CN107944641B - 一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，针对不同线路规划方案进行择优，包括：预想方案的制定：在满足线路的工程造价、短路电流以及经济性运行等约束的条件下提供两条及以上的方案；系统扰动的设置；时空分布指标的定义：定义频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移延时四个时空分布指标；观测点的选取；评估指标的计算：对观测点进行分群，两群时空分布指标的均值进行做差与去单位化处理，再加权求和得到某一故障下的时空分布目标值，根据容量的比值对不同故障进行加权求和得到最终的目标值；最优方案的选择。本发明弥补了线路规划问题中频率时空分布方面的不足，保证了线路规划的合理性。

Description

一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法
技术领域
本发明涉及电力系统中输电网络的规划研究技术领域，尤其涉及一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法。
背景技术
输电线路规划是电网结构设计中的重要一环，它一般根据未来电源规划和负荷预测结果在现有电网结构的基础上，新建合理的输电线路以满足负荷增长需求，同时满足电网稳定与经济运行。研究表明，当系统发生大扰动时，电网频率呈现明显的时空分布特性，相同扰动下，网络结构的不同会导致系统频率呈现不同的时空分布特征。
传统的输电线路规划对于常规运行约束一般只考虑线路的工程造价、短路电流以及经济性运行等因素，但是缺乏基于频率时空分布的约束。当系统发生大扰动时，电网的频率时空分布会变得极不规则，与故障源相同距离不同方向的各区域间频率下降存在较大差异，对故障位置和故障类型的确定，低频减载方案的制定带来很大的问题。
依据频率时空分布特性合理进行网络结构的规划有助于增加系统各区域间频率联系的紧密性，对于电网的稳定性、故障位置的确定以及低频减载方案的制定都有正面作用。
近年来，频率时空分布在理论和应用研究领域逐步推进，是评价电网稳定性的一种新的指标，现有技术提出了一种描述系统频率时空分布特征的描述矩阵。该矩阵可以反映在受到扰动时系统动态频率响应的时空分布特征，它存在诸多潜在应用领域，通过结合一定智能方法可以对扰动类型进行辨识及扰动位置进行估计。
因此，在一般规划方案的基础上增添频率时空分布条件约束，是一项新的电网规划研究课题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，根据网络结构对频率时空分布的影响，通过频率时空分布特征定义评价指标，对预想线路规划方案进行评估，选出最优的线路规划方案。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，包括：
(1)针对某一地区制定预想线路规划方案集；根据预想线路规划方案，列举出待选线路的所有落点，选取待选线路落点附近的节点作为观测点，得到线路规划的观测点集；
(2)设置系统扰动：选择系统中较为常见且对系统频率有较大影响的故障作为系统扰动；
(3)对系统受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想规划方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想规划方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想规划方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想规划方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按照故障中切除发电机的有功容量或切除有功负荷的百分比值进行加权求和，得到第i个预想规划方案的最终频率时空分布目标值。
进一步地，所述步骤(1)中，各预想线路规划方案应明确线路的起止位置，在满足线路的工程造价、短路电流以及经济性运行约束的条件下，所述预想线路规划方案集至少包括两条预想线路规划方案。
进一步地，所述步骤(1)中，观测点选取规划线路两端点附近的节点，观测点选取各区域的重要联络点，所述区域按照不同地市进行划分，选取的观测点包括区域间的连接母线节点、发电厂一层或二层节点位置。
进一步地，所述步骤(2)中，所述扰动的故障类型包括发电机组脱网和切负荷扰动。
进一步地，所述步骤(3)中，频率变化率时空分布指标具体为：
Figure BDA0001513292410000021
其中，fb为起始点频率，fe为终止点频率，tb为起始点时刻，te为终止点时刻；定义系统发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻的2/3处为终止点，即te-tb＝2/3(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻。
进一步地，所述步骤(3)中，响应延时时空分布指标具体为：
系统受到扰动后，观测点频率变化设定频率值Δfth所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间。
进一步地，所述步骤(3)中，频率最大偏移时空分布指标具体为：fmax＝|fmax0-f0|；其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为系统的稳态频率。
进一步地，所述步骤(3)中，最大偏移延时时空分布指标具体为：
tmax＝|tmax0-t0|；
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为系统发生故障的时刻。
进一步地，所述步骤(4)中，将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
进一步地，所述步骤(7)中，考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个时空分布指标均值按40％、40％、10％、10％的权重进行加权求和，得到第i个预想规划方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值。
本发明有益效果：
