208、若所有子电网内连锁故障停止，则保存该计算结果作为求解结果。

在本发明的一个实施例中，所述设定松弛节点，包括：

若无松弛节点，随机选择一个发电站节点作为参考节点。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S104、对子电网内过负荷比例最高的线路甩n％的负荷，包括：运行最优潮流模型，找出所有过负荷的线路，选择对过负荷比例最高的1条线路甩n％负荷，0<n<100，若过负荷比例最高的线路不止1条，则选择过负荷比例最高的线路中负荷最高的线路。

即在本发明的一个实施例这中，包括步骤：

S301、获得发生故障后电网包含的子电网数量，通过Dijkstra算法或者Floyd算法来计算任意两个节点之间最短路径，找出相互连接的节点集合，进而获得每个子电网中所包含的节点和线路。

S302、若有发电站节点且子电网包括至少2个节点，则设定一个发电站节点为松弛节点；

S503、根据每个子电网内的发电站节点、变电站节点和线路，运行交流最优潮流模型(ACOPF)，若交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果不收敛，

S304、运行交流潮流模型(ACPF)，找出所有过负荷的线路，选择对子电网内过负荷比例最高的1条线路甩n％负荷，0<n<100，若过负荷比例最高的线路不止1条，则选择过负荷比例最高线路中绝对负荷最高的线路，并对其周围有负荷需求的节点甩负荷。其中n为预设值，

S305、对子电网运行交流最优潮流模型(ACOPF)，

S306、若能够在不超过次甩负荷时，使交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果收敛，则运行步骤S108；

S307、若次甩负荷后交流最优潮流模型(ACOPF)的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路，

S308、若所有子电网内连锁故障停止，则保存该计算结果作为求解结果。

在本发明的一个实施例中，在步骤S107、若次甩负荷后最优潮流模型的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路之后，若子电网内连锁故障未停止，则返回步骤S101,

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。

本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上执行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。

本文中使用的“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是开放式的表述，在使用时可以是联合的和分离的。例如，“A、B和C中的至少一个”，“A、B或C中的至少一个”，“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B或C中的一个或多个”指仅有A、仅有B、仅有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A、B和C一起。

术语“一个”实体是指一个或多个所述实体。由此术语“一个”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中是可以互换使用的。还应注意到术语“包括”、“包含”和“具有”也是可以互换使用的。

本文中使用的术语“自动的”及其变型是指在执行处理或操作时没有实质的人为输入的情况下完成的任何处理或操作。然而，即使在执行处理或操作时使用了执行所述处理或操作前接收到的实质的或非实质的人为输入，所述处理或操作也可以是自动的。如果输入影响所述处理或操作将怎样进行，则视该人为输入是实质的。不影响所述处理或操作进行的人为输入不视为是实质的。

本文中使用的术语“确定”、“运算”和“计算”及其变型可以互换使用，并且包括任何类型的方法、处理、数学运算或技术。更具体地，这样的术语可以包括诸如BPEL的解释规则或规则语言，其中逻辑不是硬编码的而是在可以被读、解释、编译和执行的规则文件中表示。

本文中使用的术语“模块”或“工具”是指任何已知的或以后发展的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或能够执行与该元件相关的功能的硬件和软件的组合。另外，虽然用示例性实施方式来描述本发明，但应当理解本发明的各方面可以单独要求保护。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种电网连锁故障模型求解方法，其特征在于，包括以下步骤：

S105、对子电网运行交流最优潮流模型，

S107、若次甩负荷后，交流最优潮流模型的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路；

S108、若所有子电网内连锁故障停止，则保存该计算结果作为求解结果；

其中，子电网指的是由于线路的故障导致原来整体的电力系统网络A变成了两个或多个电力系统网络B，电力系统网络B即子电网；过负荷比例指的是超过额定负荷的部分除以额定负荷获得的值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得每个子电网内包含的发电站节点、变电站节点和连接它们的线路，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定一个发电站节点为松弛节点，包括：

若无松弛节点，则随机选择一个发电站节点作为松弛节点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S104、运行交流潮流模型，对子电网内过负荷比例最高的线路周围有负荷需求的节点甩n％的负荷，包括：

运行交流潮流模型，找出所有过负荷的线路，选择对过负荷比例最高的1条线路周围有负荷需求的节点甩n％负荷，0<n<100，若过负荷比例最高的线路不止1条，则选择过负荷比例最高的线路中绝对负荷值最高的线路。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S107、若次甩负荷后最优潮流模型的计算结果未收敛，则移除过负荷比例最高的线路之后，若子电网内连锁故障未停止，则返回步骤S101,

当所有子电网内连锁故障都停止时，将所有子电网内的状态合并成整个电网的状态并保存。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述方法的步骤。

7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一所述方法的步骤。