本发明通过仿真模拟等研究，发现输电线路结构和频率时空分布之间的内在联系。依据不同网络结构导致系统不同的频率时空分布特征，对频率时空分布指标进行定义，对各规划方案进行故障仿真。以电网稳定性与联系紧密性为目标定义评价标准，比较各方案结果并选出最优规划方案。本发明首次提出了一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，可对大范围的线路规划寻求最优解，弥补了线路规划问题中频率时空分布影响方面的不足，保证了线路规划的合理性。
附图说明
图1为时空分布指标示意图；
图2为方案优选方法流程图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明公开了一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，包括以下步骤：
(1)针对某一地区制定预想线路规划方案集；根据预想线路规划方案，列举出待选线路的所有落点，选取待选线路落点附近的节点作为观测点，得到线路规划的观测点集；
(2)设置系统扰动：选择系统中较为常见且对系统频率有较大影响的故障作为系统扰动；
(3)对系统受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想规划方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想规划方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想规划方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想规划方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按照故障中切除发电机的有功容量或切除有功负荷的百分比值进行加权求和，得到第i个预想规划方案的最终频率时空分布目标值。
下面对本发明方法进行详细说明。
正如背景技术所介绍的，为保证线路规划的合理性，本申请的一种典型的实施方式是在满足电网基本运行条件的基础上，对几种线路规划方案下系统故障时的频率时空分布特性进行评估，选出最优的规划线路。
在本发明实施方式中，首先制定线路的预想规划方案，本申请主要从电网频率时空分布的角度对方案进行筛选，因此备选方案应在明确线路的起止位置，满足线路的工程造价、短路电流以及经济性运行等约束条件的前提下提供两条及以上方案的方案集。
考虑到本申请的规划方法以增强系统频率的稳定性与区域间频率联系的紧密性为目标，扰动的设置应选择对系统频率产生较大影响的故障，一般选择为常见的有功缺额扰动，包括发电机组脱网和切负荷扰动。故障的严重程度以切除发电机的容量或切除有功负荷量的多少决定，不同故障加权求和中的权重按有功功率的比值进行分配。
观测点选取规划线路两端点附近的节点，观测点应选取各区域的重要联络点，区域可按照不同地市进行划分，选取的观测点包括区域间的连接母线节点、发电厂一层或二层节点等重要位置，作为一个观测点集。
确定预想方案集、故障集和观测点后，对于某一方案中某一故障下各观测点频率响应曲线提取四个可以准确反映系统频率时空分布特征的指标，如图1所示，指标定义为描述系统受到扰动后，频率下降或上升速度快慢的频率变化率指标；表现频率变化从扰动中心以不同速度向各个方向传播的响应延时指标；表现调频环节延时性的频率最大偏移和最大偏移延时指标。
对多个观测点进行分群处理，初始网络(线路规划前的网络)在受到某一扰动下的时空分布指标，每个观测点的值各不相同，根据初始网络各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群，具体方法为：将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
对于某一方案中某一故障下观测点的各频率时空分布指标，按分群对各观测点的值求算术平均，两群可得到两组时空分布指标平均值，将两组值做差，即
Figure BDA0001513292410000051
其中，
Figure BDA0001513292410000052
为i方案中第n个扰动下第1观测点群体频率变化率的平均值，
Figure BDA0001513292410000053
为i方案中第n个扰动下第2观测点群体频率变化率的平均值，Δkin为i方案中第n个扰动下两观测点群频率变化率均值的差。
对于另外三个时空分布指标，得到相同处理下的结果。
对上述的四个时空分布差值进行去量纲化处理，将时空分布差值除以初始网络下各观测点时空分布指标的平均值，进行无量纲变换。考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个按40％、40％、10％、10％的权重进行加权求和，得到某一方案中某一故障下的频率时空分布目标值。
对于某一方案中不同故障下的各时空分布目标值，按故障中切除发电机的有功容量或切除有功负荷的百分比值进行加权求和，得到该方案最终的目标值，选取目标值最大的方案作为最优方案。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。
如图2所示，本发明的具体设计步骤：
步骤1制定预想方案：在满足线路的工程造价、短路电流以及经济性运行等约束条件的前提下选择两条及以上方案作为预想方案集。
步骤2设置系统扰动：在软件中分别设置不同容量的发电机组脱网故障和切负荷扰动故障。
步骤3定义时空分布指标：定义频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移延时作为四个频率时空分布指标，其中，频率变化率为
Figure BDA0001513292410000061
其中，fb：起始点频率，fe：终止点频率，tb：起始点时刻，te：终止点时刻。定义系统发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻的2/3处为终止点，即te-tb＝2/3(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻。
响应延时定义为系统受到扰动后，观测点频率变化0.02Hz所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间，其中Δfth＝0.02Hz。
频率最大偏移定义为
fmax＝|fmax0-f0|
其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为系统的稳态频率。
最大偏移延时定义为
tmax＝|tmax0-t0|
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为系统发生故障的时刻。
按上述定义在程序中输入频率时空分布特征指标提取方法。
步骤4选取观测点：根据电网接线图选取规划线路端点附近的重要节点作为观测点，将选定的观测点集导入计算时空分布指标的方法中。
步骤5计算目标值：首先对多个观测点进行分群处理，初始网络(线路规划前的网络)在受到某一扰动下的时空分布指标，每个观测点的值各不相同，根据初始网络各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群，具体方法为：将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
然后对于某一方案中某一故障下观测点的各频率时空分布指标，按分群对各观测点的值求算术平均，两群可得到两组时空分布指标平均值，将两组值做差，即
Figure BDA0001513292410000062
其中，
Figure BDA0001513292410000071
为i方案中第n个扰动下第1观测点群体频率变化率的平均值，
Figure BDA0001513292410000072
为i方案中第n个扰动下第2观测点群体频率变化率的平均值，Δkin为i方案中第n个扰动下两观测点群频率变化率均值的差。
进一步的，对于另外三个时空分布指标，得到相同处理下的结果，对上述的四个时空分布差值进行去量纲化处理，将时空分布差值除以初始网络下各观测点时空分布指标的平均值，进行无量纲变换。对无量纲化后的四个按40％、40％、10％、10％的权重进行加权求和，得到某一方案中某一故障下的频率时空分布目标值。
最后，对于某一方案中不同故障下的各时空分布目标值，按故障中切除发电机的有功容量或切除有功负荷的百分比值进行加权求和，得到该方案最终的目标值。
步骤6选择最优方案：选取步骤5中求得最大目标值的方案作为最优方案。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中,作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时,可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体,或随机存储记忆体等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，包括：
(1)针对某一地区制定预想线路规划方案集；根据预想线路规划方案，列举出待选线路的所有落点，选取待选线路落点附近的节点作为观测点，得到线路规划的观测点集；
(2)设置系统扰动：选择系统中较为常见且对系统频率有较大影响的故障作为系统扰动；
(3)对系统受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
频率变化率时空分布指标具体为：
Figure FDA0002383261480000011
其中，fb为起始点频率，fe为终止点频率，tb为起始点时刻，te为终止点时刻；定义系统发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻的2/3处为终止点，即te-tb＝2/3(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻；
响应延时时空分布指标具体为：
系统受到扰动后，观测点频率变化设定频率值Δfth所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间；
频率最大偏移时空分布指标具体为：fmax＝|fmax0-f0|；
其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为系统的稳态频率；
最大偏移时间分布指标具体为：
tmax＝|tmax0-t0|；
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为系统发生故障的时刻；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想规划方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想规划方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想规划方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想规划方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按照故障中切除发电机的有功容量或切除有功负荷的百分比值进行加权求和，得到第i个预想规划方案的最终频率时空分布目标值。
2.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，所述步骤(1)中，各预想线路规划方案应明确线路的起止位置，在满足线路的工程造价、短路电流以及经济性运行约束的条件下，所述预想线路规划方案集至少包括两条预想线路规划方案。
3.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，所述步骤(1)中，观测点选取规划线路两端点附近的节点，观测点选取各区域的重要联络点，所述区域按照不同地市进行划分，选取的观测点包括区域间的连接母线节点、发电厂一层或二层节点位置。
4.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述扰动的故障类型包括发电机组脱网和切负荷扰动。
5.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
6.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的输电线路规划方案优选方法，其特征在于，所述步骤(7)中，考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个时空分布指标均值按40％、40％、10％、10％的权重进行加权求和，得到第i个预想规划方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值。
